靜電除塵器發(fā)展

靜電除塵器的發(fā)展趨勢現(xiàn)代社會工業(yè)生產(chǎn)所排放的煙塵嚴重污染了大氣，并影響著人類的健康，因此各國制定愈來愈嚴格的排放標準來保護環(huán)境，各種除塵設備也廣泛地應用于各個不同領域的粉塵排放控制中。靜電除塵器是一種高效的除塵設備，其原理是利用高壓電使電極產(chǎn)生電暈放電，放出自由電子和離子，使塵粒荷電，荷電粉塵在電場力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗從而使煙氣凈化。靜電除塵器具有很多優(yōu)點，例如除塵效率高、阻力低、耗能少;能夠高效收集大流量氣體和高溫或腐蝕性氣體中的粉塵；自動化程度高及維修容易等。因此它被廣泛應用于電站鍋爐、冶煉、水泥等工業(yè)除塵領域?，F(xiàn)在，隨著靜電除塵器的不斷改進，其應用領域也在不斷拓展。1靜電除塵器的種類和基本結構1.1靜電除塵器的種類靜電除塵器按其應用的不同形式可以有不同的分類方式:按照集塵極的幾何形狀可以分為線管型和線板型；按照氣流流動可以分為立式和臥式；按照集塵極上清灰方式可以分為干式和濕式；按照粉塵在靜電除塵器內的荷電方式及分離區(qū)域布置可以分為單區(qū)和雙區(qū)。通常情況下，工業(yè)上較大規(guī)模的靜電除塵采用干式、線板型、單區(qū)臥式靜電除塵器，電暈線采用負電暈放電。1.2靜電除塵器的結構靜電除塵器主要由電極、本體及電氣系統(tǒng)組成，一般結構如圖所示。放電極和集塵極，多數(shù)情況下使用鋼材制造。放電極一般采用框架固定，并用重物拉直，也有直接用重錘懸吊固定的，均需使用絕緣套管支持。放電極制造材料要求有很好的機械強度并能夠防止腐蝕，具有良好的電氣性能，能夠做到低起暈電壓，高擊穿電壓；且放電極應容易清灰。集塵極也要求有較好的電氣性能，使得電場強度和電流密度分布均勻，要求有良好的機械強度和振打性能并能有效防止二次揚塵?，F(xiàn)在集塵極多有不同形狀的溝槽，既提供了極板的強度，又能有效抑制二次揚塵，還提高了電氣性能和振打性能。圖2是幾種現(xiàn)在比較常用的放電極和收塵極的形狀。荷噂區(qū)集生區(qū)荷噂區(qū)集生區(qū)圖1靜電除塵器示意A-單區(qū)靜電除塵器；b-雙區(qū)靜電除塵器1電暈線；2高壓板；3集塵極靜電除塵器本體外殼結構包括振打裝置，收灰裝置，勻流裝置以及箱體等。2靜電除塵器的新結構型式和新應用-芒刺嫉舞優(yōu)線魚骨城-芒刺嫉舞優(yōu)線魚骨城圖2 常見電暈線和板式集塵極幾何外形2.1靜電除塵器的新結構型式傳統(tǒng)靜電除塵技術已經(jīng)非常成熟并產(chǎn)業(yè)化。隨著環(huán)保要求越來越嚴格，某些地區(qū)燃煤鍋爐需要達到的排放要求，研制效率更高、投資更小的靜電除塵器成為新的研究方向。例如研制靜電除塵器各部件的新結構型式，開發(fā)靜電除塵的新技術或與其他除塵方式聯(lián)合除塵的技術。原式靜電除塵器是日本開發(fā)的一種新型靜電除塵專利技術，可用于凈化具有低或高比電阻的粉塵。其粉塵入口濃度可以高達120g/m3，氣體溫度可至520攝氏度，而且此裝置與普通靜電除塵器相比，投資少三分之一，耗電量節(jié)省一半。其電極材料都采用鋼管制作，而它與普通單區(qū)靜電除塵器的不同之處是在放電極后增設了1排由3~5根鋼管組成的輔助電極，輔助電極不但可以收集負電暈放電所引起的帶正電的粉塵，而且可以與收塵板形成均勻電場，有利于除塵。其結構如圖3所示。長芒刺靜電除塵器能在較低運行電壓下產(chǎn)生較高的除塵效率，其電暈極結構如圖所示。向曉東等研究者用實驗證明長芒刺具有較好的除塵性能，因為其具有較高的除塵場強，較好的伏安特性和較強的離子風效應。長芒刺主要應用在寬間距的電除塵器中組成寬間距長芒刺靜電除塵器，它的高效、低阻等優(yōu)越性得到普遍的認可。靜電除塵技術與其他除塵方式組合成的復合式靜電除塵器，克服其中的單一除塵器運行時的不利因素，是一項可行的技術。高速旋風靜電除塵器是具有旋風除塵器和線管式靜電除塵器兩方面特征的復合式除塵器，結構如圖5所示。顆粒在其中受到離心力和靜電力的復合作用而分離，因此它的除塵效率比單一旋風除塵器高，并且能夠捕集粒徑更小的塵粒，而由于入口風速較高，其能夠處理的煙氣量

比線管式靜電除塵器大得多。靜電增強纖維除塵器是另一種復合式除塵器，其結構建立在現(xiàn)有成熟的袋濾式除塵器的基礎上并采取靜電增強方式，結構方案如圖6所示。靜電增強纖維除塵器能夠捕集比普通電除塵器更微細的顆粒，凈化效率也極高，通常超過。與單一靜電除塵器相比，此除塵器對粉塵比電阻適應范圍廣；與普通纖維過濾器相比，此復合式除塵器的煙氣流速高、阻力低、運行費用低，美國電力研究學會研究的緊湊式混合除塵器也屬于此列。靜電增強顆粒層除塵器也具有類似的原理，它具有耐高溫、耐腐蝕、不燃燒，除塵效果不受粉塵比電阻影響的優(yōu)點，一般在高溫環(huán)境下采用。a b圖3原式電除塵器電極布局1—收塵極；2一魚骨形放電極；3—輔助電極圖4 長芒刺電暈極的結構尺寸

圖5靜電旋風除塵器結構形式1—高壓電源：2—出氣管；3—放電極：4—收塵極；5—絕緣子圖6靜電增強纖維過濾除塵的結構形式1—電源：2—預荷電區(qū)：3—金屬網(wǎng)：4一濾料：5一骨架2.2靜電除塵的新應用靜電除塵器不僅應用在除去固體顆粒方面，而且也發(fā)展到除去小液滴和氣體污染物以及微生物領域。霧態(tài)電除塵器是用來除去霧態(tài)液滴的靜電除塵器，因其元件的相似，可以看作是濕式除塵器的一種。霧態(tài)電除塵器一般都是垂直流結構，這與干式除塵器恰好相反。最初的霧態(tài)電除塵器的設計是為了除去硫酸加工期間產(chǎn)生的酸霧，而現(xiàn)在它的應用已經(jīng)拓展到其它酸加工工藝上，可以回收利用酸液；最近也被應用在加工鐵制品所使用的大型焦炭廠，用來處理焦炭烤爐氣中的熏煙或者小液滴來回收焦油等。霧態(tài)電除塵器也被應用在廢舊核燃料的再加工中，在那里霧態(tài)電除塵器成為一種捕集微細放射性顆粒的理想儀器。在這應用中，霧態(tài)電除塵器對比于洗滌器具有回收放射性廢液量減少，因而運輸、儲存（沉積）都變容易的優(yōu)點。用靜電除塵器來除去氣態(tài)污染物是近幾年發(fā)展起來的一個研究方向。除去氣體污染物有幾種方式，其中的一種方法是使用濕式靜電除塵器，其脫除原理是脈沖放電將氣體污染物氧化成溶于水的物質。這種方法在脫硝方面有很大進展，電暈放電下、和水產(chǎn)生不穩(wěn)定化學性質的種類如根、根、根、根等），這些種類的物質在電暈放電時產(chǎn)生，然后與不同NOx反應，主要產(chǎn)生溶于水的HNO2和HNO3，其效果如7圖所示。電流/mA圖7直流負電暈放電電流與NO2的關系在工業(yè)中應用靜電除塵器去除低濃度的H2S、R-SH等臭味物質也取得一定的成果。其除臭原理為：產(chǎn)生的氧化性極強的活性粒子或自由基（臭氧等）在高壓靜電場內氧化臭味物質分子，改變了臭味物質分子的化學結構，變成了沒有特征發(fā)臭基團的物質；從另一角度解釋為電暈輝光放電產(chǎn)生的紫外線、高能電子流以及效應產(chǎn)生的活性粒子或自由基、等離子體在高壓靜電場獲得能量后，與臭味物質分子發(fā)生非彈性碰撞，誘發(fā)效應，改變了臭味物質分子的位移，使得臭味物質分子失去了原有的氣味。使用靜電除塵器，特別是利用高壓靜電產(chǎn)生的等離子體除菌的技術得到研究與應用，一般說來靜電對于除菌有明顯的加速作用，但其應用一般不具有通用的普遍規(guī)律，而且受環(huán)境條件影響較大。脫硫除塵一體化CDSI系統(tǒng)與干式電除塵器配置可用來脫硫除塵，如圖8所示。其原理是通過荷電噴槍將荷電吸收劑如Ca（OH）2顆粒噴入煙道，吸收劑由于表面帶有同種電荷而相互排斥并均勻擴散到煙氣中，大大增強了吸收劑的化學反應活性，降低了脫硫反應所需的滯留時間。而后吸收了SO2的吸收劑同原始煙塵進入電除塵器進行除塵，從而達到脫硫的目的。本系統(tǒng)適用于原有煙氣系統(tǒng)附加脫硫的方案，具有投資少、占地面積小、不增加煙氣系統(tǒng)阻力的特點。圖8脫硫除塵~體化系統(tǒng)］一電除塵器；2一荷電噴槍；3一吸收劑2.3除塵新機理用電凝并除塵器收集亞微米級粉塵的研究在理論和實驗方面都取得了突破性進展。電凝并分為4類：直流電場中異極性荷電粉塵的凝并，直流電場中同極性荷電粉塵的凝并，交變電場中同極性荷電粉塵的凝并以及交變電場中異極性荷電粉塵的凝并。其中，異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是這4種方法中能提高電凝并速率的比較有效的方法，其裝置如圖9所示。粉塵在預荷電區(qū)荷以異極性電荷力作用下產(chǎn)生往復振動，由于顆粒間的相對運動或速度差，以及異性電荷的相互吸力，使得粒子相互碰撞、吸收、凝并，最后在收塵區(qū)被捕集下來。這種電除塵方式具有更高的除塵效率，能夠高效捕集亞微米顆粒，具有很好的發(fā)展前景。圖9電凝并除塵裝置的結構形式1—預荷電區(qū)；2一凝并區(qū)；3一收塵區(qū)無電暈式高溫高壓靜電除塵是一種應用在高溫高壓條件下的除塵技術。具體的工作原理是根據(jù)分子熱物理理論，任何物質在溫度達到臨界發(fā)射溫度后，都能大量地發(fā)射電子；此靜電除塵器采用逸出功率較低的材料做發(fā)射極，在高溫條件下穩(wěn)定地發(fā)射電子，使粉塵荷電，然后使其在強電場下被捕集。在高溫條件下，用電暈所獲得的電流密度相對較小，相應的除塵器體積較大，成本也相應提高。與電暈式靜電除塵不同，電子發(fā)射式電除塵采用陰極材料的熱發(fā)射電流使粉塵荷電，與常規(guī)電暈放電相比，只需較低的電極電壓3KV)即可獲得高出幾個數(shù)量級的電流密度，具有體積小、成本低等優(yōu)點。3.靜電除塵技術發(fā)展動向百年來，靜電除塵已有了較大的變化和發(fā)展。但無論對靜電除塵作了何種改進，最終都沒有脫離傳統(tǒng)鋼質收塵極的模式。如：在清灰方式上對聲波清灰的探索、在供電方式上對脈沖供電技術的研究等。這些改進從一定程度上改善了ESP的性能，但都沒有取得重大的突破。1998年美國Ohio大學的Pasic等人首次提出了膜電除塵器(MESP)A的概念，采用以先進的碳纖維材料編織成的膜作為ESP的收塵極。他們對各種纖維材料編織而成的膜的導電性、潤濕性、阻燃性、抗疲勞強度、伸張彈性及編織密度等性能和清灰方法作了較為全面的研究。在此研究基礎之上，他們又在實驗室模擬了真實運行狀況下這種MESP的收塵效率。研究表明，它完全適合于用來作干式電除塵器的陽極板。他們的研究打破了多年來對ESP研究徘徊不前的局面，有望使ESP產(chǎn)生根本性的變革。相比鋼質極板，膜吸塵極具有許多優(yōu)異的性能,主要體現(xiàn)在9個方面：質輕。十分有利于運輸及安裝上的方便；價廉。對于膜收塵極的成本有待于進一步作出詳細的評估；(3)能捕捉PM2.5級的細粉塵，除塵效率高。(4)因為膜陽極板沒有加強筋，所以對流場的干擾較小，大大減少了局部渦流的產(chǎn)生，這就減少了二次飛揚的產(chǎn)生；(5)而且因為沒有加強筋，所以兩極的間距就可縮小，可使干式ESP的體積減?。荒透g；靈活多樣的清灰方式，如：拉載荷方法、sonichorn氣動喇叭清灰方法等；在同樣大小的外力作用狀況下，其剪切應力比鋼板的大4倍以上，所以，若用拉載荷方法清灰，則只要施加很小的外力便可使所積灰層產(chǎn)生較大的應變，這樣積灰層就以較大的塊狀掉下，大大減小了二次飛揚；也可用來改造原來鋼質陽極板的ESP。其中耐腐蝕的優(yōu)點，對濕式ESP更具有吸引力,因為鋼質收塵極板在濕法條件下，將被嚴重腐蝕，所以很難利用脈沖電暈技術同時實現(xiàn)脫硫、脫硝?？梢?，若采用這種膜作為收塵的陽極板，在ESP中同時實現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝一體化將成為可能。MESP將是該領域研究與開發(fā)的縱深方向。這是因為混合式MESP具有很高的除塵效率,同時還能有效去除SO2、NOx、重金屬等有害物質，為在ESP中同時實現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝的一體化技術開辟道路。靜電除塵技術研究目的在于提高電除塵器的效率，同時要盡可能減輕其重量，降低成本。電除塵技術發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：31.加強靜電除塵技術基礎理論研究靜電除塵理論落后于應用實踐。早在1982年美國學者懷特就明確指出：“電除塵技術還遠遠沒有被充分認識，還有許多現(xiàn)象不可理解，不可預計，實踐還只能依靠經(jīng)驗?！背龎m過程是一個復雜的物理過程，該過程在三維空間中同時相互作用，涉及許多科學領域。如應用物理、化學、機械、電子學、流體力學等。還有許多基礎的理論尚未被人們了解今后除塵理論主要研究方向有：電除塵收集理論研究。如除塵效率理論公式，驅進速度計算，粒子荷電行為等。目前僅就單一因素或假設簡化的條件進行研究，尚水能闡明集塵的全部過程。例如，在假設條件下的驅進速度的計算結果和實際值相差幾倍甚至十幾倍，且不能判明誤差癥結之所在。因此，這方面值得研究。針對某一類新除塵技術理論研究。如離心脈沖靜電分離技術研究其分離機理，速度分布，濃度分布，顆粒運動規(guī)律，設計優(yōu)化理論等。電除塵設計參數(shù)與煙塵性質之間關系定量研究。對于不同煙塵性質、粉塵性質、板線本配置、電場強度、電場速度等的選擇，尚無定量的方法，缺乏針對性的令人信服的依據(jù)等。3.2、研究開發(fā)新型高效靜電除塵器靜電除塵器雖有板式和管式，臥式和立式，頂打和側打之分，且結構形式多種多樣，但其結構還不很理想，如存在二次揚塵、串流和氣流分布不均等問題。隨著環(huán)保要求越來越高,排放控制越來越嚴格，開發(fā)新型電除塵器，降低投資，提高效率是當務之急。主要從以下兩個方面進行研究。開發(fā)高流速電除塵器常規(guī)電除塵器，電場風速為1m/s左右。電除塵效率高，阻力小，但造價高。如果電除塵器在維持原有效率的同時能大幅度提高電場風速(提高4?6m/s以)，即采用所謂高流速電除塵器，則有可能在大減少其體積和造價，一定是很有吸引力。電除塵器本體結構完善創(chuàng)新繼續(xù)開發(fā)一些新型結構電除塵器，克服缺點和不足，使其盡快推廣應用。如房式、透鏡電極、橫向電極、移動電極、輕質電除塵器、超高壓寬間距除塵器等。研究提高供電水平提高電除塵器的效率，也可以通過提高供電水平來實現(xiàn)，這是一種經(jīng)濟簡便的方法。提高供電水平，從以下四個方面進行研究。進一步開發(fā)脈沖供電技術。主要研究脈沖供電與本體匹配關系、控制方式、脈沖供電參數(shù)優(yōu)化等。利用最新微機實現(xiàn)ESP管理現(xiàn)代化。研究采用變極性代電技術來提高防法效率。進一步開發(fā)中高頻電源供電，使其實用化。開拓電除塵應用新領域如針對燃煤鍋爐產(chǎn)生SO2和粉塵實際情況，應用電除塵將除塵和脫硫脫硝結合起來，提高效率，降低成本。1998年國務院批準了國家環(huán)?？偩帧端嵊昕刂茀^(qū)和二