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随着公民逐渐增强的大气污染影响意识,以及越来越严格的环保立法,作为广泛使用的除尘设备,静电除尘器的除尘效率要求要高于
99.9%,实际上已经有很多工程以这个要求在执行这些改变和挑战要求除尘工业认真考虑如何提高除尘效率,以达到最新的立法要求其中控制的重点是重金属和可吸入颗粒物的排放量实际除尘效率的提高,必须在经济合理的范围内,排放必须维持连续水平上,如果做不到,那么会给经营者带来严重的经济后果这些要求意味着,技术、工程和操作运营等方面都需要被测试和审查,而在某些例案中,还需要彻底的改造才能达到现行的标准尽管除尘器的商业化已经有100多年的历史,但只有最近几十年,除尘系统才从本质上的“黑匣子”转变成以科学为本的一门技术流体力学、电动力学、固态电子学和微机技术是现行的除尘理论、设计的基础,是目前公认的“最新水平”虽然现在流体动力学计算、有限元分析以及其他计算机程序已经被广泛应用到工业行业领域,但是在很大程度上,满足特定应用的除尘选型,仍然依赖于设备供应商的技术水平和经验最初的“黑皮书”做法,仍然是现在选型的基础,只是现在它以计算机数据库的形式存在着尽管大量的工作已经能够由计算机和复杂的程序来执行了,并且这些过程对分析电场数据也很有帮助,但是还有设备供应商不愿意采用这种方式这种情况在未来的若干年内很快会改变,毫无疑问,在未来,会实现用计算机来完成除尘器选型回顾早期静电沉淀的发展史,包含着很多该领域内世界领先的专家们的贡献,包括了来自流体和电子动力学两方面的沉淀理论,还有基本的实用设计,以及影响除尘器性能的气体和粒子特征为了帮助非专业人员,章节12,13和14覆盖了干式、湿式和微雾型除尘器,包括如何修改现有设计以达到特定的收尘任务,还包含了主工艺设备排放的检测,第10章,工厂测试,包含了质量浓度测量、粉尘粒径分析、以及化学组成的检测最后,第15章,讲述了如何提高运行状态不佳的除尘器效率第16章,论述了沉淀理论、设计、或应用在未来可能的发展趋势
1.为什么选择静电除尘器结构简单,低成本,维护少,没有温有效粒径范围有限,压力损失高,通惯性分离器度限制,干湿均可应用常需要
0.1米水柱压降,有磨损结构简单,低成本,占地小,可收集压力损失大,压降高达
1.5米水柱,湿式除尘器粘性粉尘,对湿性气体和粘性粉尘水耗大,有污水,低烟羽,可能会有有效烟羽味压力损失通常在
0.15米水柱,有温固有
99.5%以上的高效除尘率,合布袋除尘器度限制,有着火或熔化的风险,寿命理的占地有限,不合适粘性/黏性粉尘能以效率定选型,覆盖所有粉尘尺一次性成本投资高,效率受粉尘比电静电除尘器寸范围,压力损失低,20年以上的阻影响,占地面积大长寿命,干湿均可在L4节中列出的常用的高效收尘设备,他们各自的优势也在上表中进行了总结请注意上表不能直接用于选择除尘器,但表中列出的各种除尘器在理想状态下的优势可以作为首轮选择的参考由于每个项目的特定性,必须考虑低成本完成任务,在综合各种相关因素后,再决定哪一种收尘方式才最具成本效益后面的章节将涵盖静电除尘器的发展历史,从早期开始到最新阶段以及未来可能的应用,另外,除尘器的理论、效率影响因素和选型也将在后面给予详细阐述,还有实际运行经验,并协助工程师调试系统和优化静电除尘器设备20141204开始翻译
1.1引言在许多国家,严格的环境立法,催生着越来越严的相关规定和标准,因此从各种源头控制着排放到大气的细小颗粒物随着国际交流变得更加便捷和快速,许多人认为,污染控制是一个现代的概念;但是,历史记载显示,首次有记载的污染测量是在英国,大约在17世纪,英国议会禁止在伦敦燃烧含有沥青的海洋煤,以避免产生《空气清洁法案1956》里所指的“烟雾”直到十九世纪的英国工业革命,水动力才让位于碳燃料燃烧产生的蒸汽动力,此后污染便成了严重的威胁,影响着那些生活在新工厂附近的人和生物工业上不断扩大的铁需求,使得高炉造铁迅速发展;化学品的大规模生产等,这些都使得污染问题急剧恶化世界范围内,第一次尝试控制污染排放的国家是英国,1863年《碱产品工作规范》,特别针对使用勒布朗工艺制造碳酸钠过程中的氯化氢的排放量控制《碱法》在1906年进行了修订和延伸,覆盖了大多数化工厂的排放,奠定了现行环保立法的基础近年来,世界范围内对环境污染的认识,以及大多数工业化国家已经制定的立法,涵盖了所有以前不受控的污染排放最严格的措施都与发达国家相关,这些国家有很高的人口密度以及发达的重工业,例如日本、北美和欧洲西部对于发展中国家,由于大量的重型装备往往是从工业化国家进口,很多工厂使用的进口设备均配备了某种形式的污染控制装置,他们依赖于供应国的建议或现有法规以和财政计划全球关注的污染排放问题有很多种类,例如噪声、水、气体和微粒排放,这些都是控制的主体,它们的排放水平正在随着立法稳步减少在英国,过去30年里,从发电厂的烟囱已经看到,允许的粉尘排放率减少了10倍,同时,减少排放正在不断地被发展中国家从自身权利的角度被认可立法中的这些变化不仅意味着污染的问题已被克服,而且我们仍然需要有技术的国家进一步完善技术的“最新水平”,来进一步减少污染除了提高除尘效率,任何除尘新技术的发展,都应该同时提高工厂设备的可用性,并且使工厂更具成本效益,途径可以是通过改造现有的设备,或是更换新的应用技术虽然已经存在多方面关于污染控制的书籍;然而,本书将仅限于携带性微粒的控制,包含固体和液体两种状态在主气流中采用静电沉淀技术,提供的运输载体具有电绝缘特性,其原理同样适用于液相流体中的微粒收集
1.2控制系统的特点从工艺气流中分离微粒的方法有多种,原理各不相同,例如利用重力或惯性的旋风除尘器,利用碰撞和扩散原理的布袋除尘器,用静电方式的静电除尘器,以及利用接触碰撞方式的湿式洗涤器由于每种除尘器使用的基本原理各不相同,所以它们有着不同的特点和对应的除尘效率、工艺和适用范围上述各式装置的效率,表述于图
1.1灰尘光谱中,该图说明了各种粒径范围可以达到的合理的收集效率所有的除尘方法对收集大颗粒都非常有效,比如大于10微米lum=1X10--600万的粉尘,而现行立法规定的排放水平指能有效分离1微米或更小的颗粒,这是目前大多数除尘工艺必须要达到的法律规定要求理论上,惯性分离器的有效除尘范围可以扩大到亚微米的范围,而所需的离心力只能通过降低装置的直径来获得,这样做的结果是限制了通过除尘设备的气体流量,除非同时使用大量并行的分离器,而这种手段在许多工业过程中不切实际虽然高效的湿式除尘器,例如文丘里除尘器,能够有效地分离亚微米颗粒,但是它的功率消耗很大,通常捕捉1微米的效率是99%,功耗是1米压降,并且微粒被吸收到液体中,因此而产生废液同样也要治理,以避免将空气污染问题转化为一个更难治制的水污染问题图
1.1灰尘频谱任意尺寸的粒子被定义为球体粒子,它们具有相同的自由下落速度,则该直径通常称为斯托克斯直径lum=lX10^-6m大流量工艺气体中,通常大于50m7s,高效去除亚微米级的粉尘,这种除尘设备的选择往往仅限于布袋除尘器和静电除尘器,这由成本一效益法决定
1.3操作控制原理完整来说,以上列出的各类主要除尘设备的操作原理,可以概括如下
1.
3.1惯性分离使用这种分离原理的除尘器有多种形式和布置,通常称为旋风或离心收尘器,在设备中,携带粉尘的气流在圆柱形容器内被高速旋转与气体分子相比,由于粉尘具有更高的分子质量,因此产生的离心力使得粉尘穿过气流移向容器壁,在容器的低流速区被分禺出来旋风分离器装置简单,工作温度范围很宽,但需要驱动力来完成有效分离,有效分离需要约
0.1米水柱的压降在多数实际应用中,高效收集粉尘的粒径范围限制在大于10微米
1.
3.2湿式洗涤器所有湿式洗涤器的操作,都是在湿式洗涤器的完全湍流区,粉尘与大量的液体充分接触粉尘冲击或碰撞液滴(通常是水滴),然后,水滴的大小和质量得到增加随后增大增重的含尘水滴就可以从简单的撞击器或是旋风类分离器中分离出去接触式/撞击式集尘装置,液滴碰撞粒子的有效性依赖于设备消耗的总能量能量可以来自泵一一提供小雾滴来捕集粉尘;也可以是压力降——提供粉尘与液滴间较高的相对速度,用以保证两者相互发生撞击文丘里洗涤器对于亚微米颗粒具有近99%的收尘效率,它的操作能耗约为
1.5米水柱洗涤塔的设计相对简单;具有占地面积小、可以处理所有温度范围内的气体、并且对粘性粉尘不敏感等优势,但洗涤塔磨损和腐蚀比较严重洗涤塔的适用范围有限,通常应用在高效收集任务中,处理小气流的场合,因为它能耗高、水耗大,还有潜在的废液产生,以及由烟羽产生的浊度等问题,烟羽问题通常需要烟气再加热来解决由于湿式洗涤塔具有良好的质量传递特性,所以被广泛应用于控制气体的排放,例如用于处理许多工艺过程中产生的酸性气体
1.
3.3布袋除尘器布袋除尘器原理含尘气体通过透气性薄膜,薄膜过滤掉粉尘,并允许干净的气体通过通常过滤下来的粉尘在布袋表面沉淀并积聚成粉饼层,以最简单的拦截和扩散机理,使得分离效率得以增加因此,可以收集到直径比布袋织物膜孔小很多的粉尘设备最初的设计,媒介用普通编织布制成袋状或袜状;现在的过滤材料通常用毡,并增加了表面处理以降低粉尘的渗透,同时保持较高的通气性理论上,随着粉饼层在织物表面的堆积,这种装置捕集粉尘的效率能接近100虬但是,为了保持稳定的操作压力降,约o.1〜
0.15米水柱,必须阶段性地从织物表面清除掉粉饼层假设,通过振动或空气反吹可以满意并自由地清除粉饼层,然后重获较低的压力降在恢复布袋除尘功能的过程中,总会存在细粉尘的逃逸,这些逃逸限制了除尘效率或排放水平早期,布袋除尘器的布袋由自然纤维制作而成,现在,布袋除尘器的温度使用范围已经有了很大的延伸,因为布袋的材料已经多样化,如合成纤维、编织物、玻璃纤维、陶瓷等最近,由于布袋材料的拓展,布袋除尘器的使用温度可以接近1000C了同时为了适应极端的温度,布袋除尘器的实际形式可以做成各种形式,但其分离原理始终保持不变同时,为了简化清灰和生产操作,特殊材料的覆膜和浸润延长了布袋材料的使用寿命这使得供应商除了保证除尘效率之外,还能承诺材料的使用寿命布袋使用寿命对大范围应用非常重要,例如在500MW大型发电厂,使用约35000个传统的布袋处理锅炉机组的烟尘,为了避免严重的排放超标和违反法律,必须执行严格的除尘器维护和布袋更换计划与处理难收飞灰的静电除尘器相比,效率相当的布袋除尘器在制造成本上会低一些但是,布袋除尘器的操作能耗、压缩机维修、清灰设备,以及为了确保排放合格,可能每3年就需要进行全部布袋更换的成本等,这些在成本分析比较中都必须要整体地考虑反吹风式布袋除尘器脉冲式布袋除尘器一一ESP-布袋-4年寿命压力[3帛190mmHg0电耗$
0.05/kwh10*1010*1110*1210A131UT4粉尘比电阻Cem12963010*1010A ll1CT1210*1310*14粉尘比电阻Qcm图L2静电除尘器ESP、脉冲清灰布袋除尘器FJFF、反吹风布袋除尘器RGB三者的成本比较成本比较的基础是1994年,250MW发电厂,设计排放浓度是50mg/Nnf@6%02,a一次性投资,b15年的总费用图
1.2是一台250MW电厂机组的安装成本和15年总投资成本的比较,排放要求是50mg/Nm3@6%02干基成本计算表明,不管是反吹风布袋除尘器还是脉冲布袋除尘器,成本是固定的,不受粉煤灰比电阻的影响,而静电除尘器的成本与飞灰的比电阻成正比增长总体上,包含所有成本的整体考虑,ESP具有经济优势另外,有些应用情况需要仔细加以考虑,即,如果积灰难以从布袋过滤材料表面清除,而除尘器的压力降持续增加,那么工厂工艺气体的吞吐量和产出都将下降,因为引风机将达到最大风压或电机的额定功率
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3.4静电沉淀静电沉淀的操作基本理论是含尘气体通过电晕电场或荷电区域,粉尘粒子接收电荷,在工业收尘器中,通常接收的是负电荷,然后荷负电的粉尘粒子在电场力的作用下发生偏移运动,它们穿过气体流,从负极移向正极,并沉淀在正极表面正极通常是接地极干式收尘法里,收尘极上的粉尘通过机械振打的方式从收尘板清除到灰斗或是灰槽里;在湿式收尘里,粉尘通过水洗的方式清除在使用湿式除尘法的工厂里,通常在接近水露点温度条件下操作商业领域内,用静电除尘器来收集粉尘已经有近一个世纪的时间,包括烟、雾粒等各类应用场合最初主要是化工冶金行业的应用,目的是减少空气污染,同时也回收有价值的副产品,例如可燃气体的清洗和冶炼过程中金属的损失从经济角度核算,这些回收型的除尘器应用,其选型的收尘能力考虑在90%左右比较理想,因为收集下来的材料通常具有一定价值目前,除尘技术的应用主要目的是控制空气污染,使其达到指定的法律规定,因此,除尘的设计效率已经达到或是超过
99.9%o图L3说明了近期对各种工艺应用所做的排放测量,以及与之相对应的法律排放要求这些数据表明,一台良好设计和运行的静电除尘器,能够在很宽范围的粉尘类型范围内,达到远低于10mg/Nm的排放水平,由此说明,静电除尘器能满足最严格的排放规定图
1.3测量排放值与法定标准的比较洛奇・科特雷尔Lodge Cottrell手册:静电除尘器介绍在常规工艺排放温度下,化合物以气体形态存在时,如果能够进一步冷却气体并析出冷凝物,那么湿式除尘是很有效的二次清洁器,例如,用在电厂二氧化硫洗涤系统之后另一种使用方式是,如果气流中的有毒物质或气态物质可以被置入的活性碳等吸附材料吸附,这意味着除尘器运行在露点温度以上,因此除尘设备可以使用普通碳钢制作,这样可以大大降o oo O06421O64211X低制作成本后一种方法用得较多,特别是在英国,因为在综合污染控制(IPC)的立法里,将空气污染转变成水污染不可行,因为经过验证,将污水再处理干净非常昂贵只有在某些特定情况下,如粘性粉尘或在露点条件下,通常在洗涤系统或急冷系统相关的工艺里,没有更好的选择时才会使用湿式除尘器,而其中的水处理成本是整体投资的一部分尽管可以使用高能耗的文丘里洗涤器或布袋来来收集亚微米和重金属,但是用洗涤器收集时需要的能耗很高,而用布袋收集时又存在逃逸的风险,除非在布袋的表面预涂上昴贵的涂层,即使这样做了,还是会存在不合格的风险因此,为了符合立法,静电除尘器在商业和性能上都有优势与其它粉尘收集或控制方式相比,静电除尘器的优势可以概括为以下几点
1.可以根据效率需要来选型;
2.操作温度可以高达850C;
3.可以在任何正压状态下工作;负压状态下,放电极不用变成等离子体时就会保持电晕放电
4.可以处理饱和状态气体;
5.压力损失低;
6.电气操作成本可以接受;
7.对颗粒尺寸不特别敏感;
8.使用寿命长,并已得到验证;
9.可靠性高;
10.维护要求低114控制系统特性总结本章目的在于罗列去除工业大气污染中遇到的粉尘颗粒、烟、雾等的设备,并浅析这些设备各自的优势虽然某种除尘器对特定的粉尘有着特定的应用特点,但如果把成本和占地空间因素都考虑在内的话,静电除尘器的优势可能最高设备名称优势缺点。