【word】 濕式電除塵器的主要影響因素

1、濕式電除塵器的主要影響因素22維綸通訊2009年6月濕式電除塵器的主要影響因素高建兵(中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠,重慶401254)摘要簡要介紹了電除塵器的工作原理,并結(jié)合該廠濕式電除塵器的實(shí)際運(yùn)行情況,分析了該類型電除塵器的影響因素及改進(jìn)措施.關(guān)鍵詞電除塵器原理陰極絲陽極板影響因素1前言電除塵器是喬治?科特雷爾(f?g?cottrel1)于1907年發(fā)明的;它是含塵氣體在通過高壓電場電離,使塵粒荷電,并在電場力的作用下,塵粒沉積于電極上,從而使塵粒與含塵氣體分離的一種除塵設(shè)備;能有效回收氣體中的粉塵,以凈化氣體.目前,電除塵器在化工,發(fā)電,水泥,冶金,造紙和電子等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用.濕式電除塵

2、器與其他除塵器相比,具有:不容易產(chǎn)生二次飛揚(yáng),除塵效率高;設(shè)備阻力小,總的能耗低;適用范圍廣;可處理氣量大等特點(diǎn).我廠7500噸/年乙炔爐配套開發(fā)的電除塵器采用板式,濕式,陰極電暈的方式,其設(shè)計處理裂化氣量為l200nm/h,進(jìn)口裂化氣平均炭黑濃度為3g/nm,溫度607ooc;出口炭黑為5mg,/nm,除塵效率達(dá)到99.8%.所以在天然氣部分氧化制乙炔生產(chǎn)過程中,電除塵器運(yùn)行的好壞,將直接影響裝置的安全及長周期運(yùn)行.2電除塵器的工作原理j實(shí)驗(yàn)表明:將氣體通人兩平行金屬板電極間,并施以電壓,形成均勻電場,電場內(nèi)任意點(diǎn)電場強(qiáng)度均相等.氣體中帶電離子,按電場方向正離子向負(fù)極運(yùn)動,負(fù)離子向正極運(yùn)動,

3、兩極間形成極其微弱的電流.此時,電流強(qiáng)度和電場強(qiáng)度成正比,服從歐姆定律.當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到某一定值時,離子定向運(yùn)動速度很大,以致氣體產(chǎn)生的離子全部被電場驅(qū)向兩極.這時,再增加場強(qiáng)就沒有較多的離子驅(qū)向兩極,電路中的電流也不再加大.此時的電流稱為飽和電流.當(dāng)電路中的電壓繼續(xù)增大時,電場強(qiáng)度增大,并使電子和離子獲得足夠能量以致有可能產(chǎn)生新的電子,離子和增大電流.當(dāng)電壓升到一定程度,不僅活動性大的電子和部分陰離子能和中性氣體分子碰撞發(fā)生電離作用,而且活動性小的陽離子也獲得足夠的能量與中性氣體分子碰撞產(chǎn)生電離作用,致使電場中連續(xù)不斷產(chǎn)生大量新離子.在放電極周圍產(chǎn)生電離的區(qū)域內(nèi),可明顯地觀察到淡藍(lán)色的光點(diǎn)或光

4、環(huán),同時發(fā)出輕微爆裂聲.通常把產(chǎn)生這種淡藍(lán)色的光點(diǎn)或光環(huán)的現(xiàn)象稱為電暈現(xiàn)象.產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的這一極稱為電暈極.如果電壓再次升高,電暈區(qū)域增大,電極問產(chǎn)生強(qiáng)烈火花甚至有可能產(chǎn)生電弧,電極間氣體會發(fā)生電收稿日期:20080807作者簡介:高建兵,男,1973年生,2001年碩士畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè),工程師,現(xiàn)任中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠化工技術(shù)開發(fā)中心乙炔研究室主任,主要從事天然氣部分氧化制乙炔的技術(shù)開發(fā)工作.2009年第29卷第2期高建兵.濕式電除塵器的主要影響因素23擊穿現(xiàn)象,形成短路.此時的電壓稱為擊穿電壓.在電除塵器工作過程中,不允許產(chǎn)生擊穿電壓.為此,一般情況下必

5、須把高壓直流電源的電壓控制在(2070)kv.由于平行金屬平板產(chǎn)生的是均勻電場,所以只要其間任何一點(diǎn)發(fā)生電離,兩極空間立刻充滿帶電離子,整個空間氣體即被擊穿.此時,電流急劇增加,形成火花放電,電壓極不穩(wěn)定.因此,電除塵器一般不采用均勻電場,而是一極采用管形或板形,另一極采用金屬絲,組成非均勻電場,以便既維持電暈放電現(xiàn)象,又不產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象.電暈放電所圍繞的電極稱為電暈極或放電極,另一電極稱為收塵極或除塵極.根據(jù)電除塵器的原理,正,負(fù)電極均可做電暈極.但是,由于在電場中電子與陰離子的運(yùn)動速度大于陽離子的運(yùn)動速度,且易于附著在塵粒上,以較快的速度到達(dá)陽極,所以陽極上收集的粉塵多于陰極上收集的粉塵;并

6、且由于負(fù)電暈極的擊穿電壓比正電暈極高,因此,通常情況下,工業(yè)電除塵器的極板接正極,極絲接負(fù)極.3電除塵器的除塵效率電除塵效率可根據(jù)多依奇一安德森公式計算:=1一e(1)式中:卜/q;一電場驅(qū)進(jìn)速度;a收塵面積:q裂化氣量.驅(qū)進(jìn)速度的簡化式為:=0.1iezp(2)式中:e電場強(qiáng)度;jf)塵粒半徑;氣體粘度.電場強(qiáng)度:e:電場電壓(v)/ca場異極距(mm)4電除塵器的影響因素影響電除塵器性能的因素主要有:粉塵的性質(zhì),設(shè)備狀況和操作條件,這些因素影響到電除塵器的電暈電流,粉塵比電阻,電除塵器內(nèi)的粉塵收集和二次飛揚(yáng)等,從而最終表現(xiàn)為除塵效率的高低.若電除塵器的結(jié)構(gòu)形式固定,則主要是含塵氣體在電除塵

7、器內(nèi)分布,含塵氣體性質(zhì),工藝和操作條件等.4.1氣體分布的影響氣體分布是影響電除塵器除塵效率的重要因素之一.除塵器設(shè)計效率越高,氣體分布對除塵效率的影響越大.電除塵器進(jìn)口處的氣體流速,一般為1015m/s,而進(jìn)入電除塵器后僅為0.52m/s,流速驟然降低會使氣流紊亂且分布不均,在電除塵器內(nèi)形成旁路竄氣.實(shí)踐證明,5%的竄氣量,即會使除塵效率低于95%.所以,在電除塵器中,若不采取必要的氣體分布,氣體在電場內(nèi)會很不均勻,局部流速將大大超過設(shè)計指標(biāo),使氣體在電場內(nèi)的停留時間大大縮短,被捕集到的粉塵又被高速氣流帶出電場形成二次揚(yáng)塵.同時電暈線容易產(chǎn)生程度不同的晃動,引起供電電壓波動,從而使除塵效率降

8、低;嚴(yán)重時電除塵器不能正常操作.由于我廠擴(kuò)能電除塵器采用兩管進(jìn)氣,具有初步分布的能力;同時,進(jìn)口流速比較低,約6.6m/s,并且除塵器頂部采用軟水持續(xù)噴淋,不會產(chǎn)生二次揚(yáng)塵,以及考慮檢修的方便,所以只設(shè)置了一個氣體分布板.從實(shí)際運(yùn)行效果分析,可以實(shí)現(xiàn)裂化氣在電除塵器中的有效分布.4.2含塵氣體性質(zhì)的影響4.2.1氣體含塵量的影響電除塵器對所凈化的氣體的含塵濃度有一定的適應(yīng)范圍,如果超過一定的范圍,除塵效果會降低,甚至終止除塵過程.由于炭黑塵粒的體積,質(zhì)量和荷電量均比離子大得多,所以離子遷移速度比荷電塵粒遷移速度大數(shù)百倍氣體離子平均速度為(60100)m/s,塵粒速度在60crn/s以下,因此,

9、荷電塵粒所形成的電流只占電暈電流約1%一2%.隨著氣體含塵量增加,雖然荷電塵粒所形成的電暈電流不大,但是其所具有的空間電荷卻很多,嚴(yán)重抑制電暈電流產(chǎn)生,使塵粒不能獲得足夠電荷,導(dǎo)致電除塵器除塵效率顯著降低,尤其是塵粒直徑在1txm左右的數(shù)量越多,這種現(xiàn)象越嚴(yán)重.當(dāng)含塵量大到某一數(shù)值時,電暈現(xiàn)象消失,塵粒在電場中根本得不到電荷,電暈電流幾乎減小到零,失去除塵作用,即電暈閉塞.在生產(chǎn)實(shí)踐中,為防止產(chǎn)生電暈閉塞,應(yīng)限制進(jìn)入電除塵器氣體的含塵濃度.對于常規(guī)電除塵器,進(jìn)口含塵量應(yīng)不超過24維綸通訊2009年6月50g/m(標(biāo)況).為降低氣體含塵量,可以在電除塵器前面設(shè)置一到二級旋風(fēng)除塵器,噴淋洗滌器,或

10、適當(dāng)增加電場數(shù),以達(dá)到預(yù)期的除塵效果.我廠乙炔爐出來的裂化氣先進(jìn)人冷卻塔的下段,采用大量的沖洗水對炭黑進(jìn)行初步洗滌之后,使進(jìn)入電除塵器的裂化氣中炭黑含量約2g/nm.4.2.2氣體性質(zhì)及組成的影響氣體離子在電場內(nèi)的遷移速度,隨氣體成分不同而不同,因此,所產(chǎn)生電暈電流也不同.若處理氣體含塵量少,離子遷移速度大,使電暈電流太大,而操作電壓太低,因此,必須采取加大供電機(jī)組容量,改變電暈極形狀,調(diào)整電極配置和改變氣體流動方式等措施以抑制電暈電流,提高工作電壓.氣體組成對負(fù)電暈放電特性影響很大,氣體成分不同,在電暈放電中電荷載體的遷移不同.在電場中,電子與中性氣體分子相碰撞而形成負(fù)離子的概率在很大程度上

11、取決于氣體成分,其差別是很大的,不同氣體成分對電除塵器的伏安特性及火花放電電壓影響比較大,尤其是在含有三氧化硫時,氣體對電除塵器運(yùn)行效果有很大的影響.4.2.3粉塵粒徑分布的影響實(shí)驗(yàn)證明,帶電粉塵向沉淀極的驅(qū)進(jìn)速度cc,與粉塵顆粒半徑r成正比,粒徑越大,除塵效率越高,當(dāng)粒徑增至(2040)m階段,可能出現(xiàn)效率的最大值;再增大粒徑,由于大塵粒的非均勻性使得其具有較大的導(dǎo)電性,容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵和外攜,引起電除塵器的除塵效果下降;當(dāng)粒徑在(0.2o.5)ixm,由于細(xì)小半徑塵粒表面積大,空間電荷效應(yīng)大,會出現(xiàn)效率最低值.由于裂化氣炭黑的粒徑在(o.010.5),所以只有通過優(yōu)化操作來提高電除塵器的除

12、塵效率.4.2.4粉塵比電阻的影響粉塵的比電阻是指在lcm圓面積上堆積1cm高的塵粒,然后沿高度方向測得的電阻值.比電阻值是粉塵導(dǎo)電性能的標(biāo)志,對電除塵器除塵性能影響較大.一般認(rèn)為,最適宜電除塵器工作的比電阻范圍為10(5x10m)q?cm.當(dāng)粉塵比電阻太低,低于10q?cm(如炭黑粉塵),粉塵到達(dá)除塵極后,很快釋放出其上的電荷,成為中性,易于從除塵極上脫落,重新進(jìn)入氣流,產(chǎn)生二次揚(yáng)塵,降低除塵效率.當(dāng)粉塵比電阻太高,高于10”q?em時,粉塵到達(dá)除塵極后,粉塵電荷不易釋放,逐漸積沉在除塵極表面的粉塵仍為負(fù)極性,它排斥隨后的粉塵新附于其上,當(dāng)粉塵層達(dá)到一定厚度后,在粉塵層內(nèi)部形成一定的電場,粉

13、塵層表面為負(fù)極,除塵極為正極.粉塵層增厚,電場強(qiáng)度增加,以致粉塵層內(nèi)的空氣擊穿,從而產(chǎn)生反向放電(稱為反電暈),即從除塵極向除塵空間放出大量正離子,使粉塵荷正電進(jìn)入除塵空間,破壞正常的除塵工作.對于比電阻較低和較高的粉塵,在沉積到除塵極后,都需要盡快的從除塵極上清除,以免影響除塵器的除塵效率.針對我廠裂化氣炭黑比電阻比較低的特性,采用軟水進(jìn)行持續(xù)的噴淋,一旦炭黑在極板上釋放出電荷,則立即被噴淋軟水帶走,從而減輕了二次揚(yáng)塵.并且,在電除塵器運(yùn)行一定時間后,采用較大量的定期沖洗水對極板和極絲進(jìn)行噴淋,以除去其上附著的大量炭黑,從而延長電除塵器的運(yùn)行周期.4.2.5氣體濕度的影響電除塵器運(yùn)行過程中,

14、其擊穿電壓與氣體的含濕量有關(guān).在同樣溫度條件下,氣體所含水分越大,其比電阻越小,電場擊穿電壓相應(yīng)提高,火花放電較難出現(xiàn),這種作用對電除塵器來說是有適用價值的,可以使電除塵器在較高電壓下穩(wěn)定運(yùn)行,而電場強(qiáng)度的增高會使電除塵器的除塵效果顯著改善.在我廠濕式電除塵器中,通過在電除塵器的頂部設(shè)置常開的軟水進(jìn)行霧化噴淋,使裂化氣在操作溫度下被水蒸汽飽和,有利于提高電除塵器的除塵效率.4.2.6氣體溫度的影響氣體溫度能夠改變粉塵的比電阻,影響氣體的黏滯性.氣體黏滯性隨溫度的上升而增大,導(dǎo)致其驅(qū)進(jìn)速度下降;如果可能,在較低溫度條件下運(yùn)行比較好,所以通常在裂化氣進(jìn)入電除塵器之前先要進(jìn)行初步冷卻.但是,對含濕量

15、較高和有三氧化硫之類成分的氣體,其溫度一定要保持在露點(diǎn)溫度2o一30以上作為安全余量,以避免發(fā)生腐蝕.由于我廠裂化氣基本不含三氧化硫等氣體,所以可以將溫度控制在露點(diǎn)以下.4.2.7氣體壓力的影響經(jīng)驗(yàn)公式表面,當(dāng)其他條件確定后,起暈電壓隨氣體密度而變化,而氣體的溫度和壓力是影響2009年第29卷第2期高建兵.濕式電除塵器的主要影響因素25氣體密度的主要因素.氣體密度對電除塵器的放電特性和除塵性能都有一定影響,如果只考慮氣體壓力的影響,則放電電壓與氣體壓力成正比關(guān)系.在其他條件相同的情況下,凈化高壓氣體時電除塵器的電壓比凈化低壓氣體時要高,并且其除塵效率也提高.4.3操作條件的影響即使同一臺濕式電

16、除塵器,處理同一種含塵氣體,由于操作條件不同,除塵性能也會出現(xiàn)很大差別.4.3.1氣體速度的影響氣流速度對粉塵的驅(qū)進(jìn)速度有一定的影響,其相互關(guān)系中有一個相應(yīng)的最佳流速,在該流速下,驅(qū)進(jìn)速度最大.一般情況下,粉塵從荷電到附著在電極上僅需0.52s,而粉塵在電場的有效作用區(qū)間內(nèi)的停留時間取612s,電除塵器就能得到很好的除塵效果,這種情況的相應(yīng)氣體流速為1.01.5m/s.如果氣體速度太快,即使沒有采用軟水對極板進(jìn)行噴淋,極板上被捕的粉塵也會自動剝落,引起粉塵的二次飛揚(yáng),從而被高速氣流帶出電場,引起電除塵器的除塵效率降低.4.3.2電極和絕緣件積灰實(shí)踐表明,電極表面略有粗糙,比光滑表面的臨界電壓可

17、以提高15%左右.由于電暈極周圍有少量塵粒獲得正電荷,電荷量與荷負(fù)電塵粒電荷量基本相等,且與電暈極同極離子中和時間比荷負(fù)電荷塵粒長得多.在所謂梯度壓力作用下被吸引到電場強(qiáng)的電暈極并牢牢地黏附著,且很快增厚,形成電暈極線積灰肥大,即電暈極線半徑r增大,以至電暈效果降低,電暈電流減小.嚴(yán)重時不起電暈作用,造成電暈閉塞,使操作狀況惡化.因此,必須采用噴淋水對電暈極進(jìn)行連續(xù)沖洗,以即時清除積塵.絕緣件積塵后,其絕緣性能下降,嚴(yán)重時發(fā)生爬電,擊穿,降低工作電壓,甚至無法送電,從而影響電除塵器的除塵性能.所以保持絕緣件清潔十分重要.在濕式電除塵器中,為使絕緣件不致積塵,采用加熱天然氣吹掃電暈極的支撐絕緣件

18、.4.3.3外加電壓的影響當(dāng)電除塵器的外加電壓達(dá)到一定數(shù)值時,電場內(nèi)就會產(chǎn)生火花放電.影響火花放電次數(shù)的因素很多,不同工藝過程和不同類型供電設(shè)備,其火花次數(shù)不一樣.板式電除塵器因受相鄰電暈極線干擾,火花放電的始發(fā)電壓隨電暈極線數(shù)目增多而增加.實(shí)驗(yàn)表明,在每分鐘內(nèi)火花放電2080次的范圍內(nèi).存在著最佳除塵效率.4.3.4伏安特性曲線電除塵器在運(yùn)行過程中,從始發(fā)電暈(起暈)到電場終結(jié)(擊穿)電壓與電流的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線.它不拘泥于歐姆定律,是許多變量的函數(shù).冷態(tài)空載伏安特性曲線,可檢驗(yàn)設(shè)備制作和安裝質(zhì)量,曲線閃絡(luò)擊穿點(diǎn)越接近設(shè)定電壓電流值,說明該電除塵器質(zhì)量越好.送人含塵氣體后測得電壓與電

19、流的關(guān)系曲線,則稱為負(fù)載伏安特性曲線,主要受電極幾何形狀,電極配置形式與參數(shù),氣體成分,含塵濃度,操作溫度和壓力,粉塵性質(zhì)等因素影響.在正常情況下,負(fù)載電壓比空載電壓降低l5kv左右;負(fù)載電流是空載電流的75%左右.4.4設(shè)備安裝質(zhì)量的影響如果電極線的粗細(xì)不均,則在細(xì)線上發(fā)生電暈時,粗線上還不能產(chǎn)生電暈;為了使粗線發(fā)生電暈而提高電壓,又可能導(dǎo)致細(xì)線發(fā)生擊穿.如果極板或極線的安裝沒有對好中心,則在極板/極線之間即使有一個地方過近,都容易發(fā)生擊穿.擴(kuò)能電除塵器投運(yùn)一段時間后,發(fā)現(xiàn)電壓開始降低,電流始終達(dá)不到運(yùn)行要求.拆開絕緣瓷瓶套筒后發(fā)現(xiàn),安裝過程中未將套筒內(nèi)部毛刺打磨光滑,并且鐵屑等渣滓比較多.

20、將其打磨光滑,并徹底清理后,運(yùn)行效果比較理想.所以電除塵器本體的制造,安裝質(zhì)量也是影響其除塵效率,甚至運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一.5結(jié)論濕式電除塵器用于脫除天然氣制乙炔裂化氣中的炭黑,可以基本消除炭黑粉塵的二次飛揚(yáng);同時,可以減小裂化氣中一氧化碳,乙炔,氫氣等易爆氣體的爆炸危險性.通過優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化操作條件,擴(kuò)能電除塵器的除塵效率達(dá)到99.85%以上,出el裂化氣中的炭黑含量低于5mg/m.實(shí)際運(yùn)行情況表明:濕式電除塵器技術(shù)適合(下轉(zhuǎn)第30頁)30維綸通訊2009年6月4結(jié)論通過對各種工藝條件下醋酸甲酯水解催化反應(yīng)精餾過程的模擬計算得出:在相同的回流進(jìn)料比和醋酸甲酯進(jìn)料量條件下,隨著水酯比的增大

21、水解率顯著增大.水酯比的大小是決定醋酸甲酯分解率的重要因素.?在回流進(jìn)料比較小時,增大回流進(jìn)料比對醋酸甲酯的分解率影響較大,當(dāng)回流進(jìn)料比增大到一定程度時,再增大回流進(jìn)料比,對提高醋酸甲酯的分解率影響不大.水酯比2.o一4.0,回流進(jìn)料比2.04.0時轉(zhuǎn)化率均可達(dá)70%左右,與貴州水晶,山西三維,皖維等企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)基本相符.參考文獻(xiàn)1smithla,jrhuddlestonmn.newmtbedesignnowcommercialj.hydrocarbonprocessing,1982,61(3):1211232sundmacherk,hoffmannu.activityevaluatio

22、nofeatalyt-icdisfiuationpackingformtbeproductionj.chemicalengineeringandtechnology,1993,16(4):2792893landerep,hubbardjn,smithla.refiningprofitswithcatalyticdistillationj.chemeng,1983,90(8):36394ciriear,miaop.steadystatemultiplicitiesinanethyhneglycolreactiondistillationcolumnj.industrialandengineeri

23、ngchemistryreaseareh,1994,33(11):273827485shoemakerjd,jonesem.cumenebycatalyticdistil-lationj.hydrocarbonprocessing,1987,66(6):57586fujigamiy.hydrolysisofmethylacetateindistillationcolumnpackedwithreactivepackingofionexchangeresinj.chemeng,1990,23(3):3547肖劍,劉家祺,江興華等.催化精餾水解醋酸甲酯研究j.化學(xué)工程,2003,31(4):75788王成習(xí),沈慶揚(yáng).樹脂環(huán)催化劑在乙酸甲酯催化水解精餾中的應(yīng)用j.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2000,16(2):1369孫莉君.醋酸甲酯水解催化反應(yīng)精餾技術(shù)的研究d.河北工業(yè)大學(xué)碩士論文,天津,200410肖珍平.乙酸甲酯催化精餾水解過程的模擬計算分析j.石油技術(shù)與應(yīng)用,2003,21(4):28428711焦子華,周傳光,趙文.穩(wěn)態(tài)