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靜電除塵技術發展現狀及展望
發布日期:2018-07-12 12:09

目前,隨著一係列環保政策的出台,煙氣排放標準日趨嚴格,靜電除塵器的除塵效果要滿足粉塵濃度排放指標有一定困難,其應用麵臨嚴峻的挑戰。如何通過靜電除塵器技術創新提高除塵效率,一直是煙氣粉塵淨化領域的一項重大課題。

  為了實現這一目標,需要進一步深化除塵理論基礎,發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製防腐導電塗層對收塵極板表麵改性技術,並積極探索出切實可行的粉塵強製收集技術,這對煙氣粉塵淨化領域實現節能減排具有重要意義。

  靜電除塵技術發展現狀

  靜電除塵器因具有除塵效率高、運行阻力小、處理煙氣量大和耗能少等諸多優點而備受人們的關注,並迅速占領了除塵市場。隨著經濟的持續高速發展以及環保標準的提高,各國在電除塵器應用技術和裝置設備等方麵進行了深入研究,取得了一定成果。

  寬極距靜電除塵器。早在1977年,美國的Cooperman利用梯度關係式研究了寬極距對粉塵氣流的影響,對寬極距有利於提高除塵效率作了充分的理論解釋。1980年,H.Hoegh-Petersn在原有設備上將通道加寬一倍,采用400mm間距,並保持場強不變。實驗研究表明,寬間距技術既可以降低電耗,又能提高除塵效率,寬間距對粉塵驅進速度的改善係數為1.05~1.40,同時,它對高比電阻的飛灰的處理具有明顯的優越性。我國學者自80年代以後也陸續對寬間距靜電除塵器進行了相關研究。

  寬極距靜電除塵器的高效、低阻、低耗材等優點已得到普遍認可。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,整流設備費用較高,供電設備投資的幅度也過大,收塵麵積也相應有所減少。因此,在實際生產中也受到一定製約,需要針對不同工況,通過經濟技術綜合比較確定最佳間距。

  移動電極ESP(MEEP—ESP)。移動電極技術成功地解決了沉積在收塵極板上的高比電阻微細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,再用旋轉的刷子在下部灰鬥內側刷掉被捕集的粉塵,始終保持收塵極板表麵相對清潔,且清灰在非氣流區進行,從而有效防止反電暈的形成和粉塵振打二次飛揚的發生,確保高效除塵。

  目前,我國已有數家公司自主開發了同類技術,並在幾個項目上試用,情況良好,正在作進一步改善。國內外實際應用情況表明,MEEP—ESP不僅適用於常規ESP難以收集的高比電阻粉塵、微細粉塵和粘性粉塵等,而且還特別適用於燃用特殊困難煤種和煤種多變的爐窯所產生的粉塵,以及設備場地受限的情況,能以相對較小的集塵麵積實現較高的收塵效率,以相對較少的設備投資達到較大的經濟收益。

  凝聚技術。近年來出現的凝聚技術是除去煙氣中微細粒子、改善除塵性能的有效措施。該技術的主要思想是在除塵器前麵邊長5m的進口煙道處安裝凝聚器,該凝聚器是高速煙氣進入除塵器前的預處理裝置。凝聚器包括一組正負極相間的平行通道,當煙氣和灰塵通過時,分別獲得正電荷或者負電荷,不同通道的煙氣進入除塵器時混合在一起,氣體中荷正電的細粒子與從相鄰負極性通道流出的荷負電的粗粒子混合,同時,荷負電的細粒子與荷正電的粗粒子混合,從而減少細粒子的數量,形成粒徑大於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淨,從而節約了維護費用。對於100MW的發電機組,凝聚器隻需要5kW左右的電力。對於引風機,增加的阻力不過200Pa。由於投資、運行費和維護費都很低,凝聚技術有廣闊的應用前景。

  電袋複合除塵器。結合其它除塵機理以提高除塵性能的聯合除塵方法有很大的優勢,它能克服單一除塵器運行時的不利因素,做到揚長避短,優勢互補。最常見的是電除塵器與其它除塵方式組合成的複合ESP,其中,電袋複合除塵器是最有效的一種。

  20世紀80年代後期,美國加利福尼亞州PaloAlto電力研究所開發了COHPAC電袋,主要作為對ESP的一種改進手段。其方案是在原有ESP的下遊加一台袋除塵器,能保持排塵濃度小於10mg/Nm3。我國一家環保公司於2002年在上海浦東水泥廠,將一條日產1000t的回轉窯窯尾所配70m2ESP改造成串聯式電袋,處理煙氣量為240000m3/h,保留了原除塵器的第一電場(陽極側部振打技術),把第二、三電場改為布袋除塵(長袋低壓脈衝技術),該電袋於2003年4月2日投運,排放濃度長期穩定在30mg/Nm3以下。

  隨著我國環保標準的日益嚴格,電袋作為提高ESP除塵效率和有效控製微細粉塵的新型除塵設備,顯示出了強大的優勢,它不僅適用於新建項目,而且特別適合舊ESP的改造。

  問題和改進方向

  深化除塵理論研究。現有的靜電除塵器粉塵收集機理都是基於收塵極板在收塵過程中始終保持清潔狀態這一基本假設,而靜電除塵器在實際收塵過程中,隨著荷電粉塵在收塵極板上的沉降,在極板表麵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弱的不同勢必影響電流在粉塵層中的導通與釋放效果,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生的可能性。因此,靜電除塵器的粉塵收集實為非穩態收塵過程。現有靜電除塵理論對這一過程缺乏準確描述,一定程度上削弱了其科學性,導致靜電除塵器結構設計和運行參數選取缺乏針對性。對靜電除塵器的非穩態收集過程進行深入的理論與實際研究,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鍵問題具有指導作用。

  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不到設計要求的另一個主要原因是運行工況條件下煙氣粉塵的比電阻值偏高。如燒結機頭煙氣粉塵的比電阻為1011Ω˙cm~1012Ω˙cm。采用常規靜電除塵器淨化高比電阻粉塵煙氣時,在收塵極表麵上形成的粉塵層表現出較高的電阻值,對電場電流的導通形成較大的滯怠作用,粉塵層中積累的電荷量就會增加,對後續荷電粒子向極板驅進產生排斥效應,嚴重時,還會發生反電暈,即粉塵層的表麵會產生放電,導致粉塵二次返流,收塵效果惡化。常規電除塵器的結構特點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鍵技術依然是電除塵技術亟待解決的問題。

  極板表麵改性技術。眾多靜電除塵器運行實踐呈現出一個非常明顯的特征:電除塵器在剛投入使用的一兩年裏,除塵效果很好,除塵效率可達99%以上,但隨著運行時間的延長,除塵效果逐漸下降。電除塵器在很多運行工況條件下,煙氣和粉塵往往引起收塵極板的腐蝕,極板表麵形成附著牢固的“塵鏽複合層”,複合層粗糙的表麵形態進一步加劇了振打清灰的難度。已有實驗表明,陳舊極板表麵的“塵鏽複合層”對粉塵的收集效果具有負麵影響。尋求極板表麵改性技術、防止極板腐蝕、保持極板良好的導電性和清灰效果、防止電除塵器長期運行收塵效果下降是電除塵技術麵臨的新課題。

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