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电除尘器的发展

发布时间:2017-01-18 11:05:16

静电除尘的第一个演示是由德国人霍非尔德(MHohlfeld)1824年完成的。他证明用莱顿瓶的电荷供给一个盛满带烟雾的玻璃瓶,通过放在瓶中的金属线产生放电现象而使烟气被净化。

二十世纪初时的1907年美国加里福尼亚大学化学教授科特雷尔,(PGCottreU)将第一台电除尘器成功地用于工业生产。他的试验装置用于捕集比电阻较低的硫酸雾和采用新发明的同步机械整流器。

1910年用于冶炼铜、铅和锌回收烟气中的金属氧化物。

1912年用于水泥工业生产。第一次采用细导线作放电电极,操作电压达

随着世界科学技术发展和工业水平的提高,西欧各工业发达的国家,在本世纪初时,相继开展电除尘的研究工作。特别是第二次世界大战以后,一些发达的资本主义国家,在发展工业的同时,出现了大气污染的社会问题。自五十年代伦敦烟雾使四千余人在两周内丧生的事件发生后,大气污染的工厂日益受到社会各阶层的关注。在这种背景下,电除尘器以其独特的优越性而兴盛起来。本世纪三十年代,一些国家的有色冶金工厂为了利用烟气中大量存在的来制硫酸,便采用效率较高的电除尘器捕集烟气中的固体金属氧化物粒子。与此同时,水泥工业也开始采用电除尘器净化回转窑的烟气。到五十年代,黑色冶金部门才开始采用这一设备。1954年电除尘器第一次在净化高炉烟气方面获得成功,1956年电除尘又用于净化吹氧转炉的烟气,同时在烧结、平炉、电炉、石灰窑、轧机等设备也都先后采用了电除尘器,五十年代可以说是电除尘器被广泛推广使用的年代。除了冶金和建材工业部门采用外,迅速扩展到火力发电、化肥、造纸、石油、炭墨和合成纤维等工业部门。到六十年代,电除尘器已遍及各个工业部门,这是由于从六十年代起不少工业发达的国家制定了有关环境保护法规。各企业不得不采用高效的电除尘器来净化烟气,随着环境保护的日益迫切,高效的电除尘器以迅速发展,应用范围也更加广泛。

静电除尘器改造

电除尘器的使用领域不断扩大。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善。

就电极构造而论,最早的是筒形管状收尘极和细圆电晕极。四十年代出现了板状收尘板,使电场空间利用率大为提高。1954年开始采用螺旋形细圆线代替直细圆线作电晕极,和直的细圆线相比,螺旋形线降低了起晕电压,这对捕集某些比电阻较高的粉尘是有利的,其后出现了星形电晕线,使电场力线分布更为合理,1960年有人发现芒刺电晕线比螺旋线和星形线的起晕电压更低,更适合于捕集高比电阻粉和净化高浓度烟气。从四十年代到六十年代,为了防止已被捕集的粉尘产生二次飞扬,带有各种防风槽的板状收尘极被设计出来,在实际使用中取得了良好效果。

就电除尘器的单机处理能力而论,在二十世纪初叶,每小时只能处理数千立方米烟气,其原因是受电源装置和风机能力的限制。四十年代,处理能力突破每小时1954年,最大处理风量为每小时,到六十年代,大型火力发电烟气净化的需要,电除尘单每小时处理能力已突破大关,现在对750MW乃至1000MW的火力发电机组的锅炉烟气也能由电除尘器来承担净化了。可见电除尘器的单机处理能力发展也是很快的。

就电除尘器的结构尺寸而言也是越来越大。五十年代认为板长度不能超过8m,到1960年极板长度就越过10m1970年后,出现了20m长的收尘极板,现在的大型电收尘,就象一座高层的钢铁大厦。

电除尘技术的发展与高压供电及其控制装置的发展是密切相关的,电除尘器的高压电源装置一般有升压,整流和控制三部分。用变压器升压是迄今仍在使用的经济而实用的方法,只是随着绝缘技术的进步,变压器的性能更为优越、体积缩小。在整流方面,早期的电除尘器是采用机械同步整流方法,在五十年代几乎是唯一的办法。五十年代后,电子元件逐渐成熟,机械整流曾被电子管整流所代替,但未获得大规模应用。1956年开始用硒整流器,但体积庞大。在五十年代末期硅整流器的出现,很快就取代了硒整流器。在控制方面,随着电子技术的发展,控制技术和方法也日新月异。早期的电除尘器是靠人工控制电压和电流,最早采用自耦变压器或感应调压器来调节输入电压。早在二十年代初就已出现用直流磁场来改变交流线圈阻抗的理论,但是直到高导磁率的磁性材料和半导体整流元件大量生产和质量提高后,饱和电抗器才真正在自动控制方面得到应用。从五十年代起,饱和电抗器就开始代替调压变压器,为电除尘器的自动控制奠定了基础。采用饱和电抗器控制还存在缺陷,即电效率低,跟踪速度慢,控制精度低等,所以到六十年代广泛采用可控硅控制。由于可控硅的应用,使电除尘器的电源获得了新的控制特性,即快速降压和升压。这种特性使电除尘器有可能在电场发生闪络的瞬间立即降压而不产生孤光放电或击穿,同时又能立即使电压回升,让电场重新正常工作。这样,电场的工作电压会始终接近于击穿前的临界电压,从而保证最高的除尘效率。随着电子技术的飞速发展,控制部分也得到较大的改善和提高,先后由晶体管电路控制到集成电路控制,进而到计算机控制及智能控制,发展到目前的网络控制。使电除尘的运行、管理及自动化程度,都获得了空前的发展。

电除尘器的本体和电源装置到现在已发展到日趋完善的阶段,实践经验也得以不断地积

累,回顾电除尘基础理论研究的进展也是很有益的。

1911年起,美国人斯特泪(WWStrong)开始研究电除尘的理论,他对诸如尘粒荷电、电场形态、除尘效率等方面不断作出了大量的分析,他的不少分析直到今天还是正确的,为电除尘的理论奠定了初步基础。到1922年多依奇(Deutseh)假设在没有紊流等理想条件下推导出除尘效率的理论公式。据此,人们还常把效率与收尘极板面积和气体流量之间的数学表达式冠以多依奇的姓氏,成为目前除尘理论的基础。多依奇公式是在安德森(Anderson)关于电除尘指数定律的基础上导出的,所以多依奇公式也称为安德森一多依奇公式。1923年罗曼(Robman)确立了电场荷电的原理,1932年波德尼尔(Pam + henier)和莫罗一哈诺特(Moreau - hanot)发表了粒子碰撞荷电和扩散荷电的方程式,到1951年怀特导出了更加精确的扩散荷电方程式。

1948年怀特和1961年波德尼尔报导了捕集高比电阻粉尘时反电晕影响的研究结果。1918

年沃尔柯特(Wolcott)1934年费兰克(Frandk)1960年彭尼(Peneg)和克雷格(Craig)对火花放电进行了研究。1970年奥格尔斯比(Oglesby)和尼科尔斯(Nichols)提出了包括影响电除尘器性能的理论和经验在内的数学模型,1957年克奇(Gooch)等人对这一模型作了改进。

综上所述,电除尘基础理论经历了不少科学家的探索和研究,电除尘经历了几十个年代的工业实践,在结构、性能和控制方式等方面,随着工业技术的发展、环境保护的要求以及科学技术的发展,不断得以提高与完善,达到了长期、可靠和安全的运行要求。

我国从事电除尘技术和产品的研究和生产起步较晚,1949年以前,全国只有沈阳冶炼厂、葫芦岛锌厂和本溪水泥厂等有屈指可数的几台电除尘器,而且性能很差,结构也非常陈旧。新中国成立之后的一个较长的时间里,由于工业不发达,环境保护的重要性没有充分显现出来,但为了回收有价值的物质,在冶金、水泥、化工等行业相继也采用了一些电除尘器,这些电除尘器一部分是国外引起的,一部分是仿制的,直到上世纪六十年代初期,我国各个工业部门装备的电除尘台数也不超过60台。

我国有计划、有组织地开发、研究和生产电除尘器是始于上世纪六十年代末、七十年代初,当时的冶金部、建材部、第一工业机械部先后组织本行业的设计、研究院、所和企业开展电除尘器的试验研究工作,并着手于电除尘系列的样机设计。1974年,在电气控制方面,可控硅调压高压硅整流设备的研制成功,采用可控硅技术代替饱和电抭器技术已成为可能,火花跟踪的自动调压技术和电除尘器样机生产有力地促进各行业对电除尘器的初步认识和应用的开展。

上世纪八十年代初开始,我国的电除尘器发展步入快车道。随着国家改革开放的不断深入,国家工业化水平不断提高,为遏制和治理随之而来的日益严重的环境污染问题,国家把环境保护作为基本国策,促进我国环保产业的快速发展。环境污染的防治在很大程度取决于环境工程技术的提高,电除尘器以其除尘效率高、能耗低、能处理高温和大烟气量的气体等特点而被电力、冶金、建材、化工等行业的烟尘治理中广泛采用。近20年来,我国的电除尘器科研和生产企业的科技工作者,在粉尘荷电特性、粉尘特性对电除尘器的影响、板线形式及其最佳匹配、气流分布、烟气调质以及供电电源的适应性和可靠性等方面都做出了比较深入的研究,为推动我国电除尘器的理论认识的深入和生产企业的发展壮大都起到的重要用。八十年代中后期,我国电除尘器制造企业先后从美国GE公司、瑞典Flake公司、德国Lurgi公司、EE公司等公司引进电除尘技术,这对加快我国电除尘的技术进步也起到重要的作用。

目前,我国的电除尘器研制的总体水平已基本接近或达到了国际先进水平,我国的电除尘器产业已能满足我国各行业,特别是电力、建材、冶金等行业的快速发展需求,而且逐步走向国际市场,我国已经成为电除尘器生产大国,而且正在向电除尘生产的强国迈进。


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