E-BF復合式除塵器的性能試驗研究與分析

王 會，孫 玉

(長春凱希環(huán)保有限責任公司， 長春 130033)

E-BF復合式除塵器的性能試驗研究與分析

王 會，孫 玉

(長春凱希環(huán)保有限責任公司， 長春 130033)

介紹了COHPAC型電袋復合式除塵器（簡稱E-BF）的特性及應用，并通過工廠內(nèi)的模擬試驗，系統(tǒng)分析了E-BF復合式除塵器的各種性能，重點討論了預荷電后的粉塵特性以及荷電粉塵對后級布袋除塵器過濾機理的影響。

E-BF復合式除塵器;預荷電;預收塵;靜電凝并

1 前言

為了進一步減少粉塵排放對環(huán)境造成的污染，國家環(huán)保總局于2003年12月頒布了新的《火電廠大氣污染物排放標準》，規(guī)定了第3時段火力發(fā)電鍋爐煙塵最高允許排放濃度≤50mg/Nm3，并從2004年1月1日起開始實施，這無疑對除塵設備的性能提出了更高的要求。

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

在上述背景下，我國的電袋復合式除塵器（簡稱E-BF）技術便應運而生，并在電力等行業(yè)率先得到應用。簡單地說，E-BF實際上就是電除塵器與布袋除塵器的組合（前電后袋），最早由美國電力研究所（EPRI）開發(fā)，在國外已有近20年的應用歷史，是一項比較成熟的技術，但在我國的實際應用只有5年多的時間，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，其典型結構見圖1、圖2。

圖1 分體式

圖2 整體式

2 E-BF特點

E-BF充分利用了電除塵器前一、二級電場除塵效率高（可達85%以上），以及布袋除塵器對各種特性粉塵的適應性廣，尤其是能有效捕集微細高比電阻粉塵的優(yōu)點，通過將電除塵器和布袋除塵器二者的有機結合，完全可以保證在布袋濾料的有效壽命周期內(nèi)，粉塵穩(wěn)定達標排放。從而有效解決了電除塵器在某些困難工況下不能穩(wěn)定達標排放的困擾，所以E-BF也越來越受到我國環(huán)保工作者的關注。其優(yōu)點還具體表現(xiàn)如下：

（1）當煙氣先經(jīng)過電除塵器時，煙氣中的粉塵在電場靜電力的作用下充分荷電，然后進入布袋除塵器，利用荷電粉塵的氣溶膠和極性效應，在濾料表面形成樹杈形粉塵層。這樣，可以避免微細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，而且相對于純布袋除塵器來講，減小了系統(tǒng)阻力損失。

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

（3）通過電除塵器的預除塵后，粉塵濃度大大降低，減輕了高濃度、大顆粒粉塵對布袋表面的沖刷和磨損，延長了布袋的使用壽命。同時可以適當提高布袋的過濾風速，減少布袋的設計面積，降低投資費用。

（4）布袋噴吹清灰周期延長，實際應用可達1個小時以上，減小了頻繁噴吹對布袋的損傷，同樣可延長布袋的使用壽命。

（5）適用范圍廣，尤其是對電除塵器不適應的高比電阻粉塵表現(xiàn)出較強的適應性，克服了電除塵器不適應高比電阻粉塵的致命缺點。

（6）相對于電除塵器和布袋除塵器而言，復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20%，從而節(jié)約運行費用。

顯然，E-BF有很多優(yōu)點，但從收塵機理上分析，粉塵預荷電和預收塵技術是其最顯著的特點之一，對E-BF的工業(yè)應用起到了至關重要的作用，為了更加準確了解E-BF復合式除塵器的特性，下文通過在工廠內(nèi)模擬COHPAC型E-BF試驗，對其進行全面分析。

3 試驗與分析

3.1 試驗裝置的組成

整套試驗裝置系統(tǒng)構成見圖3。

3.2 試驗裝置設計參數(shù)（見下表）

3.3 試驗結果及分析

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

（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%），這說明大顆粒粉塵無論是在電除塵器還是在布袋除塵器中都更容易被收集（見圖4）。

（2）粉塵粒徑越小，粉塵荷電時的除塵效率明顯高于粉塵未荷電時的除塵效率，尤其在對于粒徑在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，粉塵是否荷電對除塵效率的影響明顯降低（見圖4）。

（3）電場工作電壓越高，除塵效率就越高。當電場工作電壓從30kV增加到39kV時，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。這主要有兩個原因：一是電壓的升高增大了粉塵在電除塵器中的驅進速度，二是強化了粉塵的荷電及靜電凝并的效果（見圖5）。

圖4 不同電壓下粉塵粒徑與除塵效率的關系

圖5 電壓與除塵效率的關系

從試驗數(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復合式除塵器有明顯不同（見圖6）：

圖6 E-BF復合式除塵器與布袋除塵器阻力損失及噴吹頻率對比

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

（2）在E-BF復合式除塵器工作的時候，在整個試驗過程中，最高阻力值只有100mmAq，未發(fā)生一次噴吹。可見，E-BF復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（試驗條件下）。

（3）以上兩點說明：E-BF復合式除塵器整體阻力相對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。這是由于前級電除塵器可以去除85%左右的粉塵，使得進入后級布袋區(qū)的粉塵濃度大大降低，再加上微細粉塵在異性電荷作用下的靜電凝并和氣溶膠強化作用，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杈狀有序排列（見圖7、圖8），形成了有較好透氣性的粉塵層，減小了布袋的阻力。從而既可以延長噴吹時間、減少噴吹次數(shù)、節(jié)約能耗，又可以減輕頻繁噴吹對布袋的損害，延長布袋的使用壽命。這樣也就有效緩解了布袋濾料使用壽命短、更換費用高的問題。

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)

通過試驗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，與電除塵器以及布袋除塵器相比，E-BF復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)波動以及振打清灰產(chǎn)生的二次揚塵等因素的影響，電除塵器的除塵效率會在一定范圍內(nèi)不斷發(fā)生變化。同樣，布袋除塵器也會因受阻力變化和噴吹的影響，導致除塵效率隨之波動。為了對比更加明顯，本試驗采用了質量濃度效率和計數(shù)濃度效率兩種方法進行分析，從試驗數(shù)據(jù)可以看出（見圖9）：

（1）電除塵器在不同的供電參數(shù)下除塵效率不同，當供電參數(shù)從30kV/22mA增加到47kV/50mA時，按質量濃度計算的除塵效率從92.5%增加到96.0%，按照計數(shù)濃度計算的除塵效率從84.5%增加到87.5%，分別增加了3.5個和3個百分點（見圖9中電除塵部分），說明供電參數(shù)對質量濃度的影響比對計數(shù)濃度的影響要大，也就是說，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，阻力都會發(fā)生變化，噴吹后除塵效率會明顯下降。布袋除塵器經(jīng)過一次噴吹以后，按質量濃度計算的除塵效率從99.9%下降到98.5%，按照計數(shù)濃度計算的除塵效率從99.9%下降到88.5%，分別下降了1.4個和11.4個百分點（見圖9中袋式除塵器部分），說明布袋阻力的變化對除塵效率的影響非常大，尤其是對計數(shù)濃度的影響，原因是當每次噴吹以后，布袋表面被清潔，濾料孔變大，微細粉塵外逸自然增多。

（3）在E-BF復合式除塵器中，無論是在噴吹前還是噴吹后，無論供電參數(shù)以及阻力如何變化，以質量濃度計算的除塵效率和計數(shù)濃度計算的除塵效率都非常穩(wěn)定，可基本保持在99.9%不變（見圖9中E-BF部分），說明E-BF復合式除塵器無論是對大顆粒粉塵還是微細粉塵，同樣具有良好的捕集效果。

圖9 電除塵器、布袋除塵器、E-BF復合式除塵器效率穩(wěn)定性對比

4 E-BF復合式除塵器存在的主要問題

E-BF復合式除塵器如同其他形式的除塵設備一樣，有很多優(yōu)點，但也有很多問題需要進一步探索和完善。從其發(fā)展歷史來看，到目前為止，即使是在美國、日本、韓國等發(fā)達國家，E-BF復合式除塵器的應用數(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，在除塵設備中所占有的比例極小，至今也沒得到大規(guī)模廣泛應用，這主要有以下幾點原因：

（1） E-BF將電、袋兩種不同類型、不同結構、不同除塵機理的除塵設備結合在一起，雖然充分利用了二者的優(yōu)點，但同時也把二者各自的缺點帶了進來，這就給設備的設計、生產(chǎn)、運行、維護、管理增加了負擔。

（2）在多數(shù)情況下，只要設計合理，電除塵器和布袋除塵器都可以達到環(huán)保標準的排放要求，并非只有E-BF才能滿足要求。

（3）如果不能有效提高布袋區(qū)的過濾風速，也就是不能有效減少布袋區(qū)的過濾面積的話，采用E-BF復合式除塵器無疑會導致設備的整體投資加大。

（4）如果采用分體式結構，就增加了占地面積和成本；如果采用整體式結構，則需要進一步解決電區(qū)和布袋之間的氣流分布以及袋區(qū)的在線檢修能否完全實現(xiàn)的問題。

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

（6）前級電除塵器產(chǎn)生的O3對后級布袋濾料壽命的影響還需要進一步研究；產(chǎn)生的大量廢棄濾料的處理也尚未有科學有效的解決方法；會否造成二次污染，也是一個值得擔憂的問題。

5 應用展望

盡管目前對E-BF復合式除塵器還存在很多爭議，但是其獨特的優(yōu)點仍值得寄予很大期望。尤其是在電除塵器的改造項目中，當電除塵器確實無法滿足環(huán)保要求時，直接將其改為E-BF復合式除塵器是一個比較好的選擇。相信隨著對E-BF研究的不斷加深以及經(jīng)驗的積累，這種新興的除塵設備一定會為人類的環(huán)保事業(yè)做出更大的貢獻。

[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.電袋復合型除塵器的應用與思考[C].第12屆中國電除塵學術會議論文集，167-170.

[4] 黎在時.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（1974-）,男（漢族），吉林長春人，1997年畢業(yè)于武漢水利電力大學動力與機械工程學院，工程師，現(xiàn)任長春凱希環(huán)保有限責任公司技術研發(fā)中心主任，從事環(huán)保設計研發(fā)工作，主要研究方向為大氣污染治理。