E-BF復(fù)合式除塵器的性能試驗(yàn)研究與分析

王 會(huì)，孫 玉

(長(zhǎng)春凱希環(huán)保有限責(zé)任公司， 長(zhǎng)春 130033)

E-BF復(fù)合式除塵器的性能試驗(yàn)研究與分析

王 會(huì)，孫 玉

(長(zhǎng)春凱希環(huán)保有限責(zé)任公司， 長(zhǎng)春 130033)

介紹了COHPAC型電袋復(fù)合式除塵器（簡(jiǎn)稱(chēng)E-BF）的特性及應(yīng)用，并通過(guò)工廠(chǎng)內(nèi)的模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了E-BF復(fù)合式除塵器的各種性能，重點(diǎn)討論了預(yù)荷電后的粉塵特性以及荷電粉塵對(duì)后級(jí)布袋除塵器過(guò)濾機(jī)理的影響。

E-BF復(fù)合式除塵器;預(yù)荷電;預(yù)收塵;靜電凝并

1 前言

為了進(jìn)一步減少粉塵排放對(duì)環(huán)境造成的污染，國(guó)家環(huán)?？偩钟?003年12月頒布了新的《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定了第3時(shí)段火力發(fā)電鍋爐煙塵最高允許排放濃度≤50mg/Nm3，并從2004年1月1日起開(kāi)始實(shí)施，這無(wú)疑對(duì)除塵設(shè)備的性能提出了更高的要求。

據(jù)介紹，目前我國(guó)電力行業(yè)采用的除塵設(shè)備中有90%以上是電除塵器，電力行業(yè)是電除塵器的第一大用戶(hù)。但由于多種原因，多數(shù)的電除塵器還不能長(zhǎng)期穩(wěn)定地滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，粉塵超標(biāo)排放造成的環(huán)境污染仍然比較嚴(yán)重。

在上述背景下，我國(guó)的電袋復(fù)合式除塵器（簡(jiǎn)稱(chēng)E-BF）技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，并在電力等行業(yè)率先得到應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，E-BF實(shí)際上就是電除塵器與布袋除塵器的組合（前電后袋），最早由美國(guó)電力研究所（EPRI）開(kāi)發(fā)，在國(guó)外已有近20年的應(yīng)用歷史，是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，但在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用只有5年多的時(shí)間，目前仍處于起步發(fā)展階段。E-BF有分體式和整體式兩種形式，其典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 分體式

圖2 整體式

2 E-BF特點(diǎn)

E-BF充分利用了電除塵器前一、二級(jí)電場(chǎng)除塵效率高（可達(dá)85%以上），以及布袋除塵器對(duì)各種特性粉塵的適應(yīng)性廣，尤其是能有效捕集微細(xì)高比電阻粉塵的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)將電除塵器和布袋除塵器二者的有機(jī)結(jié)合，完全可以保證在布袋濾料的有效壽命周期內(nèi)，粉塵穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。從而有效解決了電除塵器在某些困難工況下不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的困擾，所以E-BF也越來(lái)越受到我國(guó)環(huán)保工作者的關(guān)注。其優(yōu)點(diǎn)還具體表現(xiàn)如下：

（1）當(dāng)煙氣先經(jīng)過(guò)電除塵器時(shí)，煙氣中的粉塵在電場(chǎng)靜電力的作用下充分荷電，然后進(jìn)入布袋除塵器，利用荷電粉塵的氣溶膠和極性效應(yīng)，在濾料表面形成樹(shù)杈形粉塵層。這樣，可以避免微細(xì)粉塵滲透到布袋濾眼中阻塞濾料，使捕集到的粉塵更容易被清除，而且相對(duì)于純布袋除塵器來(lái)講，減小了系統(tǒng)阻力損失。

（2）在極性效應(yīng)作用下，對(duì)微細(xì)粒子，特別是1μm以下的氣溶膠粒子，有很好的捕集效果。

（3）通過(guò)電除塵器的預(yù)除塵后，粉塵濃度大大降低，減輕了高濃度、大顆粒粉塵對(duì)布袋表面的沖刷和磨損，延長(zhǎng)了布袋的使用壽命。同時(shí)可以適當(dāng)提高布袋的過(guò)濾風(fēng)速，減少布袋的設(shè)計(jì)面積，降低投資費(fèi)用。

（4）布袋噴吹清灰周期延長(zhǎng)，實(shí)際應(yīng)用可達(dá)1個(gè)小時(shí)以上，減小了頻繁噴吹對(duì)布袋的損傷，同樣可延長(zhǎng)布袋的使用壽命。

（5）適用范圍廣，尤其是對(duì)電除塵器不適應(yīng)的高比電阻粉塵表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，克服了電除塵器不適應(yīng)高比電阻粉塵的致命缺點(diǎn)。

（6）相對(duì)于電除塵器和布袋除塵器而言，復(fù)合式除塵器不但效率高，而且排放更加穩(wěn)定。

（7）與電除塵器和布袋除塵器相比，B-EF可降低能源消耗達(dá)20%，從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

顯然，E-BF有很多優(yōu)點(diǎn)，但從收塵機(jī)理上分析，粉塵預(yù)荷電和預(yù)收塵技術(shù)是其最顯著的特點(diǎn)之一，對(duì)E-BF的工業(yè)應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用，為了更加準(zhǔn)確了解E-BF復(fù)合式除塵器的特性，下文通過(guò)在工廠(chǎng)內(nèi)模擬COHPAC型E-BF試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行全面分析。

3 試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)裝置的組成

整套試驗(yàn)裝置系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖3。

3.2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)（見(jiàn)下表）

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)首先分析了粉塵粒徑、供電電壓對(duì)除塵效率的影響，以及不同粒徑的粉塵在不同的電壓下對(duì)除塵效率的影響，試驗(yàn)證明：

（1）粉塵粒徑越大，除塵效果越好。在不供電（V=0kV）和供電（V=39kV）兩種情況下，隨著粉塵粒徑從0.8μm增大至10μm，除塵效率明顯提高（可以提高0.6%），這說(shuō)明大顆粒粉塵無(wú)論是在電除塵器還是在布袋除塵器中都更容易被收集（見(jiàn)圖4）。

（2）粉塵粒徑越小，粉塵荷電時(shí)的除塵效率明顯高于粉塵未荷電時(shí)的除塵效率，尤其在對(duì)于粒徑在1μm以下的粉塵，效果非常明顯，效率可以提高0.2%。這主要是由于經(jīng)過(guò)電除塵器荷電以后，帶異性電荷的粉塵相互吸引，產(chǎn)生靜電凝并作用，使微小的超細(xì)粉塵凝并成較大顆粒，在布袋中更容易被捕集。但隨著粉塵粒徑增大至10μm以上時(shí)，粉塵是否荷電對(duì)除塵效率的影響明顯降低（見(jiàn)圖4）。

（3）電場(chǎng)工作電壓越高，除塵效率就越高。當(dāng)電場(chǎng)工作電壓從30kV增加到39kV時(shí)，E-BF的除塵效率從98.81%增加到99.464%，增加了0.346%，效果非常明顯。這主要有兩個(gè)原因：一是電壓的升高增大了粉塵在電除塵器中的驅(qū)進(jìn)速度，二是強(qiáng)化了粉塵的荷電及靜電凝并的效果（見(jiàn)圖5）。

圖4 不同電壓下粉塵粒徑與除塵效率的關(guān)系

圖5 電壓與除塵效率的關(guān)系

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以看出：在阻力損失及脈沖噴吹頻率方面，與單純的布袋除塵器相比，E-BF復(fù)合式除塵器有明顯不同（見(jiàn)圖6）：

圖6 E-BF復(fù)合式除塵器與布袋除塵器阻力損失及噴吹頻率對(duì)比

（1）只有布袋除塵器工作的時(shí)候，當(dāng)阻力第一次達(dá)到160mmAq時(shí)，所用的時(shí)間為90分鐘，此時(shí)開(kāi)始第1次噴吹，以后在達(dá)到同樣的阻力的情況下（160mmAq），噴吹間隔的時(shí)間越來(lái)越短，最終縮短至每30分鐘左右噴吹1次，試驗(yàn)持續(xù)記錄時(shí)間為7小時(shí)20分，共發(fā)生7次脈沖噴吹。

（2）在E-BF復(fù)合式除塵器工作的時(shí)候，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，最高阻力值只有100mmAq，未發(fā)生一次噴吹?？梢?jiàn)，E-BF復(fù)合式除塵器的阻力損失比布袋除塵器減少約40%，脈沖噴吹頻率降低85%左右（試驗(yàn)條件下）。

（3）以上兩點(diǎn)說(shuō)明：E-BF復(fù)合式除塵器整體阻力相對(duì)于單純布袋除塵器而言明顯降低，布袋所需清灰周期也明顯延長(zhǎng)。這是由于前級(jí)電除塵器可以去除85%左右的粉塵，使得進(jìn)入后級(jí)布袋區(qū)的粉塵濃度大大降低，再加上微細(xì)粉塵在異性電荷作用下的靜電凝并和氣溶膠強(qiáng)化作用，以及同極性的粉塵的相互排斥作用，使得吸附在濾袋表面的粉塵層成大顆粒樹(shù)杈狀有序排列（見(jiàn)圖7、圖8），形成了有較好透氣性的粉塵層，減小了布袋的阻力。從而既可以延長(zhǎng)噴吹時(shí)間、減少?lài)姶荡螖?shù)、節(jié)約能耗，又可以減輕頻繁噴吹對(duì)布袋的損害，延長(zhǎng)布袋的使用壽命。這樣也就有效緩解了布袋濾料使用壽命短、更換費(fèi)用高的問(wèn)題。

圖7 未荷電粉塵在布袋表面的分布形態(tài)

圖8 荷電粉塵在布袋表面的分布形態(tài)

通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，與電除塵器以及布袋除塵器相比，E-BF復(fù)合式除塵器的除塵效率更加穩(wěn)定。這是由于受供電參數(shù)波動(dòng)以及振打清灰產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵等因素的影響，電除塵器的除塵效率會(huì)在一定范圍內(nèi)不斷發(fā)生變化。同樣，布袋除塵器也會(huì)因受阻力變化和噴吹的影響，導(dǎo)致除塵效率隨之波動(dòng)。為了對(duì)比更加明顯，本試驗(yàn)采用了質(zhì)量濃度效率和計(jì)數(shù)濃度效率兩種方法進(jìn)行分析，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出（見(jiàn)圖9）：

（1）電除塵器在不同的供電參數(shù)下除塵效率不同，當(dāng)供電參數(shù)從30kV/22mA增加到47kV/50mA時(shí)，按質(zhì)量濃度計(jì)算的除塵效率從92.5%增加到96.0%，按照計(jì)數(shù)濃度計(jì)算的除塵效率從84.5%增加到87.5%，分別增加了3.5個(gè)和3個(gè)百分點(diǎn)（見(jiàn)圖9中電除塵部分），說(shuō)明供電參數(shù)對(duì)質(zhì)量濃度的影響比對(duì)計(jì)數(shù)濃度的影響要大，也就是說(shuō)，粉塵粒徑越小，電除塵器越難收集。

（2）布袋除塵器每次噴吹前后，阻力都會(huì)發(fā)生變化，噴吹后除塵效率會(huì)明顯下降。布袋除塵器經(jīng)過(guò)一次噴吹以后，按質(zhì)量濃度計(jì)算的除塵效率從99.9%下降到98.5%，按照計(jì)數(shù)濃度計(jì)算的除塵效率從99.9%下降到88.5%，分別下降了1.4個(gè)和11.4個(gè)百分點(diǎn)（見(jiàn)圖9中袋式除塵器部分），說(shuō)明布袋阻力的變化對(duì)除塵效率的影響非常大，尤其是對(duì)計(jì)數(shù)濃度的影響，原因是當(dāng)每次噴吹以后，布袋表面被清潔，濾料孔變大，微細(xì)粉塵外逸自然增多。

（3）在E-BF復(fù)合式除塵器中，無(wú)論是在噴吹前還是噴吹后，無(wú)論供電參數(shù)以及阻力如何變化，以質(zhì)量濃度計(jì)算的除塵效率和計(jì)數(shù)濃度計(jì)算的除塵效率都非常穩(wěn)定，可基本保持在99.9%不變（見(jiàn)圖9中E-BF部分），說(shuō)明E-BF復(fù)合式除塵器無(wú)論是對(duì)大顆粒粉塵還是微細(xì)粉塵，同樣具有良好的捕集效果。

圖9 電除塵器、布袋除塵器、E-BF復(fù)合式除塵器效率穩(wěn)定性對(duì)比

4 E-BF復(fù)合式除塵器存在的主要問(wèn)題

E-BF復(fù)合式除塵器如同其他形式的除塵設(shè)備一樣，有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步探索和完善。從其發(fā)展歷史來(lái)看，到目前為止，即使是在美國(guó)、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，E-BF復(fù)合式除塵器的應(yīng)用數(shù)量也非常有限，與傳統(tǒng)的電除塵器以及布袋除塵器相比，在除塵設(shè)備中所占有的比例極小，至今也沒(méi)得到大規(guī)模廣泛應(yīng)用，這主要有以下幾點(diǎn)原因：

（1） E-BF將電、袋兩種不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)、不同除塵機(jī)理的除塵設(shè)備結(jié)合在一起，雖然充分利用了二者的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也把二者各自的缺點(diǎn)帶了進(jìn)來(lái)，這就給設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、管理增加了負(fù)擔(dān)。

（2）在多數(shù)情況下，只要設(shè)計(jì)合理，電除塵器和布袋除塵器都可以達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，并非只有E-BF才能滿(mǎn)足要求。

（3）如果不能有效提高布袋區(qū)的過(guò)濾風(fēng)速，也就是不能有效減少布袋區(qū)的過(guò)濾面積的話(huà)，采用E-BF復(fù)合式除塵器無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的整體投資加大。

（4）如果采用分體式結(jié)構(gòu)，就增加了占地面積和成本；如果采用整體式結(jié)構(gòu)，則需要進(jìn)一步解決電區(qū)和布袋之間的氣流分布以及袋區(qū)的在線(xiàn)檢修能否完全實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。

（5）在某些特殊工況下，例如燃燒劣煤質(zhì)（尤其是坑口褐煤）的鍋爐，其飛灰的粘度大、粒徑細(xì)、煙氣中含水量高，因此帶來(lái)的糊袋、系統(tǒng)阻力增加等問(wèn)題也需要慎重考慮。

（6）前級(jí)電除塵器產(chǎn)生的O3對(duì)后級(jí)布袋濾料壽命的影響還需要進(jìn)一步研究；產(chǎn)生的大量廢棄濾料的處理也尚未有科學(xué)有效的解決方法；會(huì)否造成二次污染，也是一個(gè)值得擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題。

5 應(yīng)用展望

盡管目前對(duì)E-BF復(fù)合式除塵器還存在很多爭(zhēng)議，但是其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)仍值得寄予很大期望。尤其是在電除塵器的改造項(xiàng)目中，當(dāng)電除塵器確實(shí)無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)保要求時(shí)，直接將其改為E-BF復(fù)合式除塵器是一個(gè)比較好的選擇。相信隨著對(duì)E-BF研究的不斷加深以及經(jīng)驗(yàn)的積累，這種新興的除塵設(shè)備一定會(huì)為人類(lèi)的環(huán)保事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

[1] E-BF test &research，Korea Cottrell CO.,LTD./R&D center, 1998.

[2] Jean Bustard etc., TXU Big Brown COHPAC performance improvement with high permeability fabric,US EPA/DOE/EPRI combined power plant air pollutant control symposium,2001.

[3] 舒英鋼，等.電袋復(fù)合型除塵器的應(yīng)用與思考[C].第12屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，167-170.

[4] 黎在時(shí).靜電除塵器[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

Performance Test Study & Analysis on Electrostatic-bag filter(E-BF) Combined Precipitator

WANG Hui, SUN Yu

X701.2

A

1006-5377（2010）04-0041-04

王會(huì)（1974-）,男（漢族），吉林長(zhǎng)春人，1997年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，工程師，現(xiàn)任長(zhǎng)春凱希環(huán)保有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心主任，從事環(huán)保設(shè)計(jì)研發(fā)工作，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴局卫怼?/p>