靜電除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

目前，隨著一系列環(huán)保政策的出臺，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，靜電除塵器的除塵效果要滿足粉塵濃度排放指標(biāo)有一定困難，其應(yīng)用面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何通過靜電除塵器技術(shù)創(chuàng)新提高除塵效率，一直是煙氣粉塵凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要進(jìn)一步深化除塵理論基礎(chǔ)，發(fā)明新型高效的靜電除塵器，研究降低高比電阻粉塵反電暈的有效措施和研制防腐導(dǎo)電涂層對收塵極板表面改性技術(shù)，并積極探索出切實(shí)可行的粉塵強(qiáng)制收集技術(shù)，這對煙氣粉塵凈化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。

靜電除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

靜電除塵器因具有除塵效率高、運(yùn)行阻力小、處理煙氣量大和耗能少等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受人們的關(guān)注，并迅速占領(lǐng)了除塵市場。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，各國在電除塵器應(yīng)用技術(shù)和裝置設(shè)備等方面進(jìn)行了深入研究，取得了一定成果。

寬極距靜電除塵器。早在1977年，美國的Cooperman利用梯度關(guān)系式研究了寬極距對粉塵氣流的影響，對寬極距有利于提高除塵效率作了充分的理論解釋。1980年，H.Hoegh-Petersn在原有設(shè)備上將通道加寬一倍，采用400mm間距，并保持場強(qiáng)不變。實(shí)驗(yàn)研究表明，寬間距技術(shù)既可以降低電耗，又能提高除塵效率，寬間距對粉塵驅(qū)進(jìn)速度的改善系數(shù)為1.05~1.40，同時，它對高比電阻的飛灰的處理具有明顯的優(yōu)越性。我國學(xué)者自80年代以后也陸續(xù)對寬間距靜電除塵器進(jìn)行了相關(guān)研究。

寬極距靜電除塵器的高效、低阻、低耗材等優(yōu)點(diǎn)已得到普遍認(rèn)可。但與此同時，寬極距靜電除塵器的電流密度低、粉塵荷電慢且不充分，整流設(shè)備費(fèi)用較高，供電設(shè)備投資的幅度也過大，收塵面積也相應(yīng)有所減少。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中也受到一定制約，需要針對不同工況，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較確定最佳間距。

移動電極ESP（MEEP—ESP）。移動電極技術(shù)成功地解決了沉積在收塵極板上的高比電阻微細(xì)粉塵用振打方式難清除這一難題。其基本原理是，將收塵極板做成可以上下移動的形式，再用旋轉(zhuǎn)的刷子在下部灰斗內(nèi)側(cè)刷掉被捕集的粉塵，始終保持收塵極板表面相對清潔，且清灰在非氣流區(qū)進(jìn)行，從而有效防止反電暈的形成和粉塵振打二次飛揚(yáng)的發(fā)生，確保高效除塵。

目前，我國已有數(shù)家公司自主開發(fā)了同類技術(shù)，并在幾個項(xiàng)目上試用，情況良好，正在作進(jìn)一步改善。國內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用情況表明，MEEP—ESP不僅適用于常規(guī)ESP難以收集的高比電阻粉塵、微細(xì)粉塵和粘性粉塵等，而且還特別適用于燃用特殊困難煤種和煤種多變的爐窯所產(chǎn)生的粉塵，以及設(shè)備場地受限的情況，能以相對較小的集塵面積實(shí)現(xiàn)較高的收塵效率，以相對較少的設(shè)備投資達(dá)到較大的經(jīng)濟(jì)收益。

凝聚技術(shù)。近年來出現(xiàn)的凝聚技術(shù)是除去煙氣中微細(xì)粒子、改善除塵性能的有效措施。該技術(shù)的主要思想是在除塵器前面邊長5m的進(jìn)口煙道處安裝凝聚器，該凝聚器是高速煙氣進(jìn)入除塵器前的預(yù)處理裝置。凝聚器包括一組正負(fù)極相間的平行通道，當(dāng)煙氣和灰塵通過時，分別獲得正電荷或者負(fù)電荷，不同通道的煙氣進(jìn)入除塵器時混合在一起，氣體中荷正電的細(xì)粒子與從相鄰負(fù)極性通道流出的荷負(fù)電的粗粒子混合，同時，荷負(fù)電的細(xì)粒子與荷正電的粗粒子混合，從而減少細(xì)粒子的數(shù)量，形成粒徑大于10微米的較易除去的灰塵粒子，提高除塵效率。

高流煙氣能使其接地極板不需要像電除塵器那樣振打就能保持潔凈，從而節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用。對于100MW的發(fā)電機(jī)組，凝聚器只需要5kW左右的電力。對于引風(fēng)機(jī)，增加的阻力不過200Pa。由于投資、運(yùn)行費(fèi)和維護(hù)費(fèi)都很低，凝聚技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

電袋復(fù)合除塵器。結(jié)合其它除塵機(jī)理以提高除塵性能的聯(lián)合除塵方法有很大的優(yōu)勢，它能克服單一除塵器運(yùn)行時的不利因素，做到揚(yáng)長避短，優(yōu)勢互補(bǔ)。最常見的是電除塵器與其它除塵方式組合成的復(fù)合ESP，其中，電袋復(fù)合除塵器是最有效的一種。

20世紀(jì)80年代后期，美國加利福尼亞州PaloAlto電力研究所開發(fā)了COHPAC電袋，主要作為對ESP的一種改進(jìn)手段。其方案是在原有ESP的下游加一臺袋除塵器，能保持排塵濃度小于10mg/Nm3。我國一家環(huán)保公司于2002年在上海浦東水泥廠，將一條日產(chǎn)1000t的回轉(zhuǎn)窯窯尾所配70m2ESP改造成串聯(lián)式電袋，處理煙氣量為240000m3/h，保留了原除塵器的第一電場（陽極側(cè)部振打技術(shù)），把第二、三電場改為布袋除塵（長袋低壓脈沖技術(shù)），該電袋于2003年4月2日投運(yùn)，排放濃度長期穩(wěn)定在30mg/Nm3以下。

隨著我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，電袋作為提高ESP除塵效率和有效控制微細(xì)粉塵的新型除塵設(shè)備，顯示出了強(qiáng)大的優(yōu)勢，它不僅適用于新建項(xiàng)目，而且特別適合舊ESP的改造。

問題和改進(jìn)方向

深化除塵理論研究?，F(xiàn)有的靜電除塵器粉塵收集機(jī)理都是基于收塵極板在收塵過程中始終保持清潔狀態(tài)這一基本假設(shè)，而靜電除塵器在實(shí)際收塵過程中，隨著荷電粉塵在收塵極板上的沉降，在極板表面形成逐漸增厚的粉塵層。粉塵層的厚度和比電阻以及電暈電流強(qiáng)弱的不同勢必影響電流在粉塵層中的導(dǎo)通與釋放效果，造成粉塵層中滯留的電荷量不同，粉塵層中的積累電荷會對空間收塵電場形成抵消作用。同時，粉塵層中的電荷分布特征又直接決定反電暈產(chǎn)生的可能性。因此，靜電除塵器的粉塵收集實(shí)為非穩(wěn)態(tài)收塵過程?，F(xiàn)有靜電除塵理論對這一過程缺乏準(zhǔn)確描述，一定程度上削弱了其科學(xué)性，導(dǎo)致靜電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)選取缺乏針對性。對靜電除塵器的非穩(wěn)態(tài)收集過程進(jìn)行深入的理論與實(shí)際研究，不僅可以豐富靜電收塵理論，還對探索尋求突破電除塵器收塵效果提高的關(guān)鍵問題具有指導(dǎo)作用。

改善高比電阻粉塵除塵效果。造成眾多靜電除塵器除塵效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的另一個主要原因是運(yùn)行工況條件下煙氣粉塵的比電阻值偏高。如燒結(jié)機(jī)頭煙氣粉塵的比電阻為1011Ω˙cm~1012Ω˙cm。采用常規(guī)靜電除塵器凈化高比電阻粉塵煙氣時，在收塵極表面上形成的粉塵層表現(xiàn)出較高的電阻值，對電場電流的導(dǎo)通形成較大的滯怠作用，粉塵層中積累的電荷量就會增加，對后續(xù)荷電粒子向極板驅(qū)進(jìn)產(chǎn)生排斥效應(yīng)，嚴(yán)重時，還會發(fā)生反電暈，即粉塵層的表面會產(chǎn)生放電，導(dǎo)致粉塵二次返流，收塵效果惡化。常規(guī)電除塵器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)難以克服反電暈的影響，對帶正電荷的粉塵也沒有捕集能力，所以運(yùn)行效果會變差。探索尋求能夠有效改善高比電阻粉塵除塵效果的關(guān)鍵技術(shù)依然是電除塵技術(shù)亟待解決的問題。

極板表面改性技術(shù)。眾多靜電除塵器運(yùn)行實(shí)踐呈現(xiàn)出一個非常明顯的特征：電除塵器在剛投入使用的一兩年里，除塵效果很好，除塵效率可達(dá)99%以上，但隨著運(yùn)行時間的延長，除塵效果逐漸下降。電除塵器在很多運(yùn)行工況條件下，煙氣和粉塵往往引起收塵極板的腐蝕，極板表面形成附著牢固的“塵銹復(fù)合層”，復(fù)合層粗糙的表面形態(tài)進(jìn)一步加劇了振打清灰的難度。已有實(shí)驗(yàn)表明，陳舊極板表面的“塵銹復(fù)合層”對粉塵的收集效果具有負(fù)面影響。尋求極板表面改性技術(shù)、防止極板腐蝕、保持極板良好的導(dǎo)電性和清灰效果、防止電除塵器長期運(yùn)行收塵效果下降是電除塵技術(shù)面臨的新課題。

粉塵強(qiáng)制收集技術(shù)。Cooperman在1970年就指出，在電除塵器橫斷面存在粉塵質(zhì)量濃度梯度。目前，國內(nèi)已有相關(guān)學(xué)者通過建立電場粉塵傳輸數(shù)學(xué)模型和對實(shí)測斷面粉塵濃度分布曲線進(jìn)行回歸，分別得到了理論和實(shí)際電場粉塵濃度分布公式。結(jié)果表明，電場中粉塵濃度分布與斷面位置有關(guān)。電場中每個斷面上從電暈線到收塵極板質(zhì)量濃度逐漸提高，貼近極板表面粉塵濃度最高。如何將貼近極板表面的高濃度氣流中的粉塵以及由極板振打清灰造成的二次飛揚(yáng)粉塵加以有效收集，即發(fā)明出切實(shí)可行的粉塵強(qiáng)制收集技術(shù)，對有效降低粉塵的穿透率可以起到立竿見影的效果，可能是電除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破的最具現(xiàn)實(shí)的問題。