２００８年１０月 电 力 环 境保护 第２４卷 第５期 电除尘器极配试验测试系统设计与极线空载试验分析 Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｎｅｗ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ ｍａｔｃｈｅｓ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ 张剑 （西安理工大学水利水电学院，陕西西安７１００４８） 摘要：系统设计了电除尘器极配试验测试系统，并对空载务件下几种基本线型的伏一安特性进行试验，探寻极线电 晕特性规律。 关键词：电除尘器；伏一安特性；电晕特性 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｅｓｔ—ｍａｔｃｈ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ ｗａｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘ－ ｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｌｉｎｅａｒ Ｖ—ｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｕｎｄｅｒ ｉｄｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｅｅｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ；Ｖ—Ｉ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌａｗ ｏｆ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ 中图分类号：ＸＴ０１．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—４０３２（２００８）０５—００７—０４ 电除尘器具有除尘效率高、阻力损失小、耐高 一个通道，通道全长１ ８００ ｍｍ，为３块大型极板的安 温、维护与运行费用低等优点，综合各项指标要优于 装宽度，其阴、阳极均为框架式结构，能方便地更换 其他类型的除尘设备 。影响电除尘器除尘效率 极板、极线。阳极框架高１ ２００ｍｍ，阴极框架高为 的因素很多，其中极配的伏一安特性和板电流密度 ｌ ０００ ｍｍ，阳极距的调整范围为２５０—８００ ｍｍ，阴极 分布是影响电除尘器除尘效率的最重要因素，国内 电晕线间距连续可调。 外的设计中通常用增大集尘面积、增加电场长度或 试验用控制柜为ＧＪＸ—ＩＯ／ＩＯＯＭＣ型高智能控 增多电场数量等方法来弥补除尘效率不高的缺陷， 制柜，它采用低压控制，高压输出技术，控制部分采 但这样往往使一次投资和长期运行费用增大，而且 用ＡＴＭＥＬ的ＡＴ８９Ｓ８２５２单片机作为主芯片。在除 许多情况下不允许增加电场和设备规模。改变极配 尘器运行过程中，控制柜通过对电场电压、电流波形 方式，进行阴极线和阳极板搭配方式调整，改变极线 变化的分析，能准确地判断闪烁，并做出最佳处理。 间距和同极间距就可将电除尘器的除尘效率大幅提 控制柜的二次电流测量表为指针显示，量程在０～ 高。该方法工作量小、经济易行，且适用于大部分电 １０ｍＡ，精确度为０．５ ｍＡ；二次电压测量表以数字表 除尘器改造项目。精确的测试系统是极配电晕特性 形式显示输出，量程在０～１００ ｋＶ，精确度为ｌ ｋＶ。 以及板电流密度分布测试的前提和基础，本文以测 试验选用Ｑ４一Ｖ型高压静电电压表，它适用于 试伏一安特性及电晕电流密度分布为切人点，系统 ．直流及宽频率范围内交流电压的测量，精度为ｌ ｋＶ。 地设计、建造极配试验测试系统，并对空载条件下几 该电压表由测量机构、光指示系统、绝缘子及底座４ 种基本线型的伏一安特性进行试验分析，为新、扩、 部分组成。两个扇形阻尼板及阻尼室组成空气阻尼 改项目电除尘器的选型提供理论指导和技术支持， 器，由装在活动电极上的反射镜检光系统射出的带 推动电除尘技术的广泛应用，从而具有显著的环境 有光标的影像反射到标度盘上，由标尺上可直接读 效益和市场效益 。 ． 取所测电压值。 １极配试验测试系统设计 为了精确测量电除尘极配试验系统的起晕电流 和实时二次电流，本试验选用了１个Ｃ４６型微安表 电除尘器极配试验测试系统进行空载试验时， 和１个Ｃ４６型毫安表。其中Ｃ４６型微安表测量范 主要由放电电极、集尘电极、电极支撑结构件和高压 围在０～５００ ｌａ，Ａ；Ｃ４６型毫安表测量范围分为０～ 直流供电装置组成 。 ３ ｍＡ和０～１０ ｍＡ两档。整个极配试验测试系统能 试验所用试验台模拟的是工业电除尘器电场的 精确测量各种极配形式的二次电流、二次电压、击穿 ７ ２００８年１０月 电 力 环 境保护 第２４卷第５期 电压等基本数据，为后序电晕电流规律分析提供可 靠参数，其连接见图１。 模拟通道～ ～～ 图１ 极配试验测试系统示意 ２电晕规律分析 ２．１试验方案设计 选择放电性能较好的鱼骨刺１００、Ｆ２、Ｆ４、Ｆ１０ 《 鼹 ．¨ ｌ９ ８ ６ ５ ４ ３ ２ １ Ｏ Ｌ ． Ｌ。，； ｒ ４种极线，考虑到若仅以极线中轴线间距平均分配 整个极板，容易造成极线芒刺的放电尖端间距过远 一 一或过近，从而导致极板上电流分布不均匀或芒刺尖 端放电相互屏蔽。我们以极线数量依次增加，极板 ∞ 与极线均匀布置为设计思路，设计了４ｌ组在 ３５０ｍｍ同极距下的极配试验测试方案。 ２．２极线电晕特性规律 根据设计方案进行极配试验，测得各种不同极 配形式下的二次电流、二次电压数据，从而绘制出 伏一安特性曲线，通过对曲线的横向、纵向对比，可 以得到电晕放电规律。 ２．２．１ 相同线极距不同极线的电晕放电规律 由图２可见，在３５０ｍｍ同极距下，ＦＩＯ的电晕 特性从二次电压达到４０ ｋＶ至击穿均优于其他３种 线形。４种线形的整体电晕特性趋势由好到差依次 为：ＦＩＯ、Ｆ２、Ｆ４、鱼骨刺１００。在二次电压达到４０ ｋＶ 之前，Ｆ２的电晕特性优于ＦＩＯ，是因为Ｆ１０的长芒 刺线之间放电时存在相互干扰，当二次电压不够高 时，外界电压不足以提供足够的能量克服芒刺之间 相互制约的作用，导致它前段放电性能不佳；而Ｆ２ 的芒刺较短，在二次电压较低的时候，芒刺间的干扰 作用不明显。随着二次电压的升高，外界输入能量 逐渐增大，到达４０ｋＶ以后便足以克服芒刺之间相 互制约的作用，ＦＩＯ放电性能优于Ｆ２和Ｆ４，从而显 现出较优的电晕放电特性。 ８ 二次电压／ｋ￣ 图２ ５００ｍｍ极线距特性曲线（３根极线） ６ Ⅱ＼煺学《 ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ ，．．ｒ ．．ｒ。．． ．．｝ 一 一 ０ 一 ２０ ４０ ６０ ８０ ｔ００ 二次电压／ｋｖ ㈣ 图３ ５００ｍｍ极线距特性曲线（４根极线）望 由图３可见，ＦＩＯ的电晕特性从二次电压达到 ５０ｋＶ至击穿均优于其他３种线形，而且ＦＩＯ的击穿 电压也远高于其余３种线形。４种线形的整体电晕 特性趋势由好到差依次为：ＦＩＯ、Ｆ４、Ｆ２、鱼骨刺１００。 在二次电压达到５０ｋＶ之前，Ｆ２的电晕特性较好， 是因为Ｆ２的芒刺较短，在二次电压较低的时候，芒 刺间的干扰作用不明显；而ＦＩＯ的长芒刺线之间放 电时存在相互干扰的作用，影响了它前段放电性能。 Ｆ２与Ｆ４的特性曲线在二次电压约６０ｋＶ时出现交 一 叉现象，原因在于当二次电压升高到足以克服芒刺 间距小而造成的干扰时，芒刺放电尖端的数量占踞 了主导地位。 在３５０ｍｍ同极距下，我们分别对极线数为７ 根、８根、１１根的各类极线伏一安特性进行了对比 （图４～图６），发现Ｆ１０的电晕放电性能明显劣于 Ｆ４，这是因为Ｆ１０的长芒刺线之间距离过短，芒刺 之间相互制约的作用过强，能量虽逐渐增大但不足 以克服相互制约的作用，导致其放电性能不佳，因此 使得芒刺线较短的Ｆ４此时的放电性能强于ＦＩＯ：Ｆ２ 的击穿电压高于前两者，而鱼骨刺整体水平明显劣 于前三者。 ７ ｖＩ。 ．． ２００８年 张剑：电除尘器极配试验测试系统设计与极线空载试验分析 第５期 媛 懿 二次电压／ｋ７ 网４ ７根极线特性曲线 ｛ 删 二次电压／ｋＶ 图５ ８根极线特性曲线 ０ ２０ ４０ ６Ｏ ８Ｏ ＿二次电爪／ｋＶ 图６ １１根极线特性曲线 ２．２．２ 不同极线距同类阴极线的电晕放电规律 在３５０ ｍｍ同极距下，随着阴极线数目的逐渐增 多，各种极线的电晕放电性能均逐渐增强，但当阴极 线数目为８根时，电晕放电性能稍有下降；当阴极线 数量大于８根时，极线芒刺之间放电作用相互制约， 导致放电性能急剧下降。 ３ 电晕电流密度测试系统设计 为了对板电流进行实时测量，在建造电晕性能 测试系统的同时，进行了板电流密度测试系统设计。 板电流密度测试系统设计主要包括阳极板提升丝杠 和印刷电路板的设计。 ３．１测量原理及设计思路 ｖ珂＼爆苷 ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ ０ 在电除尘器的不均匀电场中，当电压升高到一 定值后，电晕线周围便形成电晕区，产生大量电子， 并使两极间的气体具有导电性，从而产生电晕电流。 由于电除尘器中的电场是不均匀的，因此，在阳极的 不同区域形成的电流密度也不均匀。 试验采用目前国内较先进的网格型微元电流信 号测定法对电晕电流密度分布进行测试。考虑到在 横向上，由于阴极线最中间的一根芒刺与阳极板横 向中轴线水平；在纵向上，极线中心轴线同样与阳极 板纵向中轴线重合，所以，在电晕放电时，电场内部 电力线和板电流密度分布对称于阳极板横、纵向中 轴线，故试验将阳极板分割成位置关于阳极板的横、 纵中轴线对称的４个大小相同的探测单元，单元分 割如图７所示。 分别测量各探测单元的电晕电流，然后根据对 称性得出整个极板上的电晕电流密度分布情况，再 由下式计算出各探测单元的电晕电流密度值： Ｊ：ｌ／Ａ 式中，为探测单元的电晕电流值，Ａ；Ａ 为探测单元 面积，ｍ 。 ＼ ＼探测区域 ＼印刷电路 阳极板 图７探测单元分割示意 测量时，采用提升丝杠对阳极板进行提升，使阳 极板可以纵向准确移动０～２５０ｍｍ，测试０～２５０ｍｍ 范围内不同定位的印刷电路板的单元电流，等同于 测试该极配典型待测区域的板电流情况。从而简化 对电流密度测量中测量线路与测量仪器的频繁转 换，继而完成板电流密度分布的测量。 ３．２印刷电路板的设计安装 印刷电路板用于微元网格上电流的采集，是电 晕电流密度分布测试的核心部件。在测试中，微元 网格尺寸越小，板电流密度分布测量越准确。通过 ９ ２００８年１０月 电 力 环境保护 第２４卷 第５期 对国内板电流密度分布测量中大量数据的分析研究 和在试验台上的测量实践，将印刷电路板每个微元 网格的尺寸设计为５．０ ｍｍ×４．５ ｍｍ。微元网格彼 此绝缘，且每个微元网格分别用１根导线连接到高 阻计上来测定其电晕电流值（图８）。 Ｑ！星垦． ． 盟 ．５ ｌ 。Ｉ 。Ｉ。ｌ。Ｉ。Ｉ。 Ｉｄ 昌 ０．５０ 图８印刷电路板设计 由于４８０Ｃ型极板是型板，其边缘处有３０。倾 角，而印刷电路板的加工材料为表面镀铜的绝缘硅 板，无法实现印刷电路板在极板上的整体安装，故决 定采用分块设计思路，将其设计为３个尺寸不同的 印刷电路板，微元网格共５Ｏ个，安装时再将３块电 路板拼装为整体 。图８中所示剖面为腐蚀面 （绝缘面），３块铜片宽度均为２０ｍｍ，长度分别为 １６５、５０、３５ ｍｍ，铜片四角均开 ３的孔（其中长度为 １６５ｍｍ的铜片要在中部多开２个孔）。焊点皆在铜 片方格中部，方格共计５０个。 ３．３提升丝杠的设计 提升丝杠的作用在于精确地控制阳极板纵向移 动。由于需要保证对板电流密度分布的测量在纵向 上具有连续性，且印刷电路板每个微型网格设计尺 寸为５．０ｍｍ×４．５ｍｍ，所以提升丝杠每次带动极板 移动距离为５ｍｍ；其次，为了保证极板的稳定性，不 改变同极距，继而影响电晕电流密度分布，提升丝杠 设计了２个移动螺母，以确保极板在移动过程中不 发生晃动。具体丝杠型号为：ＰＧＴ—Ｄ一２００５—０２３ 一ＲＨ—Ｋ２５—７０５一ＫＩ４０—２Ｆ—ＶＶ一１，螺帽规格 为：ＰＧＦ—Ｄ一２００５一ＲＨ—ＶＶ一１。 ３．４高阻计 电晕电流密度分布测量是通过采集分析每个微 元网格上的电流值实现的。由于微元网格尺寸微 小，采集到的电晕电流值级数一般在１０ 。级，故每 个微元网格上的电流信号无法被毫安表、微安表检 １０ 测。试验采用ＰＣ６８型数字高阻计完成对微元网格 上电流信号的检测 。 ４ 结语 本极配试验测试系统能满足各种极配试验的要 求，可用于工业电除尘控制系统升压柜的二次电流 失真检测 “ 。同时，该系统可调性好，稳定性较 高，测试周期短、测试精度高，一次性投资低，适用于 各类研究机构的试验系统。通过对不同极线、相同 电晕线间距伏一安特性曲线的分析发现：放电芒刺 较多的Ｆ系列极线优于鱼骨刺１００型极线，在 ３５０ｍｍ同极距下，极线数小于７根时，Ｆ１０的放电 性能优于Ｆ２、Ｆ４型极线；而当电晕线继续增多时， Ｆ４、Ｆ２电晕特性优于Ｆ１０。 参考文献： ［１］高明峰，吉登高，丁志杰，等．电除尘单元试验装置的空载试验分 析［Ｊ］．选煤技术，２００４，（４）：３７． ［２］何剑．电除尘器气流分布技术的研究［Ｄ］．西安：西安理工大学， ２００３． ［３］卡尔弗特Ｓ，英格伦Ｈ Ｍ．大气污染控制技术手册［Ｍ］．上海：海 洋出版社，１９８７． ［４］赵忠，梁贵红，李汉光，等．印刷电路板设计组装中的抗干扰措施 初探［Ｊ］．石油仪器，２００５，１９（６）：７５—７７． ［５］元红妍，张鑫，孟宪辉．印制电路板设计中的抗干扰技术［Ｊ］．现 代科学仪器，２００２，（３）：４１—４３ ［６］周江．浅谈电除尘器的气流分布试验［Ｊ］．焦作大学学报，１９９９， （２）：２３—２８． ［７］何吕刚，吴玉华．电除尘器飞灰颗粒分布特性的试验研究［Ｊ］．热 力发电，２００１，（１）：１５—１７． ［８］何剑，徐国胜．电除尘器气流分布技术研究进展［Ｊ］．重型机械， ２００４，（１）：５—９． ［９］张文浩．ＥＰＳ收尘过程的有限元分析及模拟仿真［Ｄ］．沈阳：东北 大学，２００２． ［１０］杨文生，赵心夏．改进气流分布板是提高电除尘器收尘效率的 有效途径［Ｊ］．西南民族大学学报，２００３，２９（３）：３４７—３５１． ［１１］高瑞生．烟尘浓度分布对二次扬尘影响的探讨［Ｊ］．电力环境保 护，２００１，１７（３）：２６—２８． ［１２］胡满银，赵俊起，韩祥，等．电除尘器斜气流分布的试验研究 ［Ｊ］．华北电力技术，２００５，（１）：１１—１３． ［１３］Ｈｃｉｎ Ａ Ｇ．粉尘二次飞扬、气流分布与电除尘器性能［Ｊ］．电力 情报，１９９１，（１）：９１—９９． ［１４］Ｈｅｉｎ Ａ Ｇ．Ｄｕｓｔ ｒｃｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ，ｇａｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅ— ｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＪＡＰＣＡ，１９８９，３９（５）：７６６—７７１． 收稿日期：２００８—０６－１５；修回日期：２００８ ０８－１８ 作者简介：张剑（１９８２．），男，天津市人，硕士研究生，研究方向 为大气污染控制技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｅｄｖｄ一１９８３＠１２６．ｃｏｒｎ