摘要：通過聲波清灰器在某燃煤電廠電除塵器中的應(yīng)用，介紹了聲波清灰器的工作原理，并將聲波清灰技術(shù)與機(jī)械振打清灰技術(shù)進(jìn)行了對比試驗，證明了應(yīng)用聲波清灰技術(shù)輔助機(jī)械振打清灰可以有效提高電除塵器的除塵效率。（Application of Sonic Dust Cleaner in ESP）
1 電除塵器工作原理
我國從事電除塵技術(shù)的研究起步較晚，到了20世紀(jì)70年代，電除塵器才在我國得到應(yīng)有的重視和比較廣泛的采用。電除塵器是一種用于捕集細(xì)微粉塵的高效除塵器，利用直流高壓電源在電暈極和收塵極之間產(chǎn)生的強(qiáng)電場使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電，進(jìn)而使懸浮塵粒荷電，并在電廠力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。電除塵器有許多類型和結(jié)構(gòu)，但其基本設(shè)計原理都是相同的。用電除塵器的方法分離，捕集氣體中的懸浮塵粒主要包括以下幾個過程：
（1）施加高電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電；
（2）懸浮塵粒的荷電；
（3）荷電塵粒在電場力的作用下向電極運(yùn)動；
（4）荷電塵粒在電廠中被捕集；
（5）電極清灰；
2 電除塵器電極清灰方法
當(dāng)電除塵器極板收集的塵粒層較厚時，會使擊穿電壓降低，電暈電流減小，塵粒的有效驅(qū)進(jìn)速度下降，嚴(yán)重影響電除塵器的除塵效率。因此，有效及時的清除極板表面的積灰，是保證電除塵器高效運(yùn)行的重要條件。電極的清灰方法主要有濕式清灰，機(jī)械清灰和聲波清灰3種。后兩種均屬于干式清灰，其優(yōu)點(diǎn)是清灰裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，易于維護(hù)，且清除下來的灰塵便于處置和利用，但存在的主要問題是在清灰過程中會產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。
2.1 聲波清灰原理
聲波清灰是通過聲波發(fā)生器把壓縮空氣變?yōu)榫哂幸欢芰康膹?qiáng)聲波饋入電除塵器的電場內(nèi)，進(jìn)行全方位傳播。聲波到達(dá)電除塵器的極板極線后，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，與灰塵形成高速周期振蕩，抵消氣流中粉塵的表面粘附力，以阻止粉塵相互之間結(jié)合成一層硬殼。同時聲波還能使已經(jīng)結(jié)塊的粉塵層疏松，使粉塵較容易地從電極或構(gòu)件上脫落，從而達(dá)到清除積灰的目的。
聲波清灰的本質(zhì)是“波及”，由于聲波是全方位傳播（直達(dá)，反射和折射等），因而作用力的方向具有多向性，作用范圍廣，而其他清灰方式的作用力是“單向“的。所以輔以聲波清灰會有很好的效果，但同時聲波清灰也比較容易引發(fā)集中的二次揚(yáng)塵。
2.2 機(jī)械振打清灰原理
機(jī)械振打清灰時，當(dāng)極板受到振打力時，極板將振打力傳遞給灰層，在振打力的作用下客服灰層的摩擦力及粘附力脫離極板。振打清灰效果取決于振打的強(qiáng)度和振打周期。振打強(qiáng)度和周期應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，使極板上留有極薄的一層塵粒，否則加重二次揚(yáng)塵和結(jié)構(gòu)的損壞。
3 聲波清灰與機(jī)械振打清灰方式的對比試驗
某發(fā)電廠在1號爐南側(cè)電除塵器在機(jī)械振打的基礎(chǔ)上加裝了聲波清灰系統(tǒng)，北側(cè)電除塵器未安裝聲波清灰系統(tǒng)，僅適用機(jī)械振打的清灰方式。為了對比兩種清灰方式電除塵器的效率，在相同鍋爐運(yùn)行工況下，對南，北兩側(cè)的電除塵器同時測試除塵效率。
該機(jī)組鍋爐設(shè)備為東方鍋爐廠制造生產(chǎn)的超高壓參數(shù)，自然循環(huán)，一次中間再熱，采用四角燃燒方式，固態(tài)排渣煤粉爐，制粉系統(tǒng)為中間存儲倉式乏氣送粉。該鍋爐除塵器共有10臺高壓電源，每臺主變擔(dān)負(fù)南北兩側(cè)電除塵器的各一個供電分區(qū)，公20個供電分區(qū)。前12個供電分區(qū)的二次供電電壓不小于48kV，二次供電電流不低于1A，后8個供電分區(qū)的二次供電電壓不小于52kV，二次供電電流不小于1A。
鍋爐主要參數(shù)如下：
| 機(jī)組電負(fù)荷：200MW |
額定蒸發(fā)量：670t/h |
| 汽包工作壓力：15.19MPa | 過熱器出口壓力：13.27MPa |
| 再熱蒸汽出口壓力：2.5MPa | 過熱蒸汽溫度：540℃ |
| 再熱蒸汽出口溫度：540℃ | 給水溫度：240℃ |
| 給水壓力：17.46MPa | 排煙溫度：140℃ |
| 燃料消耗量：77.7t/h |
電除塵器技術(shù)參數(shù)如下：
| 臺數(shù)：2臺 | 電場數(shù)：5個 |
| 處理煙氣量：1600000m³/h | 每臺電除塵器煙氣流通面積：205㎡ |
| 電場內(nèi)煙氣流速：1.08m/s | 同極間距：406mm |
| 通道數(shù)：2*34個 | 陽極板高度：14.84m |
| 陽極板形式：BE |
長高比：1.25 |
| 陽極板總有效面積：37571㎡ | 電場總有效長度：18.616m |
| 陰極線形式：V15 | 陰極線總長度：79904m |
| 比集塵面積：84.53㎡ | 煙氣停留時間：17.2s |
| 驅(qū)進(jìn)速度：6.53cm/s | 電除塵器本體漏風(fēng)率：< 3% |
|
電除塵器本體阻力：< 260pa |
電除塵器入口含塵濃度：< 20g/Nm³ |
| 電除塵器出口含塵濃度：< 100mg/Nm³ |
設(shè)計除塵效率：99.60% |
| 灰斗數(shù)量：2*18個 | 灰斗加熱形式：蒸汽加熱 |
| 灰斗料位計形式及數(shù)量：阻尼式 16臺 | 振打形式：頂部電磁振打 |
3.1 兩種清灰方式下除塵效率測試工況對比：
兩種清灰方式下除塵效率實驗同時進(jìn)行，鍋爐在實驗期間運(yùn)行穩(wěn)定，南北兩側(cè)排煙溫度基本相同，兩側(cè)送引風(fēng)機(jī)擋板開度，電流大致相同。實驗期間的鍋爐運(yùn)行參數(shù)見表1，電除塵器運(yùn)行參數(shù)見表2。從表2中實驗期間電除塵器一，二次電壓和一，二次電流記錄數(shù)據(jù)上看，使用聲波清灰方式的一側(cè)一至五電場的二次電流平均值分別高出使用機(jī)械振打清灰方式的一側(cè) 0A，0.65A，0.95A，0.29A，0.1A。
表一 實驗期間鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)
| 項目 | 平均值 | |
| 主蒸汽量/(t/h) | 北 | 286 |
| 南 | 314 | |
| 主蒸汽壓力/MPa | 13.03 | |
| 主蒸汽溫度/℃ | 北 | 536 |
| 南 | 533 | |
| 給水壓力/MPa | 14.13 | |
| 給水溫度/℃ | 234 | |
| 排煙溫度/℃ | 北 | 140 |
| 南 | 139 | |
| 1號引風(fēng)機(jī) | 電流/A | 66 |
| 擋板開度/% | 96.7 | |
| 2號引風(fēng)機(jī) | 電流/A | 66 |
| 擋板開度/% | 98.4 | |
| 1號送風(fēng)機(jī) | 電流/A | 16 |
| 擋板開度/% | 94.3 | |
| 2號送風(fēng)機(jī) | 電流/A | 17 |
| 擋板開度/% | 96.9 | |
表二 實驗期間電除塵器主要運(yùn)行參數(shù)
| 電場編號 | 記錄參數(shù) | 北側(cè)（未裝聲波清灰器） | 南側(cè)（加裝聲波清灰器） |
| 一電場 | 一次電壓/V | 210 | 290 |
| 一次電流/A | 207 | 253 | |
| 二次電壓/kV | 49 | 57 | |
| 二次電流/A | 0.8 | 0.8 | |
| 二電場 | 一次電壓/V | 247 | 280 |
| 一次電流/A | 140 | 267 | |
| 二次電壓/kV | 63 | 51 | |
| 二次電流/A | 0.5 | 1.15 | |
| 三電場 | 一次電壓/V | 160 | 252 |
| 一次電流/A | 63 | 273 | |
| 二次電壓/kV | 46 | 47 | |
| 二次電流/A | 0.2 | 1.15 | |
| 四電場 | 一次電壓/V | 303 | 260 |
| 一次電流/A | 207 | 302 | |
| 二次電壓/kV | 60 | 46 | |
| 二次電流/A | 0.9 | 1.19 | |
| 五電場 | 一次電壓/V | 368 | 275 |
| 一次電流/A | 193 | 272 | |
| 二次電壓/kV | 56 | 45 | |
| 二次電流/A | 1.05 | 1.15 |
3.2 實驗結(jié)果
參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，在相同鍋爐運(yùn)行工況下，南，北兩側(cè)的電除塵器效率的實驗結(jié)果見表三，四。
表三 北側(cè)電除塵器（未裝聲波清灰）的測試數(shù)據(jù)
| 項目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
| 標(biāo)干煙氣流量/(Nm³/h) | 173 120 | 198 629 | 379 960 |
| 煙氣動壓/Pa | 49 | 66 | 64 |
| 煙氣靜壓/kpa | -1.46 | -1.39 | -1.5 |
| 煙氣全壓/kpa | -1.43 | -1.34 | -1.45 |
| 測點(diǎn)處煙氣流速/(m/s) | 9.60 | 11.22 | 11.05 |
| 煙氣溫度/℃ | 138 | 146 | 144/ |
| 采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
| 大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
| 煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
| 煙氣含氧量/% | / | / | 4.1 |
| 過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2426 |
| 測試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 321 408 | 375 646 | 716 040 |
| 實測煙塵濃度（mg/Nm³） | 29 893 | 30 323 | 122 |
| 折算煙塵排放濃度（過量空氣系數(shù)為1.4）（mg/Nm³） | / | / | 108 |
| 電除塵器效率/% | 99.59 | ||
表四 南側(cè)電除塵器（加裝聲波清灰）的測試數(shù)據(jù)
| 項目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
| 標(biāo)干煙氣流量/(Nm³/h) | 177 452 | 208 102 | 398 959 |
| 煙氣動壓/Pa | 53 | 71 | 70 |
| 煙氣靜壓/kpa | -1.41 | -1.4 | -1.44 |
| 煙氣全壓/kpa | -1.37 | -1.35 | -1.39 |
| 測點(diǎn)處煙氣流速/(m/s) | 10.05 | 11.56 | 11.40 |
| 煙氣溫度/℃ | 147 | 139 | 137 |
| 采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
| 大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
| 煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
| 煙氣含氧量/% | / | / | 4.4 |
| 過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2651 |
| 測試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 336474 | 387029 | 738720 |
| 實測煙塵濃度（mg/Nm³） | 30160 | 28406 | 65 |
| 折算煙塵排放濃度（過量空氣系數(shù)為1.4）（mg/Nm³） | / | / | 59 |
| 電除塵器效率/% | 99.77 | ||
4 實驗分析
影響電除塵器性能的因素有很多，可大致歸納為4大類：粉塵特性；煙氣性質(zhì)；本體結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能；供電控制質(zhì)量。此次實驗檢測樣品為同一臺鍋爐的2臺電除塵器，該條件保證了此次對比實驗的粉塵特性相同，2臺電除塵器的本體結(jié)構(gòu)，供電質(zhì)量大致相同。從實驗測試的數(shù)據(jù)可以看出煙氣性質(zhì)也大致相近，北側(cè)（未安裝聲波清灰系統(tǒng)）平均煙氣溫度為142℃，平均煙氣流速為10.41m/s,入口平均煙塵濃度為30108mg/Nm³，處理煙氣量為697054m³/h(標(biāo)干煙氣量為371 749Nm³/h)。 南側(cè)（加裝聲波清灰系統(tǒng)）平均煙氣溫度為143℃，平均煙氣流速為10.81m/s,入口平均煙塵濃度為29283mg/Nm³，處理煙氣量為723503m³/h,(標(biāo)干煙氣量為385554Nm³/h)。從上述實驗工況描述可以看出此次實驗得出的數(shù)據(jù)是具有可比性的。
從實驗結(jié)果上看，加裝聲波清灰系統(tǒng)的一側(cè)除塵效率略高于僅使用機(jī)械振打清灰方式的一側(cè)0.18%，出口煙塵濃度降低49mg/m³。
從實驗期間除塵器參數(shù)來看，北側(cè)除塵器（未裝聲波清灰）二次電流值大多比南側(cè)（加裝聲波清灰）除塵器要低，而極板積灰過多，電暈線肥大，放電不良及振打裝置故障或周期過長，都可能是導(dǎo)致二次電流值偏低的原因。
5 結(jié)論
在該電廠的特定工況條件下，可以看出加裝聲波清灰的效果要比單獨(dú)機(jī)械振打清灰效果好。在聲波有限作用范圍內(nèi)，能作用到電除塵器內(nèi)的任何死角，聲波助清灰增大清灰強(qiáng)度，彌補(bǔ)了原機(jī)械振打機(jī)構(gòu)振打力定向傳遞且容易衰減的缺陷，使電除塵器極板，極線表面積灰層得到有效，及時清除，增加了電廠強(qiáng)度，增強(qiáng)了極板的收塵能力，使電除塵器的除塵效率得到提高。但聲波清灰要注意其聲波強(qiáng)度和使用頻率，避免電場內(nèi)煙塵二次飛揚(yáng)。
但是 聲波清灰效果受煙塵工況特性的影響較大，當(dāng)含塵介質(zhì)濕度小，吸濕性粉塵含量低，流動性好時效果明顯，而對于濕度較大的粘附性粉塵則效果不佳。所以，目前安裝在電除塵器中的聲波清灰器分布合理的情況下，可以輔助機(jī)械振打，彌補(bǔ)機(jī)械振打力不足，達(dá)到最佳清灰效果。
