电除尘器提效节能除尘效率公式的研究.pdf

电除尘器提效节能除尘效率公式的研究 胡满银 雷应奇 尹 琦 高香林 华北电力大学环境科学与工程学院, 河北 保定 071003 摘要 依据理论驱进速度和我国电除尘器 EP 的运行现状, 以及提效节能型高压供电设备的开发成功与推广, 分析研 究了反映高压供电提效节能智能优化控制特性的 EP 除尘效率公式。 公式指出, 有效驱进速度和 EP 除尘效率与提效 节能工作方式下的二次电压峰值及最小值成正比, 与火花整定工作方式下的二次电压峰值及最小值之比成正比。 该 公式可为 EP 高压供电等设备的优化研究开发和提效节能运行提供参考依据。 关键词 电除尘器;高压供电; 提效节能;电晕功率; 除尘效率;驱进速度 STUDY ON EP EFFICIENCY ENHANCING AND ENERGY-SAVING DUST REMOVAL EFFICIENCY ULA Hu Manyin Lei Yingqi Yin Qi Gao Xianglin School of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China Abstract According to the theoretic driving velocity and running condition of electrostatic precipitator EPin China, as well as successful development and popularization of efficiency enhancing and energy -saving high -voltage power supply equipment, it is studied the EP dedusting efficiency ula reflecting high -voltage current supply efficiency enhancing and energy-saving characteristics. This ula indicates that the effective driving velocity and EP dust removal efficiency are in proportion to the hump and the minimum of the secondary voltage which is under the efficiency enhancing and energy -saving operationmode, as well as in proportion to the ratio of the hump to the minimum of the secondary voltage which is under spark setting operation mode. This ula may provide a reference for optimization research on EP high-voltage power supply equipments etc and efficiency -raising high -voltage current supply; efficiency enhancing and energy-saving; corona power; dust removal efficiency;driving velocity 0 引言 1922年 ,多依奇博士依据电除尘过程推导出了 著名的多依奇 Deutsch EP 除尘效率公式 [ 1] 。 为了将 EP 供电设备的主要电气参数引入多依 奇公式 ,怀特指出, 可将高压供电的诸多参数与驱进 速度联系起来, 推导出著名的与电晕功率成正比的怀 特 EP 除尘效率公式 [ 2] 。这一公式指出 , 需要追求高 电压 平均 ,大电流, 以获取较高的除尘效率。这一 公式对 EP 高压供电设备的研究设计与运行和提高 EP 除尘效率均起到了重要的指导作用 。 在电除尘领域, 国内一些单位研究开发出了具有 提效节能功能的 EP 高压供电控制设备 [ 3] ,该设备能 有效克服反电晕危害 ,达到在原来基础上进一步提效 节能的良好效果。当前迫切需要使这一技术上升到 理论, 得到能反映 EP 高压供电提效节能智能优化控 制特性的 EP 除尘效率公式 , 并用这一理论指导 EP 的高压供电设备研究开发与运行, 以便更好的挖掘 EP 潜力 ,使 EP 在节能减排方面再上新台阶 。 1 多依奇 Deutsch EP 除尘效率公式 多依奇通过严谨的数理方法推导出了著名的多 依奇 Deutsch EP 除尘效率公式 η1 -e -A Qω1 -e-fω 1 式中 η 除尘效率 , ; A 总集尘面积,m 2 ; Q 处理烟气量,m 3 s; ω 有效驱进速度 ,m s; f 比集尘面积,m 2 m3s-1 , f A Q , 即一 秒钟净化1 m 3烟气所需的集尘面积。 90 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 2 怀特 H. J. White 电晕功率型 EP 除尘效率公式 怀特依据驱进速度 ω 与有用电晕功率相联系的 理念 ,得出与电晕功率成正比的除尘效率公式 η1 -e -k1 p2 Q 2 式中 η EP 除尘效率 , ; P2 EP 高压供电有用电晕功率 ,W 。且有 P2I2 VpVm 2 3 式中 I2 总电晕电流,A; Vp、Vm 二次电压峰值及最小值,V。 有效驱进速度 ω k1 p2 A 4 式中 A EP 总集尘面积,m 2 ; k1 参数 ,其含义为单位比功率下的驱进速 度,其值与烟气 、 粉尘性质及 EP 设计等 因素有关 。 式 2 ～ 式 4 表明 , EP 电晕功率与有效驱进速 度及除尘效率成正比 。但人们逐渐发现, 式 2 在某 些场合适用 ,而在另外一些场合则不宜使用 ,这就需 要对电除尘理论 ,尤其是怀特有关电除尘高压供电的 理论进行全面系统地分析研究, 结合我国 EP 运行现 状,提出更结合实际的 EP 除尘效率公式 , 更好地继 承和发扬怀特理论。 3 提效节能型 EP 除尘效率公式分析研究 3. 1 依据 3. 1. 1 怀特有关 EP 高压供电理论 EP 本体和EP 高压供电等电气系统是影响 EP 性 能的两大主体设备。在多依奇除尘效率公式中 A 、Q 反映了 EP 本体结构参数, 虽然 ω中内含了本体、电 气及烟气与粉尘性质等参数 ,但对 EP 高压供电的电 气参数反映不明显。因此 ,怀特指出 1 驱进速度 ω是 EP 除尘效率与电气因素间的 基本联系环节; 2 驱进速度与供电的联系方式为 a . 用供电的 峰值电压和平均电压 ; b. 用电除尘的平均电流 ; c . 用 有用的电晕功率 。 3 脉冲供电能提供较高的峰值电压, 在多种场合 应用中有较高的除尘效率 。 3. 1. 2 EP 运行现状单一的火花整定工作方式 目前, 我国燃煤电厂的燃用煤种大多灰分大, 含 硫量低, 发热量低, 煤种多变 。燃煤灰分有的高达 40～ 50以上; EP 运行中 , 产生反电晕的约占 80,这给 EP 的运行和达标排放造成了较大的困难。 对于 EP 常规高压供电设备, 为了使 EP 除尘效率尽 量高 ,其运行电压 V2尽量接近火花闪络电压 ,二次电 流尽量大。不论各燃煤电厂的燃用煤种性质有多大 不同, 也不论水泥行业 、冶金等行业的工况有多大区 别,EP 高压供电设备几乎均运行在单一的火花整定 工作方式下 ,EP 的高压供电设备运行处于“大功率高 能耗”状况 [ 4] , 而除尘效果往往欠佳。这一现象很值 得深思与探讨。 3. 1. 3 提效节能智能优化控制 国内一些单位开发出了具有提效节能智能优化 控制 简称提效节能 功能的新一代 EP 常规 50Hz 供 电控制设备 。这种设备能有效克服反电晕危害,其突 出特点是 1 以脉冲供电为主; 2 动态智能优化控制; 3 降功率振打优化; 4 单电场动态粉尘比电阻测试技 术。它的开发指导思想是依据 EP 本体结构及烟气 与粉尘性质的变化 ,努力提高运行电压 , 自动优化电 压波形,即自动调节占空比与幅比。这里所指的电压 不是指二次平均电压, 而是指峰值电压 。电压波形主 要是指电压的峰值 、 均值 、 谷值以及二次电压脉动频 率等, 使二次电压、电流波形始终处于本体与工况所 需的最佳状态。在上述四项功能的支持下, 使 EP 除 尘效率进一步提高 ,烟尘排放浓度进一步减小, 同时 使电能消耗大幅度降低。经过大量工程实践证明 ,这 种设备能够使 EP 在原有基础上 ,进一步提高除尘效 率,降低烟尘排放浓度 30～ 60, 同时节能可达 70～ 80, 单电场有的节能可达 90以上 。粉尘比 电阻越高, 反电晕越强烈, 提效节能效果越显著。因 此,迫切需要能够反映 EP 高压供电提效节能智能优 化控制功能的 EP 除尘效率公式,用以总结并指导 EP 高压供电的提效节能研究设计与运行。 3. 2 提效节能型 EP 除尘效率公式的分析研究 3. 2. 1 理论驱进速度 经过数学推导可得出荷电尘粒理论驱进速度表 达式 ω 2 3 Dε 0aEcEp μ 5 ω∝EcEp 6 式中 ω 理论驱进速度 ,m s; Ec 尘粒荷电 荷电区 场强 ,V m; Ep 尘粒收尘 收尘区 场强 ,V m。 从式 5 和式 6 可以看出,理论驱进速度与尘粒 91 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 荷电场强及收尘场强成正比, 即尘粒荷电场强及收尘 场强越高, 则荷电尘粒的驱进速度越大 , 除尘效率越 高。通过理论研究与大量的实践证明, 在同一电除尘 环境下 ,荷电场强与二次电压峰值成正比 ,收尘场强 与最小电压成正比, 尤其是在提效节能智能优化控制 工作方式下。 3. 2. 2 有效驱进速度方式与供电方式相联系 1 用供电产生的粉尘荷电场强与收尘场强 ; 2 用供电的峰值电压和最小电压 ; 3 用提效节能供电方式与火花整定工作方式的 峰值电压及最小电压的比值; 4 用提效节能供电方式与火花整定工作方式的 粉尘荷电场强及收尘场强的比值。 3. 2. 3 提效节能型有效驱进速度及 EP 除尘效率公 式的分析研究 通过以上分析研究和大量实践 , 有如下几点 考虑 1 将提效节能与火花整定工作方式作比较。因 为火花整定工作方式已运行数十年 ,同时提效节能工 作方式是在火花整定工作方式基础上发展起来的 ,它 继承了火花整定工作方式运行稳定等优点,改进了消 耗能量过大,效率欠佳等不足 。 2 引入荷电场强与收尘场强理念 。由于理论驱 进速度与收尘空间的荷电场强及收尘场强成正比 ,这 一规律是符合客观实际的, 所以将其引入到公式中。 供电理论和大量实践表明 ETc Ehc ≈ VTf Vhf 7 ETp Ehp ≈ VTm Vhm 8 ETc∝VTf, ETp∝VTm,Ehc∝Vhf,Ehp∝Vhm 9 式中 VTf、VTm 提效节能工作方式下二次电压的 峰值和最小值 ; Vhf、Vhm 火花整定工作方式下二次电压的 峰值和最小值; ETc、ETp 提效节能工作方式下荷电场强与 收尘场强 ; Ehc、Ehp 火花整定工作方式下荷电场强与 收尘场强。 可见 ,二次电压峰值与最小值代表了荷电场强与 收尘场强 ,两种工作方式下的峰值电压与最小电压之 比,则代表了荷电场强与收尘场强之比 。 3 不将电晕电流引入公式。电除尘过程所需电 晕电流很小 ,大量实践表明 ,电晕电流大并不能表示 除尘效率就一定高, 在不少场合,电晕电流增大时 ,除 尘效率反而不变甚至下降 。 4 不将平均电压引入公式。平均电压只是电压 波形一个特征参数, 平均电压大小并不能代表除尘效 率的高低。在电除尘复杂的工况和环境下,真正影响 除尘效率的是电压的峰值 、 最小值以及电压波形形状 和脉动频率 。当然, 对于全波整流的火花整定工作方 式,平均电压能反映电压峰值与最小值特征 ,对于其 他工作方式如脉冲供电间歇供电等则不能反映。 5 将高压供电对提效节能起重要作用的主要电 气参数从有效驱进速度中以某种形式分离出来。通 过以上分析研究, EP 高压供电的提效节能工作方式 下有效驱进速度表达式如下 ω T ωhK ωhB VTf Vhf VTm Vhm ωhD VTfVTm 10 K ωT ωh B VTf Vhf VTm Vhm D VTfVTm 11 K ∝ VTf Vhf VT m Vhm ∝VTf VTm 12 式中 ωT EP 高压供电提效节能智能优化控制工 作方式下的有效驱进速度,m s; ωh EP 高压供电火花整定工作方式下的有 效驱进速度,m s; K 驱进速度提升系数 。K ≥1,系 EP 高压 供电在提效节能智能优化控制工作方 式下 ,由于 VTfVTm的提高而使有效驱 进速度增加的比例, 如 K 1, ω不增 加,K 1. 1, ω增加 10, K 与本体结 构, 电气特性 ,烟气及粉尘性质以及 EP 运行状况等有关, K 值由 EP 实际运行 效果确定 ; B 比例系数 , 无量纲, 数值接近于 1, 由 EP 现场运行效果与参数确定。 D 比提升系数 , 1 kv 2 , 由 EP 现场运行 效果与参数确定。 B K VTf Vhf VTm Vhm 13 D K VTf VTm 14 92 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 EP 高压供电的提效节能工作方式是以脉冲供电 为主要特征 ,其占空比与幅比自动优化调整 ,幅比的 两个极限即最大与最小值分别对应火花整定与间歇 供电工作方式 ,所以公式 10 包含了火花整定 、 间歇 供电 、 脉冲供电等多种供电方式 。当 EP 高压供电设 备工作在火花整定工作方式时 , B K 1。 将驱进速度式 10 代入多依奇除尘效率公式,得到 η 1 -e -A QωT 1 -e -A QKωh 1 -e -A QB VTf Vhf VTm Vhm ω h 1 -e -A QDVTfVTm ωh 15 η∝A 、1 Q 、ωT、ωh、 K 、 VTf Vhf VTm Vhm 、 VTfVTm 、B 、 D 16 公式 15 表明, 除尘效率 η 除与A 、1 Q成正比外, 还与 EP 高压供电提效节能智能优化控制工作方式 及火花整定工作方式下的有效驱进速度 ωT、ω h以及 两种工作方式下的峰值电压和最小电压之比 、 提效节 能工作方式下峰值电压和最小电压以及系数 K 、B 及 D 成正比。该公式除适用于脉冲供电工作方式外, 宜适用于火花整定、间歇供电等工作方式。 该公式表明 ,应努力提高 EP 高压供电提效节能 智能优化控制方式下的峰值电压和最小电压 ,以获得 除尘效率的提高。该公式中无电晕电流 I2参数, 但 亦包含了 I2含义 。如 Vf越高 , 瞬间场强越大, 电晕 放电越强烈, 其脉冲 峰值 电压瞬间二次电流亦越 大,粉尘荷电量大 ,驱进速度及除尘效率越高。但由 于占空比及幅比不同 ,平均电流 I2可能很小, 电能消 耗很小, 实现了提效与节能的有机结合与统一。另 外,该公式主要体现的是提效节能工作方式与火花整 定工作方式相比之效果, 这种效果主要包含在系数 K 、 B 及D 之中 ,虽然 η 与D 、 VTf、VT m 成正比 ,亦不 表明板间距越大肯定越好 。 3. 3 提效节能型 EP 除尘效率公式的意义 1 有效驱进速度及提效节能型EP 除尘效率与高 压供电设备提供的峰值电压及最小电压成正比,即将 EP 高压供电设备的电气性能与其联系了起来, 充分 表明了高压供电性能的重要性 。 2 该公式采用EP 高压供电提效节能智能优化与 火花整定两种工作方式下有效驱进速度以及峰值电 压及最小电压之比的形式 ,充分体现了提效节能智能 优化工作方式的提效节能效果 。 3 该除尘效率公式指明了欲想达到提效节能的 良好运行效果, 需努力追求二次电压高峰值和尽量高 的最小值, 改变了以往只追求高电压 平均值 , 大电 流 平均值 的大功率高能耗的运行方式 ,为 EP 的提 效节能运行提供了依据。 4 提效节能型 EP 除尘效率公式中 , 除有效驱进 速度外 , A 、 Q 为 EP 本体参数 , VTf、VTm、Vhf、Vhm、K 、B 及D 为高压供电电气参数, 充分表明 ,EP 是由 EP 本 体系统与 EP 高压供电等电气系统这两大主体系统 构成, 体现了电气设备对 EP 整体性能所起的极其重 要的 ,EP 本体所不能替代的重要作用 。 5 EP 高压供电的提效节能功能对 EP 本体是极 大的技术支持, 它可适当缓解严格的烟尘排放标准对 EP 本体的压力,改变了以往一旦提起提高 EP 效率降 低排放浓度 ,就只单纯想到增加本体集尘面积和增大 EP 本体体积的传统观念, 有些 EP 技改项目 ,主要依 靠 EP 电气系统的改造亦可达标完成。 4 结论 1 提效节能型及怀特电晕功率型 EP 除尘效率公 式表明了提高 EP 除尘效率有两种途径 , 一是努力提 高电晕功率 ,二是优化二次电压波形与脉动频率, 即 努力提高 EP 高压供电的峰值电压和最小电压, 第 2 种途径更科学合理, 更符合我国 EP 运行现状 。 2 提效节能型 EP 除尘效率公式表明 ,二次电压 峰值及最小值与除尘效率成正比, 反映了 EP 高压供 电提效节能智能优化控制特性, 为 EP 高压供电设备 的设计研究及运行提供了理论依据 。 3 提效节能型EP 除尘效率公式适用于高压供电 的脉冲供电 、 间歇供电以及火花整定等工作方式, 亦 适用于有无反电晕的广泛场合 。 4 提效节能型EP 除尘效率公式指明了欲想达到 提效节能的良好运行效果 ,需努力追求二次电压高峰 值和尽量高的最小值, 改变了以往只追求高电压 平 均值 ,大电流 平均值 的大功率高能耗的运行方式, 为 EP 的提效节能运行提供了依据 。 参考文献 [ 1] 小奥格尔斯比 S, 尼克尔斯 G B. 电除尘器[ M] . 谭天佑, 王励 前, 译. 北京 水利电力出版社, 1983. [ 2] 怀特 H J. 工业电收尘[ M] . 王成汉, 译. 北京 冶金工业出版社, 1984. 下转第113 页 93 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 要组成部分。管理评价部分占总分的 20。 对此主要按照建设项目环境保护竣工验收技术 规范中的各项要求进行评价, 在攀钢的实践中 ,环境 管理评价方面及相对权重分配如下 1 环保审批手续及“三同时”执行情况为 10; 2 环保治理设施的完成 、 运行、 维护情况为 20; 3 环境保护档案管理情况为 5; 4 环境保护管理制度的建立和执行情况为 15; 5 厂区绿化及排污口规范化整治为 10; 6 污染事故应急措施为 20; 7 固体废物处置情况为 30; 8 管理人员专业知识水平与管理能力为 10。 5 环境影响评价 评价一套环保设施的好坏 ,还应该从经过设施处 理后的污染物对环境质量的影响上进行评价。环境 影响评价占总分的 10。 有环境影响报告书 表 的建设项目 ,环境影响预 测数据可直接引用报告中的预测值。但应注意核实 排放源强, 如果实际排放源强有变化, 则预测的数据 也应作相应调整。没有环评报告的建设项目则应该 进行实际的监测 。 本评价模式是利用浓度比值进行评分。浓度比 值计算公式见式 5 浓度比值 C贡献C本底 C标准 5 为定量的评价环保设施的浓度排放效果 ,在运用 层次分析法理念 ,并向有关专家进行咨询后 ,将污染 物浓度因子和环境影响评分因子 βY的取值方法定义 如表 4。 表 4 环境影响评价因子定量表 浓度 比值 环评影响因子 βY 浓度 比值 环评影响因子 βY 0 . 61. 41. 20. 4 0 . 81. 21. 60. 2 1 . 00. 62. 00. 0 由表 4 可以看出 ,浓度比值不仅和贡献值有关, 而且还和本底值有关 。如果本底值过高 ,那么就容易 出现较低的评分系数, 这也说明, 本底浓度越高的地 区其环保设施的净化效率要求就应更高 。 6 结论与建议 评分是一个数值量化的过程。总分为 100 分 ,有 优、 良、中 、差 4 个分段 80 ～ 100、70 ～ 80、60 ～ 70、60 以下 。 除了有一个量化的评定外 ,还应该将评价过程中 发现的问题分类逐一归纳 ,并提出与之相应的对策措 施或建议, 作为管理者决策的依据和环境管理的工作 重点 。 7 评价模式的不确定性 在本评价模式中将 100 分的总分分为数百个评 分的细节进行打分, 评分的依据有调查法 、 查阅资料、 专家咨询、根据监测数据评定等方法, 此类方法具有 一定的科学性。但本模式涉及较多的权重分配,其取 值是因人而异的。评分过程中必须要有相当比例和 数量的管理人员 、 环境专业人员、设计专业人员进行 协商确定。但由于评价过程中需要考虑和综合的因 素众多,很难用统一的公式或表格进行合理的表达, 因此 ,该评价模式具有一定的不确定性。 8 结论 本课题对环保设施现状评价的模式进行了探讨。 评分的高低反映环保设施运行状况的优劣程度。通 过开展此类评价 ,可发现环保设施存在的问题, 了解 设施运行现状, 对企业或车间的环境管理有明显的促 进作用 。但由于课题涉及范围大 , 内容庞杂 ,在以后 的评价中, 将就模式的体系性 、 可比性、 代表性和科学 性等作进一步的研究 。 作者通信处 陈奉军 617062 四川省攀枝花市 攀枝花钢铁有限 责任公司劳动卫生防护研究所 E -mail 023xy163. com 2008- 10-24 收稿 上接第 93页 [ 3] 卢泽锋, 傅启文, 夏庆, 等. 节能提效型电除尘器供电控制装置 的研制[ C] 第十二届中国电除尘学术会议论文集. 石家庄 2007. [ 4] 雷应奇, 胡满银, 高香林. 电除尘器提效与节能供电技术的分析 研究[ C] 第十二届中国电除尘学术会议论文集. 石家庄 2007. 作者通信处 胡满银 071003 河北保定市永华北大街 619 号 华北 电力大学环境科学与工程学院 E -mail humanyin163. com 2008- 07-10 收稿 113 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期