CN104991146A - 湿式静电除尘器极配伏安特性实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，包括高压电源、阳极框架（6）、阴极框架（8）、绝缘支撑柱（7）和上位机；所述阴极框架（8）上设有待测试极配的阴极线（4），并与高压电源连接，阴极框架（8）设在绝缘支撑柱（7）上；所述阳极框架（6）上设有待测试极配的阳极（5）。本发明的实验可以模拟湿式静电除尘器湿烟气介质条件测试电场参数；实验电场规模大，减少测量误差；升压电流步长精确到0.1mA，准确比较不同极配形式的电场特性；实验台可切换用恒流和高频两种电源供电，比较恒流和高频两种电源形式对电场参数的影响。

Description

湿式静电除尘器极配伏安特性实验台

技术领域

本发明涉及火电厂烟气超净排放的湿式除尘技术领域，具体的说是一种开发、测试湿式静电除尘器新型极配特性、高性能阳极、阴极的实验台，同时也是研究污染物在极板表面粘附和洗脱特性的实验台。

背景技术

基于更加严格的排放标准--超净排放成为燃煤发电行业的“新常态”，湿式静电除尘器已成为烟气排放达到超低排放标准的环保利器。湿式静电除尘器建设的需求来势凶猛，但是湿式静电除尘器的阳极、阴极配置设计还很随意，未经优化，影响了湿式静电除尘器的除尘效率。已建成的湿式静电除尘器装置存在的不足主要包括：阴极放电过度，在电晕电流达到电源输出电流的上限时，电晕电压很低以致刚过起晕值；阴极放电过弱，在电源输出的电晕电压已接近闪络值时，电晕电流仍很小；阴极放电均匀性差，阳极表面存在较大比例的收尘盲区等，这些不足降低了湿式静电除尘器的效率。

伏安特性是评估极配优劣的最重要指标之一。相对于干式静电除尘器，湿式静电除尘器的介质是含有多组分污染物的过饱和湿烟气，需要测试饱和湿烟气相关条件下的伏安特性以及在阳极表面存在水膜状态，电场空间存在喷淋状态的电场稳定性。

所以建立针对湿式静电除尘器极配特性实验台是优化湿式电除尘器设计不可或缺的。

发明内容

本发明的目的是提供了一种能准确测试极配结构的伏安特性实验台。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，包括高压电源、阳极框架（6）、阴极框架（8）、绝缘支撑柱（7）和上位机；所述阴极框架（8）上设置待测试极配的阴极线（4），并与高压电源和上位机连接；所述阳极框架（6）上设置待测试极配的阳极（5），阴极框架（8）设在绝缘支撑柱（7）上。

本发明的进一步设计是：

所述待测试极配设有4-12组，即4-12组待测试极配的阳极和4-12组待测试极配的阴极线，各组极配均竖直安装在阳极框架和阴极框架上，优选设计为8组。

所述绝缘支撑柱采用伞形内热防露型瓷柱；阴极框架为矩形架，矩形架顶端横梁与绝缘支撑柱顶部连接；所述阳极框架采用多组横梁结构，各横梁两端分别担于绝缘支撑柱上。

高压电源包括高频电源模块1a和恒流电源模块1b，二者的输入端分别经耦合变压器接交流电源，二者的输出端经隔离开关为待测试极配的阴极线供电。所述高频电源模块采用100KV/30mA高频电源；恒流电源模块采用100KV/30mA恒流电源；所述隔离开关采用一点三掷高压隔离开关2。

实验台还设有阳极水膜装置，所述阳极水膜装置包括设置在待测极配的阳极筒顶面的围堰结构24、给水母管21和带流量调节阀22的金属软管23；金属软管出水口设于围堰结构的顶部，给水母管与金属软管进水口连接。

实验台还设有喷雾装置，所述喷雾装置包括安装在阴极框架上部的雾化喷嘴34和阴极框架底部的锥形水池35，雾化喷嘴经水泵32与水箱31连通，锥形水池经回水泵36与水箱连通。

本发明的显著优点是：

1．该试验台测试的阳极是六边形、四边形或圆形的筒型电极而非其他极配试验台阳极的平板型电极；试验台的阴极是六针线、旋转线等立体型线；

2．试验台的阳极上端设置阳极水膜装置，充水后溢流在阳极表面形成水膜，可模拟在水膜条件下电除尘器的极配试验；

3．试验台设置实心锥喷雾装置，可模拟在湿式水雾条件下电除尘器的极配试验；

4．本发明测试时安装4-12组待测试的极配，采集4-12组待测试的极配的电压电流信号送给上位机，通过采集平均数值有利于避免单一板线测量值误差偏大的问题；

5．本发明在伞形内热防露型瓷柱内部的电塞热管，可以将表面升温（温度在120-150℃），瓷柱断面的伞形结构可以防止湿式条件的水雾和水珠飞溅至瓷柱伞下，这些特征保证瓷柱在饱和水雾条件下持续绝缘电阻值接近+∞；

6．本发明上机位可以绘制1KV步长升压的伏安曲线，可精确比较在湿式静电除尘器工作电压区间（40-60KV）的电场参数；

7．实验台操作电压为100KV的直流电压，可以测量出目前所有湿除极配的闪络电压值；

8．本发明的实验电场规模大，测试数据的采信度高。

附图说明

图1为本发明伏安特性实验原理图；

图2为本发明的示意图；

图3为本发明的极配结构俯视示意图；

图4为本发明的绝缘支撑柱结构示意图；

图5为本发明的阳极水膜装置结构示意图；

图6为图5中2a水膜放大示意图

图7为本发明的喷雾装置结构示意图；

图8-1为本发明的待测试极配结构一的示意图；

图8-2为本发明的待测试极配结构二的示意图；

图9-1为带倒角的平头针结构示意图；

图9-2为球头针结构示意图；

图9-3为平头针结构示意图；

图9-4为80°短尖头针结构示意图；

图9-5为80°长尖头针结构示意图；

图9-6为120°短尖头针结构示意图；

图9-7为120°长尖头结构示意图。

图中标记：

1a、高频电源模块，1b、恒流电源模块，2、一点三掷高压隔离开关，3、110KV高压绝缘导线，4、待测试极配的阴极线，5、待测试极配的阳极，6、阳极框架，7、绝缘支撑柱，8、阴极框架，21、给水母管，22、流量调节阀，23、金属软管，24、围堰结构，25、水膜，31、水箱，32、水泵，33、减压阀，34、雾化喷嘴，35、锥形水槽，36、回水泵。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，本发明湿式静电除尘器极配伏安特性实验台包括高压电源、阳极框架6、阴极框架8、绝缘支撑柱7和上位机；所述阴极框架8上设有待测试极配的阴极线4，并与高压电源连接；所述阳极框架6上设有待测试极配的阳极5，待测试极配的阳极5接地并；阴极框架8和阳极框架6均设在绝缘支撑柱7上并与上位机连接。

待测试极配设有4-12组，即4-12组待测试极配的阳极5和4-12组待测试极配的阴极线4，各组极配均竖直安装在阳极框架6和阴极框架8上。

绝缘支撑柱7采用伞形内热防露型瓷柱；阴极框架8为矩形架，矩形架顶端横梁与绝缘支撑柱7顶部连接；阳极框架6采用多组横梁结构，各横梁两端分别担于钢柱上。

高压电源包括高频电源模块1a和恒流电源模块1b，二者的输入端分别经耦合变压器接交流电源，二者的输出端经隔离开关为待测试极配的阴极线4供电，可切换供电。高频电源模块1a采用100KV/30mA高频电源；恒流电源模块1b采用100KV/30mA恒流电源；隔离开关采用一点三掷高压隔离开关2。

实施例2：

如图5和图6所示，本发明在实施例1的基础上，还设有阳极水膜装置，所述阳极水膜装置包括设置在待测极配的阳极筒5顶面的围堰结构24、给水母管21和带流量调节阀22的金属软管23；金属软管23出水口设于围堰结构24的顶部，给水母管21与金属软管23进水口连接。以测试阳极筒表面水膜工况下的极配的伏安特性。

实施例3：

如图7所示，本发明在实施例1或2的基础上，还设有喷雾装置，所述喷雾装置包括安装在阴极框架上部的雾化喷嘴34和阴极框架底部的锥形水池35，雾化喷嘴经水泵32与水箱31连通，锥形水池经回水泵36与水箱连通。以测试不同等级的喷雾工况下的极配的伏安特性和高压电场的稳定性。

应用实施例1：

伏安特性实验的原理是测量待测试极配组成的高压电场的二次电压和电流的关系，并以二次电压为横坐标、二次电流为纵坐标绘制U-I曲线图，从图上读取与比较不同极配形式的起晕电压、闪络电压以及放电强弱等参数。

高效极配结构形式应具备起晕电压低（15-20KV）、闪络电压高（大于60KV）以及在电场强度高（≥0.3KV/mm），板-线电流密度适中(0.4-0.9mA/m²或0.5-1mA/m)，同时极板不同区域之间的电流密度偏差相对均方根差σ不大于0.25等特征。

以正六边形导电玻璃钢筒和鱼骨针极线组成的极配为例，图8-1与图8-2是其中两种极配结构形式。鱼骨针尖的形式、针长和间距等参数对其放电特性和电场参数影响非常大。例如有些针尖形式启晕电压较低，放电电流较大，而有些针尖形式的起晕电压较高，放电电流较小。图9-1～图9-7列举了七种鱼骨针放电刺尖结构形式，本发明的实验台测出这七种鱼骨针极线与六边形导电玻璃钢组成的极配的伏安特性曲线，实验数据为设计人员开发工程应用的高效极配形式提供依据。

如图2、图3和图4，待测试极配需要安装于由阳极框架6、阴极框架8、绝缘支撑柱7上来组成高压电场区域。阳极框架6可以安装八组待测试极配的阳极筒5，阴极框架8安装相应数量的待测试极配的阴极线4，并且待测试极配的阴极线4居于待测试极配的阳极筒5中心，之间用绝缘支撑柱7隔离。阳极框架6和阴极框架8均为可拆卸结构，满足不同形式待测试极配的更换需求。

如图1，电气控制柜一侧串接耦合变压器可以连续调节高压电源一次侧电压，也就连续调节了二次输出的电压值，实现对电场参数的连续调节。电气控制柜给实验用电气设备供电和控制。高频电源模块1a和恒流电源模块1b是湿式静电除尘器最常用的电源。一点三掷高压隔离开关2可以实现某种电源接入电场的功能或者高压电场区域检修期间的接地。

应用实施例2：

应用于火电厂湿式静电除尘器的阳极多采用抗酸腐蚀能力较好的材料如双相不锈钢、硬聚氯乙烯、导电玻璃钢、碳或硅纤维、有机纤维等制造，这些材料的导电性能和亲水性能差别较大。例如有些非金属阳极材料的表面电阻达10⁴-10⁵Ω甚至更大，阻值较大的阳极将抬升阴极的放电电压，干态测量的伏安数值不能反映出实际运行参数，如图5和图6的水膜条件下测量的伏安数值才能与实际工程条件比较贴近。

应用实施例3：

湿式静电除尘器内的介质是含有低浓度超细粉尘、石膏和酸雾等湿污染物的过饱和湿烟气，烟气中粉尘浓度20-100 mg/Nm³，酸雾滴含量50-100mg/Nm³。在高压静电场中，饱和荷电后的污染物和酸雾滴受到电场力定向迁拽至阳极表面，以1-10g/L的稀悬浊胶体液沿着阳极壁板流下实现污染物的捕集。石膏和粉尘中含有硅、铝和钙成份水化后具有胶体特性，在阳极表面絮凝成大颗粒粘附于阳极表面，需要定期用高压水雾对阳极表面冲洗。目前的冲洗周期为12-24小时/次，但是少量区域会有粉尘和石膏结垢的现象，长期运行后极板局部有严重结垢，影响极线放电和电场的高压参数的问题。工程中需要解决的问题包括：1、在线冲洗喷嘴，即冲洗期间电压和电流参数稳定；2、极板表面污染物的洗脱特性，即冲洗水对污染物的冲洗效果。

如图7，用20μm以下的粉煤灰和石膏在2.0m³的水箱31内与水搅拌均匀配置成20-100g/L的悬浊水溶液，通过水泵32加压后由雾化喷嘴34喷入电场区间，在电场底部设有收集这些悬浊液的锥形水槽35，回水泵36将这些收集液压送至水箱31进行循环利用。雾化喷嘴34出口的水压通过减压阀33调节。在水雾条件下测量高压电场的伏安特性，为开发在线冲洗技术创造条件，这也为湿式静电除尘器的进一步推广创造了条件。

Claims (8)

1.一种湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：包括高压电源、阳极框架（6）、阴极框架（8）、绝缘支撑柱（7）和上位机；所述阴极框架（8）上设置待测试极配的阴极线（4），并与高压电源和上位机连接；所述阳极框架（6）上设置待测试极配的阳极（5），阴极框架（8）设在绝缘支撑柱（7）上。

2.根据权利要求1所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：所述待测试极配设有4-12组，即4-12组待测试极配的阳极（5）和4-12组待测试极配的阴极线（4），各组极配均竖直安装在阳极框架（6）和阴极框架（8）上。

3.根据权利要求1所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：所述绝缘支撑柱（7）采用伞形内热防露型瓷柱；阴极框架（8）为矩形架，矩形架顶端横梁与绝缘支撑柱（7）顶部连接；所述阳极框架（6）采用多组横梁结构，各横梁两端分别担于绝缘支撑柱上。

4.根据权利要求1、2或3所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：高压电源包括高频电源模块（1a）和恒流电源模块（1b），二者的输入端分别经耦合变压器接交流电源，二者的输出端经隔离开关为待测试极配的阴极线（4）供电。

5.根据权利要求4所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：所述高频电源模块（1a）采用100KV/30mA高频电源；恒流电源模块（1b）采用100KV/30mA恒流电源；所述隔离开关采用一点三掷高压隔离开关（2）。

6.根据权利要求4所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：该实验台还设有阳极水膜装置，所述阳极水膜装置包括设置在待测极配的阳极筒（5）顶面的围堰结构（24）、给水母管（21）和带流量调节阀（22）的金属软管（23）；金属软管（23）出水口设于围堰结构（24）的顶部，给水母管（21）与金属软管（23）进水口连接。

7.根据权利要求4所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：该实验台还设有喷雾装置，所述喷雾装置包括安装在阴极框架（8）上部的雾化喷嘴（34）和阴极框架（8）底部的锥形水池（35），雾化喷嘴（34）经水泵（32）与水箱（31）连通，锥形水池（35）经回水泵（36）与水箱（31）连通。

8.根据权利要求1所述的湿式静电除尘器极配伏安特性实验台，其特征在于：待测试极配的阳极为六边形、四边形或圆形的筒型电极；待测试阴极为六针线、旋转线型立体型线。