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国内外工业除尘设备发展概况

点击次数:11773次  更新时间:2011-11-23

为了防止粉尘对人体的危害,世界各国制定了愈来愈严格的控制标准,大力发展净化气体的除尘设备。袋式除尘器近年来得到了很快发展;电除尘器作为除尘设备得到各国广泛重视,但它们在国内外还没有得到大量应用。

1.工业除尘设备的
概述

    80
年代以来,世界各国的除尘设备有了很大的发展。

1. 1 工业除尘设备
对环境污染的控制标准趋于严格

   
粉尘作为对人体健康及大气环境污染的重要有害物,越来越为人们所重视,因而世界各国也采取了相应的限制措施,其中之一是制定严格的法律、法规和标准。

  
在美国,1963年颁布了洁净空气法(Clean Air Act)以后,于1970年、1975年、1977年多次修订,1990年修订和补充的洁净空气法经国会通过后成为一部目前上zui为严格和详尽的法规。它的主要内容包括确定有害空气污染物的种类,并将全国划分成达标区,未达标区随污染物不同而不同,对后者限期达标,同时实行排放许可证制度,此外还有关于汽车排放、酸雨和臭氧层保护等有关条款。

  
在标准方面,美国制定了国家环境空气质量标准(NAAQS),国家有害污染物排放标准(NE-SNAPS)以及新污染源性能标准(NSPS)等,这些标准控制了污染物排放,而且愈来愈趋于严格,例如对电站,本世纪初美国的排放标准是0. 6lb/10^6Btu. 1971年的NSPS规定为0.116/10^6Btu,而1978年的NSPS进一步降低到0. 031b/Btu,仅为本世纪初的1/20

  
在德国,规定各种工业污染物的排放标准为50mg/m^3,不久前公布的17B1mSchV标准中规定日平均浓度为l0mg/m^3, 1/2小时的平均浓度为30mg/m^3

  
由于采用了严格的排放标准,德国粉尘排放量自60年代以来逐步降低,三十年来约降低了65%,并有进一步的降低趋势,而环境中总悬浮物(TSP)浓度也降低了约65%

  
日本对于通常的燃煤电厂烟气净化系统要求其出口粉尘排放浓度小于30mg/Nm^3,而在大城市附近的燃煤电厂,其要求与燃油电厂相似,要求低于10mg/Nm^3

  
从以上可以看出,依照发达国家的排放标准,烟囱上已经看不见烟尘。

  
我国自1973年*次公布13种物质的试行排放标准以来,各个工业部门都相继制定了本行业的粉尘排放标准。例如,工业锅炉的排放标准是按照大气环境标准的一、二、三类地区来确定的,1983年的标准(GB3841- 83)分别为200, 400, 600mg/Nm^3, 1992年公布的标准(GB1327191)对于199281日前安装的分别为200, 300, 400mg/Nm^3,而81日以后安装的则分别为100,250, 350mg/Nm^3,同时对SO2的排放浓度也提出了要求。显然要达到新标准就需要采用更率的除尘设备。

1.2 着眼于对人体特别有害的粉尘

  
细小的粉尘对人体危害较粗颗粒为大,因此从70年代以来各国都着重于研究微细粉尘通常称为微粒的控制技术,并提出了许多相应的技术措施。在美国1992年洁净空气法中明确提出对小于lO微米的粉尘(PM10)进行分类。其达标区与非达标区是按PM10划分的。在非达标区内,中等程度的要求在1994年底前达标,再严重的要求在2001年底达标。

  
毒性粉尘对人体危害zui大,1990年前NESHAPS仅对7种有毒污物染规定了标准,其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的洁净空气法中提出了189种有毒污染物其中许多是固态粉尘,涉及到许多工业部门,例如燃煤锅炉的排放物中就有37种之多。1988年美国这些有毒污染物排放的总量超过24亿磅。

  
目前对这些毒物尚未制定标准,洁净空气法要求分期分批在10年内完成对这些毒物的标准制定工作,而在未制定前要求降低90%,对粉尘要求降低96% 

  
德国对某些毒物制定了标准,1986年的TALnft标准规定第I级的毒物:Hg, Cd,Ti的总量要小于0.2mg/m^3,第IAg,Co, Ni, Se, T。的总量要小于1. Omg/m3,第.Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的总量要小于5mg/m',但是新近颁布的标准17BLmSch V有所提高,规定Cd,Ti总量小于0. 05mg/m';Sb,As,小于0. 5mg/m3,并且对DioXius及呋喃的总量规定为0. OOOOOO1mg/m'

  
我国的卫生标准对工作区内不同毒性的粉尘有着不同的标准,但是在排放标准中尚未得到反映,只是根据不同工业、不同工艺规定了具体的排放标准。

1.3工业除尘设备
的市场不断扩大

  
据美国R. W. Meilvaine报道,1992年*的电除尘器及袋式除尘器的市场如表所示。
1992
年除尘器的市场百万美圆
                   
美国        欧洲/非洲     亚洲     总计
电除尘器        600           600        1200     2400
袋式除尘器     800            700        700      2200
合计            1400           1300       1900     4600

  
这两类除尘器的销售总和为46亿美元。两者的市场相差不大。但是电除尘器在亚洲的市场远远大于美国和欧洲,而袋式除尘器则在美国占*。

  
美国1993年粉尘控制设备的市场为1.53X 10^9,美元,略高于气体处理设备1.456X10^9美元,其中的一个原因是电厂的烟气脱硫设备减少。在空气污染控制设备中,电站占*位,其次是化工,造纸占第3位,石油精炼占第4位,再其次是冶金、水泥、矿山等。

我国的工业除尘设备自80年代以来也得到很大发展,全国生产各类除尘设备的制造厂约900多家,发展较快的是电除尘器和袋式除尘器。以电除尘器为例,70年代我们只有1-2个厂生产电除尘器,而目前电除尘器的生产厂已达136个,其中年产值超干万元的20多家。全行业产值近10亿元。到1992年为止已制造电除尘器2800余台,特别在电力工业中1979年全国仅18台电除尘器,占火电厂锅炉容量的4.8%,而到198910年间发展到165台,占29. 96 0 o,目前在200MW及以上的大型发电机组已经全部采用电除尘器。

L4
结合气体净化设备发展工业除尘设备

  
由于对环境要求的提高,对有害气体如SO,, NO:等也要求控制。在国外发展较快的一种形式是在喷雾吸收有害气体的同时,用电除尘器或袋式除尘器回收其中的固体颗粒,这样除尘设备成为气体净化系统中的重要组成之一。

  
近年来,意大利、日本以及我国的许多单位,都在开展用脉冲供电的电除尘器来同时清除烟气中的so,,并取得了较好的效果。

1.5
发展除尘器

  
由于各国排放标准日趋提高,特别是对微粒控制的要求越来越严,致使除尘设备得到特别迅速的发展,同时也促进了除尘器的研究和开发,其中zui为突出的是电除尘器和袋式除尘器。

  
在发展除尘器的同时,也出现了多种用不同机理组合的除尘设备,如电一袋式除尘器等,但此类除尘器无论在国内还是国外都没有得到大量应用。

2
袋式除尘器

  
袋式除尘器是目前应用非常广泛的一种除尘器,国内外都非常重视。因而近年来得到很快发展。

2.1
滤料

  
滤料是袋式除尘器的核心,除尘器的效率、阻力以至于寿命都取决于滤料。我国目前主要采用的滤料有:①耐温130℃以下的聚酷类滤布:涤沦“208”绒布、"729”筒形聚酷平布、涤纶针刺毡等。②耐温220℃以下的合成纤维滤布:其主要纤维有诺美克斯(NOMEX)、芳枫纶、聚.恶二哩,可以作成机织平布,也可作成针刺毡。③耐温260℃以下的玻纤布,通常都经过硅油一石墨一聚四氟乙烯处理。此外,zui近研制成玻纤针刺毡和玻纤膨体纱。

  
但是国内滤料品种少,还不能满足袋式除尘器日益发展的需要,例如在锅炉烟气除尘中,还缺乏适当的滤料,以致袋式除尘器失去了很大的应用场合。

国外滤料的品种很多,可以满足各种不同的需要如温度、耐酸、碱性等,其中值得注意的有以下几种。

  
①聚丙烯酸纤维(DralonT),耐温135'C,具有良好的性能,特别在耐酸方面优于聚醋和诺美克斯,是锅炉烟气除尘zui为理想的滤料,澳大利亚新南威尔斯州煤的含硫低,飞灰的比电阻高,目前已将该州的电厂原有的电除尘器改为袋式除尘器,其主要采用的滤料就是Dralon-T

  
Ryton(赖登P84滤料。这两种滤料耐温较高,分别达190℃和2600C,并具有良好的效率、阻力特性和耐酸的性能,可以用于锅炉烟气净化,但其造价要比DralonT高。

  
③聚四氟乙烯(Teflon)滤料,性能很好,但由于造价高而未广泛应用。

  
④玻纤滤料。国外在玻纤滤料方面着重于滤料的处理技术。除了硅油、石墨、聚四氟乙烯(SGT)处理外,还有防酸处理方法、Teflon•B处理方法,特别是近年来提出的Blue - Max -CRF/70处理方法对玻纤滤料性能有了明显的改善。由于这些处理方法的发展,使玻纤滤料的应用范围大为扩大,在美国的锅炉烟气净化中,主要是采用经过这些方法处理的玻纤滤料。

  
用玻璃纤维作成的针刺毡,除有良好的耐温性能外,还有足够的强度,可用于脉冲袋式除尘器,例如美国Huyglas就是用超细玻璃纤维做成的针刺毡。我国建材研究院于1990年研制成功了玻纤针刺毡,并在脉冲袋式除尘器上采用。

  
GORETEX滤料。这是一种薄膜滤料,即由一层很薄的、极光滑、多微孔的膨体聚四氟乙烯薄膜表面层和底布粘结而成,根据其耐温的要求,底布可以采用绦纶毡、诺梅克斯毡、玻纤毡或织布。底布只起支撑薄膜和增大强度的作用。由于薄膜上的微孔非常细,其除尘效率可达99. 999%以上。采用GORE -TEX滤料,其排放浓度很低,可以将含尘空气经除尘后送回车间,实现空气再循环。这对节约能源具有重要意义。我国已有引进的GORE - TEX滤料,在天津某电镀厂抛光车间应用,出口粉尘浓度仅0. 054mg/m',空气循环使用,节省了大量补风热能。

  
⑥抗静电滤料。在一些有爆炸可能的除尘系统如煤粉系统,袋式除尘器经常会发生爆炸和燃烧。关键是滤料。采用防静电滤料可以预防爆炸和燃烧。冀东水泥厂引进日本的抗静电滤料是聚酷针刺毡,在基布中间隔2 2 -23mm,均布一条导电纤维。导电纤维的材质也是聚酷纤维,但在其表面上涂有金属元素层主体为铁元素,另外有少量镍、铬、钥、
钻、锰等元素,纤维直径0. 142mm,电阻0.1X10

  
我国生产的抗静电滤料,其结构为聚酷针刺毡,基布中间隔812mm均布抗静电纤维,后者有三种形式:尼龙66抗静电纤维,涤纶导电纤维、睛纶导电纤维。

  
冀东水泥厂采用日本和国产的抗静电滤料均可达到防止袋式除尘器爆炸和燃烧的目的。

3 电除尘器

  
电除尘器作为除尘设备在世界各国都得到广泛的重视。我国60年代开始开展电除尘器的研究,80年代中期以后结合引进国外的先进技术,促使电除尘器得到特别迅速的发展,数量急剧增加,目前已广泛用于电力、冶金、水泥、化工等行业中。特别是通过科研攻关,我国在电除尘技术、理论、结构、供电等方面也有很大进展。

  
电除尘技术的发展主要有以下几个方面:①电除尘的理论研究;②改进除尘器结构,提高除尘效率,以满足不断提高的排放标准;③采取各种有效措施提高对高比电阻粉尘的捕集效率;④扩大电除尘器的应用范围。

  
电除生的理论研究更着重于电场静电场、离子流场等方程组的建立与求解、除尘效率的计算、电风、反电晕、电场及电流密度的测定方法及测试结果、电除尘器的数学模型等等。这里主要介绍电除尘器结构方面的进展。

3.1
常规电除尘器的结构改进

  
常规电除尘器间距为300mm左右的核心是线、板的形式及其配置.国外各电除尘器公司都有其自己*的线及板的形式。我国许多单位从电场强度、电流密度及其在板面上的分布均匀性以及除尘效率等方面对各种形式进行了评价和研究,提出了一些新的形式。

3.1.1
放电线

  
我国目前应用较多的放电线之一是R-S线管形芒刺线RS线不断线,电流大,板面场强高,但板面电流密度不均匀,对应于中心管处有电流死区。通过试验提出的改进措有:在中心管上增加辅助芒刺以消除死区,并经优化找出*尺寸参数,其中包括刺距、齿身宽度和长度等。

3.1.2
收尘极

  
我国目前应用较多的是宽385mmZ形板和宽480mmC形板,80年代中期引进的鲁奇公司的ZT-24型波形板,其板电流密度较均匀,通过试验,用ZT24板与新开发的十字形电晕线相配可得到zui均匀的电流密度。

3.1.3
振打清灰

  
复旦大学长期从事电除尘器电极的振打研究,对电极的悬吊、固定方式提出了许多重要的改进意见。例如对电晕线的三种固定方式重锤悬吊式、挂钩式、框架式的试验结果表明,在R-s线常用的挂钩式不利于振打力的传递,效果不如框架式,而框架式中外伸式又比封闭式好。

  
我国干式电除尘与欧洲式相同,大多采用挠臂锤振打,龙岩无线电厂采用顶部电磁锤振打,其提升高度及振打力可调,有明显的*性,可用在中、小型电除尘器上。

3.2
各种类型的干式电除尘器

  
近年来由于电除尘器的迅速发展,开发出了许多类型的电除尘器,并已用于工业中。

3.2. 1  SF
F系列电除尘器

  
这是上海矿山机器厂和诸暨电除尘器总厂在引进瑞典菲达公司技术的基础上发展的,它是与300M W600MW电站燃煤锅炉配套的设备,收尘极为735C形板,放电板为高镍耐腐蚀不锈钢螺旋线,处理风量可高达1. 95XlOsm'/h

3.2.2 BS780
系列电除尘器

  
平顶山及西安矿山机器厂引进德国鲁奇公司的技术,采用ZT24收尘极,电晕线为B5锯齿线,单台设备zui大处理量可达2. 88 X IOW/h,已广泛用于水泥工业的预热窑尾、热料冷却机、水泥磨机和煤磨等。

3.2.3 KFH
型电除尘器

  
兰州电力修造厂为锅炉配套用设备,zui大可配2000t/h锅炉,zui大烟气处理量可达3.8 Xl0W/h,断面面积zui大达230m',电场风速0. 9^-1. 4m/s。收尘极采用480C形板,放电极为鱼骨线配管状辅助电极,同极间距0.3-0. 41m,电场区内荷电区由若干根鱼骨线排列而成,收尘区由鱼骨线配辅助电极组成,出口设两排横向槽形板,采用拨动式整体锤头振打清灰。

3.2.4 GD
GTD型电除尘器

  
这是带有管状辅助电极第三电极的电除尘器,西安重型机械研究所在日本原式电除尘器的基础上发展的,收尘极为管状,放电线为鱼骨线,放电极之间插入辅助管状电极,收尘极间间距为0. 25-0-45m。这种设备适应粉尘比电阻范围宽,对工况条件产生的波动不敏感。设备性能稳定。已用于水泥、冶金、电子等行业中。

3.2.5
工字型三电极电除尘器

  
这是攻关中由武汉建筑高等学校新开发的产品,它的收尘极为工字形,与气流方向垂直布置,放电极为鱼骨形,同时在工字形侧板之间沿气流方向插入带负电的平板辅助电极。工字形电极横向布置使电场力与流场力一致,加强收尘效果并可防止二次扬尘,该电极所诱发的紊流,可使粉尘停留时间加长,表面场强均匀,辅助电极还能收集荷正电的粉尘并稳定电场。目前已经在冶金企业得到应用。

3.2.6
超高压宽极距电除尘器

  
这类除尘器近年来得到国内外普遍认可,首先是日本已经在工业中采用.我国在宝钢烧结机尾排风系统引进的是日本ESCS宽极距电除尘器,同极距。.6m,电压90KV,电场风速1. 3m/s,处理烟气量zui大可达1. 26 X 10'm'/h。此外我国自行开发的宽间距电除尘器在有色冶金、水泥、电站等工业中也得到应用。国内外的研究表明,间距在0. 4-0.6m较为合理。此外还开发出了立式宽间距电除尘器。

3.2.7
屋顶电除尘器

  
屋顶电除尘器是捕集二次烟尘的装置之一,日本已经在若干个钢铁厂采用,冶金部建筑研究院在攻关项目中*次在鞍钢三号转炉的上方安装了18m,的屋顶电除尘器,并取得了较好的效果。这种除尘器是采用立式宽间距结构间距400mm ),直接架设在屋顶上,不须另外设抽风机。为了减轻重量,收尘极可采用薄铝板或轻型导电合成树脂,放电极为必3mm的不锈钢圆线。采用间歇喷水清灰,污水由接水盘流槽排走。

3.2.8
粘性粉尘转动式静电净化装置

  
这是清华大学开发的一种电除尘器,它采用动态电极结构,通过电极的连续传动清灰以适应烟气状况的变化,从而使电场始终处在*工作状态,zui大处理风量达3000m3/h,除用于粘性粉尘外,还用于净化油烟、油雾、焦油等。

3.3
湿式电除尘器

  
湿式电除尘器在工业中的应用已有较长的历史。由于有水的污染曾经发展较慢,但近年来由于对环保的要求更趋严格,湿式电除尘器得到新的发展,与干式电除尘器比较,湿式电除尘器的除尘效率较高,并不受粉尘比电阻的影响。主要形式有:

3.3. 1
卧式湿式电除尘器

  
这是在普通常规电除尘器的基础上,取消振打清灰装置,改用水喷淋清灰,因而内部结构简单得多,但在一些烟气中可能存在酸性和其它腐蚀性气体时,要特别注意防腐,通常外壳可用普遍钢板,但要内衬防腐层,内部结构电极等采用不锈钢。日本三菱重工的湿式电除尘器就属这一类。

3.3.2
立式湿式电除尘器

  
这是湿式电除尘器应用zui早的一种形式,即在外壳内竖立并列若干排圆管,各管中心设放电极。但是近年来出现许多新的形式。

3.3.2. 1 E
一管式电除尘器

  
它是美国Geoenergy公司的产品,小圆管的直径250mm,长3-4.5m,电场风速zui大4. 6m/s,根据处理风量大小确定小圆管的数量,其特点是中心的放电极上每隔约300mm设一个直径为50- 70mm的圆盘,在外加电压为57-59KV时,其电场强度可达8^- lOKV/cm,为常规电除尘器的2^-3倍。因除尘器效率高,体积可缩小。

3.3-2.2
蜂巢式电除尘器

  
为了充分利用除尘器断面面积,将圆管改为多角形,例如六角形断面。美国Beltran公司采用的是方形断面。据介绍,虽然方形断面沿收尘板面的电流密度分布不很均匀,但结构要简单得多。此外,它作为双区电除尘器,其放电极较粗。与收尘极组成收尘区,但下部为细的,形成荷电区,从而可提高其除尘效率,电场风速可达4m/s 
  
湿式电除尘器还有其它一些形式,例如法国LAB公司的EDV除尘器等。

3.4
烟气的调质

  
为了降低粉尘比电阻,国外很早就已经采用了在烟气中加入调质剂的技术,例如在干法水泥窑的烟气中广泛采用高压喷雾增湿。据统计,到1990年世界上在电站锅炉烟气中加入S03的有325台,总发电量达9413kW,虽然加入50:的方法不同,但效果是肯定的。在锅炉烟气中,同时喷入SO。和NH,。效果更为明显,如以不加调质剂的改善系数为1,只加SO,2.25,加S03NH,3. 60。据统计,到199。年采用这种方法的有43台锅炉,发电量达1645KW。此外在国外还提出了一些新的调质剂,其中有的还需要进一步进行技术和经济的论证。

  
美国电力研究所(EPRI)试验了一种无调质剂的烟气调节方法,即在锅炉温度为400^-450 `C的区域中抽取少量烟气,使其通过催化剂,将烟气中的so,大部分转化成SO,,然后喷入到电除尘器前的烟道内,由于so:的作用,飞灰比电阻降低。|

  
我国西安冶金建筑学院通过试验得出,用水基调质剂调质能降低飞灰比电阻,提高电除尘器火花电压,采用锅炉排污水的调质效果比水好,此外,加少量CHJ-L型式DUSTALLY型湿润剂,可提高水或锅炉排污水的调质效果。

3.5
供电电源

  
总的来说,我国的供电电源的技术性能和可靠性已不低于国外水平,近年来又有不小进展,在电压自动控制、变压器容量及电压等级等方面均有很大提高,为扩大电除尘器体积及推广宽间距电除尘器提供了条件。

  
近年来国外对脉冲供电开展了许多研究工作,并在实际中得到采用,取得了较好效果。这些研究主要集中于以下几个方面:

  
①脉冲的形式、脉冲宽度、重复频率、脉冲电压峰值等,出现了低压宽脉冲和高压窄脉冲等多种形式。
  
②脉冲供电在捕集高比电阻粉尘中的作用。
  
③脉冲供电对净化有害气体(SOZ,NOZ)的作用。

  
此外,国外在间断供电也取得了较明显的效果,在不增加排放浓度的条件下,大大减少能耗。例如采用一个半波供电,随后四个半波停止供电(1:4),其能耗仅为正常供电的1/3

4.
结语

  
本文简要地介绍了国内外除尘设备主要是袋式除尘器和电除尘器的一些进展,由于我们了解的情况有限,所提供的资料不够全面,仅供参考。但从整体来看,这些年来特别是通过科研攻关,我国的除尘设备水平已有很大提高,在许多方面已经达到了先进水平。另一方面与发达国家相比,还存在一些差距,需要继续努力。

  
①加强基础理论的研究,开发除尘新技术。
  
②加速开发新产品和新品种,特别是除尘器的配件.
  
③提高制造工艺水平,贯彻产品标准,确保产品质量。
  
④建立除尘器的质量检测中心。
  
⑤加强除尘器的维护和管理,提高除尘器的实际运行率,延长除尘器的使用寿命