国内外除尘技术进展-静电除尘

国内外除尘技术进展-静电除尘前言：在当今社会中，人类不断的在扩大生产规模，环境污染日益严重，包括:水资源污染、空气污染、噪音污染、垃圾污染、可再生资源污染等等，而对空气造成破坏的罪魁祸首就是粉尘。根据资料显示，全球一年中混入空气的各类污染物质加起来总共有6亿多吨，其中粉尘占的比重就达到了16%⑴。而如此之多的粉尘是从何而来的呢?在全国乃至全世界都存在许多产生粉尘污染的因素，包括煤炭的使用和无节制地开采、电为系统、化工厂所、造纸行业等，它们都涉及粉尘的排放。工业粉尘如此肆无忌俾地排向大气中，不仅会危害人体的健康，更会造成大自然系统的失衡，资源的流失，其结果是极其严重的。而现如今，大部分地区陷入雾寮的笼罩之下，环境保护己经刻不容缓了。为了减少工业粉尘向大气中的投放，提高空气质量，各种样式的除尘装置因运而生，它们为空气治理提供了不少保障。由于除尘装置的多样性，可根据除尘理念的区别，分为湿式除尘器、旋风除坐器、沉降室、过滤式除尘器等，它们分别是利用水、颗粒自身的重力、各种过滤材料等手段来进行除尘，其中以静电除尘器的应用最为广泛，其原理则是利用静电场力的作用来除尘的。1除尘器简介除尘器是将含尘气体里的粉尘分离出来，留下粉尘颗粒而排出干净气体的设备。除尘器的工作原理都是以对粉尘的作用力为理论依据，根据力的性质的不同，除尘器的种类也各式各样。工程除尘中常用的除尘器大多都是依靠各种作用力从含尘气体中过滤掉粉尘颗粒的，根据作用力的不同可以分为以下四种：机械除尘器、沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。沉降室利用的是重力作用力，也就是地球对物体的吸引力，在重力的作用下含尘气体中的粉尘在沉降室中会逐渐地被分离出来；惯性除尘器是利用惯性作用力分离粉尘的，惯性作用力是指给物体赋予加速度时，物体本身的惯性力会使物体保持原有的运动状态，在相同的作用力下，惯性小的物体得到的加速度比惯性大的物体大，会更容易改变运动状态，这对粉尘分离来说是有利的；旋风除尘器利用的是离屯、力，离也力也是一种惯性力，但是是以圆周运动为方式来产生背离中也的作巧力，这类除尘器是根据物体在旋转过程中质量越大旋转速度越快，使得大颗粒粉尘会获得较大的离也力的原理进行除尘的。袋式除尘器⑵的除尘机理是主要以过滤为手段的，粉尘从超细微粒到较粗颗粒的粒径大小是按一定的曲线分布的。虽然过滤用的布纤维间的孔隙也许大于100mm，但这种滤布却能捕集到微米颗粒，原因是会有重力、碰撞、钩附现象和静电吸引的影响。当含尘气体通过滤布时，粒径较大的颗粒会直接被滤布阻搜住，而有些细小颗粒的粒径是没有滤布的缝隙大的，这些微粒会在自身的重力作用下沉降，也会因为惯性作用为与滤布的纤维碰撞躲开孔隙，亦或者被滤布纤维钩住依附在滤布表面⑶。当然，也有一部分会在以上作用后仍随气流一起排出滤布，这也是袋式除尘器除尘效率无法有效提高的重要原因之一。湿式除尘器俗称"水除尘器"，其原理是让含尘气体与水接触，利用水滴与粉尘颗粒的碰撞力，或者是水和粉尘混合后使粒径增大时补集到粉尘颗粒，再经过水尘分离达到除尘目的。因为水滴与气流之间有相对运动，并且水滴周围有气膜的作用，所以在气体与水接触时空气可轻松绕过水滴并排出，但粉尘颗粒会受惯性作用力保持原有运动导致与水滴进行碰撞，送样一般范围内的粉尘都会与水滴进行碰撞，并在水膜的作用下相互粘连成大颗粒被收集。粉尘的重量、颗粒大小与水滴的相对速度越大，碰撞效率就越高。实验与生产经验表明由于亲水性颗粒很容易通过水膜，导致亲水性颗粒比疏水性颗粒要容易捕集。为了提高对疏水性颗粒和细小颗粒的捕集效率，可以通过往水中加入一些溶剂来提高除尘效率。第四种电除尘器是靠静电作用力来分离粉尘的，也就是静电除尘器。2我国烟气除尘技术现状目前我国电除尘器的生产规模和使用数量均居世界首位，电除尘技术接近世界先进水平。布袋除尘器的技术核心在于滤料，随着材料科技的不断进步，袋式除尘技术得到广泛应用。电袋复合除尘技术是基于静电除尘和袋式除尘两种成熟的除尘理论，由我国自行研发提出的新型除尘技术，近几年已在多家电厂成功应用。我国火电厂各除尘方式所占比例如下图：3静电除尘器静电除尘器外形如下图所示，是由外壳、电极板、灰斗、供电装置等部分组成的，是利用静电力来实现对气体中的各式颗粒进行分离的一种高效除尘装置，含尘气体通过电场后由于放电使粉尘荷电，并在电场的作用下，使荷电粉尘在库仑力的影响下沉积在集尘机上，从而将粉尘从含尘气体中剥离出来。静电除尘器现如今已广泛应用于煤炭加工、化工厂所、造纸、火电等行业，与其他除尘器的原理相比较，高皮静电除尘器的作用力直接作用于粒子上，而不是整个含尘气体，这就意味着它具有别的除尘器所没有的耗能小、效率高等特点［4］因为作用在颖粒上的库仑力（静电力）比较大，所以即使是细小到亚微米的颗粒也能有效捕集。静电除尘器的主要优点是:压力损失小，一般为200?500Pa；处理烟气量大,一般105To6m3/h；能耗低，大约0.2-0.4Wh/1000m3；对细小颗粒也有很高的捕集效率，可高达99%。3.1静电除尘技术的发展状况早在十八世纪时，静电力就已经被人们所发现，在1820年的时候首个静电沉积装置就已问世了。在1824年一位来自德国莱比锡市的数学教师霍尔菲德尔指出了电可以使烟粒沉淀，这便是静电除尘概念的首次问世。1883年，英国物理学家浓洛奇爵士在其从事静电研究工作时在《自然》杂志中发表了一遍关于静电应用的论文，他在论文中提到；受污染的烟尘气体是可以通过静电作用来净化的。1906年科特雷尔在美国伯克利加州大学通过实验验证了静电力确实能对含尘气体做出净化过滤，他在不断的努力之下，终于研究出了其处理的工艺手段并应用于工业用途，故此称为科特雷尔型工业电除尘装置。1907年的时候，首台静电除尘器在美国旧金山建造完成，并在工业现场对95L/S的烟尘进行处理并成功了。到如今，电除尘技术的发展过程形成了"理论研究一一试验一一应用，，这一无限循环过程。由于全球范围内的环保工作已经全面展开了，人们通过各种渠道在不断地开发可应用能源，这促使着电除尘器设备的不断升级更新，应用面也广阔起来，技术和设备更是趋向于高端化。究其演变过程可以归结为：集尘板从管桶式到平板式；气流流动方向从垂直到水平；电晕丝从细金属丝到螺旋线或星形线再到银齿芒刺；振打方式从顶部振打到侧部振打；极板间距从窄间距到常规间距再到宽间距；结构形式是从直立式到板卧式；供电设各也由一开始的感应电机到机械整流器到电子管整流器到砸整流器再到桂整流器；升压手段由手动变皮器到电磁放大器到可控珪再到脉冲供电⑸。电除尘器的应用范围已经涵盖了整个工业领域，除尘方式根据现场环境与粉尘类别判断可以是干式的，也可以是湿式或者电除尘式的。截止今日，电除尘技术的理论基础己经比较完善了，但由于受到烟气中恶劣环境的影响，总是处于理论研究和经验工程的范畴，它涉及到多类学科：电物理学科、化学工程学科、电气工程学科和机械工程学科等。要想保证电除尘器的优良运行就要看设计的严谨程度、控制精度、器材质量等的优劣性。在自古来的近百年中，静电除尘器通过不断变化来完成粉尘治理的需要，而且起着越来越重要的作用，今后的发展趋势也将是大力发展针对火电厂和冶炼厂等大型工业厂的复杂环境下仍能高效工作的除尘设备⑹。静电除尘器必将会遵循以下几个原则来适应市场的：1)发展新型结构，以降低静电除尘器的空间占用率还有消耗钢铁等材料为主，减少初期投入资本。2)多开发些可用于高浓度气体除尘和低排放浓度的特殊除尘器，针对高比电阻粉尘设计出相对应的电除生器。3)重点发展可以对细小到亚微米的颗粒进行高效除尘的静电除尘器。4)将静电除尘器酷合其他除尘方式一起使用，将会大大提高除尘器的应用范围。5)开拓静电除尘的应用范围，比如可以在除尘的同时，一并将气体污染物与粉尘吸附着除去，去除某些气体污染物。6)静电除尘器的高皮供电设备也在不断地进化，相信在不久的以后会发展出一种更经济安全的供电方式和设备。7)除尘设备会越来越智能化，自动化水平也会越来越完善。国外高压静电除尘技术的发展过程及现状自从1907年，科特雷尔首次将静电除尘技术应用到工业烟气的净化中，并获得成功后，到今天，静电除尘技术己经广泛应用于钢铁工业、冶炼工业、火电工业、化学工业等甚至所有领域。据资料统计，从1955年起到如今，静电除尘器在工业烟气的处理量上大致为指数增长形势，如今对环境保护的要求更是严苛，可以预想到静电除尘器将会得到更广阔的应用和发展。美国在1963年便提出了洁净空气法(CleanAirAct),之后又在1970年、1975年和1977年进行了好几次地修改，直至在1990年时洁净空气法己经成为一部直到目前为止国际上最严格、最详细的法规，并成功通过国会认定。美国同时也颁布了其本国的环境空气质量的标准 (NAAQS),国家有害污染物的排放标准(NE-SNAPS)和新污染源性能的标准(NSPS)等，这些标准严格地束缚了污染物的排放，而且只会不断严格起来。德国的要求是，每类工业污染物的排放不得超过50mg/m3,而在提出这项要求后没多久便发布的17BlmSchV标准中，它对每日的排放浓度也做了要求即平均不能超过10mg/m3,每半小时的巧敞浓度平均不超过30mg/m3。也正是因为这一系列高要求的排放规定，使得德国本土的的粉尘排放量在逐渐下降，从60年代到如今共下降了约65%,而且还在持续下降着，其大气中的总悬浮物(TSP)浓度也下降到了约65%。在日本的规定中，燃煤电厂所排放的粉尘浓度不得大于30mg/m3,而且是在净化过后的，在城区周围的要求就更加严格，与燃油电厂类似，其浓度不得超过10mg/m3o从以上各国对环境保护做出的对策可以看出，如果严格依照发达国家的排放标准来规定，各大工厂的上方将是不见烟尘的⑺。根据来自美国的R.W.Meilvaine报道，1992年全球电除尘器和袋式除尘器的市场情况如表L1所示。表LI【判2年除尘嚣的南场金额（百万美元）美国欧洲『非洲亚洲总计电除尘器1500500120024蠲袋式除尘据300700700220A合计1400】3州恻。表L1中的两种除尘器是最为广泛应用的除尘器，它们的销售总额在46亿美元左右。两者的市场应用量大致相等，但是在亚洲市场中电除尘器的应用更为普遍，而在美国市场中袋式除尘器则占到了首位。随着对环境的保护日益增强，一些有害气体例如SO、NO化等也收到了严格控制。如今国外在不断发展一种有害气体与粉尘颗粒同反收而设备，分别向有害气体进行喷雾吸收对粉尘进行静电除尘，两不耽误，也是空气净化设备的发展趋势。而意大利、日本与中国也都在不断尝试中，纷纷于近年来对静电除尘器采取了脉冲供电方式，能一并吸收空气中的SO,也得到了不错的成果。国内静电除尘技术的发展过程及现状2自从我国进入经济发展阶段后，国民经济的产值是在飞跃发展，但是煤炭的使用也在大度增加，加上钢铁、化工行业的大力发展，空气中的粉尘的处理已显得刻不容缓了。而且，人民的生活水平也在逐渐提高，对环境的保护也要同样加大力度。而静电除尘器在各领域都可以大展身手，已然成为我国最为重要的一种高效环保设备，并取得了良好的效果。1973年，我国首次公布了共13种物质的排放要求，随后所有的工业单位都开始根据自身行业的性质依次量身规定了相关粉尘的排放准则。例如：根据地区的不同，燃煤锅炉烟尘的排放标准也不同，一线地区要比三线地区要求更加严格,在1983年的时候，一线、二线和三线城市的标准依次为200、400、600mg/m3；在1992年8月1日前依次为200、300、400mg/m3, 8月1日后又依次为100、250、350mg/m3；也相应的对SO的排放标准做出了限制⑻。可见要想适应新标准就得采取更高效率的除尘方式：并进行不断的改进升级。静电除尘器现在在全世界都引起了广泛关注，我国自60年代起就在不断地研究电除尘器，也不断地引进国外先进技术，从80年代开始就已经大力发展电除尘器的使用了，不仅数量与日俱增，更逐步涉及到各个行业的粉尘治理中，尤其在"七五"国家科技攻关计划后，我国在静电除尘的控制技术、理论依据、结构设计、供电方面都取得了重大突破。我国在静电除尘方法方面的研究历经过去的四个阶段:起步阶段（60年代）、初级发展阶段（70年代）、提升阶段（80年代）、高速发展阶段（90年代）［9］。然而发展是相对应的，在如今这个科技发法的新时代中，静电除尘器应该如何不断地满足新标准、除尘范围更全面，答案是未知的，但是可以肯定的是我国目前仍处于以煤炭作为主要