电除尘技术的研究进展.pdf

电除尘技术的研究进展 李济吾 杭州商学院环境工程系 杭州市 310035 摘 要 文中对电除尘技术发展过程进行简单回顾 对近十多年电除尘技术新进展进行总 结 提出了电除尘技术的发展方向 关键词 电除尘技术 电除尘器 进展 电除尘技术是一项很重要的防治大气污染 环保技术 已广泛应用于各个工业领域的含尘 废气治理 气固分离 粉状物料回收等 如冶 金 有色 电力 化工 建材行业 我们知 道 电除尘是利用静电力除尘 又称为静电除 尘 它的基本原理利用高压放电 使气体电 离 粉尘荷电后向收尘极板移动而从气流中分 离出来 从而达到净化烟气的目的 电除尘技 术经过近一个世纪的发展 已经取得了很多成 果 在这里主要对其发展过程 新进展及发展 方向进行简单介绍 1 电除尘技术的发展过程简单回顾 早在公元前六百多年 希腊人就发现了静 电吸附现象 我国西汉末年 也有了静电产生 吸附作用的文字记载 但将这一现象应用于工 业除尘 则是二十世纪初才开始的 国外最早 是1907年柯特雷尔 Cttrell 将电除尘用于气 体净化 建立了工业化电除尘装置 随着工业 经济发展 电除尘技术发展迅速 取得了一大 批专利技术并发表了大量有关论文 如至 1957年为止 美国已有电除尘方面专利1000 多项 1945年 美国和外国出版的有关电除 尘论文有500 600篇 目前每年关于电除尘 的论文约1000篇 我国电除尘技术发展大致可以这样概括 起步晚 发展快 潜力大 发展过程大体可以 分为两个时期 1972年以前的探索时期 1972 年以后的发展时期 1972年以前的探索时期 主要特征是仿 造和试用 极板大多是棒帏式 电晕极为细园 线 技术水平较低 我国最早使用的一台电除 尘器 是解放前1936年安装在本溪工农兵水 泥厂 其断面积为36M 2 1954年仿造了第一 台电除尘器 1965年对电除尘技术开始进行 科学研究 直到1970年 我国投入运行的电 除尘器总台数约200台 主要用于有色金属冶 炼中贵金属的回收 及建材行业有用物料的回 收 1972年以后的发展时期 主要特征是研 制 引进 吸收 提高 电除尘技术水平迅速 发展 这个时期内 70年代初期和中期 完 成了3 60m 2 九种规格的SHWB电除尘系列化 设计 首次形成了通用电除尘器系列产品 70 年代末至80年代初 通过对系列化产品使用 几年的实践总结 并对当时引进Ruthmuhle公 司的173m 2 和Elex公司8119m 2 电除尘器进行 消化吸收 结合自己近10年的研究成果 各 工业部门先后开展了新型电除尘样机的研制和 新的电除尘器系列化设计 如冶金工业部先后 研制的成功用于武钢的60m 2 大冶有色金属 公司的40m 2 的电除尘器样机 建材行业完成 CDWY和CDWH两类电除尘器系列设计 80 年代中期以来 为了满足日益严格的环境质量 要求 国家科委将 高效除尘技术的研究 列 入 七五 攻关项目 开展了宽间距电除尘 器 脉冲供电电源 烟气调质和板线配置的研 71 2000年第3期 环境科学动态 究等 我国还先后引进瑞典Flakt公司 德国 Lurgi公司 美国GE公司等世界知名公司的先 进电除尘技术 对促进我国电除尘技术水平的 提高也发挥了重要作用 2 电除尘技术的新进展 近10多年来 电除尘技术取得了一些新 进展 主要反映在电除尘理论 本体结构 供 电技术 烟气调质等方面 211 电除尘理论研究方面 国内外对电除尘理论方面研究比较重视 这个方面的新进展主要反映在电除尘效率理论 计算公式 空间电荷行为 粒子荷电 电流体 力学 电风形成及影响 反电晕现象及预防 烟尘运动等方面 在此仅介绍电除尘效率理论 公式方面 电除尘除尘效率理论公式最早是多 伊奇效率公式 Deutsch公式 1 e A Q 这个公式是在忽略了许多条件下推导出来的 其计算值与实际值相差几倍或十几倍以上 近 年来 在此基础上大量研究者提出了许多数学 模型 如Leonard模型 Cooperman模型等 这 些模型中不仅考虑了静电传输的作用 而且还 强调紊流传质的作用 提出了掺混系数概念 衡量粒子的掺混程度 和紊流掺混效率计算 公式 国内有学者提出了电风的新概念 研究 了电风对除尘效率公式的影响 212 电除尘器本体结构方面 近10多年来 电除尘器本体结构取得一 些新进展 主要是一些新型电除尘器出现 如 透镜式电除尘器 旋风电除尘器 屋顶电除尘 器 带辅助电极电除尘器 双区电除尘器 宽 间距电除尘器 圆筒型等 由于篇幅的限制 在此仅介绍透镜式电除尘器 旋风电除尘器和 屋顶电除尘器 1 透镜式电除尘器 透镜式电除尘器是武汉工业大学一名教授 于1987年提出的 经过十多年的研究 已完 成工业试验阶段 据试验结果 除尘效率达 9919 其结构特点是具有三个电极 负放电 极 正电极及透镜极 荷电粒子在透镜电场的 聚焦 作用下 大量流入孔口得以捕集 荷 电尘粒只要进入透镜口就不能返回 透镜口具 有电场封闭作用 这种除尘器与传统板线式电除尘器相比 其主要区别在于后者是利用收尘极板收集粉 尘 然后靠振打装置定时清除极板上的粉尘 透镜式电除尘器由于避开了在极板上的收尘作 用 而是靠正负粒子在收尘室内碰撞 凝聚而 收尘 故透镜式电除尘器对粉尘比电阻没有局 限性 同时二次扬尘也大大减少 这种电除尘 器缺点是结构比较复杂 不易加工 2 旋风电除尘器 这是近年来开发出的一种新的除尘器 其 基本原理是在旋风分离器中增加高压电场 当 含尘烟气通过时 尘粒受到静电力和离心力的 作用而分离出来 达到净化烟气的目的 其特 点是将旋风除尘和电除尘的优点有机结合起 来 近年来 国内外在这方面做了不少研究工 作 主要采用不同的模型结构进行模型实验和 理论分析 均采用直流供电 已取得一些成 果 我们在这方面做了一些研究工作 对其分 离机理 速度场和浓度场做了一些研究工作 采用脉冲供电技术 研究工作还在继续深入 3 屋顶电除尘器 屋顶电除尘器主要是针对钢铁工业转炉车 间二次烟尘长期未得到有效治理而提出来的 它是1990年由武汉安全环保研究院与攀枝花 钢铁公司合作开始研制 1997年研制成功的 此屋 顶 电 除 尘 器 下 部 进 气 开 口 面 积 为 17218m 2 收尘电极有效高度为5m 采用不锈 钢星形电晕线 防腐铝合金平板收尘板 采用 间歇喷水清除积灰 正常运行至今 效果好 转炉二次烟气含尘量约为1g m 3 经屋顶ESP 净化后 排入大气的含尘浓度约为100mg m 3 213 电除尘供电技术方面 电除尘器的供电水平高低直接影响其运行 效果 电除尘器要达到好的收尘效果 除了有 良好的本体结构外 还需一个好的相匹配的供 电电源 好 马 配好 鞍 马 指本体 鞍 指电源 电除尘器供电最早采用机械整 81 环境科学动态 2000年第3期 流 供电水平很低 随着电子技术的发展 现 均采用的硅整流供电 模拟控制或数字控制 供电可靠性大大增加 近年来电除尘器供电技 术新进展主要体现在脉冲供电 恒流供电 中 高频电源等方面 在此仅介绍脉冲供电 电除尘器脉冲供电技术是指在直流基础电 压上叠加高压脉冲 美国学者J White等于 20世纪五十年代 最早利用雷达系统产生毫 秒级脉冲供电 显示了脉冲供电的优势 以往 国内外实现脉冲供电都是利用两套设备 一套 产生高压直流 另一套产生高压脉冲 在整流 器高压端叠加后形成脉冲供电 它存在元件质 量要求高 制造工艺复杂 成本昂贵 是常规 直流的5 8倍 推广应用困难等问题 近年 来 已开发出一种新型脉冲供电技术 它是在 整流变压器低压端 利用晶闸管元件的开关作 用及整流二极管的单向导电性 组成振荡电路 产生脉冲 通过升压整流后形成脉冲供电 这 种方法只需一套电源设备 简单易行 成本 低 用户易接受 其主要技术参数指标达到或 超过国际先进水平 1999年被列入国家科委 九五重点推广应用计划项目 在多家企业推广 应用 效果显著 在同工况条件下 脉冲供电 比直流供电降低烟气出口含尘浓度30 74 节能效果显著 214 其它方面 在烟气调质 电除尘的仿真与模拟 电除 尘专家系统等方面也取得了一定进展 在此介 绍烟气调质方面的进展 烟气中粉尘比电阻是影响电除尘器性能的 主要因素 最适合于电除尘器工作比电阻为 10 6 10 11 cm 对于高比电阻粉尘 大于10 11 cm 易产生反电晕现象 是一种非常有害 的现象 除尘效率很低 目前对高比电阻粉尘 的捕集 除了采用改变供电方式 如脉冲供 电 和改进除尘器本体结构 如加宽极间距 等措施外 就是对烟气进行调质 最早国内外对烟气调质采用硫酸 SO 3 和氨气 效果较好 但硫酸调质系统投资高 运行管理较复杂 还可能带来二次污染 现在 基本不用 后来又采用二乙胺 氨基黄酸及氯 化钠 调质效果显著 但由于毒性大 也未工 业应用 近年来我国重点对水基调质剂进行研 究 在喷水中加入湿润剂 CHJ 1等 浓度 为1 5000 调质效果好 经济适用 是一种很 有前途的方法 3 电除尘技术发展方向 电除尘技术研究目的在于提高电除尘器的 效率 同时要尽可能减轻其重量 降低成本 电除尘技术发展方向主要体现在以下几个方 面 311 加强电除尘技术基础理论研究 电除尘理论落后于应用实践 早在1982 年美国学者怀特就明确指出 电除尘技术还 远远没有被充分认识 还有许多现象不可理 解 不可预计 实践还只能依靠经验 除尘 过程是一个复杂的物理过程 该过程在三维空 间中同时相互作用 涉及许多科学领域 如应 用物理 化学 机械 电子学 流体力学等 还有许多基础的东西尚未被人们了解 今后电 除尘理论主要研究方向有 1 电除尘收集理论研究 如除尘效率理 论公式 驱进速度计算 粒子荷电行为等 目 前仅就单一因素或假设简化的条件进行研究 尚未能阐明集尘的全部过程 例如 在假设条 件下的驱进速度的计算结果和实际值相差几倍 甚至十几倍 且不能判明误差症结之所在 因 此 这方面值得研究 2 针对某一类新除尘技术理论研究 如 离心脉冲静电分离技术 研究其分离机理 速 度分布 浓度分布 颗粒运动规律 设计优化 理论等 3 电除尘设计参数与烟尘性质之间关系 定量研究 对于不同烟尘性质 粉尘性质 板 线配置 电场强度 电场速度等的选择 尚无 定量的计算方法 缺乏针对性和令人信服的依 据等 312 研究开发新型高效电除尘器 电除尘器虽有管式和板式 立式和卧式 侧打和顶打之分 且结构形式多种多样 但其 91 2000年第3期 环境科学动态 结构还不很理想 如存在二次扬尘 串流和气 流分布不均等问题 随着环保要求越来越高 排放控制越来越严格 开发新型电除尘器 降 低投资 提高效率是当务之急 主要从以下几 个方面进行研究 1 静电 X除尘技术 这类除尘技术是把电除尘机理与其他除尘 机理叠加应用 如静电 离心除尘 静电 惯 性除尘 静电 过滤除尘 静电 湿式除尘 静电 喷蒸气除尘 脉冲 静电 离心除尘等 技术 2 电除尘器本体结构完善创新 继续开发一些新型结构电除尘器 克服缺 点和不足 使其尽快推广应用 如房式 透镜 电极 横向电极 移动电极 轻质电除尘器 超高压宽间距除尘器等 3 开发高流速电除尘器 对常规电除尘器 电场风速为1m s左右 电除尘器效率高 阻力小 但造价高 如果电 除尘器在维持原有高效率的同时能大幅度提高 电场风速 提高4 6m S以上 即采用所谓 高流速电除尘器 则有可能大大减少其体积和 造价 一定是很有吸引力的 313 研究提高供电水平 提高电除尘器的效率 也可以通过提高供 电水平来实现 这是一种经济简便的方法 提 高供电水平 从以下几个方面进行研究 1 进一步开发脉冲供电技术 主要研究 脉冲供电与本体匹配关系 控制方式 脉冲供 电参数优化等 2 利用最新微机实现ESP管理现代化 3 研究采用变极性供电技术来提高除尘 效率 4 进一步开发中高频电源供电 使其实 用化 314 开拓电除尘应用新领域 如针对燃煤锅炉产生SO2和粉尘实际情 况 应用电除尘将除尘和脱硫脱硝结合起来 提高效率 降低成本 1998年国务院批准了 国家环保总局 酸雨控制区和二氧化硫污染控 制区划分方案 提出了2000年和2010年的 二气化硫排放控制目标 这意味着脱硫任务艰 巨 利用电除尘技术 将脱硫和除尘结合起 来 这是一个很有前途的领域 再如用脉冲等离子治理有机废水和有机废 气等 315 研究提高烟尘的在线检测水平 烟尘的在线理化特性是电除尘器的正确选 型和工艺参数确定的先决条件 是分析和判断 电除尘症结的重要依据 对电除尘器的最佳运 行控制及性能分析有重要的实用价值 传统的做法是收集粉尘回实验室分析 既 费工费时 又不能反应真实工况 今后发展方 向是用红外光谱吸收法 激光及光学技术对烟 道粉尘进行在线测量 参 考 文 献 1 Herbet J Hall Journal of Electrostatics 1990 25 1 22 2 JS Clemens et al IEEE IA 1989 25 1 62 69 3 Chen Shi xiu and Chen xuegou Electrostatic Lentoid Precipitation and its