電袋復(fù)合式除塵技術(shù)的應(yīng)用及問題初探

張悅，王淵

（山西晉中理工學(xué)院，山西晉中030600）

1 除塵技術(shù)現(xiàn)狀

近些年，國家不斷采取規(guī)范化措施，以期解決以電力行業(yè)為主的大氣污染物排放問題。以燃煤電廠排放的煙氣為例，顆粒物作為主要的大氣污染物廣泛存在于環(huán)境空氣中，對人體健康的危害及周邊環(huán)境的影響十分顯著。

面對不斷嚴(yán)格的煙塵排放要求，電除塵器作為解決環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間矛盾的主要技術(shù)設(shè)備之一，已廣泛應(yīng)用于火電、機(jī)械、鋼鐵、冶金、電子、化工、建材等行業(yè)。但受電除塵器運(yùn)行原理所限，同時(shí)伴隨著不同煤種燃燒后產(chǎn)生的飛灰在比電阻、顆粒物粒徑等方面性質(zhì)的差異，電除塵器的除塵效率受到影響。袋式除塵器除塵效率高，不僅運(yùn)行穩(wěn)定、適用范圍廣，其造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均低于電除塵器，對于高溫及高比電阻粉塵也有較好的處理效果，因此在大氣污染治理方面的優(yōu)勢尤為突出[1]。但與電除塵器比較而言，袋式除塵器也有不足之處，例如不適宜在高溫條件下運(yùn)行，對含濕量高的粉塵處理效果較差，壓力損失較電除塵器稍大等。

為了探索新型高效除塵技術(shù)，研究人員利用靜電力和過濾方式相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)出了電袋復(fù)合式除塵器。該技術(shù)不僅結(jié)合了電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)勢，同時(shí)彌補(bǔ)了各自的不足之處，具有良好的應(yīng)用前景[2]。電袋復(fù)合除塵器不僅除塵效率高，對PM2.5的捕集效果尤為顯著，近幾年來得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

2 電袋復(fù)合式除塵器

2.1 電袋復(fù)合式除塵器的原理及特點(diǎn)

電袋復(fù)合除塵器是一種以粉塵“荷電集塵+攔截過濾”為機(jī)理，將電除塵和袋式除塵有機(jī)結(jié)合的一種高效除塵設(shè)備。含塵煙氣由煙道進(jìn)入喇叭口，通過氣流分布板，將煙氣均勻地帶入電場區(qū)，顆粒物在電場力的作用下荷電，隨后向一側(cè)集塵板遷移并沉積，為保證除塵效率，設(shè)備每隔一段時(shí)間需進(jìn)行清灰。有研究表明，在電場區(qū)可去除80%以上的顆粒物，極大地降低了后續(xù)濾袋區(qū)的粉塵負(fù)荷，同時(shí)由于電場區(qū)已捕集了大部分大尺寸顆粒物，減小了煙氣對濾袋區(qū)中濾袋的磨損，提高了濾袋的使用壽命。通過電場區(qū)后，剩余細(xì)微顆粒物隨煙氣在濾袋區(qū)內(nèi)被攔截下來，同樣，設(shè)備每隔一段時(shí)間可通過脈沖噴吹清灰的方式實(shí)現(xiàn)高效除塵。有研究表明，細(xì)微顆粒物在電場區(qū)荷電后，在電凝并作用下，異性電荷小顆粒逐漸形成較大顆粒，提高了粉塵捕集效率；與此同時(shí)，帶有同種電荷的顆粒物相互排斥并迅速在后級(jí)空間擴(kuò)散，以氣溶膠懸浮狀態(tài)均勻分布在各室，使沉積在濾袋表面的顆粒物之間形成排列有序、透氣性好、利于清灰的粉塵層，運(yùn)行阻力顯著降低[3]。

電袋復(fù)合除塵器的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：電袋復(fù)合除塵器不受煤種變化、煙氣特性、飛灰比電阻等因素的影響，利用荷電粉塵的電凝并作用確保煙氣中顆粒物濃度達(dá)標(biāo)排放，能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行；電袋復(fù)合除塵器在電場區(qū)內(nèi)的運(yùn)行能耗低于單一的電除塵器，而在濾袋區(qū)內(nèi)運(yùn)行負(fù)荷低于單一袋式除塵器；由于電袋復(fù)合除塵器在濾袋區(qū)粉塵負(fù)荷降低，同時(shí)在電凝并作用影響下，濾袋清灰周期延長，濾袋的磨損減小，提高了濾袋使用壽命，降低了除塵器的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用[4]。

2.2 電袋復(fù)合式除塵器的類型

2.2.1 串聯(lián)復(fù)合式（COHPAC）

被稱為“前電后袋式”除塵器，通常在電除塵器后布置二級(jí)袋式除塵器。含塵煙氣經(jīng)過電除塵器時(shí)，大部分粗顆粒物沉積在集塵板上，隨后煙氣繼續(xù)通過二級(jí)袋式除塵器將剩余細(xì)微顆粒物捕集下來。由于場地空間限制，一些廠區(qū)無法在電除塵器后直接布設(shè)袋式除塵器，因此在二十世紀(jì)九十年代左右有研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出I型和Ⅱ型COHPAC，即俗稱的“一體式”與“分體式”結(jié)構(gòu)[5]。

“分體式”COHPAC的設(shè)計(jì)構(gòu)思比較簡單，通常在電除塵器后加一臺(tái)袋式除塵器即可，前后兩級(jí)除塵設(shè)備相互獨(dú)立，一般應(yīng)用于廠區(qū)煙氣排放濃度過高，無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可在原有的電除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)?！耙惑w式”COHPAC通常在原有的多個(gè)電場中只保留一個(gè)電場，其余電場則改造為濾袋區(qū)，含塵煙氣在電場區(qū)首先將煙氣中的粗顆粒物去除，這種構(gòu)造使含塵煙氣首先經(jīng)過顆粒物荷電過程，然后利用二級(jí)袋式除塵器完成剩余顆粒物的捕集[6]。

2.2.2 并聯(lián)混合復(fù)合式（AHPC）

由美國北達(dá)科他大學(xué)能源與環(huán)境研究中心（EERC）研發(fā)產(chǎn)生的。含塵煙氣經(jīng)氣流分布板均勻地將煙氣引入電場區(qū)各個(gè)通道，電場區(qū)通道與濾袋區(qū)濾袋進(jìn)行穿插式平行布置，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于設(shè)備在濾袋的兩側(cè)布置了開孔集塵板，含塵煙氣在到達(dá)濾袋前首先經(jīng)過了電場區(qū)，將大部分顆粒物通過電場力的作用捕集至集塵板，剩余顆粒物隨煙氣穿過開孔集塵板向?yàn)V袋區(qū)行進(jìn)，最終被濾袋攔截去除，清潔煙氣則從凈氣管排出。運(yùn)行一段時(shí)間后，濾袋進(jìn)行清灰時(shí)其表面的粉塵可再次被開孔集塵板捕集，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，顆粒物去除率可達(dá)99.99%以上，阻力保持在1600～2000Pa[7]。

3 尚待解決的問題

隨著電袋除塵技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，人們對其優(yōu)勢已有共識(shí)，電袋除塵對工況適應(yīng)能力較靜電除塵更強(qiáng)，對除塵受限、運(yùn)行阻力高、配件壽命較短這些弊端都有所解決，不僅提高了總體技術(shù)水平，并且對各種環(huán)境的適應(yīng)能力有所提高。前電減輕了后袋的過濾負(fù)荷，粉塵荷電后，異性相吸，小顆粒凝聚大顆粒；同性相斥，排列有序，塵并結(jié)構(gòu)較為疏松。使后袋的清灰周期延長，過濾阻力有所降低，運(yùn)行能耗也相應(yīng)降低[8]。而且，前電可以作為有效的緩沖空間，能夠?qū)煔鉁囟鹊暮龈吆龅蛦栴}進(jìn)行調(diào)控，四管爆裂等異常工況對后袋的影響進(jìn)行有效減緩。但也在研究使用過程中暴露出一些問題。在電袋之間，均流導(dǎo)電板的設(shè)置必須合理，荷電塵粒碰撞后會(huì)失去電荷，均流板積聚粉塵變成收塵極，容易造成板孔的堵塞，有待進(jìn)一步商榷[9]。前電后袋分別配有高壓電源設(shè)備，低壓電源設(shè)備，兩套控制系統(tǒng)，造成成本、使用費(fèi)用的增加。在工程實(shí)踐中，仍需對以下問題進(jìn)行深入研究。

3.1 如何選擇合適的濾袋

早期應(yīng)用于電袋復(fù)合除塵器的濾袋材料主要是適用于電力行業(yè)溫度不高的條件下，如PPS（聚苯硫醚）、混紡濾料及超細(xì)纖維梯度濾料等；為了改善應(yīng)用條件限制的問題，第二代金屬纖維濾料不僅耐高溫，還具有耐腐蝕性、透氣性好，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。通過對部分電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多除塵器在兩年內(nèi)都發(fā)生了不同程度的破袋問題，究其原因，可能是由于電除塵器產(chǎn)生的O3使煙氣中NO2、SO3等氣體含量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)中氧化及酸腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，引起后置PPS濾袋強(qiáng)度降低導(dǎo)致破袋，因此在選擇濾袋時(shí)需考慮多種因素的影響。另一方面，粉塵荷電對濾料阻力產(chǎn)生了影響，例如在10 kV的電壓下，阻力的增長由快到慢的順序是：滌綸防靜電濾料＞滌綸濾料＞PPS＞P84，因此我們在選擇除塵器的濾料時(shí)，也應(yīng)關(guān)注其導(dǎo)電性。

3.2 如何保證氣流均勻分布

含塵煙氣從煙道經(jīng)電袋復(fù)合除塵器至排出的整個(gè)流程中，大型機(jī)組處理煙氣量大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此電袋復(fù)合除塵器袋區(qū)的氣流分布是一個(gè)難點(diǎn)，對濾袋使用壽命也會(huì)產(chǎn)生較大影響。姚宇平等[10]利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)對濾袋室水平布置和錯(cuò)層布置的氣流分布結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水平布置的電袋復(fù)合式除塵器中由于上升速度大且氣流分布不均，使得濾袋的清灰困難，而錯(cuò)層布置的電袋復(fù)合式除塵器的水平速度氣流更均勻，且沒有出現(xiàn)局部高速，可有效減小濾袋的磨損，延長濾袋使用壽命。

3.3 如何對電場區(qū)進(jìn)行改進(jìn)

傳統(tǒng)的電袋復(fù)合式除塵器通常僅設(shè)單個(gè)電場區(qū)，因此僅有一個(gè)供電單元，當(dāng)該電場區(qū)電源發(fā)生故障時(shí)，電場區(qū)與后置濾袋區(qū)均會(huì)受到影響。為了解決這個(gè)問題，有研究者提出，可以利用小分區(qū)供電的方式提高電場區(qū)可靠性。另外，為滿足含塵煙氣的超低排放要求，有研究者采用高放電性能、高場強(qiáng)的電區(qū)極配型式，以提高荷電量，增強(qiáng)顆粒物凝并效應(yīng)，并最終提高電場區(qū)的粉塵去除率。

總之，對現(xiàn)有電袋復(fù)合除塵技術(shù)的分析結(jié)果表明，雖然電袋復(fù)合除塵技術(shù)結(jié)合了電除塵器和袋式除塵器的特點(diǎn)，充分發(fā)揮兩種除塵器的優(yōu)勢，能夠在一定程度上彌補(bǔ)兩種除塵器的不足，但電袋復(fù)合除塵技術(shù)仍存在許多亟待解決的問題。例如，在如何選擇合適的濾袋，如何保證氣流均勻分布以及如何對電場區(qū)進(jìn)行改進(jìn)等方面，仍需進(jìn)行深入研究。因此，如何合理地融合電除塵和袋式除塵兩種機(jī)理的除塵技術(shù)，改善當(dāng)前電袋復(fù)合式除塵器的不足，進(jìn)一步提高煙氣顆粒物去除率成為當(dāng)下的重中之重。