高温除尘技术综述

高温除尘技术综述（精选6篇）

高温除尘技术综述 第1篇

高温除尘技术及其应用

高温气体除尘技术是利用高温过滤介质（金属或陶瓷过滤材料）直接在高温条件下实现气体的除尘和净化，其突出优点是可以最大程度地利用气体的物理显热，提高能源利用率，实现高温条件下过程强化反应，实现气体的洁净排放，同时可以简化工艺过程，节省工艺设备投资，另外可以节约水资源，并避免了湿法除尘所带来的二次水污染。

高温气体除尘技术在能源、石油化工、钢铁、建材等工业领域有广阔的应用前景：整体联合循环发电技术：煤气化联合循环发电（IGCC）是一项跨世纪的发电新技术，煤气化产生的高温煤气经过高温除尘和净化后首先通过燃气透平发电，尾气通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，构成联合循环发电，发电效率达45％～50％，较普通燃煤发电效率高5％～10％，同时污染物排放很低，是一种高效、清洁发电工艺。高温除尘是其核心技术。

自20世纪80年代以来，各国竞相开展煤气化联合循环发电技术。荷兰NUONPOWERBUGGENUM建立了25万kWIGCC工业示范电站，美国SOUTHERNCOMPANY和日本WAKAMATSU都建立了半工业示范电站。中国华能集团“绿色煤电”工程也将在天津建立一座20万kW IGCC工业示范电站。该项环保节能技术具有广阔的应用前景。

煤化工多联产技术：我国的能源状况是“缺油少气富煤”。煤化工是煤炭的深加工产业，发展煤化工有利于推动我国石油替代能源发展战略的实施，有利于推动我国化学工业的结构调整，同时满足国民经济发展的需要。

煤炭属于低效率、高污染能源，传统的煤化工是高消耗、高污染、低效率即“两高一低”的低技术层次的行业。现代煤化工以煤、水煤浆为原料，通过煤气化获得高温煤气，经过高温气体除尘和净化获得洁净合成气，其后续产品可以是甲醇、二甲醚、烯烃、氢、油或电等，这是一种低排放、高效率的洁净生产工艺。

近几年，Shell煤气化技术作为先进的洁净煤技术大举进入中国煤化工市场。目前国内共有煤炭、电力、化工等14家企业投资上马17套Shell煤气化工业装置，以“煤头”代替“油头”生产合成气从而生产甲醇、合成氨乃至烯烃等化工产品。

中石化巴陵化肥厂、中石化湖北分公司、安庆分公司、湖北应城和广西柳州化肥厂、云南云天化股份有限公司和云南沾化集团引进荷兰壳牌的煤气化技术，“以煤带油”生产合成氨；大连大化集团、河南省永城煤炭电力集团、河南中原大化集团有限公司以及河南省开祥化工有限公司引进荷兰壳牌的煤气化技术，利用该技术生产合成气，作为生产甲醇的原料。甲醇作为“清洁替代燃料”，用于汽车能起到节能的作用。甲醇可进一步用于生产二甲醚，后者是一种替代液化气的清洁燃料，可替代煤气、液化石油气用于民用燃料，也是柴油发动机最洁净替代燃料，可降低氮化物排放，实现无烟燃烧，并可降低噪声，其排放废气可达到或超过美国加州有关中型载重汽车及客车的尾气排放标准（ULEV）。甲醇还可进一步用于生产烯烃，以制作各种化工产品；神华集团公司、大唐国际电力股份有限公司引进荷兰壳牌的煤气化技术，利用该技术生产合成气，进一步为神华集团的煤制油项目、大唐国际的46万t煤基烯烃项目制氢。

煤液化技术：中国石油资源匮乏，大量依赖进口。从数量上分析，石油基液体燃料和化工品的短缺量很大，预计到2020年我国原油消费量将达到4～5亿t，原油进口量将达到消费总量的60％。神华集团在内蒙建设的1Mt／a直接液化工业示范工程单条生产线年处理液化原料煤超过2Mt，是迄今为止世界上最大的加氢液化生产线。图3为煤直接液化技术生产工艺流程。其中，氢是由煤气化生成合成气后，通过高温气体净化和分离获得。高温除尘是过程核心技术之一。煤液化可得到质量符合标准，含硫、氮很低的洁净发动机燃料，不改变发动机和输配、销售系统均可直接供给用户。产品以汽油、柴油、航煤，以及石脑油、丙烯等为主，根据煤种和工艺的不同，3～6t煤可以制得1t液体燃料。根据目前工业示范工程经济分析结果，在石油原油价格不低于每桶30美元的情况下，煤制油工业化生产可以获得一定的经济效益。煤液化产品市场潜力巨大，工艺、工程技术集中度高，是我国新型煤化工技术和产业发展的重要方向，其战略意义重大。

汽／柴油吸附脱硫技术：为了改善日益恶化的环境污染问题，世界许多国家对其环保法规进行更新和修改，其中对硫含量指标做出了明确而严格的规定。1999年12月21日，英国环境保护机构（EPA）颁布了汽油硫含量标准和机动车排放标准的II级补充法规，规定成品汽油中平均硫含量应低于30μg／g，美国环保局规定自2006年9月公路柴油硫含量低于15μg／g，欧洲标准规定2005年公路柴油硫含量低于50μg／g.为了达到环保法规的要求，世界各大炼油公司开发了许多新型的脱硫技术。美国康菲（ConocoPhillips）公司开发的吸附脱硫技术（S－Zorb）通过采用流化床反应器，使用其专门的吸附剂脱除原料中的硫，从而达到对汽油进行脱硫的目的，具有产品硫含量低，辛烷值损失小、能耗少、操作费用低的优点。为S－Zorb吸附脱硫技术基本原理，其中，高温气体除尘是该工艺的一项关键技术。

我国燕山石化引进康菲公司开发的吸附脱硫技术（S－Zorb）技术，对其1000万t／a炼油系统进行改造，成功产出首批符合欧Ⅳ排放标准的高品质清洁汽柴油。随着这一国内首座可以生产欧Ⅳ标准汽柴油的千万吨炼油基地的投产，燕山石化已经具备向北京市场提供符合欧Ⅳ排放标准的高品质汽柴油的条件，提前兑现了中国政府对国际奥委会的承诺，可随时向首都市场供应优质能源产品，服务绿色奥运。同时，这项技术在国内还有很好的推广前景。

钢铁工业、水泥工业气体除尘技术：钢铁工业是我国节能减排工作重点行业之一。2005年钢铁工业产生废气57134亿Nm 3，占全国比重21.31％；产生烟尘71万t，占工业排放量8.3％；产生粉尘129.6万t，占工业排放量15.65％。钢铁工业中高炉煤气、转炉煤气的高温除尘技术的广泛推广对钢铁行业的节能减排工作有着重要的意义。水泥工业是高能耗、高污染行业，其工业粉尘和二氧化碳排放量巨大，开展烟气干法除尘和余热发电技术的推广，可大幅度降低粉尘和二氧化碳的排放量，有着很好的节能减排作用。

另外，高温除尘技术在垃圾焚烧炉高温气体净化，机动车尾气净化，生物质能源高温气体净化等方面都有广阔的应用前景。

高温除尘技术展望自20世纪80年代，西方国家开展了高温气体过滤除尘技术的开发，其主要目标是实现被称之为跨世纪新技术的煤的洁净燃烧联合循环发电工艺技术（IGCC，PFBC）的商业化。在高温过滤材料的研制、高温除尘技术开发以及工程化应用等方面取得了很大进展。开发了许多高性能滤材，如日本Asahi公司的均质堇青石陶瓷滤管，德国Schumacher公司的SiC滤管，美国3M公司生产的Nextel系列Al 2 O 3－SiO 2陶纤袋，以及SiC－Al 2 O 3等纤维增强复合陶瓷过滤元件等。

Schumacher公司的SiC滤管已成功用于荷兰Bueggenon的IGCC工业装置。另外，针对陶瓷过滤材料韧性差、抗热震性差的特点，美国Mott和Pall公司开发了310SFeAl金属间化合物、FeCrAl等烧结金属过滤材料，其中，FeAl烧结金属过滤材料已成功用于美国SouthernCompany和日本Wakamatsu的IGCC半工业试验装置。

我国自20世纪90年代开展了高温气体过滤除尘技术的开发，钢铁研究总院／安泰科技股份有限公司开发了310SFeAl金属间化合物等高性能烧结金属过滤材料。安泰科技股份有限公司、国电热工研究院、中科院山西煤化所围绕IGCC工艺技术发展，开发了以金属过滤材料为介质的高温除尘技术，并在煤气化中试装置上成功应用，为工程化发展奠定了良好的基础。根据能源工业洁净能源技术发展的需要以及制造工业技术进步和节能减排的需要，进一步发展我国高温除尘过滤材料制备技术和高温除尘工程应用技术是非常必要的。

高温除尘技术综述 第2篇

高温烟气除尘用纤维滤料研究进展

摘要：本文对工程上高温烟气来源进行了分类,对当前高温烟气过滤的核心技术的`耐高温过滤材料的使用现状进行了分析,对高温玄武岩纤维过滤材料进行了重点探讨与展望,指出玄武岩纤维滤材当前在高温烟气过滤行业中急需解决的问题和产业科技成果转化方向.作 者：张小良    沈恒根  作者单位：张小良(上海应用技术学院,土木建筑与安全学院,上海,35;东华大学,环境学院,上海,51)

沈恒根(上海应用技术学院,土木建筑与安全学院,上海,200235)

期 刊：中国安全生产科学技术  ISTICPKU  Journal：JOURNAL OF SAFETY SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：, 5(5) 分类号：X964 关键词：高温烟气    纤维过滤    过滤材料    连续玄武岩纤维   

高温除尘技术综述 第3篇

冶金企业的烧结、球团、燃煤锅炉等工序, 通常采用干式静电除尘器进行烟气的除尘处理, 但由于设备运行使用水平有差异, 静电除尘器的实际除尘效率并不高, 甚至无法达到设计要求的排放指标。

另一方面, 目前很多企业在干式静电除尘器后, 又配置了湿式脱硫系统。有些企业过于依赖湿式脱硫塔自身的喷淋除尘功能, 对前道除尘工序维护不足, 造成烟气进入吸收塔时的粉尘含量超过100mg/m3。这些超量的含氧化铁粉尘一方面和钙离子络合, 降低了脱硫效率, 另一方面加剧了吸收塔内设备的磨损, 这也是实际使用中, 很多企业湿法脱硫后的烟气粉尘浓度仍超过排放指标的原因。

随着国家对节能减排工作的不断深入, 环保标准已不断提高, 排放监督也愈发严格。国家环保部颁布的GB28662—2012《钢铁烧结球团工业大气污染物排放标准》中, 烧结、球团排放限值为:粉尘50mg/m3, SO2浓度200 mg/m3, NOx浓度300 mg/m3。而在重点控制区, 排放限值进一步降低为:粉尘40mg/m3, SO2浓度180mg/m3。具体执行过程中, 山东、山西、河北、江苏、福建等省市自行制定的标准更加严格, 如山东提出烧结、球团、燃煤锅炉的排放标准要求为:2015年粉尘30mg/m3, 2017年粉尘20 mg/m3, 2019年粉尘10 mg/m3。因此, 现有或新建的干式电除尘器设施, 包括配套湿法脱硫后, 均要考虑适应粉尘浓度为10~20mg/m3的深度除尘排放标准。燃煤锅炉甚至要考虑将来适应粉尘浓度为5~10mg/m3的超低排放标准的要求。

1 干式静电除尘器改造技术

对现有干式静电除尘器进行改造, 是常见的快速提高除尘设施效率, 达到深度除尘要求的方法, 目前已经工业化的主要改造技术如下:

1.1 电除尘扩容改造技术

电除尘扩容改造的常用方法有三种:一是将原有除尘器加高;二是增加电场;三是将侧部振打方式改为顶部振打方式, 或三种方法结合应用。其改造主要原理, 是将原有电除尘的流道面积增大, 增大烟气与极板的接触面积, 减缓烟气的流速, 以增加烟气粉尘荷电捕集的时间, 提高除尘效率。

电除尘扩容改造是最常见的改造方法, 一般情况下由于场地和设备外壳限制, 多采用除尘器加高, 增加电场方式进行, 如国电丰城电厂的电除尘器, 采用了加高和侧部改顶部振打的改造方法, 将原有三电场除尘器改为四电场除尘器。国电谏壁电厂11#, 12#机组甚至采用6电场、7电场扩容改造静电除尘器。但就实际效果而言, 很多只是能将原来烟气粉尘排放浓度从100mg/m3以上, 降低到50~100mg/m3左右, 对于原本烟气流速较高的场合, 除尘效率提升并不明显, 达到50 mg/m3以下深度除尘效果相当困难。

1.2 微细粉尘静电凝聚技术

微细粉尘静电凝聚技术是近年来提出的一种利用不同极性放电, 导致粉尘颗粒负荷不同电荷, 进而在湍流输运和静电力共同作用下使粉尘颗粒凝聚变大的技术。该技术的应用, 不仅可提高除尘器的除尘效率, 降低除尘器本体体积及制造成本, 还能减少微小颗粒的排放。试验结果表明粉尘颗粒凝聚效果显著。颗粒中位径的凝聚效率在凝聚前后中位径增大的百分数高达30.7%~120%, 可提高除尘效率0.21%~0.76%。

该技术主要优势是除尘器本体体积占地较小, 但没有解决静电除尘器二次振打扬尘、烟气流速较高等问题, 因此提升的除尘效率有限, 也鲜有能够实现深度除尘效果的应用案例。

1.3 低低温电除尘技术

低低温电除尘技术由日本三菱和日立公司开发, 已在日本有近20年成功使用经验, 其主要原理是采用汽机冷凝水与热烟气换热的原理, 将进入电除尘器的烟气温度降低到90℃左右的酸露点温度以下, 利用烟气中的SO3冷凝成硫酸雾, 并附着在粉尘上, 从而大幅度降低粉尘的比电阻, 消除反电晕现象, 从而提高除尘效率。试验数据表明, 烟气温度每降低10℃, 电场击穿电压将上升2.3%, 除尘效率与烟气温度的关系如图1所示。

另一方面, 烟气温度的降低, 也使得烟气量减少, 减缓了烟气流速, 增加了粉尘在电场中的停留时间, 比集尘面积提高, 提升了除尘效率。

低低温电除尘技术在节能方面有着优势, 因为其回收的烟气热量用于锅炉冷凝水的升温时, 可节约煤耗。而烟气温度的降低, 也能够减少后续湿法脱硫系统的水耗及系统风机的电耗。也有采用烟气换热器将烟气热量用于对脱硫除尘后的烟气进行再加热的方式, 以提高烟囱扩散效果。

低低温电除尘技术应用中存在的问题有:燃煤灰硫比 (D/S) 一般要求在100以上, 以确保硫酸雾完全被粉尘吸附, 避免酸露点温度以下时, 烟气中硫酸雾对设备的腐蚀, 因此对于高硫、低灰煤种, 需要慎重考虑。

另外低低温电除尘器对于烟气换热温度控制要求范围比较严格, 一方面只有烟气温度降低到90℃左右的酸露点以下时, 气态SO3才能转化为液态硫酸雾粘附在粉尘上, 提高粉尘比电阻。但当烟气温度低于85℃时, 除尘灰流动性会变差, 影响灰的收集, 同时带来积灰斗和人孔门的腐蚀问题。粉尘比电阻的下降, 也带来了粉尘与极板的粘附力下降, 除尘器振打时的二次扬尘有所增加。

从应用效果来看, 日本投运的低低温电除尘器超过20个电厂, 国内已投运的浙能集团嘉华、台二、温州电厂, 华能集团榆社、长兴电厂, 大唐集团宁德电厂等, 均达到了低低温静电除尘器出口粉尘浓度20mg/m3的效果。

1.4 移动极板技术

移动极板电除尘技术从日本引进, 其和固定静电除尘机理完全相同。最大的区别是采用旋转的刷子清理极板上的粉尘, 保持收尘极板的清洁, 防止反电晕的发生, 能有效地解决高比电阻粉尘的收集, 不采用传统的振打清灰方式, 从而减少了二次扬尘。

具体原理如图2所示。

国外已有几十台燃煤锅炉采用移动极板电除尘器, 在国内, 燃煤电厂目前已有多台燃煤锅炉采用移动极板除尘器技术, 例如常州广源热电厂75t/h燃煤锅炉, 广东南海电厂130t/h燃煤锅炉, 包头第三电厂300 MW燃煤机组, 包头第一电厂300 MW燃煤机组, 达旗达拉特电厂300 MW燃煤机组, 华电句容电厂1000 MW机组等。但该技术在国内电厂应用的时间不长, 还缺少配套且成熟的操作和检修规程。就笔者参与的中铝集团中州铝厂热电8套燃煤机组使用情况, 由于国内设备制作水平、设备维护经验的缺乏, 其投运的多套移动极板除尘设施, 容易出现因冷热变形造成设备的卡阻故障, 实际使用效果仍难以达到国外同类设备水平。

1.5 机电多复式双区电除尘器技术

常规的单区电除尘器的荷电和收尘在同一区段进行, 很难兼顾荷电和收尘都达到最好的状态。对于高比电阻粉尘, 由于在收尘板上粉尘的电荷难释放, 沉积到一定厚度的尘层上产生一定的压降, 导致尘层间气隙击穿而发生反电晕现象, 使除尘效率大大下降;而对于低比电阻粉尘, 当它一旦达到收尘极板不仅立即释放电荷, 且因静电感应获得与收尘极板同极性的正电荷, 若正电荷形成的排斥力大得足以克服粉尘的粘附力, 则已经沉积在收尘极上的粉尘会重返气流, 最后可能被气流带走, 使除尘效率大大下降。

机电多复式双区电除尘器的特点是将收尘与荷电的过程分开, 避免互相影响。新型的机电多复式双区电除尘器的结构将荷电和收尘过程分开, 而且采用连续的多个小区复式配置, 同时荷电和收尘采用分开的电源供电。在400mm极距条件下, 运行电压可达80kV, 大大强化了收尘效果, 使各区段的电气运行条件最佳化, 以适应高比电阻和低比电阻粉尘的收集, 防止高比电阻反电晕现象的发生及低比电阻粉尘的反弹。这种电除尘器还可以通过不同的供电方式 (比如采用高频电源或间歇供电) , 合理调整振打周期及电气参数, 使其在最佳状态下工作, 以达到防止或延缓反电晕现象的产生, 提高除尘效率。

在电除尘器的后电场采用双区电除尘结构捕集微细粉尘、高比电阻粉尘或高飞灰可燃性粉尘, 对提高除尘效率, 保证出口排放低于50 mg/m3以下是比较有效的。

该技术比较成熟, 对安装和调试的要求也比较严格, 已在国内的300 MW机组和600 MW机组得到成功应用。

1.6 新型电源电除尘器技术

高频高压开关电源是电除尘器高压供电的新动向, 具有重量轻、体积小、结构紧凑、三项负压对称、功率高等特点。高频电源输出直流电压比工频电源平均电压高约20%, 电流提高近一倍, 从而提高电除尘器效率 (一般认为粉尘排放浓度降低30%) 。

高频电源特别适合于在前电场应用, 由于前电场烟尘浓度较高, 大量的粉尘需要快速负荷上电荷。配上高频电源, 在提高前电场电压近10kV的情况下, 提高了近一倍的电流, 粉尘荷电效率大幅提高, 避免了因粉尘浓度高而产生的电晕封闭;有助于后电场提高电压电流, 也有助于电场T/R的提效运行, 从而提高整体除尘效率。 (有资料介绍, 前电场的出灰量可增加25%~30%) 。

高频电源也特别适合于由于燃煤变化引起的烟气量增加、电场烟气流速过高情况下的电除尘器改造。目前智能中频变频电源、高效脉冲电源也开始在电除尘改造中得到应用。但目前业绩极少, 技术成熟度、稳定性和可靠性有待时间验证。

1.7 电袋复合除尘器技术

电袋复合除尘器是电除尘器与袋式除尘器的有机组合, 它的最大优点是不受煤种和粉尘特性的影响, 保持高效的除尘效率, 但更换电袋的工作量仍然比较大, 费用较高。电袋复合除尘器的特点在于含尘气体进入除尘器后, 可通过电场除去70%~80%的粉尘, 减少了后部袋式除尘单元的负荷, 大大降低了滤袋的清灰频率, 延长了滤袋的使用寿命。

电袋复合除尘器适应于各种煤种, 正常情况下出口排放浓度能够满足≤30mg/m3的要求。

由于电场区的作用, 进入滤袋区烟气流的粉尘浓度大幅降低, 剩余的少部分细粉尘由于静电凝聚作用使滤袋表面粉层结构呈蓬松絮状, 有利于清灰, 降低了滤袋内外的压差, 正常投运的电袋复合除尘器其整体压差仅为800Pa左右。

应该注意的是:电袋复合除尘器电区在运行过程中有可能产生臭氧 (O3) , 而O3在高温下对滤袋中的PPS成分有强烈的腐蚀作用。因此要求烟气温度必须控制在150℃以内, 烟气含氧量不超过6%, 要求滤料具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀的性能。

2 脱硫深度协同除尘技术

不管是袋式还是干式静电除尘器, 在微细粉尘的捕捉上都存在缺陷, 因此出口粉尘浓度难以控制到很低水平, 除尘器出口一般最低可控制在20mg/m3左右。

烟气经过干式除尘器后, 进入脱硫吸收塔进行湿式除尘。在逆流喷淋塔中, 烟气从喷淋区下部进入吸收塔, 并向上运动。石灰石浆液通过循环泵送至塔中布置在不同高度喷淋层的喷嘴, 从喷嘴喷出的浆液形成分散的小液滴向下运行, 与烟气逆流接触, 气流充分接触并对烟气中的SO2进行洗涤, 同时气流中的部分粉尘颗粒与液滴接触而被捕集。从喷淋塔的结构来看, 其除尘机理与湿法除尘设备中重力喷雾洗涤器相似。水与含尘气流的接触大致有水滴、水膜和气泡三种方式。因此, 湿法脱硫深度除尘主要有以下几种形式:

(1) 通过喷淋出来的液滴捕捉:在喷淋塔内, 气流中的粉尘主要靠液滴来捕集, 捕集机理主要有惯性碰撞、截留、布朗扩散、静电沉降、凝聚和重力沉降等;

(2) 增加类托盘装置:通过液柱泡沫洗涤的方式除尘;

(3) 通过除雾器对液滴的捕捉:除雾器可以在设备表面把小液滴聚集, 来实现捕捉, 如果要提高效率, 可以增加级数或者减小节距, 但会导致冲洗水量增加以及冲洗困难, 一段时间以后就会因除雾器受污染而降低效率。

以上无论哪种液滴的表面张力较大, 而微细颗粒有“气团”效应, 难以被捕捉, 所以喷淋冲洗的效率一般不高, 而且当负荷发生变化或停泵时, 效果更差;所以实际工程应用中, 都要结合几种装置综合考虑来达到协同除尘的效果。

目前脱硫协同湿式除尘主要的技术为:采用更精细的屋脊式除雾器, 保证出口液滴排放浓度<20mg/m3;改造喷淋层, 尤其是优化喷嘴的设计选型, 增加托盘;增加其它水膜除尘器等类似装置。

2.1 采用双托盘+三级屋脊式除雾器

通过在吸收塔内布置双层托盘+三级屋脊式除雾器来实现高效脱硫除尘的装置。装置以立式布置为主。

该装置主要特点如下:

a.通过设置两层托盘, 改善吸收塔内流场均匀度, 提高烟气与浆液的接触机率;增大持液层高度, 提高微细粉尘 (PM2.5) 的捕集效率;筛孔泄露的浆液捕集粉尘, 因惯性力作用, 较粗的粉尘沉入塔底部被液膜捕集, 大部分微细粉尘通过托盘, 进入泡沫层被捕集。

b.通过喷淋层烟气与浆液小液滴逆流接触, 气流中的粉尘颗粒与液滴之间的惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用, 使尘粒被捕集。

c.将除雾器安装三级屋脊式除雾器 (目前进口产品已达到要求) , 除雾器出口雾滴含量小于20mg/Nm3, 以减少雾滴携带粉尘量。

2.2 采用旋流耦合器+离心管束式除雾器

引风机出口烟气进入吸收塔, 经过高效旋流耦合装置, 形成气液固三态混合, 实现高效脱硫和初步除尘, 之后烟气再经离心管束式除尘装置进一步完成高效除尘、除雾过程;离心管束式除尘装置由分离器、增速器、导流环、汇流环及管束等构成。烟气在一级分离器作用下使气流高速旋转, 液滴在壁面形成一定厚度的动态液膜, 烟气携带的细颗粒灰尘及液滴持续被液膜捕获吸收, 连续旋转上升的烟气经增速器调整后再经二级分离器去除微细颗粒物及液滴。同时在增速器和分离器叶片表面形成较厚的液膜, 会在高速气流的作用下发生“散水”现象, 大量的大液滴从叶片表面被抛洒出来, 穿过液滴层的细小液滴被捕获, 大液滴变大后被筒壁液膜捕获吸收, 实现对细小雾滴的脱除。

2.3 高效水膜除尘器+两级屋脊式除雾器

该装置采用一级屋脊式+高效水膜除尘器+二级屋脊式除雾器结构形式, 其中高效水膜除尘器由气液导向分离装置 (GLGS Gas Liquid Guide/Seperator) +水膜除尘设备 (WDE Water film De-dust Equipment) 组成。

除尘装置采用亲水性的PP材料, 布置于两层屋脊式除雾器之间, 烟气首先经过一级屋脊式除雾器, 然后通过GLGS装置实现气液分离, 其上布置除尘功能核心单元WDE, 工作用水和冲洗水经过内部循环至除雾器冲洗水箱, 新鲜的工业水补充至该水箱, 用来冲洗第一级除雾器并实现系统内水质的更新与稳定;

该装置具有主要特点如下:

a.高效的微细颗粒捕捉设备WDE。在第一级除雾器后布置WDE, 采用独家设计, 具有大开孔率, 无扰流单元, 高碰撞几率的特点。

b.采用雾化效果良好的实心喷嘴, 保证一定的冲洗强度和雾化效果。

c.对喷嘴排列形式和格栅板型式进行优化, 可保证对烟气中粉尘和液滴的清洗效果, 同时喷出的雾化水, 可以对格栅板起到最佳的洗涤作用。

d.由于一级除雾器的冲洗水排入吸收塔系统, 因此运行中需要不断的补水进入除雾器冲洗水箱, 维持水箱的PH值和水的含固量, 保证了系统的可靠运行。

2.4 三种技术的经济性比较

三种脱硫协同除尘技术经济性对比如表1所示。

从技术经济性比较来看, 以上三种技术均为脱硫除尘一体化技术, 分别有各自的特点, 但都处于工业化起步阶段, 都没有大规模推广业绩;各自的除尘机理出于商业保密很难从理论上进行有力的佐证;例如旋流耦合器+管束式除雾器湿式除尘装置技术, 在山西、重庆万州、河南的部分电厂使用中, 仍能够肉眼从烟囱排放尾迹中看到“蓝烟”现象, 因此其真实深度除尘效果有可疑猜想。

3 湿式静电除尘器技术

袋式、干式静电除尘器均适用于脱硫前的干烟气, 目前的技术只能控制到出口粉尘浓度20~50mg/m3。然而烟气在进入脱硫吸收塔进行喷淋脱硫过程中, 又会带来石膏和雾滴颗粒的夹带, 反而造成粉尘浓度的增高。因此, 若要达到5~20mg/m3深度除尘的效果, 需要在脱硫后设置湿式静电除尘器。

湿式静电除尘器工作原理为:在湿式静电除尘装置的阳极和阴极线之间施加数万伏直流高压电, 在强电场的作用下, 电晕线周围产生电晕层, 电晕层中的空气发生雪崩式电离, 从而产生大量的负离子和少量的阳离子, 这个过程叫电晕放电;随烟气进入湿式静电除尘装置内的尘 (雾) 粒子与这些正、负离子相碰撞而荷电, 荷电后的尘 (雾) 粒子由于受到高压静电场库仑力的作用, 向阳极运动;到达阳极后, 将其所带的电荷释放掉, 尘 (雾) 粒子就被阳极所收集, 在水膜的作用下靠重力自流向下而与烟气分离;极小部分的尘 (雾) 粒子本身则附着在阴极线上形成小液滴靠重力自流向下, 或通过停机后冲洗的方法将其清除。

湿式静电除尘装置处理的是脱硫后的湿烟气, 一般布置在除尘脱硫系统的尾部或后部。其与干式静电除尘器的不同点在于:

(1) 湿式静电除尘装置在饱和湿烟气条件下工作, 尘雾粒子荷电性能好, 电晕电流大, 脱除微细颗粒物和除雾效率高;

(2) 湿式静电除尘装置借助水力清灰, 没有阴、阳极振打装置, 不会产生二次飞扬, 确保出口粉尘达标;

(3) 湿式静电除尘装置对于微细颗粒以及SO3, NH3等气溶胶有很好的去除效果;使得烟羽林格曼黑度等级小于1, 烟囱出口粉尘浓度可满足最新标准中5mg/m3最严格要求。

(4) 湿式静电除尘装置不受粉尘比电阻影响, 不仅对PM2.5的去除效率高, 而且可以有效消除“石膏雨”和“大白烟”现象。

目前中国国电集团的深度除尘或超低排放改造, 全部采用湿式静电除尘技术作为保证粉尘达标排放的措施, 华能、大唐、浙能、中远投等集团的类似项目也多采用湿式静电除尘技术。为满足山东省粉尘20mg/m3的排放要求, 山东省的钢铁行业, 如济钢、莱钢、日照、西王等企业的烧结脱硫设施均加装了湿式静电除尘器。

4 结束语

废气除尘除油技术研究 第4篇

【关键词】废气 除尘 除油 技术

前言

在城市，对环境污染的4大公害是：饮食业油烟、汽车尾气、噪音、工业废水废气。对于饮食业油烟，城市中的大多数餐馆，尤其是中小型餐馆是直接用风机将油烟排到室外，油烟冷凝沉积而形成的油垢相当一部分附着在风机和附近的墙面上，直接影响了城市建筑物的美观和市容。所排放的油烟和噪声严重恶化了周边的环境，对居民的生活和身体健康造成了直接危害。

一、废气水洗净化设备结构原理

在传统的气体水洗净化设备中，作为洗涤液的水都是自上而下喷淋的，向下喷淋的液滴在重力的作用下作加速运动，这样，势必造成液滴在洗涤净化段与要净化的气体接触的有效停留时间短，净化效率降低、洗涤净化液消耗量大等后果。

为此，本研究提出了一种反传统的做法：洗涤液的水自下而上喷淋二次细化水洗气体净化新技术。待净化的气流经风机抽进设备，通过设备内的均布板对待净化的废气在设备的横截面上进行均化再分布进入水洗净化段，然后与喷淋液接触被洗涤净化，再经过除沫段除去夹带的细小液滴，由净化设备的上部排出。作为洗涤液的水由水泵加压，经过调节阀、转子流量计，进入喷淋管的喷嘴，自下而上地喷洒，喷洒的液滴先向上运动，经过细化筛网到设备净化段的顶部，当向上的速度降为零后，再回落向下运，第二次与气体接触进行清洗吸收净化，并且与向上运动的水滴产生碰撞细化了液滴，使气体与液体的接触表面积增大，提高了净化效率。

二、技术性能分析

在水洗净化段高度相同的条件下，气体净化效率的高低主要取决于气液两相接触面积的大小。因此要保障设备较高的净化效率，就必须尽力增大单位体积内的液滴表面积。为此，从向上喷淋与传统的向下喷淋作定量的计算比较方便考虑，洗涤净化段的高度均为1000mm。

显然，由物理学可知，传统的向下喷淋时的初速度越小，液滴在洗涤净化段的停留时间就越长。但是，喷淋孔口的喷出速度太小，就容易发生喷口堵塞的问题，或者液滴的细化效果差。因此，喷出时必须要有一定的初速度，取其为5m/s。为了简化，不考虑气流的阻力影响，洗涤液滴的停留时间为0.17s。

改为向上喷淋洗涤净化法后，水滴在水洗段上下往返运动的停留时间延长为0.73s（冲过1000mm高度部分不计，下落的初始速度以0考虑），是传统向下喷淋法停留时间的4.29倍。在相同的喷淋密度下，单位体积内的液滴数和气液两相接触面积大小正比于液滴的有效停留时间。所以，向上喷淋法能够比传统的向下喷淋法显著地提高气体的净化效果。同时，采用向上喷淋后，从顶部回落的水滴与向上运动的液滴发生碰撞，有利于液滴的细化，也使吸附了污物的液滴表面得以更新，有利于提高净化效率。

三、喷淋液滴再细化技术研究

由于气液两相的接触面积愈大，气体的净化效率愈高。因此，喷嘴孔小所形成的液滴就小，单位体积的液滴表面积就大。但是，喷嘴孔愈小，运行过程中就愈容易发生堵塞，洗涤液循环使用后杂物愈来愈多时更是如此。

为了解决这一矛盾，采用 4mm以上的大喷淋孔以确保长期运行的高可靠性要求。大喷嘴孔喷出的粗大液滴，借助设置在喷嘴孔上方的立交钢丝组或钢丝圆锥螺旋线、不锈钢篩网等，使喷出的液滴在运动过程中再次细化雾化。本研究对这些液滴二次细化技术进行了试验。

通过试验证明：喷嘴口的上下钢丝十字细化器，完成了液滴的二次细化，又不堵塞喷嘴孔。流量较大时，孔径为 5mm的喷嘴口、直径为 1mm的钢丝十字细化器的效果比孔径为 4mm的喷嘴孔口、直径为 2mm的钢丝十字细化器分散作用好，并且扩散角也比较小；相比孔径为 6mm的喷嘴孔口、直径为 1mm的钢丝十字细化器，其效果更好，细化的水滴也更小。

通过圆锥螺旋线细化器试验表明：在孔径为 5mm，流量1.0m3/h时，“标准”型的喷水高度最高，比“压扁”型高出200mm，比“拉伸”型高出300mm，并且在500mm处的扩散圆直径比较小，比“压扁”型小20mm，比“拉伸”型小50mm。同样，“标准”型号的喷水器在500mm高处的喷水密度最大〔5.66mm3/（mm2·s）〕，比“压扁”型多1.13mm3/（mm2·s），比“拉伸”型多1.735mm3/（mm2·s）。由于设备内的液滴密度越高，洗涤净化就越充分，因此喷嘴孔径为 5mm的“标准”型的圆锥螺旋线细化器较好。

四、入口气体均布结构优化

由于进入的气体受风机的影响，会形成强旋转气流进入净化设备，而强旋转气流会将相当多的液滴甩到净化设备的侧壁上，严重影响了液滴上喷的高度及分布的均匀性。设备侧壁上的液滴变成了液膜，大大降低了气流与单位液体的接触面积，使净化效率恶化。

为此，本研究在气体入口处设计了气体均布器。按照测量的入口气流的速度大小和方向，运用运动学理论设计制作了一个气体均布器的结构，消除了入口气体的强烈旋流，只有少量的液滴带到侧壁上，效果相当好。经测量，安装了气体均布器后设备的截面速度分布曲线比较平滑，上下波动幅度小，说明气流速度分布比较均匀，上喷细化液滴的偏移度也不很大。因此，净化效果可以得到进一步改善。

五、除沫技术

在采用向上喷淋净化法后，外排气体有可能会出现夹带水沫的问题。这不仅会影响环境，而且会增加洗涤液的消耗量。为此，在设备顶部加装了环保有机填料———波纹除沫板。波纹除沫板是一种形状类似波纹、波纹上有许多小孔和小齿，用有机材料制成的薄板。其除沫原理是利用了惯性分离。当上喷水洗法向上喷出来的水滴在上升的过程中，由于重力的作用，速度会逐渐减小。当到达最大的高度时，速度减为零，有利于小液滴的聚合和惯性分离。当液气混合物撞到波纹板上时，液滴被波纹板上的液膜粘附，沿着波纹板流下，再次参与洗涤净化。

六、循环水箱的设计

循环水箱除了用作泵池外，还必须有良好的油水分离作用，以防止二次污染。若油水分离不好，循环利用的水会夹带较多的油污，影响油烟气的充分净化。要提高循环水箱的油水分离作用和杂物沉降作用，就必须保证循环水箱内的液体处于平静的稳流状态。为此，在循环水箱内设计了稳流栅板组，并且对其倾角进行了优化试验。通过多种不同角度的方案比较试验，得到稳流栅板组的倾角以30°为佳，油水分层平稳，分离效果比较好。此外，在箱底设计有定期清除沉积物的排污装置和维持液面的自动补水装置。

结束语

总之，现有的处理设备各有其优缺点，处理技术还不够完善。国外油烟处理的先进技术可以拓展我国处理技术发展方向的思路，但因国情不同，不能简单地照搬套用，应在国外技术的基础上加以改进，使之适合我国国情，从而进一步开发符合实际需求、高效的油烟净化新型设备。

【参考文献】

[1] 高坚，张卫东，郝新敏，张泽廷. 空气除尘设备及技术的发展[J]. 现代化工. 2003（10）

[2] 熊鸿斌，刘文清. 饮食业油烟净化技术及影响因素[J]. 环境工程. 2003（04）

[3] 殷风珍. 用电热法进行舱底水除油[J]. 交通环保. 2006（06）

[4] 寇杰. 除油旋流器室内与现场试验对比[J]. 给水排水. 2002（03）

高温除尘技术综述 第5篇

沈恒根（东华大学环境科学与工程学院，上海延安西路1882号，邮编 200051）

摘要 利用惯性沉降-旋风器组合除尘设计复合多管除尘器。其中把多管组合旋风器进气空间设计为惯性沉降除尘空间；采用多进口回转通道结构设计的新型旋风器具有高效低阻性能。给出了燃煤电厂锅炉、水泥回转窑、轧钢加热炉、工业锅炉、铁合金炉烟气除尘中的实际应用结果。

关键词

复合多管除尘器，多进口旋风器，惯性沉降，工业炉窑烟气净化 引言

燃煤、煅烧、冶炼过程产生大量的含尘烟气需要净化，以往的烟气除尘器有相当部分采用的是旋风除尘器（后简称旋风器）。但是，随着国家环境保护法规日趋严格，对除尘技术的要求越来越高。早期投入使用的旋风器有相当一些不能达到国家标准要求，需要进行技术改造。

为了适应已有的管理经验和国家标准要求，需对旋风器性能进行深度研究，要求进一步达到低阻高效。因此，提出了惯性沉降-多进口旋风器组合成一体的复合多管除尘技术。2 现有技术改进的核心问题(A)单体

在CZT型、XCZ型、XCY型高效旋风器研究基础上，提出了新型低阻高效的带回转通道的多进口旋风器单体，试验研究表明(B)组合

多筒组合时，双筒、四筒采用分支并联方式，对于五～八筒组合采用环状分支并联方式。

多管组合一般比多筒组合处理气体量大。针对工业炉窑的除尘器改造应用实际，设计提出了具有惯性沉降和高效旋风器两级除尘一体的单元模块，针对处理气体量比较大时（数十万m/h）进行组合使用。(C)防磨损

影响旋风器使用寿命的最大危险来自颗粒物的冲蚀磨损。一般来讲，磨损受粉尘负荷、粒度、比重、硬度、运动速度增加而加大，随旋风器材料硬度增加而减小。

采用前置惯性沉降除尘可以降低浓度、减少粗颗粒进入旋风器。

防磨损措施可以采用钢板加内衬（如矾土骨料层、铸石板）或采用耐磨材料（耐磨铸铁、硌钼合金铸件、石英或刚玉陶瓷）制做。对于耐久性、可靠性要求高的场合，推荐采用硌钼合金铸造旋风器。

旋风器单体下部排灰不畅不仅造成除尘失效，同时加剧旋风器磨损。相关影响因素有：系统风量的变化幅度（特别是低负荷状态）、旋风器单体斜置角度（旋风子斜置角度一般应大于粉尘流动角与旋风子半锥角之和）、烟气湿度、灰斗密封性、排灰方式等。3 多进口旋风器性能试验研究 3.1 冷态性能试验测定

试验粉尘选用燃煤飞灰尘样（质量中位径8.46μm，几何标准差2.15，真密度为1958 kg/m）。

改变进口通道长度（通道回转角度β表示，β大则通道长）、进口个数进行对比测定，结果汇总见表1。由表中数据可见，采用多进口可以降低阻力和提高除尘效率。

对双进口120°φ260mm的旋风子实验分级效率为

ηI= 1.0-exp[-0.909898dp常温。

3.2 热态性能试验测定

采用双进口旋风器设计成复合多管单元模块在电厂锅炉烟气除尘系统上进行工业性热态试验（进尘质量中位径26.0μm，真密度2080 kg/m）。除尘器单元进气位置采用上进口和侧进口两种方式。测

30.77647

3３

3[2][3]

[1]，采用多进口将有效改变旋风器内流场气流偏心；采用进气回转通道结构，[4]改变进入旋风器的颗粒浓度分布，使短路流量携固相颗粒排放量减少。

] 测定工况：旋风器进尘为惯性沉降收尘后排尘，进口速度18.4m/s，除尘效率93.30％，阻力1700Pa，定结果见表2。结果可见：进气方式不同、进气负荷不同除尘效率均可达到90％以上，尤其是上进气工况1除尘效率达到95.02％。在烟气量波动时惯性沉降空间和旋风器之间除尘效率有互补特点，使设备除尘效率稳定。

表1 冷态性能试验对比结果

──────────────────────────────────

进口形式 单 进 口 双进口 三进口 四进口

通道角度 β 30° 90° 120° 180° 120° 90° 90°

──────────────────────────────────

阻力系数 ζo 6.700 7.063 7.144 7.665 4.875 4.223 4.862 除尘效率η% 87.81 93.32 94.52 94.01 95.17 93.62 92.94 阻力增加率 % 0 5.42 6.62 14.42-27.24-36.97-27.43

排尘降低率 % 0 45.20 55.05 50.86 60.38 47.66 42.08

──────────────────────────────────

表2 热态性能测定结果

──────────────────────────────────────── 测试工况 侧 进 侧 出 上 进 侧 出

测定序号 1 2 3 4 1 2 3 4 5 ────────────────────────────────────────

进烟气量 m/h 10724 10521 7610 7651 11020 10933 10914 7621 7356

进尘浓度 g/Nm 13.11 12.76 11.13 11.50 17.04 17.18 17.18 17.18 17.33

排尘浓度mg/Nm 978 961 968 950 848 1000 1132 1233 1472

除尘效率 ％ 92.47 92.42 91.23 91.96 95.02 94.18 93.41 92.82 91.44 阻 力 Pa 1060 1060 500 500 1163 1111 1062 763 567 33 ────────────────────────────────── 4应用实例 4.1 电厂锅炉除尘(A)液态排渣锅炉

宝鸡发电厂共有液态排渣锅炉4台，其中1#、2#炉额定蒸汽负荷为115 t/h，3#、4#炉为200 t/h。主要燃用铜川煤，燃煤灰份含量30％左右。由于球磨机制煤粉细（R90为10%）；炉膛液态排渣率35％；尾部过热器和竖向烟道惯性捕集粗烟尘10～15％等原因，从炉尾排出的飞灰比较细（质量中位径17.20μm，几何标准偏差3.45，真密度2661kg/m）。原有除尘系统设计采用Φ630×100多管旋风除尘器（1#、2#炉各为单组；3#、4#炉各为双组），除尘效率在50～70%。

经过1995～1998四个年度，依次进行1#、3#、4#、2#炉的除尘器改造，经改造的四台锅炉除尘器有关测试结果见表3，除尘效率91.15～93.34%，除尘器阻力（含除尘器两端测点截面内的管件阻力，下同）1000Pa左右。(B)固态排渣电厂锅炉

50MW以下燃煤电厂锅炉多数为固态排渣炉，锅炉除尘器除部分采用湿式除尘器外，大多采用旋风除尘器（轴向进气ф256旋风子多管组合、XLPф900旋风器多筒组合）。采用复合多管除尘器技术改造后测试结果见表4，除尘效率达到92.75～95.75%。4.2 轧钢加热炉

轧钢燃煤粉连续加热炉是中小钢铁厂的主要污染源之一，由于排放烟气温度波动幅度大，烟气温度可以达到500℃，使一些高效除尘设备不能使用。西安钢铁厂3座加热炉（台时产量1#炉为30t/h、2、3#炉均为16t/h）原采用颗粒层除尘器，由于烟气温度过高，造成除尘器清灰系统失效，致使除尘器无法工作。采用复合多管除尘器完成3台加热炉改造。1#炉改造测试结果见表5，除尘效率为91.23 %，阻力1000Pa。表3 宝鸡发电厂液态排渣锅炉除尘器改造后测试结果

─────────────────────────────────── 参 数 1# 2# 3# 4# ───────────────────────────────────

额定容量 t/h 115 115 200 200 烟气流量 m/h 194351 211889 398448 384877 烟气温度 ℃ 156 182 165 147 除尘效率 % 92.76 91.52 91.15 93.34 除尘器阻力 Pa 931 850 1110 920 ─────────────────────────────────── 3 表4 固态排渣锅炉除尘器改造后测试结果

────────────────────────────────────────

测 试 户县热电厂 灞桥热电厂 略阳发电厂 渭河发电厂

参 数 2# 3# 4# 5# 7# 3# 2# ──────────────────────────────────────── 额定容量 t/h 175 175 75 75 75 200 200 烟气流量 m/h 343908 316671 173787 191372 221646 476228 430377 烟气温度 ℃ 155 152 169 156 158 165 145 除尘效率 % 94.02 92.75 94.40 93.40 94.50 95.75 93.6

3除尘器阻力 Pa 950 1000 1050 800 1050 1050 970 ──────────────────────────────────────── 3表5 轧钢燃煤粉连续加热炉除尘测试结果

────────────────────────────────────────────────

处理烟气量 烟气温度 除尘器阻力 进口浓度 出口浓度 除尘效率 收尘真密度 收尘质量中位径

────────────────────────────────────────────────

45000m/h 350℃ 1000Pa 2204mg/m 193mg/m 91.23 % 1958kg/m 8.65μm

────────────────────────────────────────────────

表6 带料浆蒸发器的湿法回转窑预除尘测试结果

───────────────────────────────────────────

处理烟气量 烟气温度 除尘器阻力 进口浓度 除尘效率 收尘真密度 收尘质量中位径 ─────────────────────────────────────────── 220000m/h 250℃ 850Pa 73.16g/Nm 94.60% 2586kg/m 18.2μm ───────────────────────────────────────────

34.3 水泥回转窑预除尘洛阳水泥厂3#炉为带料浆蒸发器的湿法回转窑，台时产量17t/h，窑规格为φ3.5/4.0×69m，原除尘系统为2×Φ2800旋风器--50m立式电除尘器，由于旋风器效率过低(28.3%)，造成除尘效率急剧下降。改用复合多管除尘器替换原旋风器，测试结果见表6，收尘效率 94.60%，阻力860Pa。4.4 链条炉排工业锅炉

在陕西钢厂新建集中供热工业锅炉房(4台6t/h链条热水锅炉)和西安建筑科技大学4t/h链条锅炉除尘器改造(替换XZD/G-4)上使用复合多管除尘器，测试结果见表7，烟尘排放浓度均低于100mg/Nm。4.5 铁合金炉

硅铁冶炼过程中产生烟气中含有大量的容积密度小的微细烟尘（接近60%的烟尘粒径小于2μ成分SiO2），该烟尘回收后是绝好的保温材料。采用复合多管除尘器进行干法回收，同时可以保障后级布袋除尘器或湿式除尘器运行可靠性和安全性。设计的复合多管除尘器测试结果见表8，除尘效率达到70%

2左右。

表7 链条炉排工业锅炉除尘器改造后测试结果

────────────────────────────────────────

锅炉铭牌 DZL2.8-1.0/1.5/70-AⅡ SZL4.2-0.7/95/70-AⅡ

1# 2# 3# 4# ──────────────────────────────────────── 相当锅炉蒸发量 t/h 4 6 6 6 6 排放浓度 mg/ Nm

84.3 96.4 98.1 83.1 78.4 ──────────────────────────────────────── 3表8 铁合金炉回收粉尘测试结果

──────────────────────────────────────────── 额定容量 KVA 烟气流量m/h 烟气温度 ℃ 进口浓度mg/Nm 除尘效率 % 阻力Pa

31800 19847(低悬罩)141 8554 80.41 4500 73349(高悬罩)120 8142 62.13 1000

────────────────────────────────────── 结语

（1）通过理论研究和大量的试验研究工作，提出了惯性沉降除尘和多进口旋风子两级一体的新型高效复合多管除尘器。在燃煤电厂锅炉等工业炉窑烟气除尘工程应用表明，该除尘器技术性能优越，为工业炉窑除尘器改造提供了投资少、除尘达标的实用技术。是一种适合国情需要的新型高效除尘设备。

（2）通过分离机理研究、流场测定研究和模型试验研究，提出了带回转通道的新型高效多进口旋风器单体。该旋风器与其它同类旋风器不同，通过回转进气通道改变进入旋风子内腔含尘浓度分布，减少了短路流携尘量；采用多进口，改变单进口旋风器气流轴不对称。使用结果表明，具有低阻高效性能。

（3）所设计的惯性沉降空间不仅保证了旋风器配气，而且对粗尘粒具有良好的除尘性能，这对减少旋风子磨损、提高多管除尘器长期可靠运行十分重要。

参 考 文 献

[1] 沈恒根，叶龙：单元组合式复合多管除尘器(93209986.6)．实用新型．国家专利局．1994年6月8日． [2] 沈恒根，刁永发，党义荣，许晋源：多进口旋风分离器单体性能的试验研究．环境工程1998年No4．

高温除尘技术综述 第6篇

能源和环境问题已经成为当前全球关注的焦点之一。与传统石化能源相比,太阳能具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优点,已经成为新能源的主要形式之一。太阳能发电的两种主要形式是光伏发电和集热发电。在光伏发电系统研究中,除面板材料及转换效率、功率预测、逆变效率、最大功率点跟踪(MPPT)、离并网控制、孤岛保护、电能质量管理等关键技术之外,对于长期运行的光伏系统而言,面板积灰及其影响也是一个不容忽视的问题。光伏面板积灰对太阳辐射具有反射、散射和吸收作用,即降低太阳辐射的透过率,导致光伏面板接收到的太阳辐射量减少、输出功率下降,并随着积灰厚度的增大而更为明显。另外,由于灰尘吸收太阳辐射升温和腐蚀性化学成分的存在,积灰还会对光伏面板形成一定程度的保温和腐蚀作用,加剧降低其光电转换效率。

本研究主要综述分析光伏面板积灰的影响因素、积灰机理和面板除尘清洁等方面的研究工作,并对今后的研究方向提出看法和建议。

1 灰尘来源及组成

光伏面板积灰主要来源于大气灰尘。大气灰尘是一种悬浮在大气中的颗粒物,来源于大气沉降、城市交通、建筑、工业、表土等所产生的地表颗粒,包括自然来源和人为来源。自然来源主要是土壤、沙尘和岩石,风化作用使其分裂成细小的颗粒并在空气动力系统作用下被输送到大气中。人为来源主要指工业扬尘、建筑扬尘、交通扬尘等。另外,生物质也是积灰的主要来源之一,如鸟类粪便、花粉等。

灰尘颗粒直径一般在百分之一毫米到几百分之一毫米之间,为人眼所不可见。就其化学成份而言,大气灰尘主要是氧化物,如SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、CaO、MgO、TiO2、K2O等,其中SiO2、Al2O3含量最高,分别为68%~76%和10%~15%[1]。

另外,大气灰尘的来源和组成因所处的地理位置、气候条件、季节和人类活动等不同而差异较大,如沙漠地区的大气灰尘主要来源于沙土、红土和沙粒[2],而城镇环境中的大气灰尘则含有大量的来自于建筑材料的石灰石[3]、汽车尾气排出的碳化物以及织物纤维[4]等。

2 积灰的影响因素

大气灰尘在光伏面板上的沉积、附着和固结受到多种因素的影响,如面板倾角、风速风向、灰尘性质、环境湿度等等。

2.1 面板角度的影响

Goossens等[5]对沙漠地区光伏面板灰尘积累问题进行研究时发现灰尘在处于水平状态的面板表面的积累效应最大。Salim等[6]在沙特阿拉伯地区进行24.6°固定角度的光伏面板积灰效应对比研究,8个月后,从未清理的面板输出功率比每天清理的面板降低了32%。然而,Hottel和Woertz[7]在多雨雪的美国波士顿地区进行为期3个月的倾角为30°的光伏面板积灰对比实验表明积灰对面板性能的影响仅仅为4.7%。Garg[8]在印度Roorkee地区进行的实验结果则显示:由于积灰的遮挡作用,45°倾角的玻璃板在10天之后的平均透过率将会下降8%。

上述研究均针对固定的面板角度,并不能反映出面板倾角变化对灰尘积累的影响。Sayigh等[9]进行了0°~60°范围内间隔15°设置的5组光伏面板积灰效应研究,结果显示38天之后的太阳辐射透过率分别降低了64%、48%、38%、30%和17%,表明光伏面板倾角越大,则灰尘越难以在其表面上滞留和附着。这一结论同样适用于多雨气候地区,只是积灰效应较弱,对面板输出功率影响也相对较小,如Dietz[10]进行的0°~50°范围面板倾角实验显示仅有5%的输出功率下降,同样,美国加利福尼亚Palo Alto地区的实验结果显示光伏面板上的积灰仅导致2%的电流下降[11]。Elminir等[12]进行了倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的面板积灰实验,实验结果表明:灰尘积累密度随面板角度增大而逐渐降低,由15.84 g/m2降至4.48 g/m2,太阳辐射透过率下降幅度也是逐渐降低,由52.54%递减至12.38%。陈菊芳,沈辉等[13]对广州地区3个不同区域的灰尘情况进行观测分析,分析结果表明:灰尘主要降低玻璃对450 nm~880 nm波长的太阳辐射的透过率,1~3个月内透过率降低1.3%~4.0%。Cano[14]于2011年1月~3月期间在美国亚利桑那州进行倾角分别为0°、5°、10°、15°、20°、23°、30°、33°和40°光伏面板发电实验,实验结果表明:0°倾角的光伏面板因积灰而导致2.02%的损失,23°和33°倾角情况下分别损失1.05%和0.96%。

Qasem等[15]从光伏面板积灰的均一性角度进行了实验研究,实验结果表明:30°倾角的面板非一致性为4.4%,而90°倾角的面板仅为0.2%。

2.2 风的影响

上述的研究中几乎没有涉及风速对于光伏面板积尘的影响,事实上,即便是很小的风速也会对水平平面上的积灰沉积结构产生显著的影响[16]。Goossens等在Negev沙漠的长期观测数据显示,往往在最高风速的时候才会形成最大程度的灰尘沉积;另外,风洞内光伏面板性能试验结果表明:因风速对灰尘沉积结构的特殊影响,高风速时形成的积灰会具有较高的光线透过率[17]。当然,较大的风速也会对面板表面的非粘结性积灰具有一定的清除作用[18,19]。

Goossens[20]还研究了不同时段、不同风向对于积灰过程的影响,指出:吹向面板的风会提高积灰效果,而吹向面板背面的风基本不会影响积灰过程。

2.3 灰尘性质的影响

光伏面板积灰效应具有显著的区域敏感性,即不同区域的气候条件、环境因素等决定了其灰尘具有不同的性质和特点。

Neil等在研究沙漠地区的层级积沙对太阳辐射的遮挡作用时,采用颗粒直径为(170±20)mm的SiO2沙粒在倾斜玻璃面板上进行堆积和承沙实验。Kaldellis等[21]认为灰尘中常见的颗粒来源于红土、石灰石和灰烬。Sulaiman等[22]则使用干土和滑石粉模拟大气灰尘进行光伏面板积尘实验。Haeberlin和Graf等[23]做了有关混合轻工业区、林区和农场的光伏面板特性测试,测试结果显示由于生物质(鸟粪、花粉等)的沉积作用使得光伏系统的能量输出减少了8%~10%。

Hegazy等[24]对暴露在埃及的某强污染农业区的倾角为0°、30°、90°的清洁玻璃平板进行试验,30天后的太阳辐射透过率分别损失了27%、17%和3%。但未进行该地区灰尘的成分分析研究。

Goossens等[25]的实验所使用的灰尘包含95%的粉尘(直径2μm~63μm)和5%的粘土(直径<2μm),平均直径30μm,其大小非常接近大气灰尘颗粒。Hai Jiang等进行的实验采用的模拟大气灰尘直径范围为1μm~100μm,其中直径20μm的灰尘比重为74%,灰尘密度为2.65 g/cm3。

2.4 环境湿度的影响

湿度是固体颗粒粘附的必要前提条件[26],是影响光伏面板(尤其是设置在城镇等人类活动频繁区域的面板)积灰的一种重要因素。在大气和灰尘组成的低浓度气固两相流中,灰尘颗粒分布比较均匀,集中程度较低。在这样的条件下,较高体积分数的水分(即较大的环境湿度)有助于局部粘附的形成;并且,灰尘经水分的浸润将增大表面张力,更易于粘结沉积[27]。Hai Jiang等进行室内实验时使用空调系统对环境温度和湿度进行控制,使湿度保持在RH=60%。

一般而言,环境湿度因气候、天气等因素而变化,不具有均一性和可控性,故而多数文献并未提及进行光伏面板积灰相关研究时的环境湿度因素及其详细数据。

3 积灰机理及模型

Kaldellis等根据红土、石灰石和灰烬的模拟实验结果,总结形成了一个理论模型,可根据面板所在地区的空气污染情况估算积灰对光伏发电性能的影响,但是依然没有涉及积灰过程本身的机理研究。

居发礼[28]系统性地研究了光伏积灰理论:从积灰对光伏发电影响的角度将积灰按物理性质、化学性质和积灰的附着形态进行了分类,提出了光伏面板表面积灰基准“三情景”模型,即无冲刷模型、非充分冲刷模型和充分冲刷模型,形成了光伏面板表面积灰量的统一表达式。同时,提出了评价积灰对光伏发电性能的影响因子—光伏积灰系数,指出其主要影响因素为:气象条件、灰尘性质、光伏面板安装倾角、积灰状态。

马俊[29]对平板型太阳能集热器表面的积灰进行了理论研究。主要对积灰的属性、来源及形成过程进行分析,建立了降尘量与被冲刷灰尘量模型,从光学、热学及化学3个角度研究了积尘对集热器性能的影响机理,并提出了评价积尘对集热器光学与热学性能影响的参数—积尘遮挡系数与积尘效率下降度。实验研究结果表明,积尘对平板型太阳能集热器的遮挡效应显著。

4 积灰清理技术

目前建成的多数光伏发电系统没有配备专用的灰尘清理设施,主要依赖于降雨、风等自然作用对光伏面板的积灰进行清除。一些小型的光伏电站,尤其是户用屋顶系统,则根据使用者的习惯随机进行人工喷水除尘或扫尘,随意性较大,效果一般。

在月球表面悬浮着厚厚的一层由于长期环境作用而形成的直径为40μm~130μm的微小粒子,这些悬浮的微尘具有较低的导电率特性和较高的比表面积。在光电效应和太阳风的作用下很容易带上静电,并在相当长的时间内保持着带电状态。带静电的微尘具有很强的粘附性。在火星上,风暴席卷着微小的尘埃布满了整个火星表面,细小的微尘被吹浮到数千米的高空,并悬浮数月之久。这些微尘积聚在光伏面板表面上将降低其转换效率,影响航天设备的正常供电和工作。据火星探路者测试,积聚和粘附微尘使光伏面板的转换效率每个火星日下降约0.28%。据此估算,2年后光伏面板的电性能下降将大于22%[30,31]。故而在航天领域必须考虑光伏面板表面的积灰清除问题,一般采用较为成熟的电帘除尘技术。

1967年NASA为了解决Apollo计划中的太阳能电池板除尘问题,提出了电帘除尘概念[32]。Masuda等[33]在大气环境中证明了利用电磁行波能够搬运宏观带电微尘:利用连接交流电源的平行电极产生行波的方法成功地进行非接触式的微尘搬运,微尘根据所带电荷的极性顺着或逆着电场的方向移动,最终被移除。目前,电帘除尘技术已经成功地应用于探月工程、火星计划等航天领域的太阳能光伏系统[34]。

此外也有机械除尘技术,如文献[35]所描述的由电机驱动刷子结合喷水冲洗的光伏面板自动除尘装置等。

5 光伏面板积灰研究的思考

5.1 实验完整性及可比性问题

虽然不同研究者对光伏面板的积灰问题,尤其是积灰影响因素、积灰对面板的出力降低作用等进行了大量的实验研究和分析,但是多数实验过程存在完整性问题,例如:少有实验的时间历程超过1年,文献记录实验过程多在同一个地区或实验室内进行,缺乏对实验过程所有影响参数(面板参数、雨雪、霜露、温度、湿度、光照、风向风速、灰尘成分及组成、积灰类型、积灰厚度和形貌特征等)的记录或综合分析,以至于实验过程不具有可重复性,无法应用于其他光伏系统。

由于不同实验所处的环境和实验系统参数差异较大,造成文献记录的实验数据和结果相差较大,彼此之间缺乏可比性,也难以评价其优劣。

5.2 灰尘特性研究有待深入

虽然有部分文献提到灰尘的组成,但是极少有从灰尘自身的化学成分、物理特性、电学特性、几何形貌等角度进行深入的分析讨论,对灰尘的特性缺乏深层次的全面了解和掌握。目前的研究尚不能从微观层面揭示灰尘影响面板出力的作用机制。

5.3 加强对积灰沉积机理的研究

光伏面板积灰按其附着/固着形式可以分为干松积灰和粘结积灰。干松积灰形成于自然降尘的物理过程,灰尘颗粒松散,在风的作用下容易清除。粘结积灰则是由雨露、油烟等因素的作用使得灰尘颗粒吸附于面板表面,并进一步吸附空气中的颗粒,形成坚硬或粘性的结晶外壳。随着时间的推移,粘结积灰的厚度、粘性或硬度将越来越大,需要外力强制清除。

对于光伏面板而言,粘结积灰对输出功率的影响更大并且更久远。为了洞悉粘结积灰形成机制、对光伏面板出力影响的作用机制以及清除方法,需要对粘结积灰的形成过程和特性进行深入的探索,即进行积灰的沉积机理研究。

5.4 面板除尘清洁技术有待创新

虽然电帘除尘技术较为成熟并已应用于航空航天等小面积光伏面板的除尘,但是若应用于地面光伏发电系统将会遇到诸如增加面板成本、提高光伏面板温度而降低转换效率、微尘搬移造成的二次扬尘和积灰等问题,目前尚无电帘除尘在地面大面积光伏发电系统中应用的研究文献资料。而机械式的面板清洁技术存在增加系统成本、机械结构庞大而不适用于大面积光伏阵列安装等问题。所以面板的清洁技术在原理、方法和新技术等方面都有待突破。

光伏面板的除尘清洁技术研究需要充分掌握并结合光伏系统自身的特性,如光伏系统结构及特点、面板阵列拓扑、地域环境特征、气候/天气条件、灰尘性质和积灰特性、新技术新工艺等。

6 结束语

光伏发电是极具前景的新能源技术之一,随着全球光伏系统的大规模推广应用,面板积灰对光伏发电输出功率、面板寿命、系统投资回报率等的影响也逐渐引起重视。本研究综述分析了国内外在光伏面板积灰相关的研究成果,并进一步指出了目前研究中存在的不足和将来应该重点关注的研究方向。