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提高微细颗粒的脱除效率同静电除尘器的工作原理

2020-07-18 17:37:26

其一、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,从而提高湿式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0.1μm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。

其二、静电除尘器的工作原理

湿式静电除尘器配件实质上是由两个极性相反的电极组成其中是表而曲率很大的线状电极(通常是负极),称电晕极或放电极,一个是板状电极(通常是正极),称集尘极。工作时常在电晕极和集尘极之间施加直流高压使电晕极发生电晕放电,在其附近形成电晕区。电晕区内生成大量的自由电子和正离子,以及由自由电子附着而带负电的气体分子—负离子。在电场力的作用下正离子向电晕极运动,自由离子和负离子向集尘极移动,充满到两极间的绝大部分空间。当污染气体通过这一电场空间时,充满在空间的自由离子和负离子将与物体染气体中的气溶胶粒子碰撞并附着在其上使之带电,形成带负电的粒子。由十在静电场中作用在荷电粒子上的电场力比重力大得多,所以在电场力的作用下,这些带负电的粒子将被驱往集尘极,放出所带电荷而沉积在集尘极上。

当然由电晕放电形成的正离子与气溶胶粒子碰撞时也可使之带电,形成带正电的粒子,沉积到电晕极上。但是由十出现在电晕区内的正离子向电晕极运动的路径极短,只能与少数气胶粒子相遇而使之荷电,所以沉积在电晕极上的粉尘颗粒是不多的。当沉积在集尘极(或电晕极)上的粉尘到一定厚度时,应由清灰装置及时清理,使粉尘落入灰斗后排出。