新型电袋复合式除尘器技术的发展和应用

新型电袋复合式除尘器技术的开展和应用摘要电袋复合除尘器已成为具有良好应用前景的高效除尘器。论文分析电袋除尘器的应用现状和类型,讨论电袋除尘器在应用过程中需要注意和有待解决的粉尘荷电、烟气流分布、荷电效应等问题。由于电除尘器的造价呈现越来越高的趋势,而布袋由原来的纯进口逐渐转变为国外进口、国内缝制,加工周期越来越短,品质越来越高,价格也呈现下降的趋势。因此，电袋复合式除尘器会在我国今后很长一段时间内迅速开展。目录TOC\o"1-3"\h\u23378摘要 127259引言 124775一、电袋除尘技术 188961.1采用采用电袋除尘器的原因 1321731.2电袋除尘技术研究进展 171791.3电袋除尘器的类型 2159821.4电袋复合式除尘器的特点 3322511.5电袋复合除尘器的工作原理 311684二、电袋复合除尘技术的研究方法 527758三、电袋除尘器应用的有关问题 5155373.1电除尘区电场数量的选择 510753.2电除尘区与布袋除尘区之间的烟气均流问题 6108143.3有关粉尘荷电 646363.4布袋区过滤风速与滤袋寿命 67539四、国内电袋除尘器的研究开发 632713五、尚待解决的关键技术 79254参考文献 7引言目前,我国燃煤电厂锅炉配套的除尘设备大局部为电除尘器,有些电厂的电除尘器由于老化已达不到原有的除尘效率,且随着人民生活水平的日益提高,国家对大气质量的控制也越来越严格。为满足环保要求,目前电厂中在役的局部电除尘器必须进行改造。新建电厂尤其是采用循环流化床锅炉,燃用矸石的电厂,为了达标排放大多采用布袋除尘器,其收尘能力尤其是对于细微尘粒的收尘效率大大高于电除尘器。电除尘器和袋式除尘器在工业粉尘治理中都发挥了重要的作用,但它们又都存在着自身难以克服的缺乏。基于布袋除尘器和电除尘器两种成熟的除尘理论,人们结合两者的优点提出了一种新的除尘技术——电袋除尘器。电袋除尘器的开展是以电除尘器和布袋除尘器为技术基准。电袋除尘技术的核心目标是保证低量排放的条件下,提高设备的可靠性,延长滤袋使用寿命。一、电袋除尘技术1.1采用采用电袋除尘器的原因对电除尘器来说,发生各种故障的主要后果是排放超标。对布袋除尘器来说,发生故障的主要后果是破袋造成排放超标或系统阻力大。但在电袋除尘器中,即使发生各种故障,造成的后果也大大减轻。其原因主要是:电除尘器发生故障不会影响整个设备的排放浓度,对系统的正常运行影响很小。布袋除尘器的过滤速度是按电除尘器因故障不能运行时设计的,非常保守可靠。如果电除尘器发生故障,会增加设备的喷吹频率,阻力也会有一定的增加,但不会影响除尘器的正常运行。(2)布袋除尘器即使发生破袋对排放浓度的影响也大大减小。在经过电除尘后,进入布袋除尘器的粉尘浓度约在原烟气粉尘浓度的1/5左右。如果发生同样大小面积的破袋,对电袋除尘器的粉尘排放浓度来说,其影响也只有纯布袋除尘器的1/5左右。(3)造成布袋阻力增加的因素其影响程度有所缓和。影响布袋除尘器阻力的因素较多,如烟尘浓度、点炉时的油雾、滤料的选型、设备的清灰系统设计、过滤速度的选取等等。在电袋除尘器中,荷电以后的粉尘会变得更容易清灰;即使烟尘浓度有了大幅度增加,在经过电场的预除尘后,对后续的布袋除尘器的影响也会变小;燃油点炉产生的油雾在经过电场后其影响程度也大大减小。这些都有助于减少系统故障的发生。1.2电袋除尘技术研究进展电袋除尘技术是将电除尘器与袋式除尘器作有机组合，这种组合式装置综合了传统的电除尘和袋式除尘技术的优点。电除尘器作为捕集烟气粉尘的前级设备发挥了除尘效率高、能处理高温大烟气量含尘气体且占地面积小、阻力小等优点。通过电场先将烟气中的大局部粉尘颗粒捕集，由电除尘器出来的高比电阻、细颗粒且难以捕集的烟尘进入袋式除尘器。由于粉尘含量已大大减少，那么袋式除尘器的气布比增大，使袋式除尘器的尺寸可以设计得比拟小，确保了整个除尘系统的除尘效果。1.3电袋除尘器的类型电袋除尘器是电除尘器与布袋除尘器的组合。现在世界上主要有两种型式的电袋除尘器,一种称之为电袋组合除尘COHPAC(CompactHybridParticulate-Collector),中文称组合紧凑型除尘器,由美国电力研究所(EPRI)的RamsayChang博士开发,HamonRasearchCottrell将之实现工业性应用。还有一种称之为电袋复合除尘器AdvancedHybrid(AdvancedHybridParticulate-Collector),中文称嵌入式除尘器,由美国能源部的能源与环境研究中心开发并在小型试验上取得了成功。COH-PAC就是所谓"前电后袋"的组合型除尘器,现在我国国内采用的电袋除尘器全部为COHPAC方式。根据电除尘器与布袋除尘器的连接方式,电袋除尘器从型式上又分为:电袋串联式(组合式)、电袋复合式(嵌入式)两种。电袋串联式除尘器也称电袋组合式除尘器(COHPAC方式,简称电袋组合除尘器),目前被广泛应用于电厂除尘器改造或新建电厂中;电袋复合式除尘器(AdvancedHy-brid方式、嵌入式),目前在我国尚处于实验室阶段。电袋组合除尘器从外形上分为一体式和分体式两种,目前国内大局部采用一体式。电袋组合除尘器从布袋的吹灰方式上分为电除尘+行喷吹和电除尘+旋转喷吹两种。1.4电袋复合式除尘器的特点优点：(1)先用电除尘器除去大量的粉尘(大约为入口烟气中粉尘含量的70%～85%左右),降低布袋除尘器入口烟气中的含尘量,然后利用布袋除尘器除去烟气中剩余的微细粉尘,保证达标排放;(2)虽然电除尘器本身也有一定的阻力,但由于布袋除尘器的粉尘负荷大大降低,且荷电后的粉尘形成的粉饼层比拟疏松,所以布袋除尘器的阻力可以明显减小,电袋复合式除尘器的阻力可以低于布袋除尘器的阻力(约为800～1200Pa);同时由于清灰频率的降低,电袋复合型除尘器中滤袋的使用寿命会长于相同工况条件下布袋除尘器中的滤袋寿命,电袋除尘器的粉尘排放浓度也要低于布袋除尘器;电场预除尘不仅可以降低滤袋的粉尘负荷量,还会使滤袋外表的粉饼层变得疏松。这是因为烟气粉尘通过前级电场电晕荷电后,由于带上同极电荷而产生相互斥力,使形成的粉尘层孔隙率高、透气性好,易于剥落。这样就可以降低清灰频率,延长滤袋的清灰周期,节省清灰能耗,延长滤袋使用寿命;电袋复合式除尘器由于具有2种不同原理、不同结构的设备,看上去比拟复杂。但根据现在实际运行情况看,日常运行管理还是比拟简单。缺点：(1)虽然比拟袋式除尘器而言阻力有所降低,但还是较高,在新建和改造时必然增加吸风机的资金投入;(2)在机组灭火和初次投运时必须进行预涂灰措施,否那么对后部的布袋会造成损坏和堵塞,造成阻力增大及排放量增加;为实现在线检修、更换滤袋和保证机组运行的可靠性,就必须在除尘器的入口和出口增设一定数量的关断阀门并安装旁路烟道(即可满足机组单侧运行的条件),增加辅助设备数量及相应的控制系统,那么投入资金和维护费用会有大幅提高。1.5电袋复合除尘器的工作原理电袋复合除尘器是电除尘与布袋除尘有机结合的一种新型高效的除尘器电除尘和布袋除尘技术优势互补，含尘气体首先经过ESP区收集80%~90%的粉尘量,经电场荷电的粉尘通过收尘极板的开孔到达后级布袋进行过滤,保证低浓度排放。环行电一袋复合除尘器的结构与特点唐敏康等在分析几种类型的电一袋复合除尘器的根底上，提出了一种新型的环行电一袋复合除尘器．装置结构见下列图，该装置整体上包括两块同心阿的收尘极板，两板间布置电晕拔线，内圆布置滤袋和气流转向时的导流板。装置的特点有：1)在内收尘极板上适当位置开有适当孔径的气孔，气流折入滤袋，对应的地方为一矩形开口；2)导流板除具有使气流均匀、减小阻力的作用外，还具有预收粗尘的作用；3)在环行电场巾，由于气流作局部环流，荷电的粉尘粒子在电晕线外侧所受的电场力与其离心力一致，所以更利于粗粉坐的收集；4)由于在整个箱体内存在一种负压梯度场，更有利于粉尘从气体中别离；5)结构紧凑，采用流线型设计。环形电场中粉尘颗粒的受力及运动除尘器的结构决定其内部漉场和浓度场的分布，尽管荷电粒子在电场中的传输是一种复杂的物理过程，但从总体上看不外乎如下几种场的作用：流场、扩散场和力场(静电力和重力)。荷电粒子就是受这些因素的共同作用而被捕集的。在环形电场中荷电粉尘颗粒除受到重力、静电力和空气黏性力作用之外，还有一种使其作离心运动的离心力。电袋复合除尘器利用粉尘荷电效应提高了滤袋粉尘过滤特性，经过电除尘器的粉尘在荷电效应作用下减少了除尘器的阻力，清灰效率高、延长滤袋的寿命除尘器性能与单独的电除尘器、袋式除尘器比拟具有明显的性能优势。如表所示二、电袋复合除尘技术的研究方法作为新的除尘技术，目前电袋复合除尘技术的研究还主要在试验研究阶段。主要对以下几个方面进行了研究：电袋复合除尘机理的研究。在分别研究电除尘原理和袋式除尘原理的根底上，主要讨论了荷电粉尘的过滤特性。这也是电袋复合除尘性能优越的主要原因所在。电袋复合除尘的物理实验研究。有学者对荷电粉尘捕集特性、滤料动态性能、荷电粉尘层特性等进行实验，对各种影响除尘性能的因素进行实验研究分析电袋除尘器运行仿真及仿真设计的研究，在建立数学模型的根底上，开发仿真软件进行仿真运行实验或设计计算机仿真技术，为电袋除尘器的运行和设计研究提供了很好的研究平台。相对物理实验在计算机上进行实验更加简单经济。三、电袋除尘器应用的有关问题3.1电除尘区电场数量的选择目前电袋组合除尘器的电场数量有采用一电场的,也有采用二电场的。同等条件下,采用二电场的电袋组合除尘器投资相对于采用一电场的要高,其运行功耗也相对较高。我国电除尘器的设计制造、运行维护技术经过几十年的开展已很成熟,运行中故障少;另外,电厂烟气含尘浓度远远小于水泥、冶金行业的烟气含尘浓度。所以,在电袋组合除尘器选型时采用一电场比拟适宜,是否采用二电场值得斟酌。比集尘面积是电除尘器的一项重要参数。在电袋组合除尘器的设计中,如何选择适宜的比集尘面积,既能保证电除尘区80%以上的除尘效率,又能使电袋组合除尘器的造价最低,还需要国内各制造商、研究院所进行进一步总结、研究、分析。3.2电除尘区与布袋除尘区之间的烟气均流问题电除尘器为水平进气,水平出气;布袋除尘器为下部或侧面进气,上部出气;而电袋组合一体式除尘器由于其结构限制,采取水平进气,上部出气,在电除尘区向布袋除尘区过渡区间,需要将气流进行引导为适合布袋除尘的进气方式。3.3有关粉尘荷电至今为止,国内尚无有关粉尘荷电的试验数据。另外,烟气通过电除尘区后,已有约80%的粗大颗粒粉尘荷电后沉积到收尘极板上,剩余约20%的细微颗粒在电场内的停留时间很短仅约4s,在这局部细微颗粒粉尘中究竟有多少能够荷电?荷电程度如何?其保持时间是多少?是否在其到达滤袋外表后仍具有荷电效应?这一系列问题都需要通过根底和工业试验数据来证实。为了电袋除尘器技术的进一步开展,人们期待国内具有研究和试验实力的机构能够对上述问题给出权答复,并逐步对电袋除尘器制定标准和标准。3.4布袋区过滤风速与滤袋寿命袋式除尘器要选择适宜的过滤风速,以免含尘气流冲刷滤袋导致滤袋破损;另外,过滤风速的选取也与滤袋的材质有关。按照目前国内电厂普遍使用的进口聚苯硫醚PPS(PolyPhenyleneSulfide)纤维滤袋为基准,纯袋式除尘器的过滤风速通常>1m/min,而电袋组合除尘器袋区的过滤风速从1~1.2m/min,也就是说在相同条件下,电袋组合除尘器滤袋的总面积比纯布袋除尘器滤袋的总面积可减少约16.7%。电袋组合除尘器比纯布袋除尘器由此减少的造价不及由电除尘区增加的造价。从滤袋寿命来看,电袋组合除尘器滤袋的使用寿命期望值应当高于纯布袋除尘器,但电袋组合除尘器的出现时间尚短,国内无这方面的数据。所以目前不管是电袋组合除尘器还是纯布袋除尘器,工程应用中其滤袋(进口PPS纤维)使用寿命一般均要求为约30000h,单从此点看电袋组合除尘器尚未到达延长滤袋使用寿命的预期目标。四、国内电袋除尘器的研究开发目前我国采用的电袋除尘器全部为COHPAC方式国内第一台电袋除尘器于2002年推出并在水泥厂成功投入工业运行。2004年，这种新型除尘器应用于电站锅炉除尘改造工程，创造了电力行业的应用实例，使这一技术的实践领域不断拓宽电袋除尘技术也运用于多数电除尘器的改造，多数电除尘器为3、4个电场有些甚至有5、6个电场，而,粉尘的80%以上几乎在第一电场被捕集，后面的仅捕集粉尘的20%，并且不一定到达排放标准，存在事故排放，假设是采用这种前电后袋式对电除尘器进行改造，即仅保存前一电场后面的电场全部或局部改为袋除尘。这样烟气可以达标排放而且减少投资费用然而尽管袋除尘中滤袋负荷减少减少了清灰次数，但处理气体量不变甚至会因为漏风增加其处理风量，所以整个装置还是存在阻力大运行费用大等缺乏。近年来国内一些科研院和企业也相继开展了电袋结合除尘技术的研究与开发。同方环境、清华同方、福建龙净等公司的电袋除尘技术都有了一定的市场业绩，其中同方环境和清华大学热能系燃烧源可吸入颗粒物形成机理与脱除组合作进行DDH系列电袋紧密结合除尘器的开发与研究。建立了套实验装置对电袋紧密混合除尘器内的电流场和灰饼的