聲波清灰機理及其在除塵設備中的應用

1、關注的問題。1電除塵器工作原理簡述與清灰要求基理是收塵極與放電極，在兩極間建立高壓不均勻電場使極間氣體電離，產(chǎn)生自由電子、負離子和正離子，使進入電場的煙氣塵粒荷電，隨后荷電塵粒在電場力作用下分別向異性電極移動，使煙氣中的塵粒和氣流相分離，凈化了氣體。大量帶負電荷的塵粒向收塵極移動且粘附于表面，由于電極上捕集愈來愈多，而使兩極間距離縮小，此時必須清除電極上的粉塵，否則電氣條件惡化，致使捕塵效率下降。如此循環(huán)進行以保持篼效穩(wěn)定除塵。電除塵器電極在捕集粉塵達到一定厚度（一般在10mm），必須設法使吸附在極板上（或電暈線上）的粉塵脫落，但又要盡可能減少粉塵脫落時的再飛揚，為此要求：要有足夠大的清灰作用

2、力，使粉塵層從陽極板或電暈線上脫落，使其保持足夠的清潔，以確保良好的電氣性能。清灰作用力又不能太大，太大則會使脫落下的粉塵層被粉碎后再次引起粉塵再飛揚。粉塵層脫離極板依自重沉降下落，此時最好不再有清灰作用力作用其上，否則又會引起粉塵再飛揚，因此對聲波清灰必須制定優(yōu)選的啟停制度。2使粉塵層脫離電極的途徑與分析欲使粉塵脫離電極，必需在粉塵層m上作用以力，使其克服作用于粉塵層m上的作用力F，才能使m與電極相分離，從而靠自重而沉降，其有兩種途徑。在粉塵層m上施加法向力zFz=Fe+Fq（2.1）m才能與電極相分離，而后靠自重而沉降。2.2）就能使m與電極表面間產(chǎn)生相對移動，而使m因重力而下落。如何才能

3、產(chǎn)生、X、y，錘擊振打使附著于電極的粉塵層瞬時獲得慣性力，已是一種較為成功的方法。而聲波清灰則是上世紀末先應用于電除塵器灰斗清灰，再應用于電場清灰，交變聲壓直接作用于粉塵層m上。它們均會產(chǎn)生法向作用力機與切向作用力4*、抑，同時作用于粉塵層m上。聲波清灰器把壓縮空氣勢能轉換成低頻篼能聲波，通過空氣媒質(zhì)把聲波傳遞到電極的粉塵層，交變聲壓P=Pmcos作用于粉塵層上，只要它克服Fz或Fx、Fy就能使粉塵層m脫離電極。3聲波清灰機理分析與探討3.1聲壓直接作用于附著在電極的粉塵層上386聲波m灰聲波清灰是通過聲波發(fā)聲器（點聲源）把氣流的機械能轉化成聲能，聲波發(fā)生器以一定的頻率與功率的聲波在媒質(zhì)中傳播

4、，電除塵器中空間的媒質(zhì)應是由煙塵與氣流組成的氣溶膠。聲波是一種疏密相間的縱波產(chǎn)生聲壓，通過媒質(zhì)的篼速周期性的“拉伸”或壓力，由于聲波傳播呈球面狀輻射，它是全方位的，施加于粉塵層既有法向壓力，也有切向壓力，因此在板面法向，當作用于粉塵層上的聲壓為正時，聲壓更使粉塵層緊壓在板面上，當聲壓為負時，即拉力大于作用在粉塵層上的法向作用力FZ=Fe+Fq時，粉塵層才會與板面分離，依自重下落或隨氣流向前運動。實際上應是法向力與切向力的聯(lián)合作用。周期性聲壓是交變地作用在粉塵層上，使粉塵層松動，聲波清灰更易使粉塵層從電極上清除，因此聲波清灰是一種使粉塵從電極上脫落的較好方法。由于聲波的衰減，在遠離聲波發(fā)生器的部

5、位，作用于板面粉塵層的聲壓會顯著減小，其清灰效果亦會減弱。3.2聲波還通過附著于板面粉塵層作用于板面上聲波不僅作用于板面粉塵層上，還通過粉塵層作用于板面，且是作用于板面的每一處，致使板面在分布力作用下產(chǎn)生強迫振動，從而又使板面產(chǎn)生X、Y、Z方向的振動加速度。由于分布力是簡諧力，且頻率不高（一般在50 360Hz之間），使極板產(chǎn)生的振動加速度不會大，但它也使附著于板面的粉塵層獲得慣性力，雖不會很大，不足以克服作用在粉塵層上的正壓力與磨擦力，但它與聲壓的聯(lián)合作用還是有利清灰。每當聲波頻率選取正好接近于極板的幾個低階固有頻率時，就會產(chǎn)生較大的振動加速度有利于灰塵層從板面上的脫落。1及3.2兩點可見，

6、聲波清灰較振打清灰更有利于使粉塵層從板面上脫落。3.3聲波還作用在已從板面上分離而正在下落的塵團上當聲波發(fā)聲器工作時，聲場中每一點的周期性交變聲壓就一直存在，因此當板面上粉塵層脫離板面而且懸浮在空間且正在下落時，高速振蕩的周期性聲壓繼續(xù)對其作用，極易引起懸浮塵團的松散而引起粉塵的二次飛揚。特別是當聲壓較大時（聲波能量較大或靠近聲源的空間）使介質(zhì)質(zhì)點或塵粒的振動位移幅值也大，使塵粒聚積間隙增大，塵團松散成小塵團而引起粉塵的再飛揚。振打清灰當粉塵層脫離極板后，就沒有慣性力作用其上，此時脫落的塵團就靠自重而下落，不會再進一步被粉散而引起再飛揚。由于聲波發(fā)生器的工作時間有一定時間，為減少聲波對已脫離板

7、面正在下落的塵團的影響，就只有控制聲波作用時間，不讓其作用時間過長，當板面積灰達到一定厚度啟動聲波發(fā)生器，而當板面粉塵層基本被清除，即關閉聲波發(fā)生器。3.4聲波還作用在電場空間的粉塵離子上由于聲波發(fā)生器發(fā)出聲波作用于電場空間，聲波通過媒質(zhì)傳播的聲壓不僅作用在板面粉塵層上，和正在從板面脫落正在下落的塵團上，而且還作用在由于電場作用正向電極方向運動的粉塵離子上，佘使粉塵離子在沿氣流方向也獲得一加速度，從而改變粉塵向電極方向運動軌跡，如在末電場會由于氣流速度的增加而降低捕塵效率。3及3.4可見，聲波清灰比振打清灰更易引起粉塵的再飛揚，如參數(shù)選擇不當將會有較多的粉塵再飛揚，必需認真研究聲頻、聲壓及聲波

8、的啟停制度對清灰效果的影響。4聲波清灰與振打清灰特征對比分析4.1作用于粉塵展上的力聲波清灰是周期性交變聲壓直接作用在粘附于板面的粉塵層上，是主動力，且周期性交變聲壓，不斷的拉伸與壓縮使粉塵層松散。因此聲波清灰更易使粉塵層從板面上清除。4.2作用于極板上的力聲波不僅作用于粉塵層上，還通過粉塵層作用于極板上，它是簡諧作用力，在其作用下極板產(chǎn)生強迫振動，板面各點均獲得振動加速度，又使粉塵層獲得慣性力，一般情況下板面振動加速度較小，因而粉塵層獲得慣性力也較小，但若聲波發(fā)生器聲頻選得恰當，使它與極板系統(tǒng)的低階固有頻率相接近，就會使極板得到很大的振動加速度，而使粉塵層獲得較聲波潔灰大慣性力，將會起到很好

9、的清灰效果。振打清灰只是一瞬時力，又是一集中力，在它作用下極板系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊振動響應，使極板在瞬時獲得很大的振打加速度。4.3傳遞環(huán)節(jié)與機械故障聲波在媒質(zhì)中傳播，傳播環(huán)節(jié)少，故障率低。振打清灰傳遞環(huán)節(jié)復雜，故障率高，側向底部撓臂錘振打清灰，錘擊砧板，從砧板到振打桿，再到陽極板，頂部振打清灰傳遞環(huán)節(jié)就更為復雜。4.4引起粉塵的在飛揚聲波直接作用在粉塵層上，在高速周期振蕩聲壓作用下，易使粉塵層松散，引起粉塵的再飛揚，特別當聲波能量大，頻奉低更會使粉塵聚積間隙增大，且塵粒獲得振動位移大，更易引起粉塵的二次飛揚。聲波還作用在已從板面脫離正沉降的塵團上，交變聲壓作用會使塵團松散而引起粉塵的再飛揚，聲波同樣

10、還作用在向電極移動的粉塵離子上，這些均會引起粉塵的二次飛揚。振打清灰則是錘擊砧板使附著于板面的粉塵層在瞬時獲得慣性力，而當粉塵層脫離極板后。慣性力也很快消失，只在重力作用下而沉降，可見其粉塵的二次飛揚可能性亦存在但比聲波清灰要小得多?？刂坪脴O板振打加速度的最小值與分布均勻性，會使粉塵的二次飛揚得到控制。可見聲波清灰引起的粉塵再飛揚會比振打清灰嚴重得多，特別是聲能、聲壓、聲頻與聲波的啟停制度選擇不當時，對清灰效果與粉塵再飛揚起到極大的影響，對此必須進行深入研究與嚴格控制。4.5清灰效果的衡量、評判與測試振打清灰已建立了振打清灰機理與測試技術，亦建立了以板面最小振打加速度與振打加速度分布均勻性來衡

11、量清灰效果的評判標準。聲波清灰雖于80年代末才開始用于電除塵器電場板線積灰，只是起到振打清灰的輔助作用，國內(nèi)應用聲波清灰也只是近幾年來的事。雖然聲壓級的測定還不是難事，但如何來衡量清灰效果，使粉塵脫離板面的最小聲壓又應是多少，均未進行過試驗研究，因此必須開展聲波清灰測試技術的研究以及總結制定聲波清灰效果的衡量標準?？梢娐暡ㄇ寤遗c振打清灰各有長處，也各有不足之處，它們的清灰效果均隨空間位置的不同而改變，離開振打源（或聲源）距離遠處清灰效果差，近處清灰效果好，若要使遠處也能達到清灰要求，必然是近處粉塵脫落后的二次飛揚大。從目前情況看，至少可以講聲波清灰是振打清灰的一種很好的輔助清灰方法，能明顯提高

12、清灰效果。對使用時間較長的電除塵器，由于振打裝置設計不周以及長期使用，振打力衰減嚴重。各傳遞環(huán)節(jié)故障頻繁，致使清灰效果不佳，板線積灰嚴重，此時必須進行現(xiàn)場故障診斷與檢，消除故障與加用聲波清灰器可明顯提篼清灰效果。又如對大型電除塵器，極板高度增加已達15米，特別是超高超寬型陽極板懸掛系統(tǒng)，在遠離振打點處振打加速度嚴重衰減，振打加速度分布均性也變差，此時既要使板面粉塵脫落又要盡量少地引起粉塵再飛揚，就應充分利用聲波清灰與振打清灰各自長處，使它們優(yōu)勢互補，設計綜合清灰系統(tǒng)，使在各自管轄范圍內(nèi)做到既有較好的清灰效果又較少粉塵的二次飛揚。5聲壓級、聲頻及聲波啟停制度對清灰效果的彩響5.1聲壓級對電除塵器

13、板線清灰效果的影響聲壓級提高作用于介質(zhì)及粉塵層的聲壓愈大，有利于粘附在板面的粉塵層克服作用其上的作用力F脫離板面，因此聲壓級對清灰效果有至關重要的作用。但聲壓級也不是愈高愈好，只要保證聲場中任一點（一般應是聲場中離聲源最遠處）的聲壓級所對應的聲壓足以克服清灰對象的作用力F即可，過高的聲壓不僅導致動力消耗增大，環(huán)境噪聲增大，還會使脫離板面的粉塵層松散與正在下落的粉塵團松散，引起粉塵的再飛揚。對不同種類的粉塵或粉塵同類粉塵其粒徑大小的不同，工況條件、濕度、溫度均會使粘附在板面的作用力F大小不一樣，要使其從板面脫離所需的聲壓大小也不一樣。特別是對電除塵器一排陽極板，由于捕集粉塵是下粗上細，前粗后細，

14、后面電場的陽極板排捕集粉塵比前面電場陽極板捕集粉塵更細，因此作用在粉塵層上的作用力F是上部大下部小，前面小后面大。且越往后電場越大，這就要求作用于板面粉塵層的聲波清灰聲壓也與此相符，才能達到最佳清灰效果。5.2聲頻對電除塵器板線清灰效果的影響聲頻提篼使作用于粉塵層上的交變聲壓也增強，有利于克服作用在粉塵層上的作用力F而與板面相分離，聲頻提高，媒質(zhì)的振動加速度增大，而振動位移減少，同樣在聲壓作用下使粉塵塵粒振動加速度增大，而振動位移減少，這有利于粉塵層從板面脫離；同時聲頻提篼，增大了聲壓由PAPA的交變次數(shù)，對灰塵層間和焦渲的疲勞效應是十分有利的。因此提篼聲頻，能獲得足夠大的聲壓，以克服粉塵層粘

15、附于極板的作用力，使其脫離極板。聲場中任一點的頻率即是聲源的頻率，即任一點處的聲壓由PA-PA交替的變化頻率不會隨距離的變化而發(fā)生改變，而聲場中某點的聲壓（或聲壓級）不僅與離聲源的距離有關，還與傳播介質(zhì)的工況條件（溫度、濕度）以及聲波作用空間結構及空間壁面的大小及材質(zhì)均有關。點聲源（聲波清灰器在電場中可看為點聲源）在自由場中，當離聲源距離增加一倍時，聲壓級減小6分貝，此外聲波在媒質(zhì)中傳播時，由于媒質(zhì)的粘滯性等影響聲波能量不斷地被吸收或轉化為其它形式，引起聲衰減，其衰減的大小與聲波頻率、媒質(zhì)溫、濕度有關，一般頻率越篼，其作用空間范圍越小。由上可見，聲波頻率對清灰效果影響較為復雜，提高頻率能增大交

16、變聲壓有利于板面清灰，但在傳播過程中，隨距離增大，衰減程度也增大，這又不利于遠離聲波發(fā)生器處板面的清灰。因此對具體對象，應綜合考慮聲壓級與聲頻的選取，在考慮衰減因素后聲場任一點有足夠的聲壓條件下，提篼聲波頻率。5.3聲波啟停制度對清灰效果的影響電除塵器板線的積灰與清灰對除塵效率影響極大，特別是板面的清灰。當板面積塵達到一定厚度必須進行清灰，否則電氣性能惡化，影響捕塵效率，而當板面積灰較薄時，無論振打清灰還是聲波清灰均易使清除下來的粉塵松散而引起嚴重的二次飛揚。因此不管振打清灰或是聲波清灰都應使板面積塵達到一定厚度（一般講在lmm左右）。聲波清灰的聲波啟停制度既類似于振打清灰制度但又不同，后者僅

17、在于對不同的電場二次振打之間的間隙時間不同，而聲波清灰聲波啟停制度應包括每個電場的聲波開啟時間與停止時間。聲波的啟動時間不宜過長，過長會引起脫離祗面的粉塵在下落過程中繼續(xù)受到聲壓作用使其松散而引起粉塵的再飛揚。啟動時間又應與聲波頻率有關，聲頻高啟動時間應短些，聲頻低啟動時間可長些。二次聲波工作的間隙時間應以使板面粉塵積灰達到一定厚來確定，可見對不同電場來講，前面電場二次聲波間隙時間要短于后面電場，越往后的電場二次聲波的間隙時間就越長。由此可見，聲波的啟停制度確定或優(yōu)選更難于振打清灰制度，而且對清灰效果的影響也更大。6聲波清灰技術的應用6.1聲波清灰可用于電除塵器電場板線清灰的一種極好的輔助清灰

18、方法目前電除塵器板線清灰?guī)缀醵际钦翊蚧?，但由于當前振打清灰裝置設計不周，往往引起往后電場板線積灰嚴重，越遠離振打點的板面積灰越嚴重，又由于其傳遞環(huán)節(jié)多，機械故障多，使用時間長久，加之管理不善更使板線積灰嚴重。此時一邊消除存在故障，同時設計加用聲波清灰器，能使電場板線清灰效果得到明顯改善表1 B室三電場聲波清灰使用甫后電場性能參數(shù)日期工況電場二次電壓（kV）電場二次電流（mA）安裝聲波清灰器前安裝聲波清灰器后聲波清灰張家口電廠300MW機組配套2臺BE240m2雙室四電場電除塵器，于2001年安裝投用，頂部電磁錘振打清灰，初期清灰效果較好，隨時間推移，清灰效果不斷惡化，特別是三、四電場捕集粉塵顆粒細，板線積灰更難以清除。2003年首先對2爐B室三電場（因其積灰最嚴重）加裝2臺SQ 75型聲波清灰器，以與A室三電場作對照，聲波清灰器使用前后