國內外工業(yè)除塵設備發(fā)展概況

為了防止粉塵對人體的危害，世界各國制定了愈來愈嚴格的控制標準，大力發(fā)展凈化氣體的除塵設備。袋式除塵器近年來得到了很快發(fā)展；電除塵器作為除塵設備得到各國廣泛重視，但它們在國內外還沒有得到大量應用。

1.工業(yè)除塵設備的概述

    80年代以來，世界各國的除塵設備有了很大的發(fā)展。

1. 1 工業(yè)除塵設備對環(huán)境污染的控制標準趨于嚴格

    粉塵作為對人體健康及大氣環(huán)境污染的重要有害物，越來越為人們所重視，因而世界各國也采取了相應的限制措施，其中之一是制定嚴格的法律、法規(guī)和標準。

   在美國，1963年頒布了潔凈空氣法（Clean Air Act）以后，于1970年、1975年、1977年多次修訂，1990年修訂和補充的潔凈空氣法經(jīng)國會通過后成為一部目前上zui為嚴格和詳盡的法規(guī)。它的主要內容包括確定有害空氣污染物的種類，并將全國劃分成達標區(qū)，未達標區(qū)（隨污染物不同而不同），對后者限期達標，同時實行排放許可證制度，此外還有關于汽車排放、酸雨和臭氧層保護等有關條款。

   在標準方面，美國制定了國家環(huán)境空氣質量標準（NAAQS）,國家有害污染物排放標準（NE-SNAPS）以及新污染源性能標準（NSPS）等，這些標準控制了污染物排放，而且愈來愈趨于嚴格，例如對電站，本世紀初美國的排放標準是0. 6lb/10^6Btu. 1971年的NSPS規(guī)定為0.116/10^6Btu，而1978年的NSPS進一步降低到0. 031b/Btu，僅為本世紀初的1/20。

   在德國，規(guī)定各種工業(yè)污染物的排放標準為50mg/m^3，不久前公布的17B1mSchV標準中規(guī)定日平均濃度為l0mg/m^3, 1/2小時的平均濃度為30mg/m^3。

   由于采用了嚴格的排放標準，德國粉塵排放量自60年代以來逐步降低，三十年來約降低了65%，并有進一步的降低趨勢，而環(huán)境中總懸浮物（TSP）濃度也降低了約65%。

   日本對于通常的燃煤電廠煙氣凈化系統(tǒng)要求其出口粉塵排放濃度小于30mg/Nm^3，而在大城市附近的燃煤電廠，其要求與燃油電廠相似，要求低于10mg/Nm^3。

   從以上可以看出，依照發(fā)達國家的排放標準，煙囪上已經(jīng)看不見煙塵。

   我國自1973年*次公布13種物質的試行排放標準以來，各個工業(yè)部門都相繼制定了本行業(yè)的粉塵排放標準。例如，工業(yè)鍋爐的排放標準是按照大氣環(huán)境標準的一、二、三類地區(qū)來確定的，1983年的標準（GB3841- 83）分別為200, 400, 600mg/Nm^3, 1992年公布的標準（GB13271一91）對于1992年8月1日前安裝的分別為200, 300, 400mg/Nm^3，而8月1日以后安裝的則分別為100,250, 350mg/Nm^3，同時對SO2的排放濃度也提出了要求。顯然要達到新標準就需要采用更率的除塵設備。

1.2 著眼于對人體特別有害的粉塵

   細小的粉塵對人體危害較粗顆粒為大，因此從70年代以來各國都著重于研究微細粉塵（通常稱為微粒）的控制技術，并提出了許多相應的技術措施。在美國1992年潔凈空氣法中明確提出對小于lO微米的粉塵（PM10）進行分類。其達標區(qū)與非達標區(qū)是按PM10劃分的。在非達標區(qū)內，中等程度的要求在1994年底前達標，再嚴重的要求在2001年底達標。

   毒性粉塵對人體危害zui大，1990年前NESHAPS僅對7種有毒污物染規(guī)定了標準，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的潔凈空氣法中提出了189種有毒污染物（其中許多是固態(tài)粉塵），涉及到許多工業(yè)部門，例如燃煤鍋爐的排放物中就有37種之多。1988年美國這些有毒污染物排放的總量超過24億磅。

   目前對這些毒物尚未制定標準，潔凈空氣法要求分期分批在10年內完成對這些毒物的標準制定工作，而在未制定前要求降低90%，對粉塵要求降低96% 。

   德國對某些毒物制定了標準，1986年的TA一Lnft標準規(guī)定第I級的毒物:Hg, Cd,Ti的總量要小于0.2mg/m^3，第I級Ag,Co, Ni, Se, T。的總量要小于1. Omg/m3，第.級Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的總量要小于5mg/m'，但是新近頒布的標準17BLmSch V有所提高，規(guī)定Cd,Ti總量小于0. 05mg/m';Sb,As,小于0. 5mg/m3，并且對DioXius及呋喃的總量規(guī)定為0. OOOOOO1mg/m'。

   我國的衛(wèi)生標準對工作區(qū)內不同毒性的粉塵有著不同的標準，但是在排放標準中尚未得到反映，只是根據(jù)不同工業(yè)、不同工藝規(guī)定了具體的排放標準。

1.3工業(yè)除塵設備的市場不斷擴大

   據(jù)美國R. W. Meilvaine報道，1992年*的電除塵器及袋式除塵器的市場如表所示。
1992年除塵器的市場（百萬美圓）
                    美國        歐洲/非洲     亞洲     總計
電除塵器        600           600        1200     2400
袋式除塵器     800            700        700      2200
合計            1400           1300       1900     4600

   這兩類除塵器的銷售總和為46億美元。兩者的市場相差不大。但是電除塵器在亞洲的市場遠遠大于美國和歐洲，而袋式除塵器則在美國占*。

   美國1993年粉塵控制設備的市場為1.53X 10^9，美元，略高于氣體處理設備1.456X10^9美元，其中的一個原因是電廠的煙氣脫硫設備減少。在空氣污染控制設備中，電站占*位，其次是化工，造紙占第3位，石油精煉占第4位，再其次是冶金、水泥、礦山等。

我國的工業(yè)除塵設備自80年代以來也得到很大發(fā)展，全國生產(chǎn)各類除塵設備的制造廠約900多家，發(fā)展較快的是電除塵器和袋式除塵器。以電除塵器為例，70年代我們只有1-2個廠生產(chǎn)電除塵器，而目前電除塵器的生產(chǎn)廠已達136個，其中年產(chǎn)值超干萬元的20多家。全行業(yè)產(chǎn)值近10億元。到1992年為止已制造電除塵器2800余臺，特別在電力工業(yè)中1979年全國僅18臺電除塵器，占火電廠鍋爐容量的4.8%,而到1989年10年間發(fā)展到165臺，占29. 96 0 o，目前在200MW及以上的大型發(fā)電機組已經(jīng)全部采用電除塵器。

L4 結合氣體凈化設備發(fā)展工業(yè)除塵設備

   由于對環(huán)境要求的提高，對有害氣體如SO,, NO:等也要求控制。在國外發(fā)展較快的一種形式是在噴霧吸收有害氣體的同時，用電除塵器或袋式除塵器回收其中的固體顆粒，這樣除塵設備成為氣體凈化系統(tǒng)中的重要組成之一。

   近年來，意大利、日本以及我國的許多單位，都在開展用脈沖供電的電除塵器來同時清除煙氣中的so,，并取得了較好的效果。

1.5 發(fā)展除塵器

   由于各國排放標準日趨提高，特別是對微粒控制的要求越來越嚴，致使除塵設備得到特別迅速的發(fā)展，同時也促進了除塵器的研究和開發(fā)，其中zui為突出的是電除塵器和袋式除塵器。

   在發(fā)展除塵器的同時，也出現(xiàn)了多種用不同機理組合的除塵設備，如電一袋式除塵器等，但此類除塵器無論在國內還是國外都沒有得到大量應用。

2 袋式除塵器

   袋式除塵器是目前應用非常廣泛的一種除塵器，國內外都非常重視。因而近年來得到很快發(fā)展。

2.1濾料

   濾料是袋式除塵器的核心，除塵器的效率、阻力以至于壽命都取決于濾料。我國目前主要采用的濾料有:①耐溫130℃以下的聚酷類濾布:滌淪“208”絨布、"729”筒形聚酷平布、滌綸針刺氈等。②耐溫220℃以下的合成纖維濾布:其主要纖維有諾美克斯（NOMEX）、芳楓綸、聚.惡二哩，可以作成機織平布，也可作成針刺氈。③耐溫260℃以下的玻纖布，通常都經(jīng)過“硅油一石墨一聚四氟乙烯”處理。此外，zui近研制成玻纖針刺氈和玻纖膨體紗。

   但是國內濾料品種少，還不能滿足袋式除塵器日益發(fā)展的需要，例如在鍋爐煙氣除塵中，還缺乏適當?shù)臑V料，以致袋式除塵器失去了很大的應用場合。

國外濾料的品種很多，可以滿足各種不同的需要（如溫度、耐酸、堿性等），其中值得注意的有以下幾種。

   ①聚丙烯酸纖維（Dralon一T），耐溫135'C，具有良好的性能，特別在耐酸方面優(yōu)于聚醋和諾美克斯，是鍋爐煙氣除塵zui為理想的濾料，澳大利亞新南威爾斯州煤的含硫低，飛灰的比電阻高，目前已將該州的電廠原有的電除塵器改為袋式除塵器，其主要采用的濾料就是Dralon-T。

   ②Ryton（賴登）和P一84濾料。這兩種濾料耐溫較高，分別達190℃和2600C，并具有良好的效率、阻力特性和耐酸的性能，可以用于鍋爐煙氣凈化，但其造價要比Dralon一T高。

   ③聚四氟乙烯（Teflon）濾料，性能很好，但由于造價高而未廣泛應用。

   ④玻纖濾料。國外在玻纖濾料方面著重于濾料的處理技術。除了硅油、石墨、聚四氟乙烯（SGT）處理外，還有防酸處理方法、Teflon•B處理方法，特別是近年來提出的Blue - Max -CRF/70處理方法對玻纖濾料性能有了明顯的改善。由于這些處理方法的發(fā)展，使玻纖濾料的應用范圍大為擴大，在美國的鍋爐煙氣凈化中，主要是采用經(jīng)過這些方法處理的玻纖濾料。

   用玻璃纖維作成的針刺氈，除有良好的耐溫性能外，還有足夠的強度，可用于脈沖袋式除塵器，例如美國Huyglas就是用超細玻璃纖維做成的針刺氈。我國建材研究院于1990年研制成功了玻纖針刺氈，并在脈沖袋式除塵器上采用。

   ⑤GORE一TEX濾料。這是一種薄膜濾料，即由一層很薄的、極光滑、多微孔的膨體聚四氟乙烯薄膜表面層和底布粘結而成，根據(jù)其耐溫的要求，底布可以采用絳綸氈‘、諾梅克斯氈、玻纖氈或織布。底布只起支撐薄膜和增大強度的作用。由于薄膜上的微孔非常細，其除塵效率可達99. 999%以上。采用GORE -TEX濾料，其排放濃度很低，可以將含塵空氣經(jīng)除塵后送回車間，實現(xiàn)空氣再循環(huán)。這對節(jié)約能源具有重要意義。我國已有引進的GORE - TEX濾料，在天津某電鍍廠拋光車間應用，出口粉塵濃度僅0. 054mg/m'，空氣循環(huán)使用，節(jié)省了大量補風熱能。

   ⑥抗靜電濾料。在一些有爆炸可能的除塵系統(tǒng)（如煤粉系統(tǒng)），袋式除塵器經(jīng)常會發(fā)生爆炸和燃燒。關鍵是濾料。采用防靜電濾料可以預防爆炸和燃燒。冀東水泥廠引進日本的抗靜電濾料是聚酷針刺氈，在基布中間隔2 2 -23mm，均布一條導電纖維。導電纖維的材質也是聚酷纖維，但在其表面上涂有金屬元素層（主體為鐵元素，另外有少量鎳、鉻、鑰、
鉆、錳等元素），纖維直徑0. 142mm，電阻0.1X10一3 。

   我國生產(chǎn)的抗靜電濾料，其結構為聚酷針刺氈，基布中間隔8一12mm均布抗靜電纖維，后者有三種形式:尼龍66抗靜電纖維，滌綸導電纖維、睛綸導電纖維。

   冀東水泥廠采用日本和國產(chǎn)的抗靜電濾料均可達到防止袋式除塵器爆炸和燃燒的目的。

3 電除塵器

   電除塵器作為除塵設備在世界各國都得到廣泛的重視。我國60年代開始開展電除塵器的研究，80年代中期以后結合引進國外的先進技術，促使電除塵器得到特別迅速的發(fā)展，數(shù)量急劇增加，目前已廣泛用于電力、冶金、水泥、化工等行業(yè)中。特別是通過“七•五”科研攻關，我國在電除塵技術、理論、結構、供電等方面也有很大進展。

   電除塵技術的發(fā)展主要有以下幾個方面:①電除塵的理論研究;②改進除塵器結構，提高除塵效率，以滿足不斷提高的排放標準;③采取各種有效措施提高對高比電阻粉塵的捕集效率;④擴大電除塵器的應用范圍。

   電除生的理論研究更著重于電場（靜電場、離子流場等）方程組的建立與求解、除塵效率的計算、電風、反電暈、電場及電流密度的測定方法及測試結果、電除塵器的數(shù)學模型等等。這里主要介紹電除塵器結構方面的進展。

3.1常規(guī)電除塵器的結構改進

   常規(guī)電除塵器（間距為300mm左右）的核心是線、板的形式及其配置.國外各電除塵器公司都有其自己*的線及板的形式。我國許多單位從電場強度、電流密度及其在板面上的分布均勻性以及除塵效率等方面對各種形式進行了評價和研究，提出了一些新的形式。

3.1.1放電線

   我國目前應用較多的放電線之一是R-S線（管形芒刺線）。R一S線不斷線，電流大，板面場強高，但板面電流密度不均勻，對應于中心管處有電流死區(qū)。通過試驗提出的改進措有:在中心管上增加輔助芒刺以消除死區(qū)，并經(jīng)優(yōu)化找出*尺寸參數(shù)，其中包括刺距、齒身寬度和長度等。

3.1.2收塵極

   我國目前應用較多的是寬385mm的Z形板和寬480mm的C形板，80年代中期引進的魯奇公司的ZT-24型波形板，其板電流密度較均勻，通過試驗，用ZT一24板與新開發(fā)的十字形電暈線相配可得到zui均勻的電流密度。

3.1.3振打清灰

   復旦大學長期從事電除塵器電極的振打研究，對電極的懸吊、固定方式提出了許多重要的改進意見。例如對電暈線的三種固定方式（重錘懸吊式、掛鉤式、框架式）的試驗結果表明，在R-s線常用的掛鉤式不利于振打力的傳遞，效果不如框架式，而框架式中外伸式又比封閉式好。

   我國干式電除塵與歐洲式相同，大多采用撓臂錘振打，龍巖無線電廠采用頂部電磁錘振打，其提升高度及振打力可調，有明顯的*性，可用在中、小型電除塵器上。

3.2各種類型的干式電除塵器

   近年來由于電除塵器的迅速發(fā)展，開發(fā)出了許多類型的電除塵器，并已用于工業(yè)中。

3.2. 1  SF及F系列電除塵器

   這是上海礦山機器廠和諸暨電除塵器總廠在引進瑞典菲達公司技術的基礎上發(fā)展的，它是與300M W和600MW電站燃煤鍋爐配套的設備，收塵極為735C形板，放電板為高鎳耐腐蝕不銹鋼螺旋線，處理風量可高達1. 95XlOsm'/h。

3.2.2 BS780系列電除塵器

   平頂山及西安礦山機器廠引進德國魯奇公司的技術，采用ZT一24收塵極，電暈線為B5鋸齒線，單臺設備zui大處理量可達2. 88 X IOW/h，已廣泛用于水泥工業(yè)的預熱窯尾、熱料冷卻機、水泥磨機和煤磨等。

3.2.3 KFH型電除塵器

   蘭州電力修造廠為鍋爐配套用設備，zui大可配2000t/h鍋爐，zui大煙氣處理量可達3.8 Xl0W/h，斷面面積zui大達230m',電場風速0. 9^-1. 4m/s。收塵極采用480C形板，放電極為魚骨線配管狀輔助電極，同極間距0.3-0. 41m，電場區(qū)內荷電區(qū)由若干根魚骨線排列而成，收塵區(qū)由魚骨線配輔助電極組成，出口設兩排橫向槽形板，采用撥動式整體錘頭振打清灰。

3.2.4 GD和GTD型電除塵器

   這是帶有管狀輔助電極（第三電極）的電除塵器，西安重型機械研究所在日本原式電除塵器的基礎上發(fā)展的，收塵極為管狀，放電線為魚骨線，放電極之間插入輔助管狀電極，收塵極間間距為0. 25-0-45m。這種設備適應粉塵比電阻范圍寬，對工況條件產(chǎn)生的波動不敏感。設備性能穩(wěn)定。已用于水泥、冶金、電子等行業(yè)中。

3.2.5工字型三電極電除塵器

   這是“七•五”攻關中由武漢建筑高等學校新開發(fā)的產(chǎn)品，它的收塵極為工字形，與氣流方向垂直布置，放電極為魚骨形，同時在工字形側板之間沿氣流方向插入帶負電的平板輔助電極。工字形電極橫向布置使電場力與流場力一致，加強收塵效果并可防止二次揚塵，該電極所誘發(fā)的紊流，可使粉塵停留時間加長，表面場強均勻，輔助電極還能收集荷正電的粉塵并穩(wěn)定電場。目前已經(jīng)在冶金企業(yè)得到應用。

3.2.6超高壓寬極距電除塵器

   這類除塵器近年來得到國內外普遍認可，首先是日本已經(jīng)在工業(yè)中采用.我國在寶鋼燒結機尾排風系統(tǒng)引進的是日本ESCS寬極距電除塵器，同極距。.6m,電壓90KV，電場風速1. 3m/s，處理煙氣量zui大可達1. 26 X 10'm'/h。此外我國自行開發(fā)的寬間距電除塵器在有色冶金、水泥、電站等工業(yè)中也得到應用。國內外的研究表明，間距在0. 4-0.6m較為合理。此外還開發(fā)出了立式寬間距電除塵器。

3.2.7 屋頂電除塵器

   屋頂電除塵器是捕集二次煙塵的裝置之一，日本已經(jīng)在若干個鋼鐵廠采用，冶金部建筑研究院在“七•五”攻關項目中*次在鞍鋼三號轉爐的上方安裝了18m,的屋頂電除塵器，并取得了較好的效果。這種除塵器是采用立式寬間距結構（間距400mm ），直接架設在屋頂上，不須另外設抽風機。為了減輕重量，收塵極可采用薄鋁板或輕型導電合成樹脂，放電極為必3mm的不銹鋼圓線。采用間歇噴水清灰，污水由接水盤流槽排走。

3.2.8 粘性粉塵轉動式靜電凈化裝置

   這是清華大學開發(fā)的一種電除塵器，它采用動態(tài)電極結構，通過電極的連續(xù)傳動清灰以適應煙氣狀況的變化，從而使電場始終處在*工作狀態(tài)，zui大處理風量達3000m3/h，除用于粘性粉塵外，還用于凈化油煙、油霧、焦油等。

3.3 濕式電除塵器

   濕式電除塵器在工業(yè)中的應用已有較長的歷史。由于有水的污染曾經(jīng)發(fā)展較慢，但近年來由于對環(huán)保的要求更趨嚴格，濕式電除塵器得到新的發(fā)展，與干式電除塵器比較，濕式電除塵器的除塵效率較高，并不受粉塵比電阻的影響。主要形式有：

3.3. 1臥式濕式電除塵器

   這是在普通常規(guī)電除塵器的基礎上，取消振打清灰裝置，改用水噴淋清灰，因而內部結構簡單得多，但在一些煙氣中可能存在酸性和其它腐蝕性氣體時，要特別注意防腐，通常外殼可用普遍鋼板，但要內襯防腐層，內部結構（電極等）采用不銹鋼。日本三菱重工的濕式電除塵器就屬這一類。

3.3.2立式濕式電除塵器

   這是濕式電除塵器應用zui早的一種形式，即在外殼內豎立并列若干排圓管，各管中心設放電極。但是近年來出現(xiàn)許多新的形式。

3.3.2. 1 E一管式電除塵器

   它是美國Geoenergy公司的產(chǎn)品，小圓管的直徑250mm，長3-4.5m，電場風速zui大4. 6m/s,根據(jù)處理風量大小確定小圓管的數(shù)量，其特點是中心的放電極上每隔約300mm設一個直徑為50- 70mm的圓盤，在外加電壓為57-59KV時，其電場強度可達8^- lOKV/cm，為常規(guī)電除塵器的2^-3倍。因除塵器效率高，體積可縮小。

3.3-2.2蜂巢式電除塵器

   為了充分利用除塵器斷面面積，將圓管改為多角形，例如六角形斷面。美國Beltran公司采用的是方形斷面。據(jù)介紹，雖然方形斷面沿收塵板面的電流密度分布不很均勻，但結構要簡單得多。此外，它作為雙區(qū)電除塵器，其放電極較粗。與收塵極組成收塵區(qū)，但下部為細的，形成荷電區(qū)，從而可提高其除塵效率，電場風速可達4m/s 。
   濕式電除塵器還有其它一些形式，例如法國LAB公司的EDV除塵器等。

3.4煙氣的調質

   為了降低粉塵比電阻，國外很早就已經(jīng)采用了在煙氣中加入調質劑的技術，例如在干法水泥窯的煙氣中廣泛采用高壓噴霧增濕。據(jù)統(tǒng)計，到1990年世界上在電站鍋爐煙氣中加入S03的有325臺，總發(fā)電量達9413萬kW,雖然加入50:的方法不同，但效果是肯定的。在鍋爐煙氣中，同時噴入SO。和NH,。效果更為明顯，如以不加調質劑的改善系數(shù)為1,只加SO,為2.25，加S03和NH,為3. 60。據(jù)統(tǒng)計，到199。年采用這種方法的有43臺鍋爐，發(fā)電量達1645萬KW。此外在國外還提出了一些新的調質劑，其中有的還需要進一步進行技術和經(jīng)濟的論證。

   美國電力研究所（EPRI）試驗了一種無調質劑的煙氣調節(jié)方法，即在鍋爐溫度為400^-450 `C的區(qū)域中抽取少量煙氣，使其通過催化劑，將煙氣中的so,大部分轉化成SO,，然后噴入到電除塵器前的煙道內，由于so:的作用，飛灰比電阻降低。|

   我國西安冶金建筑學院通過試驗得出，用水基調質劑調質能降低飛灰比電阻，提高電除塵器火花電壓，采用鍋爐排污水的調質效果比水好，此外，加少量CHJ-L型式DUSTALLY型濕潤劑，可提高水或鍋爐排污水的調質效果。

3.5供電電源

   總的來說，我國的供電電源的技術性能和可靠性已不低于國外水平，近年來又有不小進展，在電壓自動控制、變壓器容量及電壓等級等方面均有很大提高，為擴大電除塵器體積及推廣寬間距電除塵器提供了條件。

   近年來國外對脈沖供電開展了許多研究工作，并在實際中得到采用，取得了較好效果。這些研究主要集中于以下幾個方面：

   ①脈沖的形式、脈沖寬度、重復頻率、脈沖電壓峰值等，出現(xiàn)了低壓寬脈沖和高壓窄脈沖等多種形式。
   ②脈沖供電在捕集高比電阻粉塵中的作用。
   ③脈沖供電對凈化有害氣體（SOZ,NOZ）的作用。

   此外，國外在間斷供電也取得了較明顯的效果，在不增加排放濃度的條件下，大大減少能耗。例如采用一個半波供電，隨后四個半波停止供電（1:4），其能耗僅為正常供電的1/3。

4.結語

   本文簡要地介紹了國內外除塵設備（主要是袋式除塵器和電除塵器）的一些進展，由于我們了解的情況有限，所提供的資料不夠全面，僅供參考。但從整體來看，這些年來特別是通過“七•五”科研攻關，我國的除塵設備水平已有很大提高，在許多方面已經(jīng)達到了先進水平。另一方面與發(fā)達國家相比，還存在一些差距，需要繼續(xù)努力。

   ①加強基礎理論的研究，開發(fā)除塵新技術。
   ②加速開發(fā)新產(chǎn)品和新品種，特別是除塵器的配件.
   ③提高制造工藝水平，貫徹產(chǎn)品標準，確保產(chǎn)品質量。
   ④建立除塵器的質量檢測中心。
   ⑤加強除塵器的維護和管理，提高除塵器的實際運行率，延長除塵器的使用壽命