電袋復(fù)合除塵器的研究現(xiàn)狀樣本

電袋復(fù)合除塵器研究現(xiàn)狀摘要：本文概述了布袋除塵器和電除塵器特點及局限性，重點簡介了靜電布袋復(fù)合除塵器特點、構(gòu)造和工作原理，預(yù)測了電袋復(fù)合除塵器在燃煤電廠推廣應(yīng)用中需解決問題。核心字：電袋復(fù)合除塵器特點及優(yōu)勢構(gòu)造原理方向0.引言從大氣壓(等離子體物理又稱為高氣壓)非平衡(非熱、冷)等離子體物理觀點來看,電除塵器是一種巨大等離子體源和反映室組合體。然而,國內(nèi)等離子體物理學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略組研究報告指出“當(dāng)前產(chǎn)生大氣壓非平衡態(tài)等離子體機理尚不清晰?！薄霸诟邭鈮合碌入x子體輸運特性研究也剛剛起步,但是正在形成新研究熱點”[1]。由于大氣壓等離子體物理研究滯后,從而制約了電除塵技術(shù)基本理論研究。到當(dāng)前為止,世界各國電除塵技術(shù)理論尚不完備,基本上還處在20世紀(jì)60年代水平上,仍屬于經(jīng)驗工程學(xué)科[2],因此電除塵器性能優(yōu)劣經(jīng)常取決于設(shè)計命中率、制造精度、安裝質(zhì)量、供電特性以及維護(hù)管理等因素,并存在一次投資高,體積龐大,鋼材用量過多以及捕集微細(xì)煙塵效率較低等問題。當(dāng)前電除塵器數(shù)量占國內(nèi)市場總量75%,中華人民共和國已成為世界電除塵器生產(chǎn)、應(yīng)用大國[3]。國內(nèi)實行新火電廠國家容許排放原則(50mg/,Nm3)頒布,將使既有新、老電除塵器中絕大多數(shù)難以達(dá)到新煙塵容許排放原則,其重要因素是后級電場中微細(xì)煙塵捕集效率低問題,這是對既有電除塵理論和技術(shù)一種挑戰(zhàn)。要使電除塵器達(dá)到新原則,必要加大研究力度,以使電除塵器性能獲得突破性進(jìn)展。早在20世紀(jì)50年代,國內(nèi)從前蘇聯(lián)引進(jìn)臥、立式電除塵器，20世紀(jì)80年代又分別從德國Ruthmu-ble、瑞典Flakt、美國GE及Lodge-Cottrell、日本住友重機、新日鐵等公司引進(jìn)電除塵器設(shè)備及制造技術(shù),并已國產(chǎn)化。電除塵理論與技術(shù)涉及氣體電離放電物理學(xué)、高氣壓非平衡等離子體物理學(xué)及氣體動力學(xué)等多學(xué)科。近來,氣體電離放電物理[4~6]、高氣壓非平衡等離子體物理[7，8]等領(lǐng)域研究獲得了令人矚目進(jìn)展,為國內(nèi)電除塵技術(shù)及設(shè)備發(fā)展,由近年來跟蹤研仿為主走向自主創(chuàng)新新階段,提供基本理論及辦法支持。1.1國內(nèi)能源構(gòu)造特點國內(nèi)能源生產(chǎn)及消費重要特點是以煤為主，煤在能源構(gòu)造中約占78%，全國燃煤消耗量達(dá)12億t/a，發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)消耗原煤6億t/a，煤炭消耗量在一次能源總量中所占比重由1990年76.2%降為67%，石油、天然氣、水電、核電、風(fēng)能、太陽能等所占比重由1990年23.8%上升至33.0%。由于煤儲藏量大，在此后50年內(nèi)國內(nèi)煤消費構(gòu)造仍占重要某些。由于國內(nèi)電力構(gòu)造以燃煤發(fā)電為主，大量燃煤煙塵排放導(dǎo)致了嚴(yán)重環(huán)境污染，特別是其中可吸入粉塵，能長期漂浮在大氣中，對人類健康導(dǎo)致了長期持續(xù)危害。國內(nèi)燃煤電廠中，鍋爐配套除塵設(shè)備以靜電除塵器為主，占總?cè)萘?5%以上。同步，某些老電廠當(dāng)前還在使用水膜除塵器和多管旋風(fēng)除塵器。水膜除塵器和旋風(fēng)除塵器從機理上很難達(dá)到較高除塵效率。而靜電除塵器又受到設(shè)計水平、鍋爐運營狀況、燃煤煤種、粉塵物理、化學(xué)性能等因素影響。由于國內(nèi)煤源緊張供不應(yīng)求，導(dǎo)致燃煤電廠煤種多變，加之運營維護(hù)、脫硫改造等方面因素，現(xiàn)役靜電除塵器大多很難達(dá)到設(shè)計效率。隨著新《火電廠污染物排放原則》（GB13233-）出臺實行，諸多靜電除塵設(shè)備中已不能達(dá)到新排放原則規(guī)定。在國內(nèi)電力生產(chǎn)中，燃煤發(fā)電占主導(dǎo)地位。究竟，全國電站裝機容量達(dá)到5.1億KW，電源構(gòu)造安裝機容量計算，水電占23.5%，火電占75.6%，核電及新能源發(fā)電占0.9%。在此后相稱長時期內(nèi)，中華人民共和國能源發(fā)展特點仍以煤電為主。燃煤煙塵是空氣污染重要因素之一，火電廠燃煤鍋爐粉塵排放量占工業(yè)粉塵排放量37%。因而，減少火電廠煙塵排放濃度能有效控制國內(nèi)大氣污染限度[6]。1.2國內(nèi)外電袋復(fù)合除塵器發(fā)呈現(xiàn)狀國內(nèi)對電袋復(fù)合式除塵器技術(shù)研究與開發(fā)在20世紀(jì)90年代基本處在空白狀態(tài)，僅有少數(shù)研究院所對荷電后粉塵影響布袋捕集效率關(guān)系做過某些實驗研究。直到進(jìn)入21世紀(jì)后來電袋技術(shù)才逐漸被人們所關(guān)注，但大某些處在小型實驗開發(fā)階段。徐州壩山環(huán)保熱電有限公司與福建龍凈環(huán)保股份有限公司合伙研究制造了國內(nèi)第一臺電袋復(fù)合式除塵器安裝應(yīng)用在徐州壩山環(huán)保熱電有限公司。依照國外有關(guān)資料簡介，美國是國際上較早開始電袋復(fù)合除塵器研究國家，并已在某些發(fā)電廠應(yīng)用。自3月第一臺電袋復(fù)合除塵器在國內(nèi)投入運營以來，當(dāng)前在對未能達(dá)標(biāo)排放且場地受限原電除塵改造中，已發(fā)揮了明顯效果。在某些煙塵比電阻較高工況條件下，采用電袋復(fù)合式除塵器也不失為一種好方案。電袋復(fù)合除塵器受到國家科技部門高度注重，已經(jīng)作為國家863高科技項目重點支持。電袋一體化技術(shù)已于7月份通過了國家科技部技術(shù)和產(chǎn)品鑒定。[3]1.3電除塵器和袋式除塵器特點及局限性1.3.1電除塵器特點及局限性電除塵器運用強電場電暈放電使煙氣電離、粉塵荷電，在電場力作用下將粉塵從煙氣中分離出來。其特點為：本體壓力損失小，普通<300Pa；能解決大規(guī)模工業(yè)煙氣；耐高溫；重要部件使用壽命長，維護(hù)簡便。除塵性能受粉塵物理和化學(xué)特性影響較大，對于高比電阻粉塵、細(xì)微粉塵及高粘性粉塵等應(yīng)用效果不抱負(fù)。因而，為提高除塵效率，不得不大幅度增大集塵面積，這就導(dǎo)致了投資不經(jīng)濟(jì)，甚至在某些特殊工況場合無法正常使用。1.3.2袋式除塵器特點及局限性袋式除塵器也稱過濾式除塵器，它是運用纖維狀編織物制作袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物，其特點為：排放煙氣濃度穩(wěn)定，≤30mg/m3，除塵效率高；除塵效率不受粉塵特性影響；對微細(xì)粉塵（PM10）收集可以通過濾料技術(shù)解決；可捕集一定量二噁英和SO2等有害氣體。運營阻力較大，普通為1500～Pa，導(dǎo)致了系統(tǒng)阻力大，除塵器后引風(fēng)機功率大，運營費用較高；濾袋壽命有限，更換濾袋費用高，工作量大；化學(xué)纖維濾袋不能承受高溫?zé)煔馔ㄟ^，對煙氣中水分含量和油性物質(zhì)含量也有較嚴(yán)格規(guī)定。2靜電除塵器重要研究內(nèi)容2.1靜電除塵器效率較低因素分析、改造必要性和改造方案2.1.1靜電除塵器效率較低因素分析靜電除塵器效率受到諸多因素影響，重要有設(shè)計水平、制造、安裝質(zhì)量以及鍋爐運營工況等。一方面，設(shè)計除塵效率不高和靜電除塵器設(shè)備老化是導(dǎo)致除塵器排放煙塵濃度較高因素之一。由于此前燃煤電廠污染物排放原則較為寬松，初期設(shè)計和制造除塵器普通為二電場或三電場，設(shè)計除塵效率普通在95%~99%之間。再加上長期運營以及維護(hù)管理不善，靜電除塵器設(shè)備老化，致使除塵器效率減少。另一方面，鍋爐運營工況也對靜電除塵器產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致除塵效率減少。如鍋爐燃用煤種、粉塵特性，特別是飛灰比電阻、灰中Si、Al、Fe、Na含量對靜電除塵器效率影響很大。其中飛灰比電阻過高或過低都不利于靜電除塵器對煙氣中粉塵捕集。此外，粉塵中某些礦物質(zhì)含量以及煤含硫量對靜電除塵器除塵效率影響很大以及對煙氣采用脫硫辦法，如爐內(nèi)噴鈣、循環(huán)流化床等，也會引起飛灰特性變化導(dǎo)致靜電除塵器除塵效率減少。2.1.2靜電除塵器改造必要性國內(nèi)燃煤電廠鍋爐配套除塵設(shè)備以靜電除塵器為主。到當(dāng)前為止，電力行業(yè)采用靜電除塵器鍋爐容量占總?cè)萘?5%以上。靜電除塵器除塵效率受到設(shè)計水平、鍋爐運營狀況、燃煤煤種、粉塵物理、化學(xué)性能等諸多因素影響。由于國內(nèi)燃煤電廠煤種多變，加之運營維護(hù)等方面因素，現(xiàn)役靜電除塵器大多都很難達(dá)到設(shè)計效率。依照新《火電廠污染物排放原則》，國內(nèi)絕大某些現(xiàn)役電除塵器都面臨改造。老式改造辦法是大幅度增長收塵面積和串聯(lián)電場數(shù)，但是這樣就也許受到場地限制而使某些老電廠無法改造。并且增長電場面積或增長電場數(shù)使運營成本大幅增長，并且對于直徑在10μm如下塵粒收塵效率依然不高。而對于直徑為0.1~1.0μm塵粒收塵效率依然不高袋式除塵器作為高效除塵設(shè)備，布袋除塵器以其較高除塵效率在燃煤電廠中得到了一定應(yīng)用，但由于壓降大、清灰復(fù)雜、設(shè)備龐大、壽命短、運營費用高等因素，其推廣也受到一定限制。為了適應(yīng)排放原則規(guī)定，國內(nèi)某些科研機構(gòu)和廠商推出了電袋復(fù)合除塵器。它綜合了靜電除塵器和布袋除塵器長處，提高了除塵效率，既能滿足新排放原則，又提高了運營可靠性，減少了電廠除塵成本，因而，在現(xiàn)役電廠除塵器改造和新建電廠中得到了應(yīng)用。2.1.3靜電除塵器改造方案針對現(xiàn)役燃煤電廠靜電除塵器效率低下因素，提出如下三種改造方案：改造為靜電布袋復(fù)合除塵器不論是對原有靜電除塵器加以擴(kuò)容還是采用布袋除塵器，都存在著受施工場地、除塵效率或投資過高影響，從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩個角度來考慮并不是最合理方案。因而，在綜合考慮了靜電除塵器和布袋除塵器各自優(yōu)缺陷之后，將兩種不同類型除塵方式結(jié)合在一起進(jìn)行改造，充分發(fā)揮了兩種除塵方式優(yōu)勢，達(dá)到最佳除塵效果和設(shè)備可靠性。改造為布袋除塵器袋式除塵器除塵效率不受煙氣成分、含塵濃度、顆粒分散度及粉塵比電阻等粉塵性質(zhì)影響，對微細(xì)粉塵捕集率普通可達(dá)99.9%以上，排放濃度<50mg/m3，甚至更小。改造為袋式除塵器時，改造工作可以在不變化原有靜電除塵器土建某些及混凝土框架基本上進(jìn)行，拆除本來靜電除塵器某些構(gòu)件，然后依照需要進(jìn)行凈氣室建造和煙箱煙道改造，在殼體內(nèi)布置布袋及脈沖清灰系統(tǒng)，將其改導(dǎo)致袋式除塵器。這種方案缺陷在于改動部件比較多，投資相對比較高。3）增長靜電除塵器電場要提高收塵效率就要增長靜電除塵器收塵板面積，可以采用增長電場方案。在靜電除塵器電場較少、設(shè)計效率較低清況下，可以在原有基本，增長一種或兩個電場使靜電除塵器達(dá)到四個甚至五個電場，靠增長靜電除塵器收塵面積、增長串聯(lián)電場數(shù)量來提高除塵器效率，使靜電除塵器除塵效率提高到99%~99.9%。但由于靜電除塵器除塵原理限制，除塵效率很難再得到突破，難以長時間滿足日益嚴(yán)格環(huán)保規(guī)定，并且增長電場數(shù)目受到電廠原有空間規(guī)劃限制，比較難以實現(xiàn)。2.2電袋除塵器特點及優(yōu)勢1）機理科學(xué)，除塵性能指標(biāo)更優(yōu)秀作為靜電除塵器和布袋除塵器有機結(jié)合，電袋復(fù)合除塵器充分發(fā)揮了兩種除塵器各自優(yōu)勢。采用一級電場除塵，余下細(xì)微粉塵由布袋除塵單元過濾掉，這就發(fā)揮了布袋除塵器對超細(xì)粉塵除塵效率高特點。同步，靜電布袋除塵器運用靜電除塵、布袋除塵種既有成熟除塵技術(shù)，技術(shù)可靠性高，研發(fā)相對容易。濾袋過濾風(fēng)速高和占地面積少濾袋粉塵負(fù)荷量少，可以提高濾袋過濾風(fēng)速，節(jié)約投資和減少占地面積。與布袋除塵器相比，復(fù)合除塵器靜電除塵單元除去了大某些粉塵，大幅減少了濾袋負(fù)荷，因而可以選取較高過濾風(fēng)速，所需濾袋數(shù)量少、構(gòu)造緊湊、占地面積減少，同步，可以選取較大濾袋間距，解決了脈沖布袋除塵器因濾袋較密而在清灰時引起二次揚塵問題。3）除塵效率穩(wěn)定可靠實現(xiàn)高效節(jié)能目的是一種新型除塵技術(shù)。常規(guī)靜電除塵器除塵效率受煤種、鍋爐負(fù)荷和工況、粉塵比電阻等諸多因素影響，導(dǎo)致穩(wěn)定性差甚至不能正常工作。復(fù)合除塵器發(fā)揮了布袋除塵單元對煤種適應(yīng)范疇廣泛、受鍋爐負(fù)荷變化及煙氣量波動影響小、不受粉塵比電阻影響等特性，使整體除塵效率穩(wěn)定可靠。4)除塵效率高，對微細(xì)粉塵分級除塵效率高電袋復(fù)合式除塵器效率可以保持長期穩(wěn)定高效運營。對微細(xì)粉塵分級除塵效率高，電袋復(fù)合除塵除塵效率能達(dá)99.9%以上；能實現(xiàn)出口粉塵排放濃度低于30mg/m3，從運營靜電布袋復(fù)合除塵器來看，粉塵排放濃度可以低于10mg/m3；粉塵荷電后，靜力作用增強，對細(xì)微粒子捕集效率也有所增強。5）壓降小，運營阻力較低電袋復(fù)合式除塵器運營阻力較低。從電除塵區(qū)域進(jìn)入布袋收塵區(qū)域粉塵為絕大某些帶負(fù)電粉塵，由于電荷效應(yīng)作用，粉塵在濾袋表層顆粒排列有序、縫隙率高，濾袋形成粉塵層對氣流阻力小，易于清灰，在運營過程除塵器可以保持較低運營阻力。6）濾袋過濾風(fēng)速高和占地面積少濾袋粉塵負(fù)荷量少，可以提高濾袋過濾風(fēng)速，節(jié)約投資和減少占地面積。與布袋除塵器相比，復(fù)合除塵器靜電除塵單元除去了大某些粉塵，大幅減少了濾袋負(fù)荷，因而可以選取較高過濾風(fēng)速，所需濾袋數(shù)量少、構(gòu)造緊湊、占地面積減少，同步，可以選取較大濾袋間距，解決了脈沖布袋除塵器因濾袋較密而在清灰時引起二次揚塵問題。7）濾袋使用壽命長，運營維護(hù)費用低電袋復(fù)合除塵器濾袋使用壽命長、運營、維護(hù)費用低。同布袋除塵器相比，電袋復(fù)合除塵器布袋單元負(fù)荷低，同步未被靜電場完全除去細(xì)微顆粒通過電暈級荷電，沉積在濾袋表面呈現(xiàn)松散凹凸不平構(gòu)造，這種松散構(gòu)造有助于減少氣流通過阻力、壓力損失小，因而可以選取較長清灰周期和較低噴吹壓力，延長濾袋壽命。3靜電布袋復(fù)合除塵器構(gòu)造和工作原理電袋復(fù)合除塵器是一種綜合了靜電除塵和布袋除塵兩種成熟除塵理論而提出一種新型除塵技術(shù)。它采用常規(guī)靜電除塵第一電場作為一級除塵單元，除去煙氣中粗顆粒煙塵，然后運用布袋作為二級除塵單元除去剩余微細(xì)顆粒，中間用檔板分隔。電袋復(fù)合除塵器保存靜電除塵器第一電場，剩余粉塵通過布袋除塵單元過濾掉。對于處在第二級布袋除塵單元而言，除塵負(fù)荷已大為減少。一方面可以選取更高過濾速度，以減小布袋除塵器整體規(guī)模；另一方面除塵壓降大大減小，清灰間隔時間延長，從而減少了運營費用，延長了布袋壽命。此外，還發(fā)揮了布袋除塵器對細(xì)微塵粒脫除效率高長處，大大提高了粒徑在10μm如下塵粒捕集效率。3.1靜電布袋復(fù)合除塵器構(gòu)造電袋復(fù)合除塵器構(gòu)造普通由如下幾某些構(gòu)成：風(fēng)機系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、管路系統(tǒng)和排塵系統(tǒng)等。風(fēng)機系統(tǒng)提供了氣固流體流動能量；分離系統(tǒng)完畢氣固兩相分離過程；管路系統(tǒng)是氣固流體流動通道；排塵系統(tǒng)將分離下來粉塵收集集中解決。電袋復(fù)合除塵器構(gòu)造示意圖如圖3-1所示。圖3-1電袋復(fù)合除塵器構(gòu)造示意圖1.進(jìn)氣煙箱；2.灰斗；3.殼體；4.收塵極；5.放電極；6.導(dǎo)流裝置；7.濾袋；8.清灰系統(tǒng)；9.凈氣室；10.提高裝置；11.出氣煙箱；12.人孔門3.2靜電布袋復(fù)合除塵器工作原理含塵煙氣經(jīng)進(jìn)口喇叭內(nèi)氣流分布板作用，均勻地進(jìn)入收塵電場，大某些粉塵在電場中荷電，并在電場力作用下向收塵極沉積。采用定阻或定期機制，運用脈沖或反吹等手段使收集粉塵從極板上脫落并落入下部灰斗。具有少量粉塵煙氣少某些通過多孔板進(jìn)入袋收塵區(qū)，大某些煙氣折向下部，然后由下而上地進(jìn)入袋收塵區(qū)，當(dāng)含塵煙氣通過濾袋時(外濾式)，粉塵被阻留在濾袋表面上，純凈煙氣從濾袋內(nèi)腔進(jìn)入上部凈氣室，再經(jīng)提高閥進(jìn)入煙道排出。袋收塵區(qū)可劃分為若干個獨立收塵室，每個收塵室安裝一種提高閥，當(dāng)采用離線清灰時，可有規(guī)律關(guān)閉某個室提高閥，煙氣便不能從該室濾袋通過。每排濾袋上方安裝一根噴吹管，噴吹管上開若干個小孔，每個孔對準(zhǔn)下部濾袋，噴吹管端與氣包相連，氣包上安裝沉沒式脈沖閥。當(dāng)濾袋表面積灰過厚需要清灰時，脈沖控制儀便啟動脈沖閥上電磁閥，打開脈沖閥上氣流通路，壓縮空氣便通過脈沖閥、噴吹管噴入濾袋[4]。電袋除塵器工作原理如圖3-2所示圖3-2電袋除塵器工作原理圖在進(jìn)口煙箱中，由不同開孔率孔板構(gòu)成進(jìn)口氣流調(diào)節(jié)裝置，保證進(jìn)入靜電除塵區(qū)氣流均勻分布。在靜電除塵區(qū)和布袋除塵區(qū)之間設(shè)立了氣流分布板，該分布板為孔板形式，并且在高度方向上采用不同開孔率，調(diào)節(jié)靜電除塵區(qū)出口氣流均布性，保證靜電除塵效率，同步防止氣流直接沖刷布袋，提高布袋使用壽命。5電袋復(fù)合除塵器在燃煤電廠推廣應(yīng)用中需解決問題電袋復(fù)合除塵器是解決燃煤電廠粉塵排放有效辦法。從國內(nèi)燃煤電廠應(yīng)用來看，當(dāng)前重要集中在除塵器改造上，電袋復(fù)合除塵器在燃煤電廠推廣應(yīng)用中重要克服如下問題：靜電除塵單元和布袋除塵單元結(jié)合形式大型靜電除塵器普通采用臥式，但在布袋除塵單元，煙氣規(guī)定從下向上流動。氣流均勻性不但影響靜電除塵單元除塵效率，并且由于局部流速過高而將對布袋除塵單元導(dǎo)致沖刷磨損，從而影響布袋除塵單元中布袋壽命。因而，需要研究煙氣流場分布特點，采用恰當(dāng)布風(fēng)辦法，使煙氣在靜電除塵單元和布袋除塵單元中都能均勻分布，同步還能盡量減少壓力損失。供電條件和電極配備構(gòu)造及構(gòu)造參數(shù)優(yōu)化選取適當(dāng)供電條件和電極配備構(gòu)造及參數(shù)，使其有助于減少設(shè)備費用；合理分派靜電除塵單元和布袋除塵單元負(fù)荷，以便于系統(tǒng)整體優(yōu)化。布袋單元優(yōu)化設(shè)計依照進(jìn)入布袋除塵單元煙氣粉塵濃度、粒度選取氣布比，擬定噴吹壓力、清灰周期、脈沖寬度。合理參數(shù)選取有助于保證除塵效率，減少運營費用。4）粉塵荷電對布袋除塵影響從靜電場來粉塵往往帶有一定電荷，荷電后塵粒對煙塵化學(xué)、物理性質(zhì)對除塵效率有很大影響。靜電除塵單元，對煙氣性質(zhì)很敏感，往往需要調(diào)質(zhì)解決。布袋除塵單元濾袋規(guī)定煙溫不能過高，此外濕度過高也容易引起堵袋。隨著環(huán)保排放原則提高，加之燃煤電廠煤種多變、脫硫改造等方面因素，大概60%電除塵器將面臨改造，電袋復(fù)合除塵器將有遼闊應(yīng)用前景。[5]6結(jié)論電袋復(fù)合除塵器發(fā)揮了電除塵器可將煙氣中80%~85%粉塵收集，使進(jìn)入布袋濃度大大減少；剩余15%~20%粉塵通過電場后，帶點粉塵互相凝聚成粗顆粒竟如布袋收塵區(qū)后，因粉塵通過前級電除塵器荷電作用，粉塵帶有同種電荷，粉塵在同性相斥作用下，粉塵附著在布袋上概率相對減少，即便堆積也十分松散，對于減少設(shè)備阻力有很大協(xié)助，清灰也變得十分容易。從而使清灰壓力低