靜電除塵器發(fā)展

靜電除塵器的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)所排放的煙塵嚴(yán)重污染了大氣，并影響著人類的健康，因此各國(guó)制定愈來愈嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)來保護(hù)環(huán)境，各種除塵設(shè)備也廣泛地應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域的粉塵排放控制中。靜電除塵器是一種高效的除塵設(shè)備，其原理是利用高壓電使電極產(chǎn)生電暈放電，放出自由電子和離子，使塵粒荷電，荷電粉塵在電場(chǎng)力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運(yùn)動(dòng)，荷電粉塵到達(dá)極板或極線時(shí)由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗從而使煙氣凈化。靜電除塵器具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如除塵效率高、阻力低、耗能少;能夠高效收集大流量氣體和高溫或腐蝕性氣體中的粉塵；自動(dòng)化程度高及維修容易等。因此它被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐、冶煉、水泥等工業(yè)除塵領(lǐng)域?，F(xiàn)在，隨著靜電除塵器的不斷改進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。1靜電除塵器的種類和基本結(jié)構(gòu)1.1靜電除塵器的種類靜電除塵器按其應(yīng)用的不同形式可以有不同的分類方式:按照集塵極的幾何形狀可以分為線管型和線板型；按照氣流流動(dòng)可以分為立式和臥式；按照集塵極上清灰方式可以分為干式和濕式；按照粉塵在靜電除塵器內(nèi)的荷電方式及分離區(qū)域布置可以分為單區(qū)和雙區(qū)。通常情況下，工業(yè)上較大規(guī)模的靜電除塵采用干式、線板型、單區(qū)臥式靜電除塵器，電暈線采用負(fù)電暈放電。1.2靜電除塵器的結(jié)構(gòu)靜電除塵器主要由電極、本體及電氣系統(tǒng)組成，一般結(jié)構(gòu)如圖所示。放電極和集塵極，多數(shù)情況下使用鋼材制造。放電極一般采用框架固定，并用重物拉直，也有直接用重錘懸吊固定的，均需使用絕緣套管支持。放電極制造材料要求有很好的機(jī)械強(qiáng)度并能夠防止腐蝕，具有良好的電氣性能，能夠做到低起暈電壓，高擊穿電壓；且放電極應(yīng)容易清灰。集塵極也要求有較好的電氣性能，使得電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度分布均勻，要求有良好的機(jī)械強(qiáng)度和振打性能并能有效防止二次揚(yáng)塵?，F(xiàn)在集塵極多有不同形狀的溝槽，既提供了極板的強(qiáng)度，又能有效抑制二次揚(yáng)塵，還提高了電氣性能和振打性能。圖2是幾種現(xiàn)在比較常用的放電極和收塵極的形狀。荷噂區(qū)集生區(qū)荷噂區(qū)集生區(qū)圖1靜電除塵器示意A-單區(qū)靜電除塵器；b-雙區(qū)靜電除塵器1電暈線；2高壓板；3集塵極靜電除塵器本體外殼結(jié)構(gòu)包括振打裝置，收灰裝置，勻流裝置以及箱體等。2靜電除塵器的新結(jié)構(gòu)型式和新應(yīng)用-芒刺嫉舞優(yōu)線魚骨城-芒刺嫉舞優(yōu)線魚骨城圖2 常見電暈線和板式集塵極幾何外形2.1靜電除塵器的新結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)靜電除塵技術(shù)已經(jīng)非常成熟并產(chǎn)業(yè)化。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，某些地區(qū)燃煤鍋爐需要達(dá)到的排放要求，研制效率更高、投資更小的靜電除塵器成為新的研究方向。例如研制靜電除塵器各部件的新結(jié)構(gòu)型式，開發(fā)靜電除塵的新技術(shù)或與其他除塵方式聯(lián)合除塵的技術(shù)。原式靜電除塵器是日本開發(fā)的一種新型靜電除塵專利技術(shù)，可用于凈化具有低或高比電阻的粉塵。其粉塵入口濃度可以高達(dá)120g/m3，氣體溫度可至520攝氏度，而且此裝置與普通靜電除塵器相比，投資少三分之一，耗電量節(jié)省一半。其電極材料都采用鋼管制作，而它與普通單區(qū)靜電除塵器的不同之處是在放電極后增設(shè)了1排由3~5根鋼管組成的輔助電極，輔助電極不但可以收集負(fù)電暈放電所引起的帶正電的粉塵，而且可以與收塵板形成均勻電場(chǎng)，有利于除塵。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。長(zhǎng)芒刺靜電除塵器能在較低運(yùn)行電壓下產(chǎn)生較高的除塵效率，其電暈極結(jié)構(gòu)如圖所示。向曉東等研究者用實(shí)驗(yàn)證明長(zhǎng)芒刺具有較好的除塵性能，因?yàn)槠渚哂休^高的除塵場(chǎng)強(qiáng)，較好的伏安特性和較強(qiáng)的離子風(fēng)效應(yīng)。長(zhǎng)芒刺主要應(yīng)用在寬間距的電除塵器中組成寬間距長(zhǎng)芒刺靜電除塵器，它的高效、低阻等優(yōu)越性得到普遍的認(rèn)可。靜電除塵技術(shù)與其他除塵方式組合成的復(fù)合式靜電除塵器，克服其中的單一除塵器運(yùn)行時(shí)的不利因素，是一項(xiàng)可行的技術(shù)。高速旋風(fēng)靜電除塵器是具有旋風(fēng)除塵器和線管式靜電除塵器兩方面特征的復(fù)合式除塵器，結(jié)構(gòu)如圖5所示。顆粒在其中受到離心力和靜電力的復(fù)合作用而分離，因此它的除塵效率比單一旋風(fēng)除塵器高，并且能夠捕集粒徑更小的塵粒，而由于入口風(fēng)速較高，其能夠處理的煙氣量

比線管式靜電除塵器大得多。靜電增強(qiáng)纖維除塵器是另一種復(fù)合式除塵器，其結(jié)構(gòu)建立在現(xiàn)有成熟的袋濾式除塵器的基礎(chǔ)上并采取靜電增強(qiáng)方式，結(jié)構(gòu)方案如圖6所示。靜電增強(qiáng)纖維除塵器能夠捕集比普通電除塵器更微細(xì)的顆粒，凈化效率也極高，通常超過。與單一靜電除塵器相比，此除塵器對(duì)粉塵比電阻適應(yīng)范圍廣；與普通纖維過濾器相比，此復(fù)合式除塵器的煙氣流速高、阻力低、運(yùn)行費(fèi)用低，美國(guó)電力研究學(xué)會(huì)研究的緊湊式混合除塵器也屬于此列。靜電增強(qiáng)顆粒層除塵器也具有類似的原理，它具有耐高溫、耐腐蝕、不燃燒，除塵效果不受粉塵比電阻影響的優(yōu)點(diǎn)，一般在高溫環(huán)境下采用。a b圖3原式電除塵器電極布局1—收塵極；2一魚骨形放電極；3—輔助電極圖4 長(zhǎng)芒刺電暈極的結(jié)構(gòu)尺寸

圖5靜電旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)形式1—高壓電源：2—出氣管；3—放電極：4—收塵極；5—絕緣子圖6靜電增強(qiáng)纖維過濾除塵的結(jié)構(gòu)形式1—電源：2—預(yù)荷電區(qū)：3—金屬網(wǎng)：4一濾料：5一骨架2.2靜電除塵的新應(yīng)用靜電除塵器不僅應(yīng)用在除去固體顆粒方面，而且也發(fā)展到除去小液滴和氣體污染物以及微生物領(lǐng)域。霧態(tài)電除塵器是用來除去霧態(tài)液滴的靜電除塵器，因其元件的相似，可以看作是濕式除塵器的一種。霧態(tài)電除塵器一般都是垂直流結(jié)構(gòu)，這與干式除塵器恰好相反。最初的霧態(tài)電除塵器的設(shè)計(jì)是為了除去硫酸加工期間產(chǎn)生的酸霧，而現(xiàn)在它的應(yīng)用已經(jīng)拓展到其它酸加工工藝上，可以回收利用酸液；最近也被應(yīng)用在加工鐵制品所使用的大型焦炭廠，用來處理焦炭烤爐氣中的熏煙或者小液滴來回收焦油等。霧態(tài)電除塵器也被應(yīng)用在廢舊核燃料的再加工中，在那里霧態(tài)電除塵器成為一種捕集微細(xì)放射性顆粒的理想儀器。在這應(yīng)用中，霧態(tài)電除塵器對(duì)比于洗滌器具有回收放射性廢液量減少，因而運(yùn)輸、儲(chǔ)存（沉積）都變?nèi)菀椎膬?yōu)點(diǎn)。用靜電除塵器來除去氣態(tài)污染物是近幾年發(fā)展起來的一個(gè)研究方向。除去氣體污染物有幾種方式，其中的一種方法是使用濕式靜電除塵器，其脫除原理是脈沖放電將氣體污染物氧化成溶于水的物質(zhì)。這種方法在脫硝方面有很大進(jìn)展，電暈放電下、和水產(chǎn)生不穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)的種類如根、根、根、根等），這些種類的物質(zhì)在電暈放電時(shí)產(chǎn)生，然后與不同NOx反應(yīng)，主要產(chǎn)生溶于水的HNO2和HNO3，其效果如7圖所示。電流/mA圖7直流負(fù)電暈放電電流與NO2的關(guān)系在工業(yè)中應(yīng)用靜電除塵器去除低濃度的H2S、R-SH等臭味物質(zhì)也取得一定的成果。其除臭原理為：產(chǎn)生的氧化性極強(qiáng)的活性粒子或自由基（臭氧等）在高壓靜電場(chǎng)內(nèi)氧化臭味物質(zhì)分子，改變了臭味物質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，變成了沒有特征發(fā)臭基團(tuán)的物質(zhì)；從另一角度解釋為電暈輝光放電產(chǎn)生的紫外線、高能電子流以及效應(yīng)產(chǎn)生的活性粒子或自由基、等離子體在高壓靜電場(chǎng)獲得能量后，與臭味物質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞，誘發(fā)效應(yīng)，改變了臭味物質(zhì)分子的位移，使得臭味物質(zhì)分子失去了原有的氣味。使用靜電除塵器，特別是利用高壓靜電產(chǎn)生的等離子體除菌的技術(shù)得到研究與應(yīng)用，一般說來靜電對(duì)于除菌有明顯的加速作用，但其應(yīng)用一般不具有通用的普遍規(guī)律，而且受環(huán)境條件影響較大。脫硫除塵一體化CDSI系統(tǒng)與干式電除塵器配置可用來脫硫除塵，如圖8所示。其原理是通過荷電噴槍將荷電吸收劑如Ca（OH）2顆粒噴入煙道，吸收劑由于表面帶有同種電荷而相互排斥并均勻擴(kuò)散到煙氣中，大大增強(qiáng)了吸收劑的化學(xué)反應(yīng)活性，降低了脫硫反應(yīng)所需的滯留時(shí)間。而后吸收了SO2的吸收劑同原始煙塵進(jìn)入電除塵器進(jìn)行除塵，從而達(dá)到脫硫的目的。本系統(tǒng)適用于原有煙氣系統(tǒng)附加脫硫的方案，具有投資少、占地面積小、不增加煙氣系統(tǒng)阻力的特點(diǎn)。圖8脫硫除塵~體化系統(tǒng)］一電除塵器；2一荷電噴槍；3一吸收劑2.3除塵新機(jī)理用電凝并除塵器收集亞微米級(jí)粉塵的研究在理論和實(shí)驗(yàn)方面都取得了突破性進(jìn)展。電凝并分為4類：直流電場(chǎng)中異極性荷電粉塵的凝并，直流電場(chǎng)中同極性荷電粉塵的凝并，交變電場(chǎng)中同極性荷電粉塵的凝并以及交變電場(chǎng)中異極性荷電粉塵的凝并。其中，異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并是這4種方法中能提高電凝并速率的比較有效的方法，其裝置如圖9所示。粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷力作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，由于顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或速度差，以及異性電荷的相互吸力，使得粒子相互碰撞、吸收、凝并，最后在收塵區(qū)被捕集下來。這種電除塵方式具有更高的除塵效率，能夠高效捕集亞微米顆粒，具有很好的發(fā)展前景。圖9電凝并除塵裝置的結(jié)構(gòu)形式1—預(yù)荷電區(qū)；2一凝并區(qū)；3一收塵區(qū)無電暈式高溫高壓靜電除塵是一種應(yīng)用在高溫高壓條件下的除塵技術(shù)。具體的工作原理是根據(jù)分子熱物理理論，任何物質(zhì)在溫度達(dá)到臨界發(fā)射溫度后，都能大量地發(fā)射電子；此靜電除塵器采用逸出功率較低的材料做發(fā)射極，在高溫條件下穩(wěn)定地發(fā)射電子，使粉塵荷電，然后使其在強(qiáng)電場(chǎng)下被捕集。在高溫條件下，用電暈所獲得的電流密度相對(duì)較小，相應(yīng)的除塵器體積較大，成本也相應(yīng)提高。與電暈式靜電除塵不同，電子發(fā)射式電除塵采用陰極材料的熱發(fā)射電流使粉塵荷電，與常規(guī)電暈放電相比，只需較低的電極電壓3KV)即可獲得高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的電流密度，具有體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。3.靜電除塵技術(shù)發(fā)展動(dòng)向百年來，靜電除塵已有了較大的變化和發(fā)展。但無論對(duì)靜電除塵作了何種改進(jìn)，最終都沒有脫離傳統(tǒng)鋼質(zhì)收塵極的模式。如：在清灰方式上對(duì)聲波清灰的探索、在供電方式上對(duì)脈沖供電技術(shù)的研究等。這些改進(jìn)從一定程度上改善了ESP的性能，但都沒有取得重大的突破。1998年美國(guó)Ohio大學(xué)的Pasic等人首次提出了膜電除塵器(MESP)A的概念，采用以先進(jìn)的碳纖維材料編織成的膜作為ESP的收塵極。他們對(duì)各種纖維材料編織而成的膜的導(dǎo)電性、潤(rùn)濕性、阻燃性、抗疲勞強(qiáng)度、伸張彈性及編織密度等性能和清灰方法作了較為全面的研究。在此研究基礎(chǔ)之上，他們又在實(shí)驗(yàn)室模擬了真實(shí)運(yùn)行狀況下這種MESP的收塵效率。研究表明，它完全適合于用來作干式電除塵器的陽極板。他們的研究打破了多年來對(duì)ESP研究徘徊不前的局面，有望使ESP產(chǎn)生根本性的變革。相比鋼質(zhì)極板，膜吸塵極具有許多優(yōu)異的性能,主要體現(xiàn)在9個(gè)方面：質(zhì)輕。十分有利于運(yùn)輸及安裝上的方便；價(jià)廉。對(duì)于膜收塵極的成本有待于進(jìn)一步作出詳細(xì)的評(píng)估；(3)能捕捉PM2.5級(jí)的細(xì)粉塵，除塵效率高。(4)因?yàn)槟り枠O板沒有加強(qiáng)筋，所以對(duì)流場(chǎng)的干擾較小，大大減少了局部渦流的產(chǎn)生，這就減少了二次飛揚(yáng)的產(chǎn)生；(5)而且因?yàn)闆]有加強(qiáng)筋，所以兩極的間距就可縮小，可使干式ESP的體積減??；耐腐蝕；靈活多樣的清灰方式，如：拉載荷方法、sonichorn氣動(dòng)喇叭清灰方法等；在同樣大小的外力作用狀況下，其剪切應(yīng)力比鋼板的大4倍以上，所以，若用拉載荷方法清灰，則只要施加很小的外力便可使所積灰層產(chǎn)生較大的應(yīng)變，這樣積灰層就以較大的塊狀掉下，大大減小了二次飛揚(yáng)；也可用來改造原來鋼質(zhì)陽極板的ESP。其中耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)濕式ESP更具有吸引力,因?yàn)殇撡|(zhì)收塵極板在濕法條件下，將被嚴(yán)重腐蝕，所以很難利用脈沖電暈技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝?？梢姡舨捎眠@種膜作為收塵的陽極板，在ESP中同時(shí)實(shí)現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝一體化將成為可能。MESP將是該領(lǐng)域研究與開發(fā)的縱深方向。這是因?yàn)榛旌鲜組ESP具有很高的除塵效率,同時(shí)還能有效去除SO2、NOx、重金屬等有害物質(zhì)，為在ESP中同時(shí)實(shí)現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝的一體化技術(shù)開辟道路。靜電除塵技術(shù)研究目的在于提高電除塵器的效率，同時(shí)要盡可能減輕其重量，降低成本。電除塵技術(shù)發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：31.加強(qiáng)靜電除塵技術(shù)基礎(chǔ)理論研究靜電除塵理論落后于應(yīng)用實(shí)踐。早在1982年美國(guó)學(xué)者懷特就明確指出：“電除塵技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被充分認(rèn)識(shí)，還有許多現(xiàn)象不可理解，不可預(yù)計(jì)，實(shí)踐還只能依靠經(jīng)驗(yàn)?！背龎m過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，該過程在三維空間中同時(shí)相互作用，涉及許多科學(xué)領(lǐng)域。如應(yīng)用物理、化學(xué)、機(jī)械、電子學(xué)、流體力學(xué)等。還有許多基礎(chǔ)的理論尚未被人們了解今后除塵理論主要研究方向有：電除塵收集理論研究。如除塵效率理論公式，驅(qū)進(jìn)速度計(jì)算，粒子荷電行為等。目前僅就單一因素或假設(shè)簡(jiǎn)化的條件進(jìn)行研究，尚水能闡明集塵的全部過程。例如，在假設(shè)條件下的驅(qū)進(jìn)速度的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際值相差幾倍甚至十幾倍，且不能判明誤差癥結(jié)之所在。因此，這方面值得研究。針對(duì)某一類新除塵技術(shù)理論研究。如離心脈沖靜電分離技術(shù)研究其分離機(jī)理，速度分布，濃度分布，顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)優(yōu)化理論等。電除塵設(shè)計(jì)參數(shù)與煙塵性質(zhì)之間關(guān)系定量研究。對(duì)于不同煙塵性質(zhì)、粉塵性質(zhì)、板線本配置、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)速度等的選擇，尚無定量的方法，缺乏針對(duì)性的令人信服的依據(jù)等。3.2、研究開發(fā)新型高效靜電除塵器靜電除塵器雖有板式和管式，臥式和立式，頂打和側(cè)打之分，且結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但其結(jié)構(gòu)還不很理想，如存在二次揚(yáng)塵、串流和氣流分布不均等問題。隨著環(huán)保要求越來越高,排放控制越來越嚴(yán)格，開發(fā)新型電除塵器，降低投資，提高效率是當(dāng)務(wù)之急。主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行研究。開發(fā)高流速電除塵器常規(guī)電除塵器，電場(chǎng)風(fēng)速為1m/s左右。電除塵效率高，阻力小，但造價(jià)高。如果電除塵器在維持原有效率的同時(shí)能大幅度提高電場(chǎng)風(fēng)速(提高4?6m/s以)，即采用所謂高流速電除塵器，則有可能在大減少其體積和造價(jià)，一定是很有吸引力。電除塵器本體結(jié)構(gòu)完善創(chuàng)新繼續(xù)開發(fā)一些新型結(jié)構(gòu)電除塵器，克服缺點(diǎn)和不足，使其盡快推廣應(yīng)用。如房式、透鏡電極、橫向電極、移動(dòng)電極、輕質(zhì)電除塵器、超高壓寬間距除塵器等。研究提高供電水平提高電除塵器的效率，也可以通過提高供電水平來實(shí)現(xiàn)，這是一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的方法。提高供電水平，從以下四個(gè)方面進(jìn)行研究。進(jìn)一步開發(fā)脈沖供電技術(shù)。主要研究脈沖供電與本體匹配關(guān)系、控制方式、脈沖供電參數(shù)優(yōu)化等。利用最新微機(jī)實(shí)現(xiàn)ESP管理現(xiàn)代化。研究采用變極性代電技術(shù)來提高防法效率。進(jìn)一步開發(fā)中高頻電源供電，使其實(shí)用化。開拓電除塵應(yīng)用新領(lǐng)域如針對(duì)燃煤鍋爐產(chǎn)生SO2和粉塵實(shí)際情況，應(yīng)用電除塵將除塵和脫硫脫硝結(jié)合起來，提高效率，降低成本。1998年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了國(guó)家環(huán)?？偩帧端嵊昕刂茀^(qū)和二