國(guó)外電袋復(fù)合除塵器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
電袋復(fù)合技術(shù)提出的背景
1．可吸入顆粒物PM10、PM2.5(Particlematter)的控制
空氣中的顆粒物通常稱為懸浮顆粒物（SPM）或總懸浮顆粒物（TSP）。顆粒的大小對(duì)研究懸浮顆粒物與人體健康的關(guān)系十分重要，一般用其粒徑大小來描述。PM10是指直徑小于10微米的顆粒物；PM2.5是指粒徑小于2.5微米的顆粒物。這些細(xì)小的顆粒能夠通過呼吸過程進(jìn)入人體的呼吸道和肺部，直徑小于10微米的顆粒物通常又稱為可吸入顆粒物。
近些年來，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)可吸入顆粒物的控制，加強(qiáng)了可吸入顆粒物控制設(shè)備及技術(shù)的開發(fā)。
2.汞排放的控制
汞很容易蒸發(fā)到空氣中引起危害，汞在0℃時(shí)可蒸發(fā)，氣溫愈高，蒸發(fā)愈快愈多。汞不溶于水，可通過表面的水封層蒸發(fā)到空氣中。黏度小而流動(dòng)性大，很易碎成小汞珠，無孔不入，既難清除，又使表面面積增加而大量蒸發(fā)，形成二次污染源。
過量吸入含有汞的粉塵及皮膚接觸汞時(shí)均可引起中毒。汞的毒作用是多方面的，對(duì)人體的危害是嚴(yán)重的。
燃煤廢氣的汞是以自然游離態(tài)、氧化物、顆粒狀三種形式存在的。汞的氧化物及顆粒狀的汞比較容易被收集，但自然游離態(tài)汞不容易從廢氣中分離收集。廢氣清潔器的使用能分離出在煤燃燒時(shí)總釋放汞量的50％，然而，美國(guó)環(huán)保局要求汞的收集率達(dá)到或超過80%，為了提高汞的收集率，嚴(yán)格控制汞的直接排放量，一項(xiàng)常采用的技術(shù)是：在廢氣中加入活性碳，利用活性碳的吸附功能將廢氣中的汞收集起來。實(shí)驗(yàn)表明：使用電除塵器作為除塵設(shè)備時(shí)，由于缺少過濾器表面碳的堆積，汞的收集效果明顯降低，如果除塵器采用濾袋過濾，含汞的廢氣與濾袋表面的粉餅中的活性碳能充分接觸，并且接觸時(shí)間越長(zhǎng)，汞的收集率高。
3.技術(shù)依托
科學(xué)家們通過大量的實(shí)驗(yàn)證明：煙塵中粉塵顆粒的靜電荷對(duì)織物過濾的除塵率、阻力以及清灰難易有影響。這一觀點(diǎn)于1961年以論文的形式發(fā)表，成為電袋復(fù)合技術(shù)的技術(shù)依托和理論依據(jù)。
技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀
1.EPA技術(shù)
在美國(guó)環(huán)保局（U.S.EPA）資助下，美國(guó)南方研究所（SRI）研究開發(fā)的電袋復(fù)合除塵技術(shù)
阿匹托隆(Apitron)
最早的阿匹托隆(Apitron)電袋除塵器，是1970年美國(guó)精密工業(yè)公司試驗(yàn)生產(chǎn)的一種預(yù)荷電脈噴清灰的除塵器，其原始的設(shè)計(jì)是在金屬絲網(wǎng)做成的圓筒形管子（袋籠）中心放一根電暈線，管子（袋籠）外面套一條濾袋。軸向進(jìn)入管子（袋籠）的粉塵因電暈作用而荷電，一部分被接地的金屬絲網(wǎng)管（袋籠）電極收集，其余荷電粉塵最終為最外層的濾袋收集。由于高壓電暈放電有時(shí)會(huì)損壞濾袋，這種早期的設(shè)計(jì)，后來被廢棄了。雖然這種形式的除塵器沒有被應(yīng)用推廣，但這是我們目前所知道的最早的一種電袋除塵器。
第二種阿匹托隆(Apitron)的結(jié)構(gòu)型式是將金屬極線和鋼板圓管組成的荷電器與濾袋分開，移往濾袋的下端，與濾袋相接。含塵氣體從下端進(jìn)入荷電器內(nèi)，塵粒荷電后一部分被管狀電極收集，然后含塵氣體向上流動(dòng)，穿過濾袋流出去，此時(shí)濾袋又將剩下的粉塵收集。
實(shí)際上它就相當(dāng)于普通的管式電除塵器和袋式除塵器二級(jí)串聯(lián)。這種阿匹托隆(Apitron)也是用脈沖噴吹清灰。清灰時(shí)壓縮空氣從荷電器上端噴出，誘導(dǎo)二次空氣從濾袋外面向內(nèi)流動(dòng)，使濾袋內(nèi)壁附著的粉塵脫落，一次和二次清灰空氣的混合氣流又把電暈線和金屬管壁上的粉塵吹掉。這種脈沖清灰濾袋和通常脈沖噴吹袋式除塵器有所不同，其差異在于：脈沖空氣是在濾袋的底部噴入而不是在濾袋頂部；濾袋是內(nèi)側(cè)過濾而不是外側(cè)過濾。為了解決荷電部分的反電暈問題，其收塵圓管的管壁是中空的，可用水冷卻。
阿匹托隆(Apitron)與傳統(tǒng)的脈噴袋除塵器相比，在相同過濾風(fēng)速時(shí)阻力明顯降低，過濾風(fēng)速提高到4倍時(shí)阻力相等，阿匹托隆(Apitron)的清灰周期可大大延長(zhǎng)。
使用相同的濾袋，阿匹托隆(Apitron)比傳統(tǒng)的脈噴袋除塵器的除塵效率大幅提高。燃煤鍋爐飛灰的除塵效率為99.90%~99.94%，其中 0.2～1滋m飛灰的除塵效率99.85%~99.94%；硅土粉塵的除塵效率達(dá)99.995%~99.9994%，其中0.2～1滋m粉塵的除塵效率為 99.85%~99.94%。
過濾風(fēng)速大幅提高，阿匹托隆(Apitron)可以在2.4m/min的過濾速度下長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。
因?yàn)榧与妶?chǎng)可以增加粉餅的孔率，試驗(yàn)時(shí)取出有電場(chǎng)與無電場(chǎng)的除塵室灰斗所收集的飛灰進(jìn)行比較，前者的氣孔比后者的多15%~20%。這說明電場(chǎng)引起了粉餅的結(jié)構(gòu)改變，而且經(jīng)過清灰和灰斗貯存，長(zhǎng)時(shí)間脫離電場(chǎng)，這種改變還存在。荷電塵粒形成的疏松粉餅層透氣性較好，另外還有一些粉塵沉降在金屬管上降低了濾袋過濾粉塵的濃度，所以過濾風(fēng)速可大幅提高。
為什么加電場(chǎng)時(shí)的除塵器的阻力會(huì)降低？這是由于粉塵在濾料內(nèi)的分布不同所致。以氈濾料來看，在無電場(chǎng)時(shí)，粉塵進(jìn)入濾料中部纖維比較密的部分形成粉塵層，而在有電場(chǎng)時(shí)，由于電的作用使大部分粉塵停留在表面纖維比較稀的部分，留下寬得多的縫隙讓空氣通過，所以要使外加電場(chǎng)的織物過濾取得最佳效果，濾料應(yīng)具有纖維較稀的表面層。同時(shí)顆粒微細(xì)的粉塵不易進(jìn)入濾料內(nèi)部或穿透濾料，而在濾料表面形成了粉餅。
Max-9
在阿匹托隆(Apitron)取得中試實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，通過多年的研究及改進(jìn)，美國(guó)環(huán)保局(EPA)將這項(xiàng)電袋復(fù)合除塵技術(shù)分別于1993年和2000年申請(qǐng)了專利。
美國(guó)通用（GE）電力能源部于2003年3月獲得特許使用權(quán)，使用該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)出的電袋復(fù)合除塵器最早被美國(guó)環(huán)保局(EPA)命名為靜電激發(fā)的袋除塵器（ESFF），由于這種除塵器有很高的除塵效率，通用（GE）電力能源部將這種除塵器的商品名取為Max-9，意為99.9％的小數(shù)點(diǎn)后還有更多的9，寓意除塵效率高。
Max-9ESFF是基于靜電除塵技術(shù)與脈沖袋除塵技術(shù)相結(jié)合的混合型除塵器，使用高壓電極放電讓粉塵顆粒帶電，用濾袋代替收塵極板。
Max-9系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述：廢氣通過管道從灰斗進(jìn)入Max-9后，在Max-9內(nèi)向上通過濾袋過濾，并由頂部的袋口引出，.花板上部區(qū)域是凈氣氣箱，用壓縮空氣脈沖給除塵器清灰，清灰時(shí)強(qiáng)烈的空氣沖擊穿過噴吹管，清灰脈沖氣流從位于濾袋上方噴吹管的孔向下直接通過濾袋，清灰定時(shí)順序控制。高壓系統(tǒng)工作的電流很低，并且是在恒定狀態(tài)下，由于Max-9工作時(shí)的電流很低，意味著產(chǎn)生的火花能量很低，即使在處理高粉塵濃度下也沒有因火花燒壞濾袋的風(fēng)險(xiǎn)，整流變壓器也不需要電壓控制。工程設(shè)計(jì)及施工時(shí)要確保Max-9可靠接地，保證非常均勻地分散電場(chǎng)（見圖1）。
Max-9獨(dú)特而簡(jiǎn)易的電袋結(jié)合技術(shù)使得其有前所未有的收塵效率（見圖2），所有的放電極與傳統(tǒng)的靜電除塵器形式相同，在Max-9內(nèi)放電極放電使粉塵電離（荷電）并聚集在濾袋的外表面，由于粉塵粒子帶有相同極性的電荷，并相互排斥，使得粉餅呈多孔狀，帶電的粉塵也很容易從濾袋剝離，多孔狀的粉塵層能透氣，較高的過濾效率使Max-9能在高氣布比下運(yùn)行，過濾介質(zhì)的技術(shù)發(fā)展水平確保除塵性能更高。
Max-9特點(diǎn)：
①與傳統(tǒng)的袋除塵器相比，壓降減少60%~80%；②電袋結(jié)合技術(shù)，達(dá)到了前所未有的除塵效率；③能單獨(dú)或與其他設(shè)備一起用于廢氣的SOX和汞的排放控制；④安裝停產(chǎn)時(shí)間短；⑤使用Max-9亞微粉粒子排放減少80%~90%；⑥比任何收塵技術(shù)的除塵器占地面積都要小；⑦允許在高氣布比下工作。
2.EPRI技術(shù)-庫(kù)霍帕克（COHPAC）
EPRI即美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)（ElectricPowerResearchInstitute，Inc.），位于美國(guó)加利福尼亞州帕羅奧多市，該組織成立于1973年，是一個(gè)非贏利性的能源和電力科研協(xié)調(diào)組織機(jī)構(gòu)，經(jīng)費(fèi)由美國(guó)主要的公用電力公司資助。其主要任務(wù)是組織、協(xié)調(diào)并統(tǒng)一規(guī)劃發(fā)電、輸電、配電、用電等方面的科研活動(dòng)，以及核能發(fā)電、新技術(shù)開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)等方面的研究，科技信息的交流等。
COHPAC是CompactHybridParticulateCol鄄lector（緊縮混合型除塵器）的縮寫。這一系統(tǒng)是EPRI為了使美國(guó)的發(fā)電廠達(dá)到越來越嚴(yán)格的政府對(duì)控制煙塵排放的要求，在1980年代后期開發(fā)的，其基本構(gòu)思就是在原有電除塵器的下游加一臺(tái)袋式除塵器，來捕集電除塵器未能收集到的微細(xì)煙塵，使排放濃度能滿足法規(guī)的要求。因?yàn)榇蟛糠譄焿m已被電除塵器捕集，到達(dá)其下游脈沖袋式除塵器的煙塵量較少，所以袋式除塵器的氣布比可以提高，一般是將單用脈沖袋式除塵器時(shí)的1.2m/min提高至2.4~3m/min，這樣袋式除塵器的體積和投資便可大大縮小。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是前電后袋。
COHPAC成功地用于燃煤鍋爐廢氣去汞系統(tǒng)技術(shù)后，被EPRI申請(qǐng)取得了專利，該技術(shù)被命名為TOXECON（見圖3），這項(xiàng)技術(shù)是基于在注入吸附劑工藝的煙氣處理系統(tǒng)中，使用電除塵器和高氣布比的脈噴袋除塵器的組合。這項(xiàng)技術(shù)適合于系統(tǒng)中已有電除塵器，通過在電收塵器后增加袋除塵器達(dá)到高效收集吸附劑和汞的目的。
3.DOE技術(shù)-AHPC
AHPC是AdvancedHybridParticulateCollector（先進(jìn)混合型除塵器）的縮寫，該技術(shù)是在美國(guó)能源部（U.S.DOE）的資助下，由位于美國(guó)北達(dá)科他大學(xué)能源與環(huán)境研究中心開發(fā)。
這一技術(shù)是在上世紀(jì)90年代中期開發(fā)的，于1999年8月取得美國(guó)專利。GORE公司在這一技術(shù)的早期開發(fā)和目前的商業(yè)運(yùn)作上都提供了技術(shù)和財(cái)力的支持，GORE公司已經(jīng)取得了該項(xiàng)技術(shù)的許可證以及在全世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用權(quán)力。目前，GORE公司正在全世界范圍內(nèi)選擇合作伙伴，授予其許可證技術(shù)，并將其作為原始設(shè)備制造商，允許他們使用該項(xiàng)技術(shù)，在指定的區(qū)域和市場(chǎng)設(shè)計(jì)、建造該系統(tǒng)。
與COHPAC不同的是該除塵器不是由電除塵器和袋除塵器串聯(lián)而成，是由一行電除塵器部件和一行濾袋相間排列而成（見圖4、圖5）。也就是說濾袋在電除塵的粉塵收集板之間，粉塵收集板是多孔板，多孔板的開孔率為45%。粉塵可以通過多孔極板上的小孔流向?yàn)V袋，由于粉塵微粒在通過多孔板之前已經(jīng)荷電，90%的粉塵微粒在到達(dá)濾袋之前就被粉塵收集板收集，只有一部分粉塵的氣體通過多孔極板上的小孔流向?yàn)V袋，經(jīng)濾袋過濾，將剩余的粉塵除去。濾袋脈噴清灰時(shí)，脫離濾袋的塵塊經(jīng)多孔極板回流，在電除塵區(qū)域被捕集，這樣就大大減少了粉塵重返濾袋的機(jī)會(huì)，有效避免了濾袋對(duì)粉塵的二次吸附。同樣的，收塵極板振打清灰時(shí)未落入灰斗的粉塵也會(huì)被濾袋捕集。多孔極板除了收集荷電的塵粒外，還能保護(hù)濾袋免受放電的破壞這一技術(shù)的中間試驗(yàn)裝置于1999年7月開始運(yùn)行，處理OtterTail電力公司大石燃煤發(fā)電廠排放的15000m3/h煙氣，煙氣中含有電除塵器難以捕集的高比電阻飛灰，濾袋氣布比為 3.35~3.66m/min。該設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行性能穩(wěn)定，采用在線清灰，平均在線脈沖清灰時(shí)間間隔大于20min。除塵率能達(dá)到99.99%以上，阻力保持在1600~2000Pa。
AHPC在水泥廠的應(yīng)用實(shí)例：ELEXAG.為第一個(gè)從GORE公司購(gòu)買許可證技術(shù)的OEM制造商，從意大利Cagnano的一水泥廠取得了第一個(gè)用 AHPC取代電除塵器的設(shè)計(jì)及建造合同，該水泥廠為SACCI公司擁有，該生產(chǎn)線為生產(chǎn)能力1100t/d水泥熟料的立波爾回轉(zhuǎn)窯，原來使用靜電除塵器。 2001年，該廠將立波爾窯改成預(yù)熱器窯，生產(chǎn)能力增加到1400t/d。同時(shí)，決定選擇AHPC取代現(xiàn)有的靜電除塵器。改造后希望將水泥窯尾、生料磨、篦冷機(jī)的廢氣集中一起進(jìn)行處理。
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