張悅，王淵

（山西晉中理工學院，山西晉中030600）

1 除塵技術現(xiàn)狀

近些年，國家不斷采取規(guī)范化措施，以期解決以電力行業(yè)為主的大氣污染物排放問題。以燃煤電廠排放的煙氣為例，顆粒物作為主要的大氣污染物廣泛存在于環(huán)境空氣中，對人體健康的危害及周邊環(huán)境的影響十分顯著。

面對不斷嚴格的煙塵排放要求，電除塵器作為解決環(huán)保與經(jīng)濟發(fā)展之間矛盾的主要技術設備之一，已廣泛應用于火電、機械、鋼鐵、冶金、電子、化工、建材等行業(yè)。但受電除塵器運行原理所限，同時伴隨著不同煤種燃燒后產(chǎn)生的飛灰在比電阻、顆粒物粒徑等方面性質(zhì)的差異，電除塵器的除塵效率受到影響。袋式除塵器除塵效率高，不僅運行穩(wěn)定、適用范圍廣，其造價和運行費用均低于電除塵器，對于高溫及高比電阻粉塵也有較好的處理效果，因此在大氣污染治理方面的優(yōu)勢尤為突出[1]。但與電除塵器比較而言，袋式除塵器也有不足之處，例如不適宜在高溫條件下運行，對含濕量高的粉塵處理效果較差，壓力損失較電除塵器稍大等。

為了探索新型高效除塵技術，研究人員利用靜電力和過濾方式相結合的方式設計出了電袋復合式除塵器。該技術不僅結合了電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)勢，同時彌補了各自的不足之處，具有良好的應用前景[2]。電袋復合除塵器不僅除塵效率高，對PM2.5的捕集效果尤為顯著，近幾年來得到了廣泛的應用和推廣。

2 電袋復合式除塵器

2.1 電袋復合式除塵器的原理及特點

電袋復合除塵器是一種以粉塵“荷電集塵+攔截過濾”為機理，將電除塵和袋式除塵有機結合的一種高效除塵設備。含塵煙氣由煙道進入喇叭口，通過氣流分布板，將煙氣均勻地帶入電場區(qū)，顆粒物在電場力的作用下荷電，隨后向一側集塵板遷移并沉積，為保證除塵效率，設備每隔一段時間需進行清灰。有研究表明，在電場區(qū)可去除80%以上的顆粒物，極大地降低了后續(xù)濾袋區(qū)的粉塵負荷，同時由于電場區(qū)已捕集了大部分大尺寸顆粒物，減小了煙氣對濾袋區(qū)中濾袋的磨損，提高了濾袋的使用壽命。通過電場區(qū)后，剩余細微顆粒物隨煙氣在濾袋區(qū)內(nèi)被攔截下來，同樣，設備每隔一段時間可通過脈沖噴吹清灰的方式實現(xiàn)高效除塵。有研究表明，細微顆粒物在電場區(qū)荷電后，在電凝并作用下，異性電荷小顆粒逐漸形成較大顆粒，提高了粉塵捕集效率；與此同時，帶有同種電荷的顆粒物相互排斥并迅速在后級空間擴散，以氣溶膠懸浮狀態(tài)均勻分布在各室，使沉積在濾袋表面的顆粒物之間形成排列有序、透氣性好、利于清灰的粉塵層，運行阻力顯著降低[3]。

電袋復合除塵器的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個方面：電袋復合除塵器不受煤種變化、煙氣特性、飛灰比電阻等因素的影響，利用荷電粉塵的電凝并作用確保煙氣中顆粒物濃度達標排放，能夠長期穩(wěn)定運行；電袋復合除塵器在電場區(qū)內(nèi)的運行能耗低于單一的電除塵器，而在濾袋區(qū)內(nèi)運行負荷低于單一袋式除塵器；由于電袋復合除塵器在濾袋區(qū)粉塵負荷降低，同時在電凝并作用影響下，濾袋清灰周期延長，濾袋的磨損減小，提高了濾袋使用壽命，降低了除塵器的運行維護費用[4]。

2.2 電袋復合式除塵器的類型

2.2.1 串聯(lián)復合式（COHPAC）

被稱為“前電后袋式”除塵器，通常在電除塵器后布置二級袋式除塵器。含塵煙氣經(jīng)過電除塵器時，大部分粗顆粒物沉積在集塵板上，隨后煙氣繼續(xù)通過二級袋式除塵器將剩余細微顆粒物捕集下來。由于場地空間限制，一些廠區(qū)無法在電除塵器后直接布設袋式除塵器，因此在二十世紀九十年代左右有研究機構開發(fā)出I型和Ⅱ型COHPAC，即俗稱的“一體式”與“分體式”結構[5]。

“分體式”COHPAC的設計構思比較簡單，通常在電除塵器后加一臺袋式除塵器即可，前后兩級除塵設備相互獨立，一般應用于廠區(qū)煙氣排放濃度過高，無法達到國家標準時，則可在原有的電除塵器的基礎上進行改造設計?！耙惑w式”COHPAC通常在原有的多個電場中只保留一個電場，其余電場則改造為濾袋區(qū)，含塵煙氣在電場區(qū)首先將煙氣中的粗顆粒物去除，這種構造使含塵煙氣首先經(jīng)過顆粒物荷電過程，然后利用二級袋式除塵器完成剩余顆粒物的捕集[6]。

2.2.2 并聯(lián)混合復合式（AHPC）

由美國北達科他大學能源與環(huán)境研究中心（EERC）研發(fā)產(chǎn)生的。含塵煙氣經(jīng)氣流分布板均勻地將煙氣引入電場區(qū)各個通道，電場區(qū)通道與濾袋區(qū)濾袋進行穿插式平行布置，這種結構的特點在于設備在濾袋的兩側布置了開孔集塵板，含塵煙氣在到達濾袋前首先經(jīng)過了電場區(qū)，將大部分顆粒物通過電場力的作用捕集至集塵板，剩余顆粒物隨煙氣穿過開孔集塵板向濾袋區(qū)行進，最終被濾袋攔截去除，清潔煙氣則從凈氣管排出。運行一段時間后，濾袋進行清灰時其表面的粉塵可再次被開孔集塵板捕集，該設備結構緊湊，性能穩(wěn)定，顆粒物去除率可達99.99%以上，阻力保持在1600～2000Pa[7]。

3 尚待解決的問題

隨著電袋除塵技術的快速發(fā)展與應用，人們對其優(yōu)勢已有共識，電袋除塵對工況適應能力較靜電除塵更強，對除塵受限、運行阻力高、配件壽命較短這些弊端都有所解決，不僅提高了總體技術水平，并且對各種環(huán)境的適應能力有所提高。前電減輕了后袋的過濾負荷，粉塵荷電后，異性相吸，小顆粒凝聚大顆粒；同性相斥，排列有序，塵并結構較為疏松。使后袋的清灰周期延長，過濾阻力有所降低，運行能耗也相應降低[8]。而且，前電可以作為有效的緩沖空間，能夠?qū)煔鉁囟鹊暮龈吆龅蛦栴}進行調(diào)控，四管爆裂等異常工況對后袋的影響進行有效減緩。但也在研究使用過程中暴露出一些問題。在電袋之間，均流導電板的設置必須合理，荷電塵粒碰撞后會失去電荷，均流板積聚粉塵變成收塵極，容易造成板孔的堵塞，有待進一步商榷[9]。前電后袋分別配有高壓電源設備，低壓電源設備，兩套控制系統(tǒng)，造成成本、使用費用的增加。在工程實踐中，仍需對以下問題進行深入研究。

3.1 如何選擇合適的濾袋

早期應用于電袋復合除塵器的濾袋材料主要是適用于電力行業(yè)溫度不高的條件下，如PPS（聚苯硫醚）、混紡濾料及超細纖維梯度濾料等；為了改善應用條件限制的問題，第二代金屬纖維濾料不僅耐高溫，還具有耐腐蝕性、透氣性好，能耗低等優(yōu)點。通過對部分電袋復合除塵器進行調(diào)查分析，結果發(fā)現(xiàn)很多除塵器在兩年內(nèi)都發(fā)生了不同程度的破袋問題，究其原因，可能是由于電除塵器產(chǎn)生的O3使煙氣中NO2、SO3等氣體含量增加，導致系統(tǒng)中氧化及酸腐蝕反應的發(fā)生，引起后置PPS濾袋強度降低導致破袋，因此在選擇濾袋時需考慮多種因素的影響。另一方面，粉塵荷電對濾料阻力產(chǎn)生了影響，例如在10 kV的電壓下，阻力的增長由快到慢的順序是：滌綸防靜電濾料＞滌綸濾料＞PPS＞P84，因此我們在選擇除塵器的濾料時，也應關注其導電性。

3.2 如何保證氣流均勻分布

含塵煙氣從煙道經(jīng)電袋復合除塵器至排出的整個流程中，大型機組處理煙氣量大，內(nèi)部結構復雜，因此電袋復合除塵器袋區(qū)的氣流分布是一個難點，對濾袋使用壽命也會產(chǎn)生較大影響。姚宇平等[10]利用CFD數(shù)值模擬技術對濾袋室水平布置和錯層布置的氣流分布結果進行對比，結果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水平布置的電袋復合式除塵器中由于上升速度大且氣流分布不均，使得濾袋的清灰困難，而錯層布置的電袋復合式除塵器的水平速度氣流更均勻，且沒有出現(xiàn)局部高速，可有效減小濾袋的磨損，延長濾袋使用壽命。

3.3 如何對電場區(qū)進行改進

傳統(tǒng)的電袋復合式除塵器通常僅設單個電場區(qū)，因此僅有一個供電單元，當該電場區(qū)電源發(fā)生故障時，電場區(qū)與后置濾袋區(qū)均會受到影響。為了解決這個問題，有研究者提出，可以利用小分區(qū)供電的方式提高電場區(qū)可靠性。另外，為滿足含塵煙氣的超低排放要求，有研究者采用高放電性能、高場強的電區(qū)極配型式，以提高荷電量，增強顆粒物凝并效應，并最終提高電場區(qū)的粉塵去除率。

總之，對現(xiàn)有電袋復合除塵技術的分析結果表明，雖然電袋復合除塵技術結合了電除塵器和袋式除塵器的特點，充分發(fā)揮兩種除塵器的優(yōu)勢，能夠在一定程度上彌補兩種除塵器的不足，但電袋復合除塵技術仍存在許多亟待解決的問題。例如，在如何選擇合適的濾袋，如何保證氣流均勻分布以及如何對電場區(qū)進行改進等方面，仍需進行深入研究。因此，如何合理地融合電除塵和袋式除塵兩種機理的除塵技術，改善當前電袋復合式除塵器的不足，進一步提高煙氣顆粒物去除率成為當下的重中之重。