静电收尘在除尘净化技术中的重要位置众所周知, 从1907 年发明第1 台电除尘器至今, 电除尘技术飞速发展, 由于电除尘器对废气的总处理量大于其他类型的除尘设备, 在火电厂、水泥、钢铁、有色金属、化工、造纸等领域得到广泛的应用。1980 年, H. Hoegh Petersn 精辟地概括了当时电除尘技术的现状, 提出了宽间距、予荷电、脉冲电源等电除尘技术发展的新趋势, 取得同行的认同。G. Heinrich 的试验是把原有设备通道加宽1倍(每隔一排去掉一排极板, 反电晕极再排列) ,工作电压也随之加倍, 并保持放电电流不变, 试验结果表明收尘效率明显改善。这一惊人的发现, 打破了传统观念, 使静电收尘技术取得突破性进展。
予荷电技术最初在美国和日本是针对双区静电除尘器提出的, 可以改善静电除尘器对高比电阻粉尘的收集性能。我们1984 年所作的试验说明粉尘粒子在电晕区内不能全部达到理论上的饱和荷电量, 因此予荷电技术的采用对普通线板型电除尘器也是需要的。脉冲电源的研制在20 世纪80 年代初已达到商业应用阶段。无火花放电的峰值电压, 可提高粉尘粒子的荷电量, 使粉尘粒子获得更大的运动速度, 从而达到提高收尘效率的目的。
宽通道、予荷电、脉冲电源3 项技术的提出与应用, 使电收尘技术取得突破性的进展。在电除尘器模型上测定其收尘性能, 不同运行时间在电除尘器进出口进行采样, 可以发现电除尘器的收尘效率随时间变化。在电除尘器收尘初期,极板可以认为是洁净的, 收尘效率较高, 达到99 %。随运行时间的加长, 收尘效率逐渐降低, 如图1 所示, 90 min 后, 收尘效率由99 % 降至9315 %。收尘效率随时间降低的原因是由于极板上
粉尘层的增厚。粉尘所带电荷与空间电荷需经板上的粉尘层向极板传导, 粉尘比电阻越大或粉尘层越厚, 传导越困难, 最终会在粉尘层表面形成电荷的积累, 粉尘层表面的积累电荷必然对荷电粉尘的沉降起到反作用, 阻碍了粉尘向极板的进一步沉降,因而电除尘器的收尘效率降低。
1 静电收尘性能
在已知粉尘比电阻和工作电压条件下, 粉尘层表面积累电荷密度是极板上粉尘层厚度的函数, 随电除尘器工作时间的加长, 极板上粉尘层逐渐增厚, 因此粉尘层表面电荷密度是时间的函数。这样, 粒子的驱进速度也是时间的函数。静电收尘过程初期是稳态过程(洁净极板) , 极板上形成粉尘层后为非稳态过程。这与袋式除尘器类似, 洁净滤袋时, 过滤过程是稳态过程, 随着粉尘层的形成,过滤过程转为非稳态过程; 随着粉尘层的增厚, 收尘效率逐渐提高。然而对于静电除尘器, 随着极板上粉尘层的增厚, 收尘效率下降。
研究上述非稳态过程的关键是有关粉尘层表面电荷积累过程的研究, 但至今国内外尚未研究出粉尘层表面积累电荷量与工作电压、粉尘比电阻和粉尘层厚度之间的关系式。
此外, 脉冲电源的应用给除尘工作者带来研究电除尘性能的新课题, 对电除尘器施加的电压为时间的函数, 这样, 粉尘粒子的荷电量、收尘场强及粉尘粒子的驱进速度均为时间的函数。因此, 应用脉冲电源的电除尘器的收尘过程是非稳态过程。上述2 个非稳态收尘过程, 前者是普遍存在的。对静电收发集理论的彻底解决, 有赖于对静电收尘非稳态过程的研究。
2 静电除尘器工作电压的确定电除尘器工作电压的确定是电除尘技术中最基本的问题。从直观看, 粉尘粒子荷电量的大小与荷电场强成正比, 粒子的驱进速度与场强的平方成正比(假设荷电场强与收尘场强相等) , 电除尘器的工作电压越高, 收尘效率也越高是长久存在的传统观念。实践说明这一传统观念是值得商榷的。为此, 我们在收尘空间尺寸为600 mm ×200 mm ×300mm 的电除尘器模型上用滑石粉进行测试。测试结果如图2 所示, 收尘效率随电压的提高而提高, 工作电压达到35 kV 时, 收尘效率最高, 此后工作电压再提高, 收尘效率反而下降, 而击穿电压出现在45 kV 后, 最高收尘效率时的工作电压为击穿电压的75 %～ 80 %。高电压时收尘效率的降低不是“反电晕”造成的, 而是粉尘层表面积累电荷的原因, 对这种现象的更深认识, 也有赖于粉尘表面电荷积累过程的研究。
3 极板涂装技术
化工、有色金属冶炼、水泥等工业部门, 生产过程中产生的废气含湿量较大, 且含有腐蚀性气体, 当应用电除尘器进行除尘净化时, 往往出现极板腐蚀问题(有时加强保温也难以解决, 最后不得不拆掉) 。在燃煤电厂烟气净化中烟气脱硫技术的应用, 使废气中湿度增大, 也会带来腐蚀问题。为此研究极板及壳体内部表面的涂装技术势在必行。涂装技术的关键问题是具有导电、防腐、耐温性能的特种涂料的研制, 经多年探索, 东北大学等单位
研制成功2 种导电防腐耐温涂料, 经试验检测及工业应用考验, 性能优异, 符合恶劣环境下的要求。
耐温250 ℃, 耐热酸热碱腐蚀, 涂层表面水滴接触角> 120°, 滑落角< 30°, 具有斥水抗污性能, 涂层的电导率可在103～106Ω·cm 间按要求调整。常规粉尘涂层对电除尘器收尘性能的影响可忽略不计,而对于导电粉尘和低比电阻粉尘, 收尘性能显著提高。涂装后的电除尘器除可以收集常规粉尘外, 还可用于收集诸如金属粉尘、石墨、炭黑等导电粉尘及低比电阻粉尘, 拓宽了电除尘器的应用范围。
此外, 涂层表面具有斥水抗污性能, 振打清灰时, 粉尘层易于脱落。试验表明, 未用导电防腐涂料涂敷的电除尘极板, 振打清灰剥离率为82 % ,而经过导电防腐涂料涂敷的电除尘器极板, 振打清灰剥离率可提高到91 % , 清灰效果十分明显, 从而可以改善电除尘器的收尘性能。
4 结束语
除了以上几项技术研究动向外, 当今国内外有关电收尘技术的研究中, 诸如声波在电除尘器上的应用、静电凝并技术的应用、微机自我诊断与控制、新型电晕极的研究等, 都会促进电除尘技术的研究。
