高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：針對(duì)鋼鐵、有色金屬、水泥等行業(yè)由于煙塵濃度高、比電阻高、粉塵粒徑小、分散度大等造成大氣污染治理難度大的現(xiàn)狀，研發(fā)了一種高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)排放濃度<5 mg/Nm3，運(yùn)行阻力<1 100 Pa，濾袋壽命>8年，滿足超低排放要求，能適應(yīng)復(fù)雜的煙氣工況，解決了化纖濾袋回收利用難的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高溫;超凈;電袋復(fù)合除塵技術(shù);超低排放;工程應(yīng)用

0 引言

隨著電力行業(yè)基本達(dá)到超低排放要求，國(guó)家開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向并加快對(duì)鋼鐵、有色金屬、水泥等行業(yè)的污染治理。這些行業(yè)領(lǐng)域的煙氣工況復(fù)雜，具有煙塵濃度高、比電阻高、粉塵粒徑小、分散度大等特點(diǎn)，治理難度大。在此背景下，如果要滿足嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)電袋復(fù)合式除塵器需要解決如何實(shí)現(xiàn)超低排放、如何適應(yīng)高溫等復(fù)雜煙塵工況、廢棄濾料回收困難等問(wèn)題。為滿足新的環(huán)保要求，電袋復(fù)合式除塵器需要在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破，避免在粉塵治理中增設(shè)濕式電除塵器，節(jié)省投資、占地面積、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，提高設(shè)備運(yùn)行的安全、可靠性。

1 高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)研究

高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是在超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)基礎(chǔ)上的再次創(chuàng)新升級(jí)，煙塵排放濃度<5 mg/Nm3，運(yùn)行阻力<1 100 Pa，濾袋壽命>8年。

在開(kāi)發(fā)高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)過(guò)程中，我們主要進(jìn)行了五大技術(shù)創(chuàng)新，分別是最佳耦合匹配技術(shù)、多維高均勻流場(chǎng)技術(shù)、微粒凝并技術(shù)、低阻長(zhǎng)壽命合金濾料技術(shù)、高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

1.1? ? 最佳耦合匹配技術(shù)研究

電袋是由電區(qū)和袋區(qū)有機(jī)復(fù)合而成。電區(qū)比集塵面積越大，除塵效率越高，袋區(qū)過(guò)濾風(fēng)速越低，排放也越低，但設(shè)備造價(jià)越高，經(jīng)濟(jì)性越差。那么，在電袋復(fù)合機(jī)理中，電區(qū)選型多大，袋區(qū)選型多大，兩者如何進(jìn)行匹配，才能實(shí)現(xiàn)超低排放、經(jīng)濟(jì)性好的目標(biāo)呢？對(duì)此，我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和工程總結(jié)，找到了關(guān)鍵的影響因素——袋區(qū)入口濃度，并得到了袋區(qū)入口濃度最佳值以及相匹配的過(guò)濾風(fēng)速。在大量試驗(yàn)及工程應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上，研發(fā)出電區(qū)與袋區(qū)最佳耦合匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電袋復(fù)合除塵的最佳分區(qū)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足超低排放基礎(chǔ)上，使得設(shè)備投資最低，提高了產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1.2? ? 多維高均勻流場(chǎng)技術(shù)研究

電袋由兩種不同機(jī)理、不同結(jié)構(gòu)的除塵器構(gòu)成，其流速、流向和斷面急劇變化，風(fēng)速?gòu)碾姵龎m區(qū)的1 m/s到降低到袋區(qū)的1 m/min，流向從電除塵區(qū)的水平進(jìn)出轉(zhuǎn)為袋區(qū)的下進(jìn)上出，流場(chǎng)均布難度很大。為此，我們與清華大學(xué)等知名高校開(kāi)展合作研究，針對(duì)電袋結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了物模、數(shù)值和工程驗(yàn)證相結(jié)合的設(shè)計(jì)技術(shù)，形成了一套完整的多維高均勻流場(chǎng)技術(shù)，最終各分室流量偏差為±4%，各濾袋出口CFD計(jì)算相對(duì)均方根值為0.15。

1.3? ? 微粒凝并技術(shù)研究

大量研究表明，使細(xì)顆粒荷電凝并或極化長(zhǎng)大，然后被過(guò)濾攔截，是捕集細(xì)顆粒物最有效的方法之一。高溫超凈電袋復(fù)合除塵器技術(shù)運(yùn)用了荷電和過(guò)濾攔截機(jī)理。我們通過(guò)與中科大合作研究表明，電袋技術(shù)彌補(bǔ)了顆粒物在電區(qū)和袋區(qū)的穿透區(qū)間。我們與清華大學(xué)合作研究了電袋課題，單纖維捕集荷電顆粒試驗(yàn)結(jié)果表明：極化或荷電顆粒形成的顆粒鏈更為有序;荷電后顆粒平均粒徑比荷電前增長(zhǎng)12.5%。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了具體的技術(shù)：（1）采用強(qiáng)放電、高場(chǎng)強(qiáng)極配形式;（2）采用新型高效電源技術(shù)，以便提高陰極線針端放電性能，增加顆粒的荷電量。

1.4? ? 低阻長(zhǎng)壽命合金濾料技術(shù)研究

針對(duì)高溫及更加復(fù)雜的煙氣工況，我們通過(guò)6年半的研制，開(kāi)發(fā)出了一種合金濾料。合金濾袋是采用不銹鋼等不同絲徑的合金纖維經(jīng)無(wú)紡鋪制后燒結(jié)成氈，再通過(guò)卷圓、焊接等工藝作制成濾袋。通過(guò)不同梯度鋪層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的過(guò)濾效率，具有耐高溫、8年以上超長(zhǎng)壽命、阻力低、耐腐蝕、回收利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。合金濾袋的開(kāi)發(fā)經(jīng)歷了大量的實(shí)驗(yàn)研究和試制。首先是鋪層結(jié)構(gòu)和過(guò)濾性能的研究，開(kāi)發(fā)了多種不同粗細(xì)纖維、配比的濾料鋪層結(jié)構(gòu)，利用VDI濾料過(guò)濾實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)試了其過(guò)濾精度，并與化纖濾料進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：具有良好的鋪層結(jié)構(gòu)的濾料，過(guò)濾性能比化纖高精濾料更優(yōu)，滿足超低排放使用要求，還可以進(jìn)一步降低阻力。

在電袋實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展冷態(tài)載灰試驗(yàn)，測(cè)試了3種過(guò)濾風(fēng)速、2種電場(chǎng)狀態(tài)共6個(gè)工況的過(guò)濾性能，結(jié)果表明：出口粉塵排放均小于1 mg/Nm3，開(kāi)啟電場(chǎng)，過(guò)濾效率更高，阻力更低。

在全尺寸脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)8 m長(zhǎng)合金濾袋進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：合金濾袋壓力峰值最小值及袋底壓力均高于化纖濾袋;且其振動(dòng)頻率更高，更有利于清灰。

在耐腐蝕方面，通過(guò)高溫氧化試驗(yàn)表明，金屬合金濾料有良好的塑性;電鏡分析顯示：纖維表面基本維持原始形貌，氧化程度較小。

耐磨性能實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：合金濾料的耐磨性能是化纖濾料的兩倍以上。

1.5? ? 高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究

高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究主要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、絕緣、保溫、密封等部件的材料提出了更高要求，解決了材料應(yīng)用難題。

2 高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的應(yīng)用

在山西某氧化鋁焙燒爐除塵提效改造工程中，采用了高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)，該項(xiàng)目原采用三電場(chǎng)靜電除塵器，排放濃度大于100 mg/m3;經(jīng)高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)改造的#6爐于2019年3月29號(hào)投料運(yùn)行，實(shí)測(cè)除塵器出口排放濃度均值<3 mg/Nm3，阻力<500 Pa，為氧化鋁行業(yè)粉塵超低排放治理提供工藝路線。

2.1? ? 技術(shù)性能參數(shù)

高溫超凈電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能參數(shù)如表1所示。

2.2? ? 總體布置

山西某氧化鋁焙燒爐除塵提效改造中高溫超凈電袋復(fù)合除塵器總體布置如圖1所示。

2.3? ? 改造方案

本改造工程是在原三電場(chǎng)除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，不加長(zhǎng)，不加寬;保留支架、殼體、灰斗等，第一電場(chǎng)更新，陰極采用頂部電磁振打技術(shù)，陽(yáng)極采用側(cè)部振打技術(shù);第二、第三電場(chǎng)拆除濾袋，采用合金濾袋，形成1電2袋結(jié)構(gòu)。在本改造工程中采用了耦合匹配技術(shù)、多維高均勻流場(chǎng)技術(shù)、微粒凝并技術(shù)、低阻長(zhǎng)壽命合金濾料技術(shù)、高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了工程的順利實(shí)施。

2.4? ? 投運(yùn)效果

該項(xiàng)目是高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的成功應(yīng)用典范，2019年3月通過(guò)了第三方檢測(cè)，投運(yùn)后除塵器排放濃度

<3 mg/Nm3，運(yùn)行阻力<500 Pa，各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。煙囪出口排放濃度大大低于排放限值，圓滿實(shí)現(xiàn)了超低排放目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)經(jīng)過(guò)工程應(yīng)用實(shí)踐表明，可實(shí)現(xiàn)粉塵排放濃度<5 mg/Nm3，為非電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放提供了可靠?jī)?yōu)質(zhì)的工藝路線。同時(shí)，高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)還簡(jiǎn)化了煙塵治理系統(tǒng)的復(fù)雜性，具有一次投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、占地面積小等優(yōu)勢(shì)。

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收稿日期：2020-04-03

作者簡(jiǎn)介：韓志剛（1983—），男，遼寧人，工程師，研究方向：粉塵治理。