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静电除尘技术发展现状及展望

来源: 作者: 发布日期:2016-06-27 访问次数:792
静电除尘技术发展现状及展望

导读:电除尘器作为一种高效除尘装置广泛应用于钢铁工业生产过程中含尘气体的处理,在温度相对较高且烟气量大的环境下,电除尘器优势明显,对改善大气环境质量发挥了重要作用。

目前,随着一系列环保政策的出台,烟气排放标准日趋严格,静电除尘器的除尘效果要满足粉尘浓度排放指标有一定困难,其应用面临严峻的挑战。如何通过静电除尘器技术创新提高除尘效率,一直是烟气粉尘净化领域的一项重大课题。

为了实现这一目标,需要进一步深化除尘理论基础,发明新型高效的静电除尘器,研究降低高比电阻粉尘反电晕的有效措施和研制防腐导电涂层对收尘极板表面改性技术,并积极探索出切实可行的粉尘强制收集技术,这对烟气粉尘净化领域实现节能减排具有重要意义。

静电除尘技术发展现状

静电除尘器因具有除尘效率高、运行阻力小、处理烟气量大和耗能少等诸多优点而备受人们的关注,并迅速占领了除尘市场。随着经济的持续高速发展以及环保标准的提高,各国在电除尘器应用技术和装置设备等方面进行了深入研究,取得了一定成果。

宽极距静电除尘器。早在1977年,美国的Cooperman利用梯度关系式研究了宽极距对粉尘气流的影响,对宽极距有利于提高除尘效率作了充分的理论解释。1980年,H.Hoegh-Petersn在原有设备上将通道加宽一倍,采用400mm间距,并保持场强不变。实验研究表明,宽间距技术既可以降低电耗,又能提高除尘效率,宽间距对粉尘驱进速度的改善系数为1.05~1.40,同时,它对高比电阻的飞灰的处理具有明显的优越性。我国学者自80年代以后也陆续对宽间距静电除尘器进行了相关研究。

宽极距静电除尘器的高效、低阻、低耗材等优点已得到普遍认可。但与此同时,宽极距静电除尘器的电流密度低、粉尘荷电慢且不充分,整流设备费用较高,供电设备投资的幅度也过大,收尘面积也相应有所减少。因此,在实际生产中也受到一定制约,需要针对不同工况,通过经济技术综合比较确定最佳间距。

移动电极ESP(MEEP—ESP)。移动电极技术成功地解决了沉积在收尘极板上的高比电阻微细粉尘用振打方式难清除这一难题。其基本原理是,将收尘极板做成可以上下移动的形式,再用旋转的刷子在下部灰斗内侧刷掉被捕集的粉尘,始终保持收尘极板表面相对清洁,且清灰在非气流区进行,从而有效防止反电晕的形成和粉尘振打二次飞扬的发生,确保高效除尘。

目前,我国已有数家公司自主开发了同类技术,并在几个项目上试用,情况良好,正在作进一步改善。国内外实际应用情况表明,MEEP—ESP不仅适用于常规ESP难以收集的高比电阻粉尘、微细粉尘和粘性粉尘等,而且还特别适用于燃用特殊困难煤种和煤种多变的炉窑所产生的粉尘,以及设备场地受限的情况,能以相对较小的集尘面积实现较高的收尘效率,以相对较少的设备投资达到较大的经济收益。

凝聚技术。近年来出现的凝聚技术是除去烟气中微细粒子、改善除尘性能的有效措施。该技术的主要思想是在除尘器前面边长5m的进口烟道处安装凝聚器,该凝聚器是高速烟气进入除尘器前的预处理装置。凝聚器包括一组正负极相间的平行通道,当烟气和灰尘通过时,分别获得正电荷或者负电荷,不同通道的烟气进入除尘器时混合在一起,气体中荷正电的细粒子与从相邻负极性通道流出的荷负电的粗粒子混合,同时,荷负电的细粒子与荷正电的粗粒子混合,从而减少细粒子的数量,形成粒径大于10微米的较易除去的灰尘粒子,提高除尘效率。

高流烟气能使其接地极板不需要像电除尘器那样振打就能保持洁净,从而节约了维护费用。对于100MW的发电机组,凝聚器只需要5kW左右的电力。对于引风机,增加的阻力不过200Pa。由于投资、运行费和维护费都很低,凝聚技术有广阔的应用前景。

电袋复合除尘器。结合其它除尘机理以提高除尘性能的联合除尘方法有很大的优势,它能克服单一除尘器运行时的不利因素,做到扬长避短,优势互补。最常见的是电除尘器与其它除尘方式组合成的复合ESP,其中,电袋复合除尘器是最有效的一种。

20世纪80年代后期,美国加利福尼亚州PaloAlto电力研究所开发了COHPAC电袋,主要作为对ESP的一种改进手段。其方案是在原有ESP的下游加一台袋除尘器,能保持排尘浓度小于10mg/Nm3。我国一家环保公司于2002年在上海浦东水泥厂,将一条日产1000t的回转窑窑尾所配70m2ESP改造成串联式电袋,处理烟气量为240000m3/h,保留了原除尘器的第一电场(阳极侧部振打技术),把第二、三电场改为布袋除尘(长袋低压脉冲技术),该电袋于2003年4月2日投运,排放浓度长期稳定在30mg/Nm3以下。

随着我国环保标准的日益严格,电袋作为提高ESP除尘效率和有效控制微细粉尘的新型除尘设备,显示出了强大的优势,它不仅适用于新建项目,而且特别适合旧ESP的改造。

问题和改进方向

深化除尘理论研究。现有的静电除尘器粉尘收集机理都是基于收尘极板在收尘过程中始终保持清洁状态这一基本假设,而静电除尘器在实际收尘过程中,随着荷电粉尘在收尘极板上的沉降,在极板表面形成逐渐增厚的粉尘层。粉尘层的厚度和比电阻以及电晕电流强弱的不同势必影响电流在粉尘层中的导通与释放效果,造成粉尘层中滞留的电荷量不同,粉尘层中的积累电荷会对空间收尘电场形成抵消作用。同时,粉尘层中的电荷分布特征又直接决定反电晕产生的可能性。因此,静电除尘器的粉尘收集实为非稳态收尘过程。现有静电除尘理论对这一过程缺乏准确描述,一定程度上削弱了其科学性,导致静电除尘器结构设计和运行参数选取缺乏针对性。对静电除尘器的非稳态收集过程进行深入的理论与实际研究,不仅可以丰富静电收尘理论,还对探索寻求突破电除尘器收尘效果提高的关键问题具有指导作用。

改善高比电阻粉尘除尘效果。造成众多静电除尘器除尘效率达不到设计要求的另一个主要原因是运行工况条件下烟气粉尘的比电阻值偏高。如烧结机头烟气粉尘的比电阻为1011Ω˙cm~1012Ω˙cm。采用常规静电除尘器净化高比电阻粉尘烟气时,在收尘极表面上形成的粉尘层表现出较高的电阻值,对电场电流的导通形成较大的滞怠作用,粉尘层中积累的电荷量就会增加,对后续荷电粒子向极板驱进产生排斥效应,严重时,还会发生反电晕,即粉尘层的表面会产生放电,导致粉尘二次返流,收尘效果恶化。常规电除尘器的结构特点难以克服反电晕的影响,对带正电荷的粉尘也没有捕集能力,所以运行效果会变差。探索寻求能够有效改善高比电阻粉尘除尘效果的关键技术依然是电除尘技术亟待解决的问题。

极板表面改性技术。众多静电除尘器运行实践呈现出一个非常明显的特征:电除尘器在刚投入使用的一两年里,除尘效果很好,除尘效率可达99%以上,但随着运行时间的延长,除尘效果逐渐下降。电除尘器在很多运行工况条件下,烟气和粉尘往往引起收尘极板的腐蚀,极板表面形成附着牢固的“尘锈复合层”,复合层粗糙的表面形态进一步加剧了振打清灰的难度。已有实验表明,陈旧极板表面的“尘锈复合层”对粉尘的收集效果具有负面影响。寻求极板表面改性技术、防止极板腐蚀、保持极板良好的导电性和清灰效果、防止电除尘器长期运行收尘效果下降是电除尘技术面临的新课题。


粉尘强制收集技术。Cooperman在1970年就指出,在电除尘器横断面存在粉尘质量浓度梯度。目前,国内已有相关学者通过建立电场粉尘传输数学模型和对实测断面粉尘浓度分布曲线进行回归,分别得到了理论和实际电场粉尘浓度分布公式。结果表明,电场中粉尘浓度分布与断面位置有关。电场中每个断面上从电晕线到收尘极板质量浓度逐渐提高,贴近极板表面粉尘浓度最高。如何将贴近极板表面的高浓度气流中的粉尘以及由极板振打清灰造成的二次飞扬粉尘加以有效收集,即发明出切实可行的粉尘强制收集技术,对有效降低粉尘的穿透率可以起到立竿见影的效果,可能是电除尘技术实现突破的最具现实的问题。