一種新型噴淋泡沫脫硫除塵塔在鍋爐煙氣處理中應用。根據(jù)離心、噴霧、泡沫相結合的多級凈化原理，經(jīng)旋風噴霧、二級噴淋泡沫板洗滌，脫硫效率為91.4%，除塵效率為98.7%。噴淋泡沫塔具有除塵脫硫一體化、設備占地面積小、節(jié)省投資等特點，適用于大中型工業(yè)鍋爐煙氣脫硫除塵。
關鍵字：噴淋泡沫塔 脫硫 除塵
1 前言
在我國的一次能源消耗結構中，燃煤占總能源消耗的70%以上，而由燃煤產(chǎn)生的SO2約占到全國SO2總排放量的90%。因此，對燃煤鍋爐煙氣進行脫硫、控制SO2的排放是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的迫切要求。北京某熱力廠擬為1臺35t/h燃煤鍋爐的煙氣進行治理，拆除現(xiàn)有φ2500mm文丘里麻石水膜除塵器，選用凈化效率穩(wěn)定、運行可靠、投資適合北京市市情的新型高效噴淋泡沫脫硫除塵塔。根據(jù)脫硫除塵系統(tǒng)需要，配置相應的高效脫水設備、水循環(huán)系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。
2 治理方案
2.1 設計參數(shù)
根據(jù)該廠提供的測試報告和資料確定主要設計參數(shù)為：煙氣量 ≤63000m3/h，空氣預熱器出口煙氣溫度≤180℃，空氣預熱器出口含塵濃度≤2500mg/m3，燃煤含硫量≤0.8%，除塵器前系統(tǒng)阻力≤1.0kPa，脫硫效率≥90%，除塵效率≥98.2%。
2.2 治理工藝
本工藝包括煙氣系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，工藝流程見圖1。
圖1 煙氣脫硫除塵工藝流程
2.2.1 煙氣系統(tǒng)
本工藝將鍋爐煙氣引入空氣換熱器降溫到180℃以下，再通過管道切向進入噴淋泡沫塔，煙氣在塔內(nèi)經(jīng)洗滌液噴淋后由煙道進入高效脫水器，帶氣霧的煙氣經(jīng)脫水后進入引風機，由煙道進入煙囪排放。引風機選用GDGYNo13–左 90°–132kW–60℃防腐引風機。流量為75000m3/h，全壓為3.6kPa。
2.2.2 水循環(huán)系統(tǒng)
由循環(huán)水泵將含有脫硫劑（MgO粉）的循環(huán)水從水池送往噴淋泡沫塔，同塔中的煙氣反應后由溢流槽排出，經(jīng)灰水溝排入水池（容積為2400m3）。本系統(tǒng)總循環(huán)水量為252t/h。選用2臺（其中1臺備用）150UHB–ZK–250–35（75kW）耐磨防腐水泵作為循環(huán)水泵。
2.2.3 加藥系統(tǒng)
進入水池中的循環(huán)水通過pH值自動測量儀檢測pH值。當pH＜6.5時，自動打開Mg（OH）2乳液管路上的電動調節(jié)閥，注入Mg（OH）2乳液；調整到出塔循環(huán)水pH=6.5時自動關閉電動調節(jié)閥，經(jīng)過pH儀調節(jié)循環(huán)水清水池中水的pH值為9～11。MgO粉加到消化槽內(nèi)，加水攪拌幾分鐘成乳狀液后，靠重力自流到Mg（OH）2乳液貯槽。貯槽中的乳液通過重力自流到沉淀池，供脫硫使用。MgO粉的投加量為66.8kg/h。
2.2.4 曝氣系統(tǒng)
為使沉淀池中的MgSO3氧化成溶解于水的MgSO4，需在沉淀池中進行曝氣，這樣既可大大減少循環(huán)水中的懸浮物，也可防止循環(huán)水系統(tǒng)及脫硫塔內(nèi)結垢堵塞，同時還可減少脫硫渣的生成量。曝氣壓縮空氣氣源由羅茨鼓風機直接提供，由曝氣管路送到沉淀池。壓縮空氣從曝氣管路中以小氣泡通過循環(huán)水，從水面逸出。氧氣的消耗量為4.6m3/min。
2.2.5 自動控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)中引風機采用變頻控制，控制盤位于鍋爐控制間。水泵亦采用變頻控制。pH值自動控制儀根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)以4～20mA的信號控制加藥電動閥門。
2.3 工作原理
噴淋泡沫塔采用切向進風，使氣流旋轉上升。在煙氣入口上方布置1層或2層螺旋噴嘴組合層，噴嘴層上方為多孔泡沫塔板層，塔板上設噴淋布水器。整個塔分成上、下2個塔體，或上、中、下3個塔體（當用2層塔板時），下塔體下部為循環(huán)水槽及液封排水槽。
鍋爐排放的煙氣，切向進入噴淋泡沫塔旋流段，較大粒徑的煙塵受離心力的作用產(chǎn)生附壁效應與塔板布下的水幕匯合，流到塔底排出。煙氣繼續(xù)在塔體內(nèi)上升，先經(jīng)2層霧化噴嘴洗滌、吸收而脫除部分細顆粒煙塵和SO2，煙氣上升再經(jīng)2層泡沫塔板，布滿吸收液的多孔板鼓泡形成有巨大液膜表面積的泡沫層，同時塔板上具有極大液膜表面積的氣霧，煙塵在此階段亦發(fā)生擴散作用，從而進一步去除細顆粒煙塵和脫掉SO2，最終達到高的除塵脫硫效率。
洗滌及吸收都是依賴氣液兩相液膜界面進行的，液膜面積越大，除塵脫硫效率越高。凈化煙氣中的氣霧，在上塔體中緩慢上升，經(jīng)塔體與脫水器之間的連接管，進入高效復檔型脫水器，脫水后經(jīng)煙道進入引風機至煙囪達標排放。堿性循環(huán)水在塔內(nèi)吸收SO2后，pH值迅速降低，排入循環(huán)沉淀池與鍋爐堿性排污水匯合，通過加藥裝置，將200目以上的MgO粉制成Mg（OH）2乳液，通過pH自動控制儀控制加藥的電動閥門，調整水池內(nèi)的pH值，使出塔洗滌液的pH值為6.5左右。進入水池內(nèi)的循環(huán)水經(jīng)鼓風曝氣，使脫硫產(chǎn)物最終氧化成溶于水的MgSO4。其化學反應方程式為：
為防止水池內(nèi)硫酸鹽過飽和，需排出部分循環(huán)水，其水量約占總循環(huán)水量的2%。
3 運行效果分析
本工藝的監(jiān)測結果見表1。
表1 煙氣處理結果數(shù)據(jù)
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項 目
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1
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2
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3
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4
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5
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平均值
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入塔煙氣量(×104m3/h)
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5.289
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5.455
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5.678
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5.845
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5.568
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5.567
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出塔煙氣量(×104m3/h)
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5.944
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5.699
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6.560
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6.495
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5.942
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6.128
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入塔SO2
濃度(×103mg/m3)
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1.06
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1.08
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1.11
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1.18
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1.07
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1.10
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出塔SO2濃度(mg/m3)
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92.5
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97.3
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94.8
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98.2
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92.2
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95.0
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脫硫效率(%)
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91.3
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91.0
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91.5
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91.7
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91.4
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91.4
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入塔煙塵濃度(×103mg/m3
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1.94
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2.05
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2.41
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2.27
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2.13
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2.16
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出塔煙塵濃度(mg/m3)
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23.8
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25.7
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30.2
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28.4
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26.9
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27.0
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除塵效率(%)
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98.7
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98.7
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98.7
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98.7
|
98.7
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98.7
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入塔煙氣含氧量(%)
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7.6
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7.9
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8.3
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8.5
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7.7
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8.0
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出塔煙氣含氧量(%)
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7.7
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8.2
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8.7
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8.3
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9.1
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8.4
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由表1可知，經(jīng)處理后SO2的排放濃度為95.0 mg/m3，去除率達91.4%；煙塵的排放濃度為27.0 mg/m3，去除率達98.7%。北京市環(huán)境保護局、北京質量技術監(jiān)督局聯(lián)合頒發(fā)的《鍋爐污染物綜合排放標準》（DB11/139–2002）A區(qū)和B區(qū)II時段規(guī)定污染物排放限值為：SO2≤150 mg/m3、煙塵≤50mg/m3。這說明用噴淋泡沫塔脫硫除塵可以達到非常理想的效果，煙塵和SO2的排放濃度遠低于標準的限值要求。
本工藝系統(tǒng)共投資158.0萬元，系統(tǒng)年運行費用為48.6萬元，脫除SO2費用為0.93元/kg。
4 結論
4.1 噴淋泡沫塔根據(jù)離心、噴霧、泡沫相結合的多級凈化原理，將二級噴霧洗滌同二級泡沫層脫硫除塵相互結合，優(yōu)勢互補，充分發(fā)揮這2種除塵及脫硫單元的功能，做到除塵粒徑由粗到細，脫硫功能由中效到高效的逐段按序完成，從而保證脫硫除塵器的優(yōu)良工況和性能。
4.2 該工藝系統(tǒng)凈化效率穩(wěn)定、運行可靠，其脫硫除塵效率分別達到91.4%和98.7%。
4.3 噴淋泡沫塔具有除塵脫硫一體化、設備占地面積小、節(jié)省投資等特點，適用于大中型工業(yè)鍋爐煙氣脫硫除塵。
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序號
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故障現(xiàn)象
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產(chǎn)生的原因
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處理方法
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1
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指示燈不亮
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1、接觸不良，F(xiàn)U3燒斷2、電源內(nèi)部有短路
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1、改善接觸2、排出短路點
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2
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按“自檢按鈕”，二次電流表無讀數(shù)，一次電壓表及二次電壓表讀數(shù)大于額定值的70%
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回路中有開路
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排出開路
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3
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按“自檢按鈕”，二次電流表有讀數(shù)，一次電壓表及二次電壓表無讀數(shù)
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回路中有短路
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排出短路點
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4
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二次電壓接近于零或者二次電壓升至較低便發(fā)生閃絡
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1、石英套管或支柱絕緣子，或絕緣瓷軸破損2、兩極間距離局部變小3、有雜物掛在收塵極或電暈極上4、電暈極振打裝置絕緣瓷軸受潮5、高壓硅堆壞6、高壓燒阻有擊穿
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1、更換破壞件2、調整極間距3、清除雜物4、擦抹石英套管或支柱絕緣子，提高保溫箱內(nèi)溫度5、減少漏風，擦抹絕緣瓷軸6、換硅堆7、送回制造廠修理
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5
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二次電壓正常，二次電流顯著降低
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1、收塵極積灰過多2、收塵極或電暈極的振打未開或失靈3、電暈極肥大放電不良4、旋風除塵器因漏風等造成除塵效率下降，電除塵煙氣中粉塵濃度過大，出現(xiàn)電暈閉塞
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1、清除積灰2、檢查并修復振打裝置3、分析肥大原因，采取必要措施4、處理旋風除塵器
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6
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過電壓跳閘
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1、外部連線有松動或斷開2、電網(wǎng)輸入的電壓大高3、工況變化，電場呈高阻狀態(tài)
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1、接好松動或斷開的線2、適當減少輸出電壓3、適當減少輸出電流
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7
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二次電壓不穩(wěn)定，二次電壓表急劇擺動
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1、電暈線折斷，其殘留段受風吹擺動2、電暈極支柱絕緣子對地產(chǎn)生沿面放電
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1、剪去殘留段2、處理放電部位
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8
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一、二次電壓、電流均正常但除塵效率顯著降低
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1、氣流分布板孔眼被堵2、灰斗的阻流板脫落，氣流發(fā)生短路3、靠出口處的排灰裝置嚴重漏風
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1、檢查氣流分布板的振打裝置是否失靈2、檢查阻流板，并作適當處理
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9
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二次電壓表一定值后不再增大，反而下降
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1、變壓器套管損壞2、高壓繞組軟擊穿
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1、換變壓器套管2、送回制造廠修理
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10
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排灰裝置卡死或保險跳閘
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機內(nèi)有雜物掉入排灰裝置
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停機修理
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四、電除塵器的維護
1、電除塵器本體的維護
（1）每周對保溫箱進行一次清掃，在清掃過程中需同時檢查電暈極支撐絕緣子及石英套管是否有破損、爬電等現(xiàn)象，如果有破損，則應及時更換。
（2）每周應檢查一次各振打轉動裝置及卸灰輸灰轉動裝置的減速機油位，并適當補充潤滑油。
（3）各減速機第一次加油運轉一周后更換新油，并將內(nèi)部油污沖凈，以后每次6個月更換一次潤滑油，潤滑油可采用40#機械油，推薦采用工業(yè)齒輪油（90#）。
（4）每周清掃一次電暈極振打轉動瓷聯(lián)軸，在清掃過程中需同時檢查是否有破壞，爬電等現(xiàn)象，如果有破壞，則應及時更換。
（5）每年檢查一次電除塵器殼體、檢查門等處與地線的連接情況，必須保證其電阻值小于4Ω 。
（6）根據(jù)極排的積灰情況，選擇適宜的振打程序或另編程更改程序。
（7）每6個月檢查一次電除塵器保溫層，如發(fā)現(xiàn)破損，應及時修理。
（8）每年測定一次電除塵器進出口處煙氣量、含塵濃度和壓力降，從而分析電收塵器性能的變化。
（9）電除塵器工作3個月以上，則應利用工藝生產(chǎn)停車機會對電除塵器內(nèi)部構件進行檢查、維護，其維護內(nèi)容包括：
a)檢查各層氣體分布板孔是否被粉塵堵塞，若部分孔被粉塵堵塞，則應仔細檢查振打裝置的工作狀況，并進行適當處理。
b)檢查兩極間距，仔細檢查每個電場每個通道的偏差是否在10毫米以內(nèi)，每根電暈線與陽極距離的偏差是否在5毫米以內(nèi)，達不到要求進行處理。
c)檢查兩極排面的積灰情況，如發(fā)現(xiàn)個別極排積灰過厚，則應分析該極排的振打情況，并進行適當處理。
d)檢查各檢查門、頂蓋、法蘭聯(lián)接等處是否嚴密，如有漏風，要進行處理。
e)檢查各振打裝置是否松動、磨損等。
f)檢查機內(nèi)的積灰情況。
（10）操作人員進入電場內(nèi)前須作如下工作：a)確認電場已斷電b)在高壓控制柜上掛“正在檢修設備，禁止合閘”的警告。 c)用放電線給電場放電。
2、電氣部分的維護
（1）高壓控制柜和高壓發(fā)生器均不允許開路運行。
（2）及時清掃所有絕緣件上的積灰和控制柜內(nèi)部積灰，檢查接觸器開關、繼電器線圈、觸頭的動作是否可靠，保持設備的清潔干燥。
（3）每年測量一次，高壓發(fā)生器和控制柜的接地電阻≤2Ω 。
（4）每年更換一次高壓發(fā)生器的干燥劑。
（5）每年一次進行變壓器油耐壓試驗，其擊穿電壓不低于交流有效值40kV/2.5mA。