库仑电除尘器的研究与工业性应用

金烈水 
诸暨市环保研究所   库仑环保科技有限公司 
（浙江省诸暨市久盛花园 邮编311800 手机13706853689）

摘要 库仑电除尘器从实验室发明进入到工业性应用,已取得了扎实的进展,初步揭示了库仑定律的潜在能量,一百多年来学术界长期探索电除尘的效率,但一直局限在定律公式的上半部份—分子的研究上,却很少在定律公式的下半部份—分母的开发上,严重影响着整个电除尘在技术上的突破,难以使效果能达到80或50mg/m3以下,无奈之下只有采取下策,依靠电改袋或电袋组合来弥补电除尘的不足,故中国环保产业协会于越峰副会长呼吁“环保创新迫在眉睫”,我们曾听到过不少环保部门竟悍然对企业下指令“不准装电除尘只准装布袋!”使我们电除尘工作者低头三尺,而电除尘是环保产业中的老大、主力军,而今库仑电除尘器的发明,尤其是工业性应用的证实,让我们可以扬眉吐气了!
关键词 库仑电除尘  应用  库仑力  风力 
1库仑电除尘与“环保创新迫在眉睫” 
库仑电除尘的技术,首先是从理论上探索研究出来的,因静电学的基础理论为 
库仑定律 :
国内外学术界、企业界,百年来沉潜于电除尘器设备当中,研究改进电场、极板、极线等的几何形状与尺寸的变化及电源特性的改进,均是为了增强公式以上分子中q1与q2二个电量,为此付出了巨大的代价,却未能解决根本问题.笔者从事电除尘事业三十多年,耕耘到电除尘器结构中的各个角落,对于如何增大q1.q2电量,试验种种.并博览三十多年来有关报刊文章及历届学术会论文,均用心向同行们学习。而全国电除尘科技工作者更无不潜心探索其效率.但对库

仑定律中公式以下分母r2的研究无论从量 
或深度方面均感不足,亦即对二个静电因子之间的距离r几乎没有涉及到.笔者研究定律公式中的分子q1×q2只是乘积的数量级,而其分母r2却是平方的数量级,可见q1q2二者之间的距离r稍有变化,就会很大地影响到整个库仑力F的大小,远比二个电量q1与q2自身能量的变化要大得多, 现设定荷电粉尘为q1与阳极板q2二个电量因子之间的距离r=200,

所以我们没法将r=>整个静电场的力F在理论上就会增大40000倍,可见库仑定律的潜在能量是多么巨大!可以预见若库仑电除尘理论能够实施到电除尘器结构中,则电除尘将会带来一场革命性的变革,为此我们把这一机理在试验室中去实验,企图在电场结构上达到使二个电量q1与q2之间的距离尽量接近于0.经历了多年试验终于获得了比较理想的成果,为此我们设计了一台流通面积为5m2,电场长为3.5m的电除尘器,使用了比电阻较高、清灰困难大的烧结机粉尘和石灰窑粉尘作为尘源,当入口浓度为37g/m3平均流速为1m/s的情况下,出口排放达到了3.8mg/m3核算其效率为η=99.99%.成功后,在2007年10月第十二届中国电除尘学术会议上,我们发表了题为“库仑电除尘器初论”的文章,仅仅是从理论到实验室的信息,通报给国内环保界,引起了学术界的反映,特别是一些企业界士,
已感到电除尘市场中的压力很大,迫切需要将现有电除尘器的效率提上去,却苦于没有 
先进的技术突破,只能求助于布袋.希望我 
们能尽快投入工业性应用,但一些顶级同行专家告诫我们“实验室又是实验室,有些东西在实验室里很好,而到工业性应用时却很不理想,”这两方面的意见是很真诚的,但学术会的讲台上也有一位东北的先生嘲笑我们说,他“经过了上百次的试验都失败了,若你们库仑电除尘会成功那是‘天方夜谭′!”会场下另一位企业家当场问我“他的话,金工你怎么想?”我却是和气得天真大度知物理!我回答说“他说得很对!因为他只做了一百次试验却以失败告终,而我们却做了第一百零一次就成功了!百家争鸣,嘲笑也是动力吆!”当然一方面我们心中很沉重,有企业家的期望的压力,有忠告我们的专家们的压力,也有来自不同视角的压力,但另一方面我们更下定决心,”不搞好库仑电除尘死不瞑目!”我们废寝忘食,呕心沥血地研究下去,因为我们已经钻在库仑理论的深海之中,已看到了电除尘器大有希望!正当我们在工业性应用施工当中,又在2008年10月第十一届国际学术会议上我们又发表了论文,以告全世界同行,我们中国环保学术界发明了这个库仑电除尘专利,并在此之前,我们已经申请了中国环保界少有的环保技术国际发明专利,库仑电除尘技术纯属我国自主知识产权,我们花巨资已申请了国际发明专利(申请号PCT/CN2006/0020100),并重点放在世界上电除尘技术发达的国家,如美国发明专利(申请号11/990.1800),进入欧盟体发明专利(申请号06775328.50),重点进入英、德、法、瑞典等国,并已由中国知识产权局经国际发明检索证实:库仑电除尘发明专利,无论是新颖性、创造性、工业实用性,追逆二十年均属世界首创.
以上这些论述,只是表明我们对“环保创新迫在眉睫”呼吁的响应.
2库仑电除尘的工业性应用 
     为了证实库仑电除尘的实际效果,我们己在多点多工况实施工业性应用,因为有了理论基础,又有试验室的实验依据,我们选择了含尘浓度大(56g/m3),比电阻高(1011Ω.cm以上),粉尘超细粘性大清灰困难,烟温高(300℃),负压大(15000pa),等除尘难度大起点比较高的项目,实施了工业性应用.已实施的电除尘器规格有80m2、120m2、175m2、225m2、260m2 等,有火电厂烟气,石灰窑粉尘,钢铁厂烧结机机头,机尾,水泥厂等的工况烟尘.库仑电除尘实际工业性应用的几台情况显示,只开一个电场烟囱就见不到任何烟尘,足以证明库仑电除尘的优异性能.(详见测试报告).我们还进行了不同运行情况的组合,如三个电场同时开、只一个电场开、二个电场开、一个三相开和一个单相加一个三相开的对比试验,不论如何组合烟囱均见不到烟尘.
2.1库仑电除尘器的选型设计与改旧
    库仑电除尘的选型设计目前暂按常规电除尘方式选定参数,一则是为了谨慎,二则是有可比性,今后成熟后,将完全可按库仑电除尘机理的要求来选型设计,为了今后有利于迅速扩大应用,我们在总体设计上对原常规电除尘器暂不作大改大动,仍按常规电除尘模式设计壳体结构,将重点放在库仑电场的设计上,初步达到库仑电除尘理论对电场结构的要求.当然库仑电除尘器刚起步,对它的各种参数有待进一步研究和改进,它的方方面面也成为下一代电除尘研究的重要课题,理论上探的的空间更大,
用库仑电除尘技术去改造旧的不达标的电除尘器,更是多快好省立竿见影了,只要把原来的电场改造成库仑电场就能达标,再不需要用电改袋,电袋结合的方案,费神、费钱、费力、又费时,这个市场多么巨大.
2.2  库仑电除尘与驱进速度
    一百多年来驱进速度是指导电除尘器选型的主要参数,由於它受到多种因素的影响,但有些因素具有模糊性和不确定性,所以近年来被模糊了.而对照库仑电除尘器,原来的驱进速度的概念,已不适用了,因为常规电场中,带电尘粒在电场的驱进中,是平行于阳极板和阴极排而直线前进的,它主要受到二个:,一个是库仑力,另一个是风力,其中库仑力要将尘粒推向极板,而风力则要将尘粒拉出电场外,二个力互成90度,风力是一个很大的分力,对驱进速度是最有害的,但现在库仑电场中,这个风力已不复存在,尘粒受库仑力作用而直驶阳极板,使电场力充分作用于尘粒上而没有任何损耗,并且这个风力反而转动90度,与库仑力两者同向矢量叠加变成合力,假若库仑力没有,风力也会把尘粒推向阳极板,那么驱进速度的概念在库仑电除尘中无法解释,因此库仑电除尘需要研究新的数学模式来指导选型.
2.3导依奇公式已不能用于库仑电除尘选型
     因为导依奇公式除尘效率η=1-e-ωf中趋进速度已表明,失去指导意义,而比集尘面积f= 其中Q为烟气量,而A为收尘面积,可见库仑电场的收尘面积,可以用一个电场顶上三个电场, 那么这么一点收尘面积与导依奇公式要求的面积无法比拟,这个导依奇公式中的效率η又无法解释,所以需要待库仑电除尘大规模使用后,统计一个规律性数据,进一步建立通用的选型数学模式,有待於学术界、电学界、数学界的合作倡建,目前只能凭经验估计选用. 
2.4库仑电除尘的电源配置与能耗
     显然由于库仑电场中风力与库仑力叠加,共同作用於尘粒上,可以模拟地说,电除尘器出口的风机,其部份动能(风能)追加到了尘粒上或帮了电场力的忙,相对讲,库仑电场可以比常规电场小得多的电压与电流(即电场功率),却可获得较大的效果,实际运行也反映了这个现象,如其中一台库仑电除尘器,其一个电场的收尘面积为2080m2,配置高压电源容量为1.1A,整机只开一个电场:一次电压210V,一次电流50A,二次电压升到50KV,二次电流升到456mA,烟囱就见不到烟尘, 几乎是常规电场功率的一半.所以库仑电除尘的节能效果非常明显,
至於库仑力F是静电学中的电“力”,而风力形成的是流体的“力”,这两个力的合力如何用数学公式表述,也是我们正在探求的,
库仑电除尘的电场是个新型的电场,在许多理念上与常规电除尘有差异,究竟用什么形式的高压电源最相配,也有待於规模化应用比较后才会有数,
2.5库仑电除尘对比电阻的影响
     尘粒的比电阻有高有低只是相对而言,自然界的物体绝对不荷电或不形成极性是没有的,与温度、湿度、电气特性及烟气介质的性质有关,但常规电场中这些客观因素对尘粒的比电阻及趋极性影响很大.然而在库仑电场中,对尘粒不论比电阻高或低,只要能荷上一个电量就会被阳极所捕集,而且即使有些一时不带电的尘粒,混在其中,也会被带电的尘粒碰撞粘附,因为所有粉尘都必须经过库仑阳极板这个闸门,形成鱼贯而入的现象,即使是凝聚也会碰触到阳极板,因为它们不再受风力的牵制,它们只能往极板上吸附,所以库仑电场对比电阻的高低不敏感.也是库仑电场高效率的一方面.
对于某些工况产生的高比电阻粉尘层,会在阳极板面上产生反电晕的常规概念,却因库仑极板的结构被自然打破,一则是因为库仑极板是被法向清灰而效果很好,二则是库仑极配在宏观上是点面放电,但局部微观上是点对棱或点对线放电,故仍可正常放电,打破了形成反电晕的环境.
2.6库仑电除尘克服了二次飞扬
     因振打而产生的二次扬尘是电除尘器的通病,也是电除尘器不能达标的主要原因之一,长期困扰着电除尘的达标把关难题,以往唯有增加电场个数来减少二次扬尘,但是电场最多也不能最终解决问题,因为即使布置了七个电场,到了末端一个电场仍然存在二次飞场的问题,而库仑电除尘却有效地克服了这一大难题,因为库仑电除尘的电场通道中,及阳极板夹弄中的烟气流速,己降低到0-0.2m/s左右,它比粉尘自然沉降的流速还要低,我们经过详细反复实测证明,在库仑电场结构中和工艺流程中造就了这样的环境,所以振打时几乎是“离线清灰“.再则,即使在粉尘飘落时,也不可能再逆向返回到进气通道中去,而排气通道中也设置有电场,其本身就在放电,遏制粉尘,故库仑电场能有效克服二次扬尘,这是库仑电除尘的重要技术,从而大幅度提高了电除尘控排达标把关能力,实际工业性应用,都证明了库仑电除尘这一重要技术特征,
以上仅将库仑电除尘的工业性应用情况及涉及的有关问题作了初浅的论述,初步揭示了库仑电除尘的潜在能量,和市场前景,希望大家指教.
3电除尘基础技术开发迫在眉睫 
     随着我国经济建设的快速发展,环保行业却有些滞后不够同步,欠债很多,国家已环保定为国策,我们的责任很重大,心情很沉重,特别是搞了三十多年的电除尘器, 虽然我们在数量上似乎还可以,但质量上基本还是老样子,而且都是一些仿制外国人的产品,在2008年第十一届国际电除尘学术会在中国召开,会上我们拿什么向世人展示?如今电除尘器却要被出局了,只少以电改袋或电袋组合将电除尘器边缘化,更有甚者某些环保部门却不分青红皂白,一律指令企业不准上电除尘,只准上布袋,而企业内心喜欢电除尘而不要用布袋,因为从全局分析,国策是要企业节能减排,但布袋是减排不节能,阻力大能耗高及停机换袋影响产量,换袋检修费用高,而电除尘却既节能又减排,无非是近年来排放标准提高了,以往电除尘器能达到100mg/m3不难,却很难能达到50mg/m3以下,而布袋可以控制在50甚至30mg/m3以下, 最终的把关能力不如布袋,就差那么一点点.布袋除尘实际上也是靠增加过滤面积减低流速,和扩大投资进口昂贵滤料为代价的,例如我们在一家企业里发现,在一台已正常运行八年的电除尘器外壁上,钉上了一块布袋除尘器的名牌,我问厂长是否工人钉错了?厂长深沉地说,“这台电除尘器一直运行得很好,但为了瞒过环保部门,他们看到这个布袋名牌,就认为这台电除尘器就是布袋除尘器,反正烟囱不冒烟,里面装的是什么他们又不知道!”苦也!
话说回来,笔者三十多年来看到过各种各样的电除尘器,不是电除尘这个产品形式不好,而是具体的设备的确有不少是“粗制”“滥装”,特别是北方某些地区,一些环保厂家,没有专业设计班子,图纸随便买一套,不负技术责任,制作也没有像样的车间,很多是现场制作,没有质检把关,不达图纸精度要求,特别是阴阳极内件的制作,没有工装模具,如何达到质量?在胎里就有问题,而电除尘的质量是七分安装,但却是搭积木,只要是钢块铁捧焊上去就可以了,更是“滥装”,环保管理部门只搞书面的产品认证,却未对第一线设备有效监管检收,结果电除尘器的实际运行可想而知,难怪电除尘的名声不好,业主也只挑便宜的中标.所以我们在此呼吁:我们要做好自身工作,请顶级的电除尘专家,国家级地区级电除尘器大企业, 携手大力研究基础理论,使电除尘排放稳定持久地达到50mg/m3以下,而库仑电除尘技术初步揭示了静电学的潜在能量,只是抛砖引玉以解燃眉之急.

库仑电场单相运行显示

库仑电除尘运行于石灰窑

库仑电场三相运行显示

库仑电除尘器状态图

库仑电场三相运行参数

库仑电场单相运行参数

库仓电除尘260m²安装片断

库仑电场之一角