摘要：由于可吸入性粉塵直徑�。ㄒ话阈∮�10 微米）并能在空氣中長(zhǎng)久懸浮，對(duì)人的健康帶來(lái)危害，最近北京市對(duì)汽車尾氣排放的可吸入性粉塵提高了要求。實(shí)際上，國(guó)外很多國(guó)家對(duì)鍋爐排放的可吸入性粉塵也很關(guān)注。美國(guó)在這方面就開(kāi)展了許多研究。為更好的捕集細(xì)顆粒粉塵，電和濾袋相結(jié)合不失為一種好而可行的方法。本文就此介紹一些國(guó)外在這方面開(kāi)展的研究和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞： 靜電,布袋,除塵器,復(fù)合

早在 1961 年Frederick 就在其文章中指出，織物、煙塵上的靜電荷對(duì)織物過(guò)濾的除塵率、阻力以及清灰難易有影響。

1970 年美國(guó)精密工業(yè)公司試驗(yàn)生產(chǎn)了一種名為Apitron 的除塵器。其原始的設(shè)計(jì)是在金屬絲網(wǎng)做成的圓筒形管子中心放一根電暈線，管子外面套一個(gè)濾袋。軸向進(jìn)入管子的粉塵因電暈作用而荷電，一部分被接地的金屬絲網(wǎng)管電極捕集，在轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃?dòng)后，其余荷電粉塵最終為最外層的濾袋捕集。但是，這種早期的設(shè)計(jì)后來(lái)被廢棄了，因?yàn)楦邏弘姇灧烹娪袝r(shí)會(huì)損壞濾袋。第二種Apitron 的構(gòu)造型式是將金屬極線和鋼板圓管組成的荷電器與濾袋分開(kāi)，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捕集，然后含塵氣體向上流動(dòng)，穿過(guò)濾袋流出去，此時(shí)濾袋又將剩下的粉塵捕集。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)。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的有所不同，其差異在于：（1）脈沖空氣是在濾袋的底部噴入而不是在濾袋頂部；（2）濾袋是內(nèi)側(cè)過(guò)濾而不是外側(cè)過(guò)濾。為了解決荷電部分的反電暈問(wèn)題，其收塵圓管的管壁是中空的，可用水冷卻。

美國(guó)南方研究所在美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的支持下，曾經(jīng)用移動(dòng)式Apitron 除塵器在現(xiàn)場(chǎng)抽取一部分粉煤工業(yè)鍋爐所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行試驗(yàn)。Smith 等人報(bào)告對(duì)一臺(tái)總過(guò)濾面積約55.74 m2 的Apitron 中間試驗(yàn)設(shè)備（含24 條濾袋，濾袋長(zhǎng)3.66m，直徑203 m m，每條濾袋下面接一由金屬線和圓管組成的荷電器）從一臺(tái)粉煤鍋爐抽取部分煙氣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)用的濾料有 Nomex 針剌氈、Teflon 針剌氈和玻纖布。

上述這些試驗(yàn)結(jié)果表明，Apitron 在降低壓力降提高除塵率兩方面都是有效的。除此之外，據(jù)Helfritch 試驗(yàn)，Apitron 還有一大優(yōu)點(diǎn)就是它的氣布比可以大大提高。從他的試驗(yàn)來(lái)看，對(duì)Apitron 施加電壓后，一但達(dá)到電暈始發(fā)值，壓力損失即突然下降；隨著電壓的升高，壓損下降愈多。這是因?yàn)楹呻妷m粒形成的疏松粉塵層透氣性較好，而且有一些粉塵沉降在金屬管上之故。在常溫下，用Nomex 針剌氈捕集50%小于7μm 的硅塵，施加38kV 電壓的 Apitron，過(guò)濾風(fēng)速比不加電壓時(shí)提高到4 倍，方達(dá)到同樣的壓損，除塵率還高一些。

利用電力來(lái)提高袋式除塵器性能的第二種方法是在濾料附近施加外電場(chǎng)。美國(guó)紡織研究所的 Lamb 等人曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室做過(guò)廣泛的研究。為什么有電場(chǎng)時(shí)的壓力損失比較低？這是由于粉塵在濾料內(nèi)的分布不同所致。以氈濾料來(lái)看，在無(wú)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(guò)，所以要使外加電場(chǎng)的織物過(guò)濾取得最佳效果，濾料應(yīng)具有纖維較稀的表面層。

Lamb 等人的許多實(shí)驗(yàn)工作所用細(xì)金屬絲電極很脆弱，容易損壞，還可能引起電暈電流，從而使達(dá)到一定程度的壓力損失下降所消耗的電力增多。因此，VanOsdell 等人設(shè)計(jì)出一種在遠(yuǎn)低于電暈始發(fā)電壓下工作的直徑較粗的電極，實(shí)際上就是標(biāo)準(zhǔn)籠骨的3 m m 垂直鋼筋。這種電籠骨用絕緣的特氟隆套管或陶瓷隔片將極性相反的籠骨豎筋隔離。在運(yùn)行電壓顯然不會(huì)導(dǎo)致顯著的電暈電流的情況下，電場(chǎng)仍使壓力損失明顯地降低。

實(shí)際上，定性地說(shuō)，不同的電極結(jié)構(gòu)和不同的濾料及粉塵相結(jié)合，都可以取得降低壓力損失的效果。表1 是Hovis 發(fā)表的另一項(xiàng)用來(lái)源不同的飛灰和不同的濾料與電極相組合進(jìn)行試驗(yàn)取得的結(jié)果。表中數(shù)據(jù)說(shuō)明，在各種情況下，加電場(chǎng)后壓力損失都是下降的，在高溫下同樣能取得這種效果。

表中的“織入電極”是在織造濾料時(shí)就把不銹鋼紗線（90 根根直徑2μm 的長(zhǎng)絲構(gòu)成）織進(jìn)去（每隔2 cm 一根經(jīng)線）�？梢怨┓创碉L(fēng)袋式除塵器使用的電極結(jié)構(gòu)，除了這一種外，還有人研究過(guò)其它在濾料的適當(dāng)位置添加金屬線的方式，例如在濾袋內(nèi)側(cè)縫上金屬線、在濾袋內(nèi)側(cè)或外側(cè)加上金屬螺旋線等。但是，看來(lái)織入電極更好，因?yàn)榭椷M(jìn)濾料的金屬紗線具有紡織品的機(jī)械性質(zhì)，更適應(yīng)通常袋式除塵器的工作。此外，在濾料表面印制電極也是有人研究的一種方法。這種方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，問(wèn)題在于印制的電極在濾袋工作過(guò)程中容易開(kāi)。

在 Waynesboro 現(xiàn)場(chǎng)用電籠骨做的中間試驗(yàn)還表明：

（1）在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，如果有外電場(chǎng)，可以提高清灰效果。加電場(chǎng)時(shí)由于清灰后剩余粉塵較少，所以剩余壓力損失也較低。

（2）加電場(chǎng)可以增加塵塊的孔率。試驗(yàn)時(shí)取出有電場(chǎng)與無(wú)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(shuō)明電場(chǎng)引起了塵塊的結(jié)構(gòu)改變，而且經(jīng)過(guò)清灰和灰斗貯存，長(zhǎng)時(shí)間脫離電場(chǎng)，這種改變還存在。

（3）用級(jí)聯(lián)沖擊器分別在有電場(chǎng)與無(wú)電場(chǎng)的除塵室出口以同樣多的時(shí)間取樣測(cè)出的不同粒度飛灰的通過(guò)率。因?yàn)榧与妶?chǎng)的除塵室壓力損失比不加電場(chǎng)的低，所以前者的清灰頻率也較少，圖中顯示出的前者飛灰通過(guò)率明顯下降可能是由于這一取樣條件的不同而造成的。其后對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的飛灰總量取樣，在此時(shí)間內(nèi)二者于同一時(shí)間清灰，則二者的除塵率沒(méi)有明顯差異。這和前面所述實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果是不一致的。

（4）與預(yù)荷電一樣，外加電場(chǎng)也可以大大提高過(guò)濾速度。加電場(chǎng)后可以在2.4 m/min 的過(guò)濾速度下穩(wěn)定地運(yùn)行。

上面分別講述了單獨(dú)使用預(yù)荷電或外加電場(chǎng)來(lái)提高袋式除塵器性能的方法與效果，如果同時(shí)使用這兩項(xiàng)措施結(jié)果會(huì)如何呢？Penney 曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室用玻纖布濾袋加外電場(chǎng)（平均3.4 kV/cm）捕集荷電粉塵進(jìn)行試驗(yàn)，加電場(chǎng)后除塵率提高，如果再使塵粒預(yù)荷電，則除塵率又進(jìn)一步提高。但是，另?yè)?jù)Donovan 等人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，增加塵粒的電荷并不能使外加電場(chǎng)提高的除塵率再提高。他們認(rèn)為，如果把電暈荷電器設(shè)在遠(yuǎn)離濾袋的上游，則粉塵的電荷會(huì)喪失而使空間電荷對(duì)濾袋表面電場(chǎng)的增強(qiáng)減至可以忽略的程度。

Lamb 等人曾經(jīng)在表面加外電場(chǎng)的濾袋附近設(shè)置電暈荷電器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。內(nèi)側(cè)過(guò)濾的（反吹風(fēng)清灰），在濾袋入口處設(shè)高壓電暈線；外側(cè)過(guò)濾的（脈沖清灰），在鄰近濾袋表面處設(shè)高壓電暈線。這時(shí)給電暈線施加電壓，即使沒(méi)有粉塵流動(dòng)，也在織物表面產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)過(guò)濾含塵氣流時(shí)，附著于濾袋上的荷電粉塵又在整個(gè)濾袋表面產(chǎn)生電場(chǎng)。圖102 是實(shí)驗(yàn)取得的內(nèi)側(cè)過(guò)濾濾袋上粉塵分布和壓力降減少的數(shù)據(jù)。該圖表明，在距離濾袋底部的不同位置上，沉積粉塵的面積質(zhì)量密度是不同的，而且隨著濾袋的電場(chǎng)和電暈線電壓的變化而有差異。即使是在不加電場(chǎng)不荷電（B、P 皆為0）的情況下，面積質(zhì)量密度也隨濾袋高度的增加而下降，這大概是因?yàn)闅饬餮刂鵀V袋向上的速度是愈來(lái)愈小的，能夠被向上的氣流提升的塵粒粒度也逐漸減小，這樣就使濾袋從下到上沉積的粉塵重量逐漸減輕；但在靠近濾袋入口處，因?yàn)闅饬魑蓙y，會(huì)在某種程度上阻礙塵粒沉降，所以粉塵負(fù)荷并不是最重。當(dāng)加上外電場(chǎng)時(shí)（B、 P 分別為4 和0 的曲線），由于電場(chǎng)增強(qiáng)了捕集粉塵的能力，所以在濾袋底部的粉塵質(zhì)量密度增大，留下較少的粉塵沉積在濾袋的較高位置。而再加上電暈荷電后，由于靜電沉降的作用，濾袋底部粉塵質(zhì)量又有大的增加，而且負(fù)電暈（B、P 分別為+4 和-15 的曲線）比正電暈（+4 和+15 的曲線）增加得更顯著。

在減少壓力損失方面有類似的結(jié)果。不加電力時(shí)（B、P 均為0），沒(méi)有壓力損失的減少，故PDR 為1。加外電場(chǎng)或加電暈荷電器后，PDR 在0.55~0.68 之間；如果二者并用，則PDR 更顯著地下降。

1970 年代以來(lái)，美國(guó)的發(fā)電廠為了達(dá)到愈來(lái)愈嚴(yán)格的政府對(duì)控制煙塵排放的要求，采取了多種措施來(lái)提高電除塵器的性能，其中一項(xiàng)措施就是采用COHPAC 系統(tǒng)。

COHPAC 是Compact Hybrid Particulate Collector（緊縮混合型除塵器）的縮寫(xiě)。這一系統(tǒng)是美國(guó)加利福尼亞州Palo Alto 的電力研究所（EPR）在1980 年代后期開(kāi)發(fā)的，其基本構(gòu)思比較簡(jiǎn)單，就是在原有電除塵器的下游加一臺(tái)袋式除塵器，來(lái)捕集電除塵器未能捕集的微細(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1.2 m/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。

下面是這一系統(tǒng)在美國(guó)的幾個(gè)發(fā)電廠試用的一些情況：

（1）TU 電氣公司 Big Brown 電站的1MW 系統(tǒng)安裝了一套COHPAC 中間試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)證明在高的氣布比下可以保持袋式除塵器阻力在1500 Pa 左右，排塵濃度平均小于 10mg/Nm3。然后又安裝了一套處理1176000m3/h 的COHPAC 系統(tǒng)，于1992 年5 月投入使用，運(yùn)行7000 小時(shí)以上所積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明這套系統(tǒng)能保持排塵濃度小于10mg/Nm3，不透明度低于5%。

（2）Alabama 電力公司Miller 電站于1995 年9 月安裝了COHPAC 中間試驗(yàn)設(shè)備，經(jīng)過(guò)2500 小時(shí)的試驗(yàn)表明，在氣布比為2.7 m/min，在線清灰的情況下，袋式除塵器阻力可以保持在1250 Pa 以下。

（3）California Edison 公司Mohave 電站的1 臺(tái)1MW 的COHPAC 中間試驗(yàn)設(shè)備，運(yùn)行了大約2000 小時(shí)，其氣布比高達(dá)3.6 m/min，排塵濃度保持低于10mg/Nm3，袋式除塵器阻力在850~1050 Pa 的范圍。

AHPC 是Advanced Hybrid Particulate Collector（先進(jìn)混合型除塵器）的縮寫(xiě)。這一技術(shù)是在1990 年代中期由美國(guó)北達(dá)科他大學(xué)能源與環(huán)境研究中心開(kāi)發(fā)的，于1999 年8 月取得美國(guó)專利。其構(gòu)造大體如圖103 所示，在除塵器內(nèi)由一行電除塵器部件和一行濾袋相間排列而構(gòu)成。進(jìn)入除塵器的氣流和粉塵首先被導(dǎo)向電除塵區(qū)域，將大部分粉塵除去，然后還含有一部分粉塵的氣體通過(guò)多孔極板上的小孔流向?yàn)V袋，經(jīng)濾袋過(guò)濾，將剩余的粉塵除去。在濾袋脈沖清灰時(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)。同樣的，收塵極板震打清灰時(shí)未落入灰斗的粉塵也會(huì)被濾袋捕集。濾袋以戈?duì)査怂垢材V料制成。多孔極板除了捕集荷電的塵粒外，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)設(shè)備于 1999 年7 月開(kāi)始運(yùn)行，處理Otter Tail 電力公司大石燃煤發(fā)電廠排放的1500 m3/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 3.35~3.66 m/min。該設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行性能穩(wěn)定，除塵率能達(dá)到99.99%以上，阻力保持在 1600~2000 Pa。

從美國(guó)已發(fā)表的資料來(lái)看，與現(xiàn)有其它除塵設(shè)備相比，AHPC 具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）除塵效果極好，中間試驗(yàn)設(shè)備的排塵濃度只有0.1~0.2 mg/m3。

（2）濾袋的氣布比可達(dá)一般脈沖袋式除塵器的3 倍，大大減少了濾袋數(shù)量；電除塵部分的部件也比普通電除塵器的少一半還多。因此，AHPC 的大小大約只有普通電除塵器的 1/3，投資也降低不少。

（3）濾袋的清灰頻率比普通袋式除塵器的低，可以延長(zhǎng)濾袋壽命，運(yùn)行費(fèi)用也隨之降低。

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