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提高微细颗粒的脱除效率同静电除尘器在实际使用过程

2020-05-18 17:32:58

 {一}、提高微细颗粒的脱除效率

  微细颗粒物质量轻、粒径小、流动跟随性好、吸附性强且较难脱除,是造成大气能见度降低、灰霾天气、酸雨、气候变化等重大问题的重要因素,由其引发的污染已成为我国突出的大气环境问题,而燃煤电厂是引起我国大气环境中微细颗粒物浓度增加的重要污染源之一。干式静电除尘器(DESP)具率高、能耗低、烟气处理量大等优点,目前我国有90%~95%的燃煤电厂采用DESP对燃煤烟气进行除尘处理,但由于微细颗粒(粒径小于10μm)荷电效果差,电迁移率低,其脱除效率并不理想,通常不超过90%;此外,DESP靠振打清灰,易出现二次扬尘及反电晕现象,也大大降低了对细颗粒物脱除效率。目前工业多采取增加电场数、增加除尘器的宽度和增加除尘器的高度等手段来增加收尘面积,从而提高静电除尘器的脱除效率,但该改造方案需增加占地面积、投资运行费用较高,适用的项目范围较窄阵,且振打导致的颗粒物脱除效率降低的关键性问题依旧没有解决。

为适应新排放标准,提高微细颗粒的脱除效率,在传统DESP除尘技术上发展新型除尘技术成为研究趋势,新型静电除尘增效技术主要包括移动极板技术、低低温技术、电袋复合式除尘技术和湿式静电除尘技术。但在实际工业应用中,移动极板技术阳极板机械结构过于复杂,制作、运行成本高,设备维护困难;低低温电除尘器技术加装热交换装置会带来系统流体阻力增加及设备占地面积增加等问题,同时由于烟气温度降低到酸结露以下,换热器及电除尘器均存在酸腐蚀风险。

电袋复合式除尘技术在实际运行中难以处理高温烟气,易出现“烧袋”现象,且对锅炉运行烟气湿度及含氧量要求高,辅助系统复杂,故障率较高。

而WESP与常规的DESP除尘原理及结构基本相同,使用喷淋系统在收尘极形成水膜代替传统DESP的振打清灰系统,兼具DESP的优点且克服了反电晕和二次扬尘问题,结构简单同时又没有以上增效技术存在的问题,具有很高的除尘效率,随着火电厂大气污染物排放标准的日趋严格,湿式电除尘器在燃煤电站的应用越来越广泛,针对湿静电除尘器脱除微细颗粒的问题近年国内外学者也开展了大量的研究。

用ELPI测试不同电场强度、停留时问、颗粒粒径下微细颗粒在湿式电除尘器内的脱除效率,研究发现,随着停留时问增长,脱除效率从57%上升至96%,随着电场强度增大,脱除效率提高。同初始微细颗粒浓度对脱除效率的影响,随着颗粒物初始浓度降低,脱除效率有所下降,分级脱除效率整体成U型分布。

新型湿式静电除尘器,除尘器荷电区与收尘区分开,发现荷电区对细颗粒物脱除效率为10%,提高荷电区与收尘区电压及减少收尘区极问距均对脱除效应具有促进作用,可高达99.7%。水膜对微细颗粒静电脱除效率的影响规律,结果表明粒径为0.5μm时的脱除效率较低,随着颗粒直径的增大或减小,颗粒脱除效率都将增大。水膜能够显著提高小颗粒的静电脱除效率,当颗粒直径小于O.lμm颗粒脱除效率提高约50%,对大颗粒的脱除效率也有较显著的促进作用高约8%。以上研究,多为湿式电除尘器污染物脱除宏观效率试验,缺乏对于湿式电除尘器内部颗粒的分布、受力与运动特性等方面的研究,而这对于优化湿式电除尘过程进一步提高微细颗粒脱除效率至关重要。

通过ELPI对电除尘器除尘过程中微细颗粒的浓度分布进行实时测量,基于颗粒浓度变化研究分析了水膜对微细颗粒在静电除尘器内的分布状况、运动轨迹、沉积情况、分级效率及力学行为等的影响,揭示水膜影响微细颗粒脱除效率的机理,为湿式电除尘器脱除微细颗粒奠定理论基础。

改进电场结构  在单区静电除尘器中,粒子的荷电和捕集都在一个区内完成,而双区静电除尘器的粒子荷电部分和收尘部分是分开的。前区安装电晕极,粉尘在此区内荷电,后区安装收尘极,粉尘在此区内被捕集。双区电除尘技术是在末电场中,将单一的高压电尘荷电区和收尘区,并用不同的高压电源供电。根据需要,有所区别地向这两个区供应适宜的运行电压强化其荷电和收尘功能。荷电区主要是对粉尘进行荷电同时又在阳极板上收集带负电荷的粉尘。收尘区则使颗粒从烟气中分离,将绝大部分的颗粒吸附到收尘板上;同一些带正电荷的颗粒吸附至其阴极(又称辅助电极)。双区电场由于荷电与收尘区分开后,在荷电区可以比较灵活地调整电压,通过减小极间距,可以在较低的电压下能使尘粒充分地荷电,运行也很。在收尘区,可大大地提高收尘电场的均匀性,有利于提高除尘效率。对双区电场对粉尘驱进速度的提高系数研究表明,为防止电除尘器发生反电晕问题并提高除尘效率,在末电场采用双区电场结构,将粉尘荷电、收尘的过程及其电源供电设备分开,使两个区域的电气运行参数分别达到较佳化。通过实验研究表明,与传统卧式电除尘器相比,双区电场可使粉尘平均驱进速度提高20%左右;除尘效率则随之上升,并将粉尘排放浓度降低到50mg/m³以下。

  {二}、静电除尘器在实际使用过程

  转炉炼钢一次除尘目前采用的除尘工艺主要是湿法塔文OG系统和干法LT系统。湿法除尘系统由于耗水量大、系统阻力大、能耗高、除尘效率低已经处于逐步淘汰阶段;干法除尘系统主要靠静电除尘器进行精除尘,系统阻力小、能耗低、耗水量小、除尘效率较高,被新建及改造工程广泛采用。但静电除尘器在实际使用过程中也暴露出以下问题。

(1)静电除尘器配件往往设备庞大,耗钢多,同时对制造、安装和操作水平的要求都较高,价格昂贵;(2)静电除尘器往往受到烟尘性质、湿度、温度、成分、压力,以及粉尘浓度、粒径分布、比电阻等多种因素的影响,使其实际的除尘效率往往达不到设计效率,并且波动较大;

(3)静电除尘器对颗粒(如PM2.5)的控制效果较差,这主要是由于这个粒径范围内的粉尘处于电场荷电和扩散荷电两种荷电机制之间,荷电效果较差;同时在电极振打时容易产生二次飞扬的现象,使已捕集的粉尘从电除尘器逃逸。

袋式除尘器能够克服静电除尘器的大部分缺点,特别是对于亚微米级的粉尘有很好的收集效果,但是受制于系统阻力大、不适宜于高温、高湿、腐蚀性烟气、不适宜于粘结性强和吸湿性强的粉尘、很换频繁等因素,单独将其应用于转炉一次除尘尚存在问题。

静电布袋复合除尘器是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种新型的除尘技术。它结合了静电除尘器和布袋除尘器的优点,除尘效率高,既能满足日趋严格的环保标准,又能增加运行可靠性,降低除尘成本。因此,将静电布袋复合除尘器应用于转炉一次除尘系统具有较好的应用前景和现实意义。