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1、湿式电除尘器的主要影响因素22维纶通讯2009年6月湿式电除尘器的主要影响因素高建兵(中国石化集团四川维尼纶厂,重庆401254)摘要简要介绍了电除尘器的工作原理,并结合该厂湿式电除尘器的实际运行情况,分析了该类型电除尘器的影响因素及改进措施.关键词电除尘器原理阴极丝阳极板影响因素1前言电除尘器是乔治?科特雷尔(F?G?Cottrel1)于1907年发明的;它是含尘气体在通过高压电场电离,使尘粒荷电,并在电场力的作用下,尘粒沉积于电极上,从而使尘粒与含尘气体分离的一种除尘设备;能有效回收气体中的粉尘,以净化气体.目前,电除尘器在化工,发电,水泥,冶金,造纸和电子等行业已得到广泛应用.湿式电除尘
2、器与其他除尘器相比,具有:不容易产生二次飞扬,除尘效率高;设备阻力小,总的能耗低;适用范围广;可处理气量大等特点.我厂7500吨/年乙炔炉配套开发的电除尘器采用板式,湿式,阴极电晕的方式,其设计处理裂化气量为l200Nm/h,进口裂化气平均炭黑浓度为3g/Nm,温度607OoC;出口炭黑为5mg,/Nm,除尘效率达到99.8%.所以在天然气部分氧化制乙炔生产过程中,电除尘器运行的好坏,将直接影响装置的安全及长周期运行.2电除尘器的工作原理J实验表明:将气体通人两平行金属板电极间,并施以电压,形成均匀电场,电场内任意点电场强度均相等.气体中带电离子,按电场方向正离子向负极运动,负离子向正极运动,
3、两极间形成极其微弱的电流.此时,电流强度和电场强度成正比,服从欧姆定律.当电场强度达到某一定值时,离子定向运动速度很大,以致气体产生的离子全部被电场驱向两极.这时,再增加场强就没有较多的离子驱向两极,电路中的电流也不再加大.此时的电流称为饱和电流.当电路中的电压继续增大时,电场强度增大,并使电子和离子获得足够能量以致有可能产生新的电子,离子和增大电流.当电压升到一定程度,不仅活动性大的电子和部分阴离子能和中性气体分子碰撞发生电离作用,而且活动性小的阳离子也获得足够的能量与中性气体分子碰撞产生电离作用,致使电场中连续不断产生大量新离子.在放电极周围产生电离的区域内,可明显地观察到淡蓝色的光点或光
4、环,同时发出轻微爆裂声.通常把产生这种淡蓝色的光点或光环的现象称为电晕现象.产生电晕现象的这一极称为电晕极.如果电压再次升高,电晕区域增大,电极问产生强烈火花甚至有可能产生电弧,电极间气体会发生电收稿日期:20080807作者简介:高建兵,男,1973年生,2001年硕士毕业于石油大学(北京)化工学院化学工程与工艺专业,工程师,现任中国石化集团四川维尼纶厂化工技术开发中心乙炔研究室主任,主要从事天然气部分氧化制乙炔的技术开发工作.2009年第29卷第2期高建兵.湿式电除尘器的主要影响因素23击穿现象,形成短路.此时的电压称为击穿电压.在电除尘器工作过程中,不允许产生击穿电压.为此,一般情况下必
5、须把高压直流电源的电压控制在(2070)kV.由于平行金属平板产生的是均匀电场,所以只要其间任何一点发生电离,两极空间立刻充满带电离子,整个空间气体即被击穿.此时,电流急剧增加,形成火花放电,电压极不稳定.因此,电除尘器一般不采用均匀电场,而是一极采用管形或板形,另一极采用金属丝,组成非均匀电场,以便既维持电晕放电现象,又不产生击穿现象.电晕放电所围绕的电极称为电晕极或放电极,另一电极称为收尘极或除尘极.根据电除尘器的原理,正,负电极均可做电晕极.但是,由于在电场中电子与阴离子的运动速度大于阳离子的运动速度,且易于附着在尘粒上,以较快的速度到达阳极,所以阳极上收集的粉尘多于阴极上收集的粉尘;并
6、且由于负电晕极的击穿电压比正电晕极高,因此,通常情况下,工业电除尘器的极板接正极,极丝接负极.3电除尘器的除尘效率电除尘效率可根据多依奇一安德森公式计算:=1一e(1)式中:卜/Q;一电场驱进速度;A收尘面积:Q裂化气量.驱进速度的简化式为:=0.1IEZP(2)式中:E电场强度;JF)尘粒半径;气体粘度.电场强度:E:电场电压(V)/ca场异极距(mm)4电除尘器的影响因素影响电除尘器性能的因素主要有:粉尘的性质,设备状况和操作条件,这些因素影响到电除尘器的电晕电流,粉尘比电阻,电除尘器内的粉尘收集和二次飞扬等,从而最终表现为除尘效率的高低.若电除尘器的结构形式固定,则主要是含尘气体在电除尘
7、器内分布,含尘气体性质,工艺和操作条件等.4.1气体分布的影响气体分布是影响电除尘器除尘效率的重要因素之一.除尘器设计效率越高,气体分布对除尘效率的影响越大.电除尘器进口处的气体流速,一般为1015m/s,而进入电除尘器后仅为0.52m/s,流速骤然降低会使气流紊乱且分布不均,在电除尘器内形成旁路窜气.实践证明,5%的窜气量,即会使除尘效率低于95%.所以,在电除尘器中,若不采取必要的气体分布,气体在电场内会很不均匀,局部流速将大大超过设计指标,使气体在电场内的停留时间大大缩短,被捕集到的粉尘又被高速气流带出电场形成二次扬尘.同时电晕线容易产生程度不同的晃动,引起供电电压波动,从而使除尘效率降
8、低;严重时电除尘器不能正常操作.由于我厂扩能电除尘器采用两管进气,具有初步分布的能力;同时,进口流速比较低,约6.6m/s,并且除尘器顶部采用软水持续喷淋,不会产生二次扬尘,以及考虑检修的方便,所以只设置了一个气体分布板.从实际运行效果分析,可以实现裂化气在电除尘器中的有效分布.4.2含尘气体性质的影响4.2.1气体含尘量的影响电除尘器对所净化的气体的含尘浓度有一定的适应范围,如果超过一定的范围,除尘效果会降低,甚至终止除尘过程.由于炭黑尘粒的体积,质量和荷电量均比离子大得多,所以离子迁移速度比荷电尘粒迁移速度大数百倍气体离子平均速度为(60100)m/s,尘粒速度在60crn/s以下,因此,
9、荷电尘粒所形成的电流只占电晕电流约1%一2%.随着气体含尘量增加,虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大,但是其所具有的空间电荷却很多,严重抑制电晕电流产生,使尘粒不能获得足够电荷,导致电除尘器除尘效率显着降低,尤其是尘粒直径在1txm左右的数量越多,这种现象越严重.当含尘量大到某一数值时,电晕现象消失,尘粒在电场中根本得不到电荷,电晕电流几乎减小到零,失去除尘作用,即电晕闭塞.在生产实践中,为防止产生电晕闭塞,应限制进入电除尘器气体的含尘浓度.对于常规电除尘器,进口含尘量应不超过24维纶通讯2009年6月50g/m(标况).为降低气体含尘量,可以在电除尘器前面设置一到二级旋风除尘器,喷淋洗涤器,或
10、适当增加电场数,以达到预期的除尘效果.我厂乙炔炉出来的裂化气先进人冷却塔的下段,采用大量的冲洗水对炭黑进行初步洗涤之后,使进入电除尘器的裂化气中炭黑含量约2g/Nm.4.2.2气体性质及组成的影响气体离子在电场内的迁移速度,随气体成分不同而不同,因此,所产生电晕电流也不同.若处理气体含尘量少,离子迁移速度大,使电晕电流太大,而操作电压太低,因此,必须采取加大供电机组容量,改变电晕极形状,调整电极配置和改变气体流动方式等措施以抑制电晕电流,提高工作电压.气体组成对负电晕放电特性影响很大,气体成分不同,在电晕放电中电荷载体的迁移不同.在电场中,电子与中性气体分子相碰撞而形成负离子的概率在很大程度上
11、取决于气体成分,其差别是很大的,不同气体成分对电除尘器的伏安特性及火花放电电压影响比较大,尤其是在含有三氧化硫时,气体对电除尘器运行效果有很大的影响.4.2.3粉尘粒径分布的影响实验证明,带电粉尘向沉淀极的驱进速度cc,与粉尘颗粒半径r成正比,粒径越大,除尘效率越高,当粒径增至(2040)m阶段,可能出现效率的最大值;再增大粒径,由于大尘粒的非均匀性使得其具有较大的导电性,容易产生二次扬尘和外携,引起电除尘器的除尘效果下降;当粒径在(0.2O.5)ixm,由于细小半径尘粒表面积大,空间电荷效应大,会出现效率最低值.由于裂化气炭黑的粒径在(O.010.5),所以只有通过优化操作来提高电除尘器的除
12、尘效率.4.2.4粉尘比电阻的影响粉尘的比电阻是指在lcm圆面积上堆积1cm高的尘粒,然后沿高度方向测得的电阻值.比电阻值是粉尘导电性能的标志,对电除尘器除尘性能影响较大.一般认为,最适宜电除尘器工作的比电阻范围为10(5x10m)Q?cm.当粉尘比电阻太低,低于10Q?cm(如炭黑粉尘),粉尘到达除尘极后,很快释放出其上的电荷,成为中性,易于从除尘极上脱落,重新进入气流,产生二次扬尘,降低除尘效率.当粉尘比电阻太高,高于10”Q?em时,粉尘到达除尘极后,粉尘电荷不易释放,逐渐积沉在除尘极表面的粉尘仍为负极性,它排斥随后的粉尘新附于其上,当粉尘层达到一定厚度后,在粉尘层内部形成一定的电场,粉
13、尘层表面为负极,除尘极为正极.粉尘层增厚,电场强度增加,以致粉尘层内的空气击穿,从而产生反向放电(称为反电晕),即从除尘极向除尘空间放出大量正离子,使粉尘荷正电进入除尘空间,破坏正常的除尘工作.对于比电阻较低和较高的粉尘,在沉积到除尘极后,都需要尽快的从除尘极上清除,以免影响除尘器的除尘效率.针对我厂裂化气炭黑比电阻比较低的特性,采用软水进行持续的喷淋,一旦炭黑在极板上释放出电荷,则立即被喷淋软水带走,从而减轻了二次扬尘.并且,在电除尘器运行一定时间后,采用较大量的定期冲洗水对极板和极丝进行喷淋,以除去其上附着的大量炭黑,从而延长电除尘器的运行周期.4.2.5气体湿度的影响电除尘器运行过程中,
14、其击穿电压与气体的含湿量有关.在同样温度条件下,气体所含水分越大,其比电阻越小,电场击穿电压相应提高,火花放电较难出现,这种作用对电除尘器来说是有适用价值的,可以使电除尘器在较高电压下稳定运行,而电场强度的增高会使电除尘器的除尘效果显着改善.在我厂湿式电除尘器中,通过在电除尘器的顶部设置常开的软水进行雾化喷淋,使裂化气在操作温度下被水蒸汽饱和,有利于提高电除尘器的除尘效率.4.2.6气体温度的影响气体温度能够改变粉尘的比电阻,影响气体的黏滞性.气体黏滞性随温度的上升而增大,导致其驱进速度下降;如果可能,在较低温度条件下运行比较好,所以通常在裂化气进入电除尘器之前先要进行初步冷却.但是,对含湿量
15、较高和有三氧化硫之类成分的气体,其温度一定要保持在露点温度2O一30以上作为安全余量,以避免发生腐蚀.由于我厂裂化气基本不含三氧化硫等气体,所以可以将温度控制在露点以下.4.2.7气体压力的影响经验公式表面,当其他条件确定后,起晕电压随气体密度而变化,而气体的温度和压力是影响2009年第29卷第2期高建兵.湿式电除尘器的主要影响因素25气体密度的主要因素.气体密度对电除尘器的放电特性和除尘性能都有一定影响,如果只考虑气体压力的影响,则放电电压与气体压力成正比关系.在其他条件相同的情况下,净化高压气体时电除尘器的电压比净化低压气体时要高,并且其除尘效率也提高.4.3操作条件的影响即使同一台湿式电
16、除尘器,处理同一种含尘气体,由于操作条件不同,除尘性能也会出现很大差别.4.3.1气体速度的影响气流速度对粉尘的驱进速度有一定的影响,其相互关系中有一个相应的最佳流速,在该流速下,驱进速度最大.一般情况下,粉尘从荷电到附着在电极上仅需0.52s,而粉尘在电场的有效作用区间内的停留时间取612s,电除尘器就能得到很好的除尘效果,这种情况的相应气体流速为1.01.5m/s.如果气体速度太快,即使没有采用软水对极板进行喷淋,极板上被捕的粉尘也会自动剥落,引起粉尘的二次飞扬,从而被高速气流带出电场,引起电除尘器的除尘效率降低.4.3.2电极和绝缘件积灰实践表明,电极表面略有粗糙,比光滑表面的临界电压可
17、以提高15%左右.由于电晕极周围有少量尘粒获得正电荷,电荷量与荷负电尘粒电荷量基本相等,且与电晕极同极离子中和时间比荷负电荷尘粒长得多.在所谓梯度压力作用下被吸引到电场强的电晕极并牢牢地黏附着,且很快增厚,形成电晕极线积灰肥大,即电晕极线半径r增大,以至电晕效果降低,电晕电流减小.严重时不起电晕作用,造成电晕闭塞,使操作状况恶化.因此,必须采用喷淋水对电晕极进行连续冲洗,以即时清除积尘.绝缘件积尘后,其绝缘性能下降,严重时发生爬电,击穿,降低工作电压,甚至无法送电,从而影响电除尘器的除尘性能.所以保持绝缘件清洁十分重要.在湿式电除尘器中,为使绝缘件不致积尘,采用加热天然气吹扫电晕极的支撑绝缘件
18、.4.3.3外加电压的影响当电除尘器的外加电压达到一定数值时,电场内就会产生火花放电.影响火花放电次数的因素很多,不同工艺过程和不同类型供电设备,其火花次数不一样.板式电除尘器因受相邻电晕极线干扰,火花放电的始发电压随电晕极线数目增多而增加.实验表明,在每分钟内火花放电2080次的范围内.存在着最佳除尘效率.4.3.4伏安特性曲线电除尘器在运行过程中,从始发电晕(起晕)到电场终结(击穿)电压与电流的关系曲线称为伏安特性曲线.它不拘泥于欧姆定律,是许多变量的函数.冷态空载伏安特性曲线,可检验设备制作和安装质量,曲线闪络击穿点越接近设定电压电流值,说明该电除尘器质量越好.送人含尘气体后测得电压与电
19、流的关系曲线,则称为负载伏安特性曲线,主要受电极几何形状,电极配置形式与参数,气体成分,含尘浓度,操作温度和压力,粉尘性质等因素影响.在正常情况下,负载电压比空载电压降低l5kV左右;负载电流是空载电流的75%左右.4.4设备安装质量的影响如果电极线的粗细不均,则在细线上发生电晕时,粗线上还不能产生电晕;为了使粗线发生电晕而提高电压,又可能导致细线发生击穿.如果极板或极线的安装没有对好中心,则在极板/极线之间即使有一个地方过近,都容易发生击穿.扩能电除尘器投运一段时间后,发现电压开始降低,电流始终达不到运行要求.拆开绝缘瓷瓶套筒后发现,安装过程中未将套筒内部毛刺打磨光滑,并且铁屑等渣滓比较多.
20、将其打磨光滑,并彻底清理后,运行效果比较理想.所以电除尘器本体的制造,安装质量也是影响其除尘效率,甚至运行稳定性的关键因素之一.5结论湿式电除尘器用于脱除天然气制乙炔裂化气中的炭黑,可以基本消除炭黑粉尘的二次飞扬;同时,可以减小裂化气中一氧化碳,乙炔,氢气等易爆气体的爆炸危险性.通过优化设计和优化操作条件,扩能电除尘器的除尘效率达到99.85%以上,出El裂化气中的炭黑含量低于5mg/m.实际运行情况表明:湿式电除尘器技术适合(下转第30页)30维纶通讯2009年6月4结论通过对各种工艺条件下醋酸甲酯水解催化反应精馏过程的模拟计算得出:在相同的回流进料比和醋酸甲酯进料量条件下,随着水酯比的增大
21、水解率显着增大.水酯比的大小是决定醋酸甲酯分解率的重要因素.?在回流进料比较小时,增大回流进料比对醋酸甲酯的分解率影响较大,当回流进料比增大到一定程度时,再增大回流进料比,对提高醋酸甲酯的分解率影响不大.水酯比2.O一4.0,回流进料比2.04.0时转化率均可达70%左右,与贵州水晶,山西三维,皖维等企业的生产运行数据基本相符.参考文献1SmithLA,JrHuddlestonMN.NewMTBEdesignnowcommercialJ.HydrocarbonProcessing,1982,61(3):1211232SundmacherK,HoffmannU.Activityevaluatio
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