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水泥厂电除尘器的除尘效率及其影响因素

目前，在治理水泥工厂粉尘时常用的除尘设备有旋风除尘器、布袋除尘器和电除尘器。由于电除尘器通风阻力低、耗电低、维护费用少，适应高温、大风量、耐腐蚀，并且在理论上可达到任何要求的除尘效率等特点，因此比其它除尘设备发展的都要快，在水泥厂得到广泛的应用。电除尘器在水泥厂主要用于水泥窑窑尾废气的除尘，也用于生料磨、水泥磨及烘干机等尘源的除尘。
电除尘器的选用，需根据影响其除尘效率的因素进行综合考虑，否则即使选用电除尘器，也可能达不到高效除尘的目的。

粉尘微粒在电除尘器中要受到电场力的作用，还要受到风力和重力的作用。粉尘微粒的沉降不是指受重力作用向下沉降，而是指受电场力作用向降尘极沉降。因此，粉尘向降尘极沉降的速度就是指粉尘微粒在电场力作用下的运动与流体阻力达到平衡时的速度，这个速度即是电除尘器的驱进速度。
影响除尘效率的因素很多，可归纳为气体与粉尘的性质、除尘器的结构及操作条件等四个方面。
1、含尘气体的流量和流速
对于一定型号规格的电除尘器，它的除尘效率是指处理的气体量在一定范围内而言。如果气体量超过设计的范围，则除尘效率达不到设计的要求。
气体流量大于电除尘器设计允许的范围时，使除尘效率降低的原因，主要是由于气流流速增大，减少了粉尘微粒与电离的气体离子相结合的机会，加大了粉尘微粒被高速气流带走的数量，同时也加大了已沉聚下来的粉尘再度被高速气流扬起带走的力量，即加大了二次扬尘。
从电除尘器的工作原理来看，气体流速愈低，粉尘微粒荷电的机会愈多，因而除尘效率愈高。水泥厂回转窑窑尾废气在电除尘器中的流速小于0.5m/s时，除尘效率最高，几乎接近100%；当流速增高到1.0m/s时，除尘效率降低到96%；当流速增高到1.6m/s时，除尘效率只有84%。可见随着气体流速的增高，除尘效率大幅度下降。一般认为，气体流速取0.6~1.3m/s为宜。对大的电除尘器，可以取上限值，因为含尘气体在电除尘器内停留的时间长些；反之，则可取较小的值。
2、气体的含尘浓度
在电晕极和降尘极所造成的不均匀电场中，气体发生电离。电离产生的正离子，向电晕极运动；电离产生的负离子(包括电子)向降尘极运动。正负离子各向相反的方向移动，形成电风。由于晕外区比电晕区大得多，所以负离子在电场中的运动居于主导地位，即由负离子形成的电风是主要的，其速度可达60~100cm/s。通过电场的粉尘微粒粘附在负离子后，成为带负电荷的粒子向降尘极运动，在电场中形成空间电荷。当气体中含尘浓度不很大时，带电粉尘微粒受到电风的影响而加速向降尘极移动，改善了除尘效率；但当气体含尘量过大时，气体电离而成的离子被粉尘微粒包围，高速运动的电风被低速运动的带电微粒所代替，电风停止，高压电流几乎降低到零，电晕受到抑制，气体电离受到影响，除尘效率大大下降，发生电晕封闭现象。
对水泥尘的试验表明，造成电晕封闭的粉尘浓度极限值为35~40g/m³。因此，当粉尘浓度大于极限值时，应先经过一级前置旋风除尘器或其它除尘设备，以降低进入锅炉除尘器的含尘气体的粉尘浓度。此外，芒刺形电晕极也有助于减少电晕封闭现象。
3、粉尘的比电阻
粉尘的比电阻是关系到电除尘器的选用和除尘效率的一个重要性质。
粉尘的比电阻与固体物质的电阻率不同，固体物质电阻率是表示物质本身的电阻；而粉尘的比电阻除了表示本身的电阻外，还包括粉尘颗粒的表面电阻与颗粒之间所包含的气体的电阻等。粉尘比电阻与粉尘本身的理化性质、含尘气体的温度、湿度等因素有关，并随测试方法不同而有所差异。
设定电晕极为负极、降尘极为正极，对粉尘比电阻与除尘效率之间关系进行试验研究。可见在A区段，即比电阻小于10⁴Ω·cm(低阻型)时，比电阻愈小，粉尘导电性愈好，电晕电流愈高，除尘效率愈低。在B区段，即比电阻在10⁴~2*10¹⁰Ω·cm之间(正常型)时，除尘效率较高，电流消耗亦较稳定。在C区段，即比电阻大于2*10¹⁰Ω·cm(高阻型)时，随着比电阻的增大，除尘效率急剧下降，电晕电流开始下降(C区段)，随后急剧上升(D区段)。
在不考虑湿度或增湿的情况下，水泥生产中常见粉尘的比电阻一般在4.6*10⁸~10¹³Ω·m，窑尾废气和水泥尘的比电阻都高于正常型，可考虑采取喷雾增湿或用化学添加剂如SO3、NH3等进行调理，以降低粉尘比电阻。
4、气体的温度
含尘气体温度的高低主要影响到粉尘的比电阻。粉尘的比电阻包括尘粒的表面电阻和本身电阻。在低温时，粉尘的表面吸附物和水蒸气或其它化学物质的影响起作用，随着温度的升高，作用减弱，而使比电阻增加。但高温时，尘粒本身的电阻起作用，随着温度的升高，尘粒中质点的能量增加，电阻降低，比电阻降低。
由于电除尘器对粉尘比电阻要求在一定范围，因此温度对除尘效率的影响主要表现为对比电阻的影响。
气体的粘度和密度都与温度有关。温度升高，气体的粘度增加，荷电粉尘驱进速度降低，除尘效率降低；温度升高，气体密度减小，击穿电压降低，除尘效率降低。
高温气体虽然可使粉尘比电阻降低，但对电除尘机械强度不利。从总的效果来看，气体的温度低些有利于提高电除尘器的除尘效率，但不能低到气体的露点，否则引起粉尘结块，使设备易于腐蚀。经验表明，进入电除尘器的气体温度低于200℃高于露点50℃，有利于电除尘器的操作和提高除尘效率。
5、气体的湿度
进入电除尘器的含尘气体，很难避免水蒸气的存在。这种水蒸气在电除尘器里，温度如果低于露点，则一方面会使收入的粉尘结块粘结在降尘极和电晕极上，难于振落，影响除尘效率；另一方面由于湿气冷凝成水后，水中溶有酸型物质，从而造成极板和极线的严重腐蚀。但水蒸气的温度如果高于露点，则不仅无害，反而有益。在极间距相同情况下，湿度大的气体，其击穿电压也相应增高，因而提高了除尘效率。同时粘附在粉尘表面的水蒸的作用气分子薄膜有使比电阻较高的尘粒降低其比电阻的作用，因而也提高了除尘效率。
除尘效率的高低，意味着对含尘气体所能达到的净化程度。因此，只有弄清影响电除尘器除尘效率的因素，才能提出相应的改进措施和较佳的治理方案。这些影响因素主要有含尘气体的流量和流速、含尘浓度、比电阻、气体的温度、湿度以及电除尘器本身的结构及电晕电压的高低等。在设计水泥厂粉尘治理方案时，选用电除尘器应综合考虑这些因素。
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