淺談布袋除塵器與靜電除塵器的比較

范程

【摘 要】近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，以原煤為燃料的電廠鍋爐增加很多，燃煤鍋爐排放的煙塵是造成大氣污染的主要因素之一，減少大氣污染的根本措施就是減少有害物質(zhì)向大氣的排放。目前國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)趨于嚴(yán)格，對(duì)污染物排放征收的費(fèi)用和要求也越來越高。過去只要達(dá)標(biāo)就可以免交排污費(fèi)，而且排放標(biāo)準(zhǔn)要求也比較低，電廠相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。現(xiàn)在排放標(biāo)準(zhǔn)提高了，采用靜電除塵器達(dá)標(biāo)就相對(duì)比較困難，而且即使達(dá)標(biāo)了，也會(huì)對(duì)污染物征收排放費(fèi)。因此，燃煤電廠在選擇鍋爐煙氣除塵技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適用性和社會(huì)性等方面的影響。除塵技術(shù)的確定受到當(dāng)?shù)貤l件、現(xiàn)場(chǎng)條件、燃燒煤種特性、排放標(biāo)準(zhǔn)和需要達(dá)到的除塵效率等多種因素的影響。本文對(duì)針對(duì)目前環(huán)保要求、污染物排放費(fèi)用的征收情況，根據(jù)布袋除塵器和靜電除塵器在原理上、性能上的差異及應(yīng)用的實(shí)際情況，對(duì)兩種除塵器的基本性能做一個(gè)簡(jiǎn)單客觀的對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】除塵器；分類；布袋除塵器；靜電除塵器；比較

1.除塵器的分類

除塵器可分為兩大類：

（1）干式除塵器：包括重力沉降室、慣性除塵器、電除塵器、布袋除塵器、旋風(fēng)除塵器。

（2）濕式除塵器：包括噴淋塔式、沖擊式除塵器、文丘里洗滌劑、泡沫除塵器和水膜除塵器。

目前在燃煤電廠常見的運(yùn)用最多的是靜電除塵器與布袋除塵器，下面主要對(duì)這兩種除塵器進(jìn)行比較論述。

2.工作原理

2.1布袋除塵器的工作原理

含塵氣體由灰斗上部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入后，在擋風(fēng)板的作用下，氣體向上流動(dòng)，流速降低，部分大顆粒粉塵由于慣性力的作用被分離出來落入灰斗。含塵氣體進(jìn)入中箱體經(jīng)濾袋的過濾凈化，粉塵被阻留在濾袋的外表面，凈化后的氣體經(jīng)濾袋口進(jìn)入上箱體，由出風(fēng)口排出。隨著濾袋表面粉塵不斷增加，除塵器進(jìn)出口壓差也隨之上升。當(dāng)除塵器阻力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。首先電磁閥接到信號(hào)后立即開啟，使小膜片上部氣室的壓縮空氣被排放，由于小膜片兩端受力的改變，使被小膜片關(guān)閉的排氣通道開啟，大膜片上部氣室的壓縮空氣由此通道排出，大膜片兩端受力改變，使大膜片動(dòng)作，將關(guān)閉的輸出口打開，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)由輸出管和噴吹管噴入袋內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清灰。當(dāng)控制信號(hào)停止后，電磁閥關(guān)閉，小膜片、大膜片相繼復(fù)位，噴吹停止，脈沖閥是脈沖袋式除塵器的關(guān)鍵部件。

2.2靜電除塵器工作原理

靜電除塵器由平行布置的集塵電極（陽極）組成，集塵電極通過除塵器的外殼與大地連通接地，集塵電極之間形成通道，而要凈化的鍋爐煙氣流經(jīng)這些通道。在集成電極之間布置高壓框架，框架中裝有放電極（陰極），是以細(xì)金屬絲或金屬片并帶有芒刺組成，并和高壓供電系統(tǒng)連接，有絕緣子支架，在放電極的緊鄰區(qū)域存在著極高強(qiáng)度的電壓，由于暈電壓排放的結(jié)果，導(dǎo)致形成帶負(fù)電荷的氣體離子，在放電電極和集塵電極之間的電場(chǎng)作用下，帶負(fù)電的氣體離子偏移到帶正電的集塵電極上，這樣就形成了一個(gè)極小的電流（暈電流）?；覊m粒子因而受到部分氣體離子的作用同樣帶上負(fù)電，自由移向集塵電極。有以上方式積聚在集塵電極上的細(xì)顆粒粉塵通過一個(gè)振打脫塵系統(tǒng)，使粉塵掉落在靜電除塵器底部的粉塵漏斗中。

3.除塵效率

眾所周知，布袋除塵器比靜電除塵器有更高的除塵效率，尤其對(duì)人體有嚴(yán)重影響的重金屬粒子及亞微米級(jí)塵粒的捕集更為有效。通常除塵效率可達(dá)99.99以上，排放煙塵濃度能穩(wěn)定低于50mg/Nm3，甚至可達(dá)10mg/Nm3以下，幾乎實(shí)現(xiàn)零排放。從目前電力行業(yè)燃煤鍋爐應(yīng)用的情況來看，布袋除塵器的排放能保證在30mg/Nm3以下。

隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高和越來越多的電廠燃用低硫煤（或者經(jīng)過了高效脫硫），就電除塵器而言，即使達(dá)標(biāo)也變得越來越困難。而布袋除塵器其高效的過濾機(jī)理決定了它不受燃燒煤種物化性能變化的影響，具有穩(wěn)定的除塵效率。針對(duì)目前國(guó)家環(huán)保的排放標(biāo)準(zhǔn)和排放費(fèi)用的征收辦法，布袋除塵器所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。

4.系統(tǒng)變化對(duì)除塵器的影響

燃煤電廠的煤種相對(duì)穩(wěn)定，但也不能避免遇到煤種或煤質(zhì)發(fā)生變化的時(shí)候；鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)常變動(dòng)和調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，因此從鍋爐中出來的煙氣物化性能、煙塵濃度、溫度等參數(shù)也不能保證不發(fā)生變化。這一系列的變化，針對(duì)不同的除塵器會(huì)引起明顯不同的變化。下面從主要的幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比：

4.1送、引風(fēng)機(jī)風(fēng)量不變，鍋爐出口煙塵濃度變化

對(duì)布袋除塵器：煙塵濃度的變化只引起布袋除塵器濾袋負(fù)荷的變化，從而導(dǎo)致清灰頻率改變（自動(dòng)調(diào)節(jié)）。煙塵濃度高濾袋上的積灰速度快，相應(yīng)的清灰頻率高，反之清灰頻率低，而對(duì)排放濃度不會(huì)引起變化。

對(duì)靜電除塵器：煙塵濃度的變化直接影響粉塵的荷電量，因此也直接影響了靜電除塵器的除塵效率，最終反映在排放濃度的變化上。通常煙塵濃度增加除塵效率提高，排放濃度會(huì)相應(yīng)增加；煙塵濃度減小除塵效率降低，排放濃度會(huì)相應(yīng)降低。

4.2鍋爐煙塵量不變，送、引風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化

對(duì)布袋除塵器：由于風(fēng)量的變化直接引起過濾風(fēng)速的變化，從而引起設(shè)備阻力的變化，而對(duì)除塵效率基本沒有影響。風(fēng)量加大設(shè)備阻力加大，引風(fēng)機(jī)出力增加；反之引風(fēng)機(jī)出力減小。

對(duì)靜電除塵器：風(fēng)量的變化對(duì)設(shè)備沒有什么太大影響，但是靜電除塵器的除塵效率隨風(fēng)量的變化非常明顯。若風(fēng)量增大，靜電除塵器電場(chǎng)風(fēng)速提高，粉塵在電場(chǎng)中的停留時(shí)間縮短，雖然電場(chǎng)中風(fēng)擾動(dòng)增強(qiáng)了荷電粉塵的有效驅(qū)進(jìn)速度，但是這不足以抵償高風(fēng)速引起的粉塵在電場(chǎng)中駐留時(shí)間縮短和二次揚(yáng)塵加劇所帶來的負(fù)面影響，因此除塵效率降低非常明顯；反之，除塵效率有所增加，但增加幅度不大。

4.3溫度變化

對(duì)布袋除塵器：煙氣溫度太低，結(jié)露可能會(huì)引起“糊袋”和殼體腐蝕，煙氣溫度太高超過濾料允許溫度易“燒袋”而損壞濾袋。但是如果溫度的變化是在濾料的承受溫度范圍內(nèi)，就不會(huì)影響除塵效率。引起不良后果的溫度是在極端溫度（事故/不正常狀態(tài)）下，因此對(duì)于布袋除塵器就必須設(shè)有對(duì)極限溫度控制的有效保護(hù)措施。

對(duì)靜電除塵器：煙氣溫度太低，結(jié)露就會(huì)引起殼體腐蝕或高壓爬電，但是對(duì)除塵效率是有好處的；煙氣溫度升高，粉塵比電阻升高不利于除塵。因此煙氣溫度直接影響除塵效率，且影響較為明顯。

4.4煙氣物化成分（或燃燒煤種）變化

對(duì)布袋除塵器：煙氣的物化成份對(duì)布袋除塵器的除塵效率沒有影響。但是如果煙氣中含有對(duì)所有濾料都有腐蝕破壞的成分時(shí)就會(huì)直接影響濾料的使用壽命。

對(duì)靜電除塵器：煙氣物化成份直接引起粉塵比電阻的變化，從而影響除塵效率，而且影響很大。影響最為直接的是煙氣中硫氧化物的含量，通常硫氧氣化物的含量越高，粉塵比電阻越低，粉塵越容易捕集，除塵效率就高；反之，除塵效率就低。另外煙塵中的化學(xué)成分（如硅、鋁、鉀、鈉等含量）的變化也將引起除塵效率的明顯變化。

4.5氣流分布

對(duì)布袋除塵器：除塵效率與氣流分布沒有直接關(guān)系，即氣流分布不影響除塵效率。但除塵器內(nèi)部局部氣流分布應(yīng)盡量均勻，不能偏差太大，否則會(huì)由于局部負(fù)荷不均或射流磨損造成局部破袋，影響除塵器濾袋的正常使用壽命。

對(duì)靜電除塵器：靜電除塵器非常敏感電場(chǎng)中的氣流分布，氣流分布的好壞直接影響除塵效率的高低。在靜電除塵器性能評(píng)價(jià)中，氣流分布的均方根指數(shù)通常是評(píng)價(jià)一臺(tái)靜電除塵器的好壞的重要指標(biāo)之一。

4.6空氣預(yù)熱器及系統(tǒng)管道漏風(fēng)

對(duì)布袋除塵器：對(duì)于耐氧性能差的濾料會(huì)影響布袋壽命，比如：RYTON濾料，但是除塵效率不受影響。由于混入冷風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量增加導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加。

對(duì)靜電除塵器：設(shè)備阻力無明顯變化，但是系統(tǒng)風(fēng)量增加提高了電場(chǎng)風(fēng)速對(duì)除塵效率有影響。

5.運(yùn)行與管理

布袋除塵器與靜電除塵器是兩種完全不同的除塵設(shè)備，在運(yùn)行和管理上也有很大的不同之處，下面就針對(duì)一些基本問題做一些對(duì)比：

5.1運(yùn)行與管理

對(duì)布袋除塵器：運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡(jiǎn)單，沒有高電壓設(shè)備，安全性好，對(duì)除塵效率的干擾因素少，排放穩(wěn)定。由于濾袋是布袋除塵器的核心部件，是布袋除塵器的心臟，且相對(duì)比較脆弱、易損，因此設(shè)備管理要求嚴(yán)格。

對(duì)靜電除塵器：運(yùn)行中對(duì)除塵效率的干擾因素多，排放不穩(wěn)定；控制相對(duì)較為復(fù)雜，高壓設(shè)備安全防護(hù)要求高。由于靜電除塵器均為鋼結(jié)構(gòu)，不易損壞，相對(duì)于布袋除塵器，設(shè)備管理要求不很嚴(yán)格。

5.2停機(jī)和啟動(dòng)

對(duì)布袋除塵器：方便，但長(zhǎng)期停運(yùn)時(shí)需要做好濾袋的保護(hù)工作。

對(duì)靜電除塵器：方便，可隨時(shí)停機(jī)。

5.3檢修與維護(hù)

對(duì)布袋除塵器：可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)檢修，即在線維修。

對(duì)靜電除塵器：檢修時(shí)一定要停機(jī)

6.設(shè)備投資

作為用戶，最為關(guān)心的是除塵器的投資問題，下面就針對(duì)兩種除塵器在不同條件下的投資情況做一個(gè)對(duì)比：

（1）對(duì)于常規(guī)的煙氣條件和粉塵（主要是指比較適合靜電除塵器的煙氣），兩種除塵器排放濃度要達(dá)到目前的環(huán)保要求（50mg/m3），初期投資布袋除塵器比靜電除塵器約高20%-30%左右。

（2）對(duì)于低硫高比電阻粉塵、高SIO2、AL2O3類不適合靜電除塵器捕集的粉塵，兩種除塵器要達(dá)到目前的環(huán)保要求（50mg/m3）初期投資靜電除塵器和布袋除塵器相當(dāng)或靜電除塵器投資高些。

對(duì)于采用典型的煤種的鍋爐，如準(zhǔn)格爾煤田和勃海灣煤田的煤種，靜電除塵器投資比布袋除塵器高。

（3）通常條件下達(dá)到相同的除塵效率或者說達(dá)到相同的排放濃度，靜電除塵器的投資通常要比布袋除塵器的投資高。目前除塵器市場(chǎng)價(jià)格為：

對(duì)布袋除塵器：每臺(tái)除塵器投資約2000萬元，保證排放濃度<30mg/Nm3以下。

對(duì)靜電除塵器：按五電場(chǎng)，配備高頻電源，保證排放濃度<50mg/Nm3，每臺(tái)除塵器投資約2500萬元。

7.運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用是對(duì)除塵器經(jīng)濟(jì)性分析的重要依據(jù)，下面就針對(duì)兩種除塵器的運(yùn)行費(fèi)用做一個(gè)對(duì)比：

7.1運(yùn)行能耗

對(duì)布袋除塵器：風(fēng)機(jī)能耗大，清灰能耗小。

對(duì)靜電除塵器：風(fēng)機(jī)能耗小，電場(chǎng)能耗大。

但是，總體來講兩種除塵器的電耗相當(dāng)。對(duì)于靜電除塵器難以捕集的粉塵，或者說當(dāng)靜電除塵器的電場(chǎng)數(shù)量超過4電場(chǎng)時(shí)，靜電除塵器的能耗比布袋除塵器的要高，也就是說此時(shí)的靜電除塵器運(yùn)行費(fèi)用要比布袋除塵器高。如果按照已出臺(tái)的新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，靜電除塵器要是做到達(dá)標(biāo)話，必定是采用4電場(chǎng)以上的靜電除塵器，其電耗也就一定比布袋除塵器高。

7.2維護(hù)費(fèi)用

布袋除塵器的維護(hù)檢修費(fèi)用主要是濾袋更換費(fèi)，從目前實(shí)際運(yùn)行情況來看，一次濾袋的更換費(fèi)用只需要1.5-2年排污費(fèi)比靜電除塵器的少繳部分就可以抵償。

靜電除塵器的維護(hù)維修費(fèi)用主要是對(duì)陽極板、陰極線和振打錘等的更換等。此項(xiàng)費(fèi)用較高，但年限比較長(zhǎng)，約6年左右。

7.3經(jīng)濟(jì)效益分析

實(shí)際運(yùn)行中布袋除塵器的排放濃度約是靜電除塵器的1/10，因此，電廠采用布袋除塵器實(shí)際交繳的排污費(fèi)也為靜電除塵器排污費(fèi)的1/10左右。如果按照目前國(guó)家征收排污費(fèi)的情況來看，采用布袋除塵器后每爐/每年的排污費(fèi)少繳部分是相當(dāng)可觀的，至少上百萬到幾百萬元。另外，布袋除塵器有約5%左右的脫硫效率；這同樣可以減少電廠二氧化硫的排污費(fèi)。

8.結(jié)論

總之，新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)以后，靜電除塵器要想做到達(dá)標(biāo)排放，就必須采用4電場(chǎng)以上的除塵器。此時(shí)靜電除塵器的初期投資已經(jīng)比布袋除塵器高，同時(shí)4電場(chǎng)以上的靜電除塵器（或者4電場(chǎng)的高比積塵面積）運(yùn)行電耗要比布袋除塵器的高很多。因此在新的環(huán)保要求下，靜電除塵器即使達(dá)標(biāo)，其初期投資和運(yùn)行費(fèi)用都比布袋除塵器高。另外，靜電除塵器的排放濃度總是在布袋除塵器的10倍左右，目前新的排污費(fèi)制度下，即使達(dá)標(biāo)了也要對(duì)排放粉塵量進(jìn)行收費(fèi)，因此兩種除塵器即使達(dá)標(biāo)以后，靜電除塵器又比布袋除塵器讓電廠多支出了一筆費(fèi)用。加之近期在全國(guó)范圍內(nèi)出現(xiàn)大面積的嚴(yán)重霧霾天氣，各地方已經(jīng)采取多種措施應(yīng)對(duì)，后期國(guó)家或?qū)⒃贂?huì)出臺(tái)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、措施嚴(yán)控大氣污染。因此，布袋除塵器、電袋復(fù)合形式的除塵器或?qū)⒊蔀槿济弘姀S粉塵控制的首選設(shè)備。

【參考文獻(xiàn)】

[1]燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵工程技術(shù)規(guī)范 DL/T1121-2009.

[2]火電廠除塵工程技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）.

[3]火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB13223-2011.