電除塵器的技術(shù)發(fā)展及新技術(shù)

電除塵器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

    我國全面系統(tǒng)地對電除塵器技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)始于上個(gè)世紀(jì)60年代。在1980年以前，我國在電除塵器領(lǐng)域還處于非常落后的地位。改革開放以來，我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)不斷地高速增長，環(huán)境保護(hù)對國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展顯得愈來愈重要。受市場經(jīng)濟(jì)下的利益驅(qū)動，國內(nèi)許多大、中型環(huán)保產(chǎn)業(yè)對電除塵器進(jìn)行技術(shù)研究和開發(fā)方面的投入不斷加大，電除塵器的應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。國家更是將電除塵器技術(shù)列入“七五”國家攻關(guān)項(xiàng)目。通過對引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收和合理借鑒，到上世紀(jì)90年代末，我國電除塵器技術(shù)水平基本上趕上同期先進(jìn)水平。

    進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國把“大力推進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，加強(qiáng)環(huán)境科學(xué)研究，積極發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)”作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要相關(guān)政策，環(huán)保產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步得到重視。隨著國家對污染控制要求的不斷提高，對粉塵排放的要求也大幅提高。GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（2004-01-01開始實(shí)施）規(guī)定新建電廠大氣污染物的排放濃度控制在50mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同）以下，而舊標(biāo)準(zhǔn)GB13223-91要求粉塵排放濃度小于150mg/m3。電除塵器作為控制大氣污染、解決環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾的主要設(shè)備之一，其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步得到飛速發(fā)展。目前，電除塵器已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、鋼鐵、有色冶金、化工、建材、機(jī)械、電子等眾多行業(yè)。我國作為世界電除塵器大國立足于舞臺，不僅在數(shù)量上，而且在技術(shù)水平上都已進(jìn)入先進(jìn)行列。電除塵器技術(shù)從設(shè)備本體到計(jì)算機(jī)控制的高低壓電源，以及絕緣配件、振打裝置、極板極線等已全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，并且已有部分產(chǎn)品出口到30多個(gè)國家和地區(qū)。

    在1980年以前，我國電除塵器的規(guī)模絕大多數(shù)都在100m2以下，而其行業(yè)占有量為有色冶金行業(yè)32，鋼鐵行業(yè)30，建材行業(yè)18，電力行業(yè)8，化工行業(yè)5，輕工行業(yè)4，其他行業(yè)3。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，尤其是電力、建材水泥行業(yè)的發(fā)展達(dá)到水平，到上世紀(jì)90年代中期，電除塵器行業(yè)占有量的格局已改變?yōu)椋弘娏π袠I(yè)72，建材水泥行業(yè)17，鋼鐵行業(yè)5，有色冶金行業(yè)3，其他行業(yè)3。目前火力發(fā)電行業(yè)的電除塵器用量已占全國總量的75以上，648m2的電除塵器已在1000MW的火電廠中成功運(yùn)行。在化工行業(yè)，由于受硫磺價(jià)格的影響，從上世紀(jì)90年代中期采用硫磺制酸工藝取代硫鐵礦制酸工藝的企業(yè)急劇上升，使得電除塵器的行業(yè)占有量也隨之大幅下降，直到近兩年才有觸底反彈的跡象。

新型電除塵器技術(shù)

1　電-袋混合除塵技術(shù)

    目前，火力發(fā)電已成為電除塵器應(yīng)用的zui大行業(yè)。在以河南高密煤和內(nèi)蒙古準(zhǔn)葛爾煤為原料的火電企業(yè)，其尾氣排放濃度經(jīng)常發(fā)生難以達(dá)標(biāo)的情況。原因是該煤種燃燒后的煙氣中飛塵比電阻比較高且粉塵顆粒比較細(xì)，增加了電除塵器的捕集難度而*，電除塵器的除塵效率受粉塵性狀的影響比較敏感。部分企業(yè)轉(zhuǎn)而采用袋式除塵器取代電除塵器。但是袋式除塵器占地面積大、不能處理高溫?zé)煔?，制約了它在更大工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用。因此電-袋混合除塵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電-袋混合除塵技術(shù)是將電除塵器與袋式除塵器進(jìn)行有機(jī)地組合布置，采用袋式除塵器改善電除塵器性能的組合式裝置。這種新組合式裝置綜合了傳統(tǒng)的電除塵和袋式除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。電除塵器作為捕集煙氣粉塵的前道工序，發(fā)揮除塵效率高、能處理高溫的大煙氣量占地面積小、工藝上阻力小等優(yōu)點(diǎn)，通過前級電場將煙氣中的大部分粉塵先除掉；而剩下的比電阻比較高、顆粒比較細(xì)而難以捕集的粉塵將進(jìn)入袋式除塵器，此時(shí)粉塵的含量已大大降低，使得袋式除塵器的氣布比增大，因此袋式除塵器的尺寸可以設(shè)計(jì)得比較小。綜合而言，電-袋混合除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用比較小的經(jīng)濟(jì)投入得到滿足高標(biāo)準(zhǔn)排放要求的環(huán)境社會效益。目前該技術(shù)已在上海浦東和金山水泥廠得到成功應(yīng)用。

    2 高頻高壓電源技術(shù)

    傳統(tǒng)電除塵器的供電電源是采用可控硅控制的高壓硅整流（T/R）設(shè)備，將工業(yè)交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電給電除塵器供電。它的基本工作頻率即為電網(wǎng)頻率（50Hz或60Hz），其產(chǎn)生的峰值電壓比平均電壓高約25，容易在電除塵器的電場中觸發(fā)電火花，導(dǎo)致電除塵器的運(yùn)行效率降低。高頻高壓開關(guān)電源是一個(gè)與供電電源線路頻率無關(guān)的可變脈動電源，為電除塵器提供一個(gè)接近于從純直流方式到脈動幅度很大的各種電壓波形，其恒流特性可以迅速地熄滅火花并快速恢復(fù)電場能量，因而可以針對特定的工況提供zui合適的電壓波形來提高電除塵器的除塵效率。采用高頻高壓開關(guān)電源可以大幅度提高電除塵器捕集中、低比電阻粉塵的效率，很好地消除高比電阻粉塵的反電暈現(xiàn)象。而且相對于常規(guī)的可控硅電源其控制電路，高頻高壓開關(guān)電源的操作更為簡單、可靠。

    高頻高壓開關(guān)電源對配電系統(tǒng)而言是穩(wěn)定性高的負(fù)載，便于計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控，電源轉(zhuǎn)換效率高，質(zhì)量輕、體積小，箱內(nèi)用油少，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。武漢國測數(shù)字技術(shù)有限公司研制的高頻高壓開關(guān)電源已經(jīng)通過湖北省科技廳組織的技術(shù)鑒定。福建龍凈環(huán)保股份有限公司開發(fā)的高頻高壓開關(guān)電源也已通過了福建省中檢所的各項(xiàng)檢測，并投入工業(yè)試運(yùn)行。

    3 聲波清灰技術(shù)

    當(dāng)電除塵器中的極板、極線積灰達(dá)到一定厚度時(shí)必須清除。若清灰效果不理想，則會降低電場強(qiáng)度和捕塵能力，影響除塵效率，嚴(yán)重情況時(shí)甚至?xí)绊戨姵龎m器的正常運(yùn)行。聲波清灰是通過氣聲轉(zhuǎn)換裝置，將氣流的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能，以聲波的方式傳播至積塵的表面，使積塵產(chǎn)生周期性振蕩，克服灰塵之間及其與極板、極線間的附著力，脫離極板、極線表面，從而達(dá)到清灰的目的。

    相對于傳統(tǒng)機(jī)械振打的清灰方式而言，聲波清灰是靠媒質(zhì)傳遞能量的非接觸清灰方式，能夠有效地改善電除塵器極板、極線的清灰效果，使極板、極線的表面保持相對清潔，保證電場內(nèi)荷電粉塵的有效捕集，減少粉塵的二次飛揚(yáng)，從而提高電除塵器的除塵效率，同時(shí)又不會對電場中極板極線造成損壞。采用聲波清灰的技術(shù)可以有效地節(jié)省人力、物力，降低設(shè)備的維護(hù)和檢修的費(fèi)用。目前由實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的聲波清灰技術(shù)成功地應(yīng)用于首鋼燒結(jié)機(jī)頭電除塵器和酒鋼燒結(jié)廠#3電除塵器，其中后者采用聲波清灰器作為惟一的清灰方式。

    4　等離子體氣體凈化技術(shù)

    傳統(tǒng)的煙氣凈化是針對氣體中含有的有害物質(zhì)的性質(zhì)不同，分別采用多種化學(xué)、生物、物理技術(shù)及其組合進(jìn)行控制，而不是采用一種簡單又經(jīng)濟(jì)的單一技術(shù)對煙氣中的多種污染物同時(shí)治理。而等離子體氣體凈化技術(shù)能同時(shí)除塵、脫硫、脫硝和凈化其他有害氣體，低溫的等離子體可以有效地產(chǎn)生高能電子、離子、自由基等多種分子激發(fā)態(tài)，煙氣中的粉塵在放電等離子體中荷電、捕集；煙氣中的有害成分如NOx、SO2、H2S、HCl、二噁英、重金屬（Hg）等在等離子體中被氧化，通過中和劑或吸收劑加以吸收，從而達(dá)到凈化。

    等離子體氣體凈化技術(shù)應(yīng)用于電除塵器甚至能除去0.041μm以上的粉塵微粒，粉塵排放濃度可以控制在5mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）以下。目前，等離子體氣體凈化技術(shù)的主要核心技術(shù)已經(jīng)基本解決，小型號的產(chǎn)品已經(jīng)得到工業(yè)運(yùn)用。

    電除塵器技術(shù)的發(fā)展

    隨著人們在追求經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)對環(huán)境保護(hù)的意識也日益加強(qiáng)，電除塵器新技術(shù)的研發(fā)也真正地進(jìn)入了嶄新的時(shí)期。當(dāng)前國內(nèi)電除塵器技術(shù)的研發(fā)熱點(diǎn)主要是以下幾個(gè)方面。

    1　泛比電阻電除塵器技術(shù)

    泛比電阻電除塵器技術(shù)是在常規(guī)電除塵器的陰極框架上添加輔助電極，陽極采用輕型極板，板面平行于氣流且在垂直于氣流方向上交錯(cuò)布置。一方面提高工作電壓，增強(qiáng)粉塵的荷電效果；另一方面減小收塵輔助極與陽極的間距，提高平均收塵電場強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)形式能有效地抑制粉塵的二次飛揚(yáng)，提高對低比電阻粉塵和微細(xì)粉塵的適應(yīng)性，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

    2　移動電極電除塵器技術(shù)

    移動電極電除塵器技術(shù)是采用可移動的收塵極板和可旋轉(zhuǎn)的刷子來構(gòu)成移動電極電場。粉塵在被收集到收塵極板上尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時(shí)，就隨移動電極一起轉(zhuǎn)移到?jīng)]有煙氣通過的灰斗內(nèi)，被旋轉(zhuǎn)的刷子*清除，收塵極板仍保持清潔狀態(tài)。由于清灰是在無煙氣流通的灰斗內(nèi)進(jìn)行，消除了因清灰造成的二次飛揚(yáng)。

    3　薄膜電除塵器技術(shù)

    薄膜電除塵器技術(shù)是用纖維薄膜來代替金屬收塵極，使?jié)袷诫姵龎m器在處理高比電阻微細(xì)粉塵時(shí)達(dá)到高除塵效率，且解決了濕式電除塵器在潮濕環(huán)境中金屬極板被腐蝕的難題。纖維薄膜是以玻璃纖維、塑料等抗腐蝕、絕緣材料為添加劑，制成可導(dǎo)電的薄膜收塵極板。其工作原理是：在纖維薄膜收塵極板上噴灑液體，利用薄膜上毛細(xì)管的作用原理將收塵極表面被收集的粉塵不斷被沖洗干凈。這種設(shè)備不但制造成本低、除塵效率高，而且由于所需的沖洗水量僅為采用金屬收塵極板時(shí)的1/60，減少了二次污水，使其運(yùn)行成本也大大降低。

    4　層流電凝聚技術(shù)

    傳統(tǒng)的電除塵理念認(rèn)為，氣體中粉塵微粒在電場中的驅(qū)進(jìn)速度越高除塵效率就越高，因而在設(shè)計(jì)工藝參數(shù)時(shí)盡可能選取使煙氣呈紊流狀態(tài)的流速。層流電凝聚技術(shù)采用呈層流狀態(tài)的煙氣流速，其收塵效率與收塵極板面積成正比，收集于收塵極板上的粉塵不會因?yàn)闊煔獾牧魍ǘ祷斓綗煔庵?，且其中的微?xì)粉塵顆粒也會相互碰撞、濃縮凝聚“長大”，進(jìn)一步減少二次飛揚(yáng)的程度，故收塵效率大大提高。

    在具體結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)電除塵器的設(shè)計(jì)是盡量采用大的極間距以求得高的驅(qū)進(jìn)速度。而層流電凝聚技術(shù)采用比較小的極間距（100mm），且極板表面平整光潔，使氣流保持層流狀態(tài)，提高除塵效率。

    隨著國家對污染控制要求的不斷提高，特別是對粉塵排放濃度的控制越來越嚴(yán)格，進(jìn)一步促進(jìn)了電除塵器技術(shù)的不斷發(fā)展。各種電除塵新技術(shù)的開發(fā)和研究方興未艾，正逐步深入到更高的除塵機(jī)理的研究層面。傳統(tǒng)的除塵理論是將粉塵的收集過程當(dāng)作一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程來看待的，但實(shí)際上收塵過程卻是非穩(wěn)態(tài)的，目前已有科研人員開始研究電除塵的非穩(wěn)態(tài)理論和技術(shù)。雖然迄今為止尚未有人研究出粉塵荷電與工作電壓、粉塵比電阻特性，以及粉塵厚度之間的定量關(guān)系，但有理由相信在不久的將來，一旦在除塵理論上的研究有所突破，必將給電除塵器行業(yè)的發(fā)展帶來質(zhì)的飛躍。