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摘要：如何在烟气粉尘净化领域，通过除尘器技术创新，实现除尘器除尘效率提高是一项重大课题。基于国内外除尘技术的历史、现状，以及发展趋势的阐述，文章研究分析了一种静电除尘技术，包括其除尘工作原理、技术优势以及关键技术的介绍，并通过实验验证了这种除尘器的性能，旨在为推动工业生产的污染治理工作提供一些参考。
关键词：烟尘；电袋复合除尘；除尘原理；滤袋；导电滤料
随着我国经济的不断发展，工业化进程不断加快，人们使用更多的矿物资源来转化为工业原材料，大量废气和粉尘排入大气，严重影响了大气环境质量。同时，我国矿物资源的客观实际和环保要求逐渐提高，单纯依靠传统的除尘器已很难满足排放要求。这就迫切需要技术性能更高的除尘装置来满足现役除尘器改造需要，也给静电除尘技术的发展提出了更大的难题。
1 国内外现状和技术发展趋势
PM2.5主要源于工业烟尘、汽车尾气、工程建设、无组织焚烧。其中，工业烟尘是PM2.5的主要排放源。所导致的雾霾天气已经对人类生活环境，乃至气候变化产生了深刻影响。
目前认为控制PM2.5烟尘的有效方法主要有3种：电袋复合除尘、湿式静电除尘和静电凝并除尘。其中，电袋复合除尘技术已开始工业推广应用，但仍然存在静电增强机理单一、清灰困难、滤袋寿命短，甚至烧袋等关键技术问题有待攻克。本文提出一种除尘效率高、清灰效果好且无烧袋现象的反向电场静电增强袋式除尘器，能够很好的克服现有电袋复合技术存在的缺陷，有效控制PM2.5的排放，为解决灰霾问题提供了新途径。
静电增强过滤除尘技术有近50年的发展史。早在1970年，美国精密工业公司首先研制出一种带有预荷电的电袋除尘器，称之为阿匹托隆电袋除尘器，这种静电袋式除尘器是纤维和粉尘同时带电，且有电场力作用，除尘效率明显提高。但该电场力是顺向电场，即电场力方向与带电粉尘向滤料沉降的方向相同，微细粉尘容易钻进滤料层内，导致清灰困难。尤其是高压电晕线放电产生的电晕火花会时常烧损滤袋，导致设备工作不稳定。
为解决烧袋问题，美国精密工业公司对原阿匹托隆电袋除尘器作了改进。这种改进型阿匹托隆电袋除尘器只有粉尘荷电，没有电场力作用，削弱了对除尘效率的提升作用。另外，在过滤方式上，改进型阿匹托隆电袋除尘器是内滤式，所以只能采取底部喷吹，清灰效果差。
为了利用电场力作用和提高清灰效果，80年代初美国纺织研究院研发出一种棒帷电极结构电袋除尘器。这种电袋除尘器的优点是：由于过滤方式为外滤式，可采用顶部脉冲喷吹，清灰效果好。虽然该电袋除尘器有电场力作用，但没有粉尘的预荷电，除尘效率的增强作用并不突出。另外，棒帷电极结构复杂，加工制造不便。
90年代中期，美国北达科他大学能源与环境研究中心开发出一种复合电袋除尘器（称AHPC）。这种复合电袋除尘器虽除尘效率较高，但只有粉尘的预荷电，滤料间没有电场力作用。另外，多孔极板虽能在一定程度上保护滤袋免受放电损坏，但不能避免荷电粉尘不断在滤袋表面积累，产生反电晕而烧毁滤袋。
2002年福建龙净环保股份有限公司开发出一种电袋复合式除尘器，这种电袋复合除尘器是前电除尘器，后布袋除尘器。在过滤过程中只有粉尘荷电，滤料层之间没有外电场，不能避免因带电粉尘在滤袋表面积累所产生的反电晕烧袋现象，同时，带电粉尘对纤维滤料的附着力较强，不易清灰。
国内外现有的电袋复合除尘有3种方式：福建龙净的“前电后袋式”，美国AHPC的“电袋交替嵌人式”，美国MAX9“电晕线一袋组合式”。大量的理论与试验证明：当粉尘带电、纤维带电、外电场这3种静电增强过滤机理同时存在，效果最好。
“前电后袋式”仅有粉尘荷电。“电袋交替嵌人式”有粉尘荷电，虽有附加电场，但基本上被多孔板屏蔽掉。“电晕线一袋组合式”有粉尘荷电和外电场，但电晕线离布袋近，易烧袋，必须采取相应措施。
所以，如何兼顾2种以上静电增强机理，同时避免滤袋烧损已成为制约电袋复合除尘技术发展的瓶颈。因此，开展反向电场静电增强袋式除尘关键技术和工程应用研究不仅能为解决灰霾问题提供新途径，而且将对环保产业的发展起到重要的推动作用。
2 除尘原理和技术优势
2.1 除尘原理
反向电场静电增强袋式除尘的原理是：在滤袋外设置预荷电电极，使含尘气流中的粉尘荷负电荷。在袋笼骨架上施加负直流电压，在滤袋外表面附导电材料，滤袋外表面与花板接地，在滤料层间就形成了与过滤气流方向相反的反向电场，从而实现粉尘带电、纤维带电、外电场3种静电增强机理的复合，除尘效率提高。
2.2技术优势
在滤料两侧施加排斥带电微细颗粒的反向电场，不仅有利于提高除尘效率，而且由于阻碍了粒子透过滤料，使粒子沉积在滤袋外表面，滤料内不易积灰，透气性好，清灰效果提高，滤袋使用寿命延长，过滤阻力降低，风机运行能耗减小。
采用外表面导电滤料，滤袋表面的累积电荷通过滤袋外表面导电网流向接地极，消除了反电晕，能有效防止烧袋现象发生。
3 关键技术
在反向电场静电增强袋式除尘器中，为形成反向电场、避免滤袋外表面的电荷积累，消除反电晕，防止烧袋现象发生，必须使用外表面导电滤料，这是反向电场静电增强袋式除尘器的技术关键。
为此，我们研制出了碳纤维外表面导电滤料，该滤料面层主材可根据客户的需求，针对温度、湿度、腐蚀性等一系列因素、从芳纶1313、PPS、聚酯、聚酰亚胺、玻纤等纤维中选取；而导电纤维采用碳纤维，不仅拥有良好的导电和耐温性能而且还有很好的强度和耐腐性能。经测试碳纤维比一般络合导电纤维同比例混合情况下，电阻率低30%以上。具体碳纤维添加比例在20%?30%范围。而底层纤维，由于要求体积不导电，因此完全采用电阻率较高的合成纤维以保证其较高的电阻率，并且两层分别加工成卷后再加和基布，以防止在加固过程中造成碳纤维向底层纤维渗透，造成局部短路的现象。
此外考虑到面层与底层的绝缘，在制作过程中面层纤维的克重选择在150g/m2左右，而底层选择在250g/m2左右。加固方式采用高压水针代替刚性的刺针，使纤维达到最终缠结的目的，由于加固过程中减小了刚性摩擦，因此能有效提高滤料的强力。而且水针对纤维的携带能力较弱，能够保证碳纤维集中在表层，从而避免向下层的渗透，进而保证较高的体积电阻。
具体参数见表1。
实验发现采用碳纤维制备的抗电击滤料的强力比普通芳纶滤料强力高，其克重、透气性能、热收缩性能和普通芳纶滤料基本一致。同时，滤料具有良好的阻燃性，能防止电火花情况下的高温击穿，过滤效率略髙于普通芳纶滤料，表现出较好的粉尘捕集率。
4 实验研究
4.1 实验装置
反向电场静电增强袋式除尘实验系统见图1。
含尘气流首先经过平行管道，管直径100mm，长1200mm，然后进入竖直预荷电电场，预荷电电场采用线管式结构，接负高压，放电极直径2mm，管径100mm，长1000mm，含尘气流经过线管式电场预荷电后，从布袋除尘器底部进入除尘室，除尘室内有4个滤袋，过滤方式采用下进气外滤式，滤袋直径120mm，长1200mm。袋笼滤骨架由8根直径8mm的钢筋构成，袋笼骨架接负高压。滤袋采用自己开发的碳纤维外表面导电滤料，滤袋外表面可靠接地。含尘气流穿过碳纤维外表面导电滤料纤维层净化后，从滤袋上气口进人净气室，然后进人出气管道。在出气管道中部安装有PCMESC600烟尘在线监测系统（激光浊度测定仪）。净化气体经过PCME SC600烟尘在线监测系统后由风机排到大气中。
各实验器材型号及用途见表2。
4.3 除尘效率实验
测定方法：过滤风速分别为1.5m/min和2.0111/111；11，接通PCME SC600，发烟机发烟，通过PCME SC600测定五组排放浓度，取平均出口排放浓度，减去背景浓度，得实际烟尘排放浓度。然后按总效率定义
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常规袋式除尘器效率、预荷电静电增强袋式除尘器效率、反向电场静电增强袋式除尘效率的实验结果分别列于表3、表4、表5中。
（1）过滤风速分别为1.5m/min和2.0m/min的情况下，5次重复实验结果表明：反向电场袋式除尘器的效率最高，预荷电袋式除尘器次之，普通袋式除尘器最低。说明预荷电+反向电场的增强作用优于只有预荷电的增强作用。有静电增强的除尘效果优于普通袋式除尘。
（2）随过滤风速增加（1.5?2.Om/min），普通袋式除尘器、预荷电袋式除尘器和反向电场袋式除尘器的除尘效率均称下降趋势，预荷电袋式除尘器和反向电场袋式除尘器的效率衰减较缓慢，反向电场袋式除尘器下降6.2%，预荷电袋式除尘器下降8.6%，但普通袋式除尘器的衰减较快，下降43.3%。说明滤料的静电效应可减少微粒的透过率。
5 总结
综上所述，这种除尘技术既能满足新的环保标准，又能增加运行可靠性，降低除尘成本，对改善大气环境质量有重要的作用，能够有效改善环境污染现象，为解决灰霾问题提供了新的途径。采用中位径为1.49μm、全部粒径小于2.5μm的舞台烟作为实验用气溶胶颗粒。在过滤风速分别为1.5m/min和2.Om/min的情况下，对除尘效率分别进行了5次重复对比实验，结果表明：对于PM2.5的净化作用，反向电场袋式除尘器的效率最高，预荷电袋式除尘器次之，普通袋式除尘器最低。说明预荷电+反向电场的增强作用优于只有预荷电的增强作用，反向电场袋式除尘器的除尘效率远高于普通袋式除尘器。如在过滤风速1.5m/min时，普通袋式除尘效率69.9%，预荷电袋式除尘效率75.3%，反向电场袋式除尘效率达84.3%。
随过滤风速增加（1.5?2.Om/min），普通袋式除尘器、预荷电袋式除尘器和反向电场袋式除尘器的除尘效率均呈下降趋势，反向电场袋式除尘器和预荷电袋式除尘器的效率衰减较缓慢，普通袋式除尘器的衰减较快。当过滤风速从1.5m/min提高到2.0m/min时，反向电场袋式除尘器下降6.2%，预荷电袋式除尘器下降8.6%，普通袋式除尘器下降43.3%。说明滤料的静电效应可减少微粒的透过率，具有开发推广的必要性。
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论文作者:陈嘉伟
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/8
标签：除尘器论文; 电场论文; 粉尘论文; 静电论文; 滤料论文; 效率论文; 滤袋论文; 《基层建设》2016年7期论文;