（环境工程专业论文）静电布袋复合除尘器去除细微粒子实验研究.pdf

独创性声明 i i i ir lit i lli ii i ii irlll 17 8 7 718 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盗熊导师签名：乏丝 日期：兰! ! ! ：三：! s 摘要 摘要 长期以来，静电除尘器和布袋除尘器一直都是我国烟气除尘领域的主力军。 静电除尘器因综合性能较高，得到了广泛的应用。然而，静电除尘器对细微粉尘 的除尘效果并不理想，特别是对粒径范围在o 1 1 岬的亚微米颗粒，除尘效率不 足8 5 。这些超细颗粒物对人体危害极大，同时又严重污染环境，并对气候造成 影响。布袋除尘器对细微粒子有很好的收集效果，却又存在压降高，滤袋寿命不 长等缺点。因此，研究和开发适合需要的新型除尘设备不仅是工业生产的需要， 也是国家对环境保护的要求，本课题正是针对这种情况提出的。 本文提出了一种新型的电袋复合方式预荷电与静电增强协同布袋过滤器， 对其除尘性能进行了理论分析，并利用这种新型的除尘器对2 5 0 0 目的超细滑石 粉进行了实验研究。实验对比了新型的除尘器、预荷电除尘器、静电增强除尘器 三种不同电袋复合方式的除尘性能，得到了电场强度、气布比、压损、清灰周期、 除尘效率等参数的变化规律；并与传统的布袋除尘器除的尘性能进行对比。实验 结果表明，不同的加电方式都不同程度的提高了布袋除尘器的除尘效率，降低了 过滤风速对除尘效率的影响，降低了运行阻力。 预荷电和静电增强协同作用时，粉尘在进入袋室之前就被荷电，通过在滤料 表面施加较强的静电场，使得被处理粉尘在滤料的表面有序堆积和排列，能有效 的降低压力损失，提高过滤风速，除尘效率均达到9 9 以上。v f = 3 5 m m i n ， u = 1 2 3 k v 时，两种措施协同作用与普通布袋过滤相比压力损失降低了9 0 p a ：粉 尘的通过率降低了7 6 倍；清灰周期从l o m i n 延长至3 6 r a i n ，延长了3 倍。 实验证明，这种新型的电袋复合除尘器弥补了电除尘器和布袋除尘器各自的 缺陷，具有除尘效率高、运行阻力低、清灰周期长等优点，具有一定的科学研究 和商业应用价值。 关键词布袋除尘器；预荷电；静电增强；除尘效率；分级效率 北京工业大学t 学硕士学位论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s ( i ns h o r tf o re s p ) a n db a gf i l t e r sa r e t h em a i ne q u i p m e n th a sb e e nu s e dt or e m o v ed u s t s e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s ( i n s h o r tf o re s p ) a r ew i d e l yu s e dd u et ot h eh i g h e ro v e r a l lp e r f o r m a n c e h o w e v e r , i ti s n o tv e r ye f f e c t i v ef o rt h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r st or e m o v et h eu l t r a f i n ed u s t p a r t i c l e s ，e s p e c i a l l yf o rt h es u b - m i c r o np a r t i c l e sa tt h es i z er a n g eo fo 1 一lp m ，t h e c o l l e c t i o ne f f i c i e n c ye v e nl e s st h a n8 5 t h e s eu l t r a - f i n ep a r t i c u l a t em a t t e r sh a v e d o n eg r e a th a r mt oh u m a n s ，b u ta l s os e r i o u sp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n ta n dc l i m a t e i m p a c t b a gf i l t e rh a ss o m ed i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲p r e s s u r ed r o p ，s h o r tl i f e e x p e c t a n c yo ff i l t e rb a g ，e r e t h e r e f o r e ，t h es t u d ya n dd e v e l o p m e n to fn e ws u i t a b l e e q u i p m e n t s i sn o t o n l yt h ee l e c t r i c i t yp r o d u c t i o nn e e d s ，b u t a l s o t h es t a t e e n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n t s ，t h i st o p i ci sr a i s e da g a i n s ts u c has i t u a t i o n t h i sp a p e rp r e s e n t san e w t y p eo fe l e c t r i cb a gc o m p o s i t ea p p r o a c hw h i c hh a v e p r e c h a r g e da n de l e c t r o s t a t i c a l l ye n h a n c e d ，c o n d u c t e dt h es t u d yo ni t sd u s tr e m o v a l m e c h a n i s ma n dc a r r i e do u tt h ee x p e r i m e n ts t u d y i n gu s i n gt h eu l t r a f i n et a l c u m p o w d e r o f2 5 0 0m u t h r o u g ht h es t u d yo nc o m p a r e de x p e r i m e n tw h i c ht h en e wt y p ed u s t c o l l e c t o r 、p r e - c h a r g i n gb a g f i l t e ra n de l e e t r o s t a t i c a l l ye n h a n c e db a g - f i l t e r , o b t a i n e d p a r a m e t e r ss u c ha se ，v f i ( 厶p ) ，c o l l e c t i o ne f f i c i e n c ya n dc l e a n i n gc y c l ec h a n g e si n t h el a w ；a n dc o m p a r e dr e m o v a lp e r f o r m a n c ew i t ht h et r a d i t i o n a lb a gf i l t e r t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a te i t h e ro ft h e t h r e ee l e c t r i cb a gc o m p o s i t em o d e s i n c r e a s e dt h eb a gf i l t e r sc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y , r e d u c e dt h ei m p a c to ft h ef i l t r a t i o n v e l o c i t yo nt h ed u s tc o l l e c t i o ne f f i c i c n c y , r e d u c e dt h er u n n i n gr e s i s t a n c e p r e c h a r g e da n de l e c t r o s t a t i ce n h a n c es y n e r g i e s ，t h ed u s tb e f o r ee n t e r i n gt h eb a g r o o mw a sc h a r g e d ，i nv i r t u eo ft h es t r o n ge l e c t r o s t a t i cf i e l db e s i d et h ef i l t e rs u r f a c e ， m a d et h ed u s to r d e r l ya c c u m u l a t i o na n da r r a n g e m e n to nt h es u r f a c eo ft h ef i l t e rw h i c h c a l l e f f e c t i v e l y r e d u c e d p r e s s u r el o s s ，i n c r e a s e d f i l t r a t i o n v e l o c i t y , c o l l e c t i o n e f f i c i e n c ya l lr e a c h e s9 9 v f = 3 5 m m i n ，u = 12 3 k vt h et w om e a s u r e si ns y n e r g y c o m p a r e dw i t hc o m m o nb a gf i l t e rp r e s s u r ed r o pl o w e r9 0 p a ；p e n e t r a t i o nr e d u c e db y 7 6t i m e s ；c l e a n i n gc y c l ef r o m1 0 r a i ne x t e n d e dt o3 6 m i n ，e x t e n d e d3t i m e s t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h i sn e wt y p eh y b r i de l e c t r o s t a t i cb a gf i l t e rs y s t e m m a d eu po fe s pa n db a gf i l t e rm e i ro w ns h o r t c o m i n g s ，w i t ha d v a n t a g e so fh i g hd u s t c o l l e c t i o n e f f i c i e n c y , l o wr u n n i n gr e s i s t a n c e ，l o n gc l e a n i n gc y c l e ，a n d s oo n t h e r e f o r et h en e wc o m p o s i t ed u s tc o l l e c t o rh a sh i 曲v a l u ei ns c i e n t i f i cr e s e a r c ha n d c o m m e r c i a la p p l i c a t i o n s i i i 北京工业大学工学硕士学位论文 k e yw o r d sb a g - f i l t e r ；p r e - c h a r g e d ；e l e c t r o s t a t i c a l l y e n h a n c e d ；d u s tr e m o v a l e f f i c i e n c y ；c l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c y i v 目录 目录 摘要“i a b s t r a c t - i u 第1 章绪论1 1 1选题的背景和意义l 1 2 p m 2 5 的来源及危害i 2 1 3 静电布袋复合除尘技术的提出4 1 3 1传统的除尘方式4 1 3 2 静电和布袋除尘器的技术特征4 1 3 3 静电一布袋复合除尘器的种类一“6 1 3 4 静电一布袋复合除尘器与传统静电、布袋除尘器性能比较6 1 4 静电布袋复合除尘器国内外研究现状及进展8 1 5 课题研究的主要内容1 4 第2 章静电布袋复合除尘基础理论研究1 7 2 1 气体的电离1 7 2 2 粉尘的荷电1 8 2 2 1电场荷电”18 2 2 2 扩散荷电”1 9 2 2 3电场荷电和扩散荷电的综合- 2 0 2 3 粉尘的凝并2 l 2 4 荷电粉尘的捕集2 3 2 4 1 静电增强电场的作用“2 4 2 4 2 滤料极化的影响2 6 2 5 被捕集粉尘的清除2 6 2 6 本章小结2 7 第3 章实验部分“2 9 3 1 实验意义及目的2 9 3 2 实验装置2 9 3 2 1预荷电系统3 0 3 2 2 静电增强系统”3 l 3 2 3高压直流电源3 2 3 2 4 冲清灰系统”3 3 3 2 5安全防护措施3 5 3 3 实验材料及实验设备3 5 3 3 1实验滤料的选择3 5 3 3 2 实验粉尘的选择”3 7 3 3 3 实验仪器一3 8 3 4 测试方法3 8 3 4 1 风速的测定”3 8 3 4 2 压力损失的测定一3 9 3 4 3除尘效率的测定“4 0 3 5 实验步骤4 2 v 北京工业大学工学硕七学位论文 3 6 本章小结4 3 第4 章除尘效率实验研究：4 5 4 1过滤风速对除尘效率的影响4 5 4 2电压对粉尘通过率的影响4 9 4 3 滤料对去除尘效率的影响5 2 4 4 相同过滤风速下的分级效率5 4 4 5不同加电方式对除尘效率的影响5 6 4 6 本章小结5 7 第5 章其他除尘性能研究”5 9 5 1 伏安特性研究5 9 5 2 加电对粉尘空隙率的影响”6 0 5 3 压力损失及清灰周期的变化一6 2 5 4 清灰效果的变化6 3 5 5 本章小结6 5 结论与展望6 7 结j 沧6 7 问题与展望6 8 参考文献6 9 攻读硕士学位期间所发表的学术论文7 5 致谢7 7 v i 第1 章绪论 1 1 选题的背景和意义 当今世界环境保护己成为世人关注的热点，经济全球化的大潮和解决全球环 境问题的呼声使环境与贸易的关系日益密切，国际组织制订了一系列旨在保护环 境的技术标准。如何防治大气污染，净化空气环境也是人们不断研究的课题。 中国是世界上最大的发展中国家，我国目前正处于工业化时期，经济规模大， 工业发展迅猛。2 1 世纪是我国工业生产处于全面发展时期，钢铁、水泥、煤炭、 发电、化肥生产等行业迅速发展。同时由于我国这些重化工、原材料、能源工业 的生产工艺及设备相对落后，能源耗费量大，污染严重。环境污染中大气污染问 题趋于严峻，这对我国的烟气净化和工业除尘技术提出了考验。 ( 1 ) 环保标准日趋严格 国家法规对于粉尘的控制更加严格，我国从2 0 0 4 年1 月1 日起开始实施的 火电厂大气污染物排放标准g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 1 1 ，与先前执行的火电厂大气污 染物排放标准g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 t 2 】比较，烟尘排放标准从2 0 0 6 0 0 m g m 3 提高到 5 0 2 0 0 m g m 3 ，一些城市甚至要求低于3 0 m g m 3 。常规电除尘器难以达到或长期 保持达标要求较高的除尘效率，只有依靠增加电场数量或增加电场宽度来达到环 保要求的除尘效率，投资和运行费用都将大幅度上升，在经济上不合算。袋式除 尘器除尘效率高，一般可达9 9 9 以上，可以满足日趋严格的环保标准，但是袋 式除尘器本身能耗消耗大，且高温及腐蚀性气体对滤袋的滤袋的要求较高。 ( 2 ) 粉尘比电阻升高、入口含尘浓度增大，电除尘满足环保标准将更加困难 燃烧低硫煤和燃烧含硫煤时必需使用脱硫工艺使粉尘比电阻升高、入口含尘 浓度增大。为了减少s 0 2 的污染，火电厂优先燃用对电除尘器不利的低硫煤( 例 如，号称绿色煤炭的准格尔煤，不但低硫，而且高铝、低钠，给电除尘带来极大 的困难) ，同时由于烟尘在进入电除尘器之前必需采用脱硫工艺，这就使烟尘的 比电阻增高，入口含尘浓度增大( 可达8 0 0 9 m 3 ) ，电除尘器的实际效率不能达到 设计效率，排尘浓度显著增加，满足环保标准将更加困难【3 , 4 1 。 ( 3 ) 细微粒子的控制受到重视 随着国民经济的发展，人们的环保意识逐步提高，人们认识到空气中细微粒 子的危害要远远高于大粒径粒子，尤其是p m 2 5 的危害更甚。p m 2 5 是指空气动 力学直径小于2 5 1 t m 的颗粒【5 】，它能吸附各种有毒物质，然后直接进入人体下呼 吸道，对人体健康和大气环境质量影响极大。为此，美国联邦环保局于1 9 9 7 年 6 月新颁布的大气环境质量标准中增加了p m 2 5 的标准，规定年均值为1 5 “g m 3 ， 日均值为6 5 p g m 3 【6 】。近几年来，p m 2 5 已成为我国一些大都市的首要空气污染物。 我国对于微细粉尘的控制已进入实施阶段，p m l o 微细粉尘的控制已有标准，关 北京1 = = 业大学工学硕士学位论文 于p m 2 5 微细粉尘的控制也越来越受到重视。 1 2p m 2 5 的来源及危害 环境空气中p m 2 5 的来源非常复杂，它的形成方式主要有3 种：直接以固定形 式排出的一次粒子；在高温状态下以气态形式排出、在烟羽的稀释和冷却过程中 凝结成固态的一次可凝结粒子；由气态前体污染物通过大气化学反应而生成二次 粒子。 p m 2 5 中的一次粒子主要产生于化石燃烧( 主要是石油和煤炭) 和生物质燃料 的燃烧，但在一些地区某些工业过程也能产生大量的一次p m 2 5 0 一次粒子的源 包括从铺装路面和未铺装路面扬起的无组织排放以及矿物质的加工和精炼过程 等，其它的一些源，如来自建筑、农田耕作、风蚀等的地表尘粒对环境p m 2 5 的 贡献则相对较小。可凝结粒子主要由可在环境温度凝结而形成颗粒物的半挥发性 有机物组成。二次p m 2 5 由多相( 气一粒) 化学反应而形成，普通的气态污染物通过 该反应可转化为极细小的粒子。在大多数地区，硫( s ) 和氮( n ) 为所观察到的二次 p m 2 5 的主要组分，而二次有机气溶胶在一些地区也可能是重要的组成部分( 7 - m 】。 朱先磊等【1 1 】利用c m b 受体模型计算出燃煤、机动车排放、建筑尘、扬尘、生物 质燃烧、二次硫酸盐和硝酸盐及有机物共7 类污染源对北京市p m 2 5 的贡献率，如 图1 1 所示。 图i i 北京市p m 2 5 主要来源的年均贡献率 f i g i 一1t h em a i ns o u r c eo f p m 2 5a n n u a la v e r a g ec o n t r i b u t i o nr a t ei nb e i j i n g p m 2 5 又称为可入肺颗粒，能够进入人体肺泡甚至血液系统中去，严重威胁 人体健康。国外进行的大量有关p m 2 5 的流行病学研究表明【12 1 ，p m 2 5 的增加与 疾病的发病率、死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病。p m 2 5 的比 第1 章绪论 表面积较大，可作为其它污染物的载体，它富集各种重金属元素( 如a s 、s e 、p d 、 c r 等) 和p a h s 、p d c d f s 、v o c s 等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性 诱变物质，危害极大 1 3 , 1 4 】。超细颗粒物进入呼吸道内表面后，与肺组织相互作用， 一部分可以被排出体外或被消除掉，但有一部分可能长期滞留肺组织中，在肺间 质形成病灶。而且某些颗粒或组分通过肺的内呼吸换气进入血液循环，再通过扩 散作用达到其他内脏器官【1 5 1 。不同粒径粉尘在呼吸系统中沉积状况见图1 2 。 一扩酸一卜碰撞一 _ 卜一 茨群。_ i 卜 o o 广：i 爨 。劬 褥 2 c 瓷 2 0 齄铂# 噼 | o 图1 2 呼吸系统中烟尘沉积状况 f i g 1 - 2t h ed u s td e p o s i t i o nc o n d i t i o n si nr e s p i r a t o r ys y s t e m 微细颗粒物的性质与能见度的降低密切相关【1 6 1 。能见度的降低主要是由于气 体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小了目标物 与天空背景之间的对比度而造成的。并且由于颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵 达地球表面，这样使可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降， 从而使地面温度降低，高空的温度增高。特别是直径在0 1 0 5 岬的颗粒，通过 散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要作用【1 7 】。 大气颗粒物对降水有不可忽视的影响。颗粒物中凝结核的成云作用和降水对 颗粒物的冲刷作用均可以使颗粒物进入降水或云水中。同时，云水在空中迁移流 动过程中也会吸收空气中的颗粒物，其中的各种化学成分进入云水或降水体系 后，会发生一系列的复杂变化，并影响或决定云水和降水的污染性质 18 1 。 除此之外，空气中的颗粒物增多还会降低机械加工精度，对精密仪器的生产、 安装、调试、使用都会产生不良的影响。植物蒙尘时光合作用将变弱；在烟尘污 染严重的地区会引起农作物产量降低，植被受害，生长受损。烟尘严重污染大气 会导致出现“烟雾日刀，影响交通运输，增加发生交通事故的几率，影响人类的 正常生活 1 9 - 2 0 。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 3 静电布袋复合除尘技术的提出 1 3 1 传统的除尘方式 分离、捕集和回收悬浮于空气或气体中粉尘粒子的过程称为除尘，实现这一 目的的设备称为除尘器。 除尘器的不同分类方法可以分成许多不同的类型，用于不同的粉尘和不同的 条件。除尘器的工作原理都是以捕集粉尘的作用力为理论基础，按不同的作用力 来设计不同类型的除尘器，若以除尘作用力原理来分类，可分为四类f 2 1 之3 】： 机械除尘器 机械除尘器包括重力除尘器、惯性除尘器和旋风除尘器等。它的特点是：结 构简单、维护容易；阻力低；维护费用低、经久耐用；无活动部件、可靠性优良、 很少有故障，但它除尘效率低，往往用于要求不高的场合或者作为多级除尘系统 的预级除尘之用。 过滤除尘器 过滤除尘器包括袋式除尘器、颗粒层除尘器、滤筒除尘器等。它的特点是： 都是以过滤作为除尘机理，运行稳定，适应性强，不受粉尘比电阻值的限制，除 尘效率高。 湿式除尘器 湿式除尘器包括低能耗湿式除尘器和高能耗湿式除尘器，它的特点是：利用 液体与含尘气体相互接触，经过洗涤使尘粒与气体分离，它的结构简单，一般无 活动部件，不易发生故障，除尘效率高，但除尘后需对污水进行处理以消除二次 污染，粉尘回收困难，容易被酸碱性气体腐蚀等。 静电除尘器 电除尘器是以静电力将气体中的粉尘分离出来的除尘设备，它分为干式电除 尘器( 干法清灰) 和湿式电除尘器( 湿法清灰) ，它的特点是：能应用于高温、高压 气体中；设备阻力低，能耗少；维护检修不复杂；几乎对各种粉尘、烟雾等，直 至极其微小的颗粒都有很高的除尘效率；但是它的除尘效率会受粉尘比电阻的很 大影响，实测表明，最适于电除尘器工作的比电阻值为1 0 4 1 0 1 1 q c m 。在这个数 值范围以外，电除尘器的性能将下降；此外，电除尘器占地面积大、耗钢材多、 投资高。 1 3 2 静电和布袋除尘器的技术特征 1 3 2 1 静电除尘器的技术特征 静电除尘器是世界公认的高效除尘设备，同其他除尘器( 如旋风除尘器、颗 粒层除尘器、文丘里除尘器、袋式除尘器等) 相比，只有静电除尘器才能将作用 第1 苹绪论 力直接施加在烟气中的尘粒上，使荷电尘粒从烟气中分离出来。静电除尘器一般 可以耐3 7 0 高温，每小时能够处理烟气几百万立方米，是高温烟气的最主要高 效除尘设备。由于气流在除尘器内流速低，一般控制在l m s 左右，因此气流运动 阻力损失很小，一般只有2 0 0 p a 左右，除尘器能耗很低。 但是在实际运行中，由于对电除尘器除尘效率产生影响的因素很多，使得电 除尘器性能不够稳定，有一定的局限性。静电除尘器的局限性主要表现在以下几 个方面 2 4 - 2 6 】： 首先，电除尘设备往往设备庞大，耗钢多；同时对制造、安装和操作水平的 要求都较高。 其次，静电除尘器对超细颗粒( 如粒径在0 2 o 5 岬之间) 的控制效果较差，这 主要是由于这个粒径范围内的粉尘处于电场荷电和扩散荷电两种荷电机制之间， 荷电效果较差；对于干式静电除尘器，在电极振打时容易产生二次飞扬的现象， 使己捕集的粉尘从电除尘器逸出。 最后，静电除尘器往往受到粉尘浓度、比电阻、烟尘性质、湿温度、粒径分 布等多种因素的影响，使其实际的除尘效率往往达不到设计效率，并且波动较大。 1 3 2 2 袋式除尘器的技术特征 袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它利用纤维编织 物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物。 袋式除尘器的除尘效率高，稳定运行的袋式除尘器除尘效率能达到9 9 9 以 上，特别是对于亚微米级的粉尘有很好的收集效果，除尘器出口烟气含尘浓度低 - t 3 0 m g m 3 ，甚至能达到1 0 m 咖3 以下。在一定范围内，除尘器出1 2 烟尘浓度不 随入口烟气量和烟气浓度变化，能够使烟尘排放浓度长时间保持在较低水平，满 足新标准要求。此外，布袋除尘器占地面积小，技术结构简单，易维护。 袋式除尘器克服了静电除尘器的大部分缺点，使除尘效率大幅度提高到以 上，并且投资费用较低，已基本上满足了人们对烟气排放的要求。然而，袋式除 尘器也表现出种种不足： 1 对于不同类型的气体，应选用相应类型的布袋；且需要经常更换滤袋， 布袋消耗量大。 2 阻力较大，一般压力损失为1 0 0 0 1 5 0 0 p a ，特别是处理高浓度大风量的含 尘气体时，系统压力降往往很大，能耗较高。 3 收集湿度高的含尘气体时，应采取保湿措施，以免因结露而造成“糊 袋 ，因此袋式除尘器尘气对气体的湿度有一定的要求 4 在高温及腐蚀性气体场合下对滤袋要求提高等，要考虑烧袋、漏袋和腐 蚀磨损等滤袋损坏现象，这些都降低了袋式除尘器使用的广泛性【2 7 铷】。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 3 3 静电布袋复合除尘器的种类 静电布袋复合除尘技术的提出，是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除 尘理论。它结合了电除尘器和布袋除尘器的优点，除尘效率高( 排放浓度可以低 于- l o m g m 3 ) ，既能满足新的环保标准，又能增加运行可靠性，降低除尘成本。静 电布袋复合除尘器的开发也是对静电除尘和袋式除尘的集成创新，具有较大的 学术价值，是中国烟气治理的发展方向之一。同时，对现役电厂电除尘器改造和 新建电厂( 包括现役电厂扩建机组) 除尘设备选择具有重要意义。 自2 0 世纪中叶人们提出将两种高效的除尘方式有机结合在一起，开发一种更 加高效的新型除尘器以来，“静电布袋”联合除尘技术的应用已经比较成熟，迄 今主要有以下3 种联合除尘方式【3 1 - 4 3 】。 ( 1 ) 前电后袋式 前电后袋式是指在前级安排静电除尘单元；在后级安排布袋除尘单元，将二 者有机的串连起来的除尘方式。烟气先经过前级电除尘，充分发挥其捕集中高浓 度粉尘效率高和低阻力的优势，进入后级袋除尘时，不仅粉尘浓度大为降低，且 前级的荷电效应又提高了粉尘在滤袋上的过滤特性，使滤袋的透气性能和清灰性 能得到明显改善，使用寿命大大提高。 ( 2 ) 静电增强型 该形式在结构上有点类似前面所提“前电后袋”式，只是“前电”主要用来 对粉尘荷电，收尘主要靠后面的滤袋。同样，由于电荷效应，大大提高了粉尘在 滤袋上的过滤特性，使滤袋的透气性能和清灰性能得到明显改善，同样使滤袋清 灰次数减少、使用寿命提高。相对于前一形式，还是存在滤袋粉尘负荷没有减少， 运行阻力较大、费用高等不足。 ( 3 ) 先进混合型( a d v a n c e dh y b r i dp a r t i c u l a t ec o l l e c t o r ，缩写为a h p c ) a h p c 是将整个除尘器划分为若干各除尘单元，每个除尘单元均包含有静电 除尘单元和布袋除尘单元，电除尘电极与滤袋交替排列，就好像是布袋除尘单元 嵌入到静电除尘单元中一样。a h p c 的主要技术特点和原理与串联式静电布袋复 合除尘技术相似。在参数设计上，静电除尘的设计效率降到9 0 左右，而滤袋的 过滤速度提高到普通设计速度的3 倍左右( 6 m r a i n ) 。这种系统的体积能减少到单 个静电除尘器的2 3 ，减少了空间的占用；极板和滤袋材料的使用成倍减少，也 降低了投资。 1 3 4 静电布袋复合除尘器与传统静电、布袋除尘器性能比较 我国国内第一台静电布袋复合式除尘器安装应用在徐州坝山环保热电有限 公司，是徐州坝山环保热电有限公司与福建龙净环保股份有限公司合作研制的， 其方式为前电后袋式。为比较静电布袋复合除尘器与常规的静电、布袋除尘器 第1 章绪论 的性能和主要经济技术指标：徐州坝山和同样蒸发量锅炉配置不同类型除尘器的 徐州西区、如东协鑫作了测试，主要参数见表1 1 【似5 1 。 表l - 1 除尘器性能参数比较( 锅炉额定蒸发量7 5 恤) t a b l e l lt h e c o m p a r i s o no f r e m o v a lp e r f o r m a n c e 作为静电除尘器和布袋除尘器的有机结合，静电布袋复合除尘器充分发挥了 两种除尘器各自的优势【4 “8 1 。 从除尘机理上来说，静电布袋复合除尘器充分利用静电除尘和布袋除尘两 种成熟机理，技术研发的可靠性较高。一般的静电除尘器在第一级电场通常能除 去烟气中8 0 9 0 的粉尘，因此，静电除尘器的后几级电场的除尘效率不高。如 果余下的细微粉尘由布袋除尘单元过滤掉，这就发挥了布袋除尘器对超细粉尘除 去效率高的特点。 从性能上来看，静电布袋复合除尘系统的除尘效率高且稳定。对微细粉尘 分级除尘效率高静电布袋复合除尘的除尘效率能达9 9 9 以上，能实现出口粉尘 排放浓度低于3 0 m g m 3 ，从运行的静电布袋复合除尘器来看，粉尘排放浓度可以 北京工业大学工学硕士学位论文 低于1 0 m g m 3 ；粉尘荷电后，静电力作用增强，对细微粒子的捕集效率也有所增 强。由于不再受烟气粉尘各特性的影响，摆脱了静电除尘器对超细粉尘、高比电 阻粉尘以及粉尘二次飞扬的影响，在煤种变化的情况下，也能保持稳定的除尘效 率。 从结构上来看，静电布袋复合除尘器结构更为紧凑。相对于静电除尘器， 复合除尘器只保留了一级电场而去除了效率较低的二、三级电场，取而代之的是 高效的布袋除尘单元。同时，由于复合除尘器的静电除尘单元除去了大部分的粉 尘，因而可以选择较高的过滤风速，所需滤袋数量少，结构紧凑，占地面积减少。 同时，可以选择较大的滤袋间距，解决了脉冲布袋除尘器因滤袋较密而在清灰时 引起的二次扬尘问题。 从费用上来看，静电除尘单元只设一级电场，可以避免静电除尘器高昂的设 备费和土建费；布袋除尘单元中，所需滤袋少，滤袋以及相应辅助设施的费用也 大大减少。在运行费用上，阻力小，能耗低，滤袋更换周期增长，总的运行费用 比同容量的静电除尘器和布袋除尘器都低。 综合而言，静电布袋复合除尘技术实现了用比较小的经济投入得到满足高 标准排放要求的环境社会效益。 1 4 静电布袋复合除尘器国内外研究现状及进展 早在1 9 6 1 年f r e d e r i c k 就在其文章中指出，织物、烟尘上的静电荷对织物过 滤的除尘率、阻力以及清灰难易有影响【4 9 1 。他提出，可以按尘粒的相对大小、静 电活性和能否凝聚，把烟尘分成几类，分别选择适当的过滤织物，利用过滤时的 摩擦荷电作用，提高过滤性能。 但是，自然得摩擦荷电强度不好控制，更好的办法是在过滤元件上有的烟气 中插入像电晕线一样的放电电极。基于这一思路，1 9 7 0 年美国精密工业公司试 验生产了一种名为a p i t r o n 的除尘器 5 0 】。其原始的设计是在金属丝网做成的圆筒 形管子中心放一根电晕线，管子外面套一个滤袋。轴向进入管子的粉尘因电晕作 用而荷电，一部分被接地的金属丝网管电极捕集，在转变为径向流动后，其余荷 电粉尘最终为最外层的滤袋捕集。但是，这种早期的设计后来被废弃了，因为高 压电晕放电有时会损坏滤袋。 第二种a p i t r o n 的构造型式是将金属极线和钢板圆管组成的荷电器与滤袋分 开，移往滤袋的下端，与滤袋相接【5 ，见图1 3 。含尘气体从下端进入荷电器内， 尘粒荷电后一部分被管状电极捕集，然后含尘气体向上流动，穿过滤袋流出去， 此时滤袋又将剩下的粉尘捕集。实际上它就相当于普通的管式电除尘器和袋式除 尘器二级串联。经实验证明a p i t r o n ，在降低压力损失提高除尘效率两方面都是 有效的【5 1 。5 3 1 。除此之外，据h e l f r i t e h 试验，a p i t r o n 还有一大优点就是它的气布 比可以大大提高【5 4 1 。 8 第1 章绪论 早在1 9 世纪8 0 年代后期，美国纺织研究所就对袋式除尘器外加电场技术作 了广泛的研究，起初他们研究了电场方向的影响【5 5 】。他们先后利用了如图1 - 4 所 示的电极进行实验，实验的滤料时直径1 0 e m 的平面涤纶针刺毡。第一种电极安 排方式生产和气流方向垂直的电场。它是在滤料迎风面的背后穿过一些平行的金 属丝，彼此相隔1 5 m m ，奇数丝和偶数丝分别连在一起。第二种和第三种安排产 生与气流方向平行的电场。它们各有两组和滤料每一面7 m m 的金属丝，固定在 绝缘的圆环上。各组的金属丝相互平行，间距1 5 m m 。实验证明，采用第一种垂 直电场的除尘效率要比第二、三种平行电场以及无电场的好得多。之后他们又证 明，对于垂直电场的电极位置要取得最佳性能，电极必须与滤料接触。 经过不断的探索，l a m b 等人创造出新的电极与滤料的结合方式【5 6 】：把电极 做成网状，系在滤袋外侧。电极网的垂直构件是一些金属丝，相互间距1 5 r n m ， 水平构件是玻璃纱线，见图1 5 。这些玻璃纱线也用来把电极系在滤袋上。纱线 和金属丝在交叉点胶接起来。因为电极线不是和滤料结合成一体，为了避免向滤 袋里面流动的空气压迫滤袋，致使滤袋位于骨架的两根竖筋中间的部分距电极稍 远，所以增加竖筋的数量，以保持滤袋表面更靠近电极。用这样的装置实验，运 行了几百个周期后，仍能保持稳定的降低压损的效果。而且毡滤料比用织造滤料 压力损失降低更多。 正需过滤开始清灰锗柬清苁 恢复过墟 图1 - 3a p i t r o n 除尘器 f i g 1 3t h ea p i t r o nc o l l e c t o r 第种 第- 二种 ( b ) 图l 一4 比较电场方向的实验电极安排 f i g 1 _ 4t h ec o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t a le l e c t r o d ea r r a n g e m e n t s ，一 ，f 一 1 5 c m 高压电扳n 电梗两装在滤袭l ： 图1 5 电极与滤料接触，但不穿入滤料 f i g 1 5e l e c t r o d ec o n t a c tw i t l lt h ef i l t e r , b u td o c s n tp e n e t r a t ef i l t e r 由于l a m b 等人实验所用的金属丝电极很脆弱，容易损坏，还可能引起电晕 电流，从而使达到一定程度的压力损失下降所消耗的电力增多。因此，v a no s d c l l 第1 荦绪论 等人设计出一种在远低于电晕始发电压下工作的直径较粗的电极，实际上就是标 准笼骨的3 m m 垂直钢筋，见图1 6 【5 7 1 。这种电笼骨用绝缘的特氟隆套管或陶瓷 隔片将极性相反的笼骨竖筋隔离。在运行电压显然不会导致显著的电晕电流的情 况下，电场仍使压力损失明显降低。 图1 - 6 电笼骨 f i g 1 6t h e e l e c t r o s t a t i cs u p p o r tc a g e 2 0 世纪8 0 年代后期，美国加利福尼亚州的p a l oa l t o 电力研究所( e p r d 开发 出紧缩混合型除尘器( c o h p a c ) 【5 嘶0 1 ，如图1 7 所示。其基本构思比较简单，就 是在原有电除尘器后串联一个脉冲袋式除尘器，来捕集电除尘器未能捕集的微细 烟尘，使排放浓度能满足法规的要求。c o h p a c 的特点是布袋除尘单元的负荷 很小，过滤阻力小，过滤风速可以提高到传统的4 8 倍。该方案在t u 电气公司 b i gb r o w n 电站进行了试运行，在处理该厂1 1 5 0 m w 烟气时，运行压降小于 1 5 0 0 p a ，减少了7 0 的空间和2 0 0 0 万美元的投资。 上述c o h p a c 系统存在一个不足之处是一些电厂没有足够的空间在e s p 后 安装c o h p a c 。研究人员对其作了进一步改进，只保留e s p 的第一级电场，在其 后设置脉冲布袋，中间用挡板隔开【6 卜6 2 1 。这种方案继承了前者的优势，大幅减小 了e