電站鍋爐除塵領域細微顆粒捕集技術綜述

彭釩 郝玉香

摘? 要：通過梳理電站鍋爐除塵領域中細微顆粒捕集技術，將其分為電凝聚技術、噴霧凝聚技術、聲波凝聚技術、磁凝聚技術、水膜凝聚技術、湍流凝聚技術、光凝聚技術、相變凝聚技術以及多種凝聚技術的組合幾類，并對各類技術詳細介紹，以期為所屬領域技術人員深入了解細微顆粒捕集技術提供有力支撐。

關鍵詞：鍋爐;除塵;細微顆粒;捕集

中圖分類號：X773? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）15-0162-02

Abstract： By combing the fine particle capture technology in the dedusting field of power station boiler， it is divided into electric coagulation technology， spray coagulation technology， acoustic coagulation technology， magnetic coagulation technology， water film condensation technology， turbulent coagulation technology， light coagulation technology， phase change condensation technology and the combination of many kinds of coagulation technology， and all kinds of technologies are introduced in detail. With a view to providing strong support for technicians in the field to have an in-depth understanding of fine particle capture technology.

Keywords： boiler; dedusting; fine particles; trapping

1 概述

近年來，大氣環境污染問題日益嚴峻，霧霾、酸雨等災害性天氣頻發，嚴重影響了人們的健康和正常生活。我國以煤炭為主的能源格局在未來相當長的時間內不會發生根本性改變，其中燃煤電廠每年煤炭耗量為全部每年煤炭消耗總量的50%，因為燃煤電廠污染物排放問題一直是人們關注的焦點。《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）和《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）的出臺，對我國的電站除塵技術而言，既是挑戰更是機遇[1-4]。

近幾年，電站除塵新技術不斷涌現，其代表技術就是細微顆粒捕集技術。細微顆粒捕集技術也稱粉塵凝聚技術，其原理是利用電場、聲場、磁場等外場作用來增進細顆粒物間的有效碰撞接觸，促進其碰撞團聚長大，以及利用過飽和水汽在細顆粒物表面核化凝結的凝并長大等，該技術可有效提高電除塵器對PM2.5的收塵率，提高電除塵器除塵總效率。

2 電站鍋爐中細微顆粒捕集技術

根據細微顆粒捕集機理，將其分為電凝聚技術、噴霧凝聚技術、聲波凝聚技術、磁凝聚技術、水膜凝聚技術、湍流凝聚技術、光凝聚技術、相變凝聚技術以及多種凝聚技術的組合。

2.1 電凝聚技術

電凝聚技術是采用正、負高壓電源對進入電除塵器前的粉塵進行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙氣粉塵帶上正、負不同極性的電荷，并通過擾流裝置的擾流作用，使帶異性電荷的不同粒徑粉塵產生速度或方向差異的有效凝聚，形成大顆粒后被電除塵器有效收集。

日本三菱重工株式會社在專利JP14919589A提出電凝聚技術，其通過在電除塵器前設置多個獨立的通道，每個通道的中間設置高壓電極，以此捕集亞顆粒。隨后，該公司為了解決在除塵效率不明顯減小的前提下，縮小其體積和投資成本的技術問題，而采取在氣體容器中提供過濾器而減小設備的尺寸和成本，由于沒有粗顆粒堵塞，廢氣流速得到改善，因此提高了工藝效率。為了除去小顆粒，亦可引入荷相反電荷的大顆粒，美國飛利浦公司在專利WO9811992A1中提出一種電除塵中去除小顆粒的方法，通過向細粉中加入相反極性的大顆粒，引起結塊，從而改善小顆粒的去除效果。

2.2 噴霧凝聚技術和水膜凝聚技術

噴霧凝聚技術和水膜凝聚技術均是濕式電除塵中常用的捕集粉塵的手段，通過噴淋水霧的方式使小顆粒粉塵團聚長大，或通過噴水或溢流水形成導電水膜，使團聚的顆粒吸附在集塵極上進而除去，對PM2.5有良好的脫除效果。

日立株式會社在專利申請JPS5253578A提出一種濕式除塵方法，其中液體以滴液或霧的形式供應到供應噴霧液體的罐中，由此可以簡化維護并且同時保持高壓電荷穩定。在噴霧凝聚技術和水膜凝聚技術的發展過程中，首要任務是提高其除塵效率，而在解決這一技術問題的過程中，經常會涉及除塵器腐蝕、噴嘴堵塞、噴水不均勻、減少水量以節約水源等技術問題。在提高濕法除塵效率的問題上，福建龍凈環保股份有限公司在專利申請CN103962243A中提出一種適用于濕式電除塵器的螺旋式噴嘴及其排布方式，要解決實現噴霧的超細霧化效果、噴嘴最佳排布和提高除塵效率的技術問題，采用螺旋式噴頭和噴霧殼體，螺旋式噴頭置于噴霧殼體的內腔，噴霧殼體的底部為噴霧面，呈外凸式對稱雙球面結構，且均勻布設多個與噴霧面的球面徑向垂直的噴霧孔，噴霧角度β≤180°。

2.3 聲波凝聚技術

聲波凝聚技術是利用高強度聲場使氣溶膠中微米和亞微米級細顆粒物發生相對運動并進而提高它們的碰撞團聚速率，使細顆粒物在很短的時間范圍內，粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移，顆粒數目濃度減小。

歐洲原子能技術公司在專利WO9740921 A1中提出通過聲波凝聚顆粒，通過聲波在氣流中聚集顆粒，通過將較大的聚集體再循環回聲腔入口來增強聚集。近年來，亦有專利申請提及將聲波凝聚用于鍋爐的除塵，如紹興文理學院研發的一種超聲負氧離子凈化火電廠煙氣PM2.5顆粒裝置CN102527517 A，它包括設置于火電廠煙囪四周的至少一個超聲負氧離子產生器，超聲負氧離子產生器的負氧離子進入火電廠煙囪中與帶正電的PM2.5顆粒中和，從而使PM2.5顆粒凝聚沉淀。

2.4 磁凝聚技術

磁凝聚技術是指被磁化的顆粒物，磁性粒子在磁偶極子力、磁場梯度力度等作用下，發生相對運動而碰撞團聚在一起，使其粒徑增大。

ABDELMALEK F T申請的專利US5321946A提出鍋爐排出的煙氣在靜電除塵器中被捕集，于此同時，通過電磁作用使超細亞微米顆粒凝聚。

2.5 光凝聚技術

光凝聚技術是應用光輻射的原理促進顆粒物團聚。超細顆粒物團聚遵循如下過程：入射電子束-等離子體膨發-成核-冷凝膨脹長大/等離子體云膨脹-凝結-不規則片狀形-團聚-凝膠化。

LG電子株式會社提出的專利申請KR99017060 A公開一種靜電除塵器，包括具有接地電極和放電電極的放電裝置，和具有收集電極和正電極的收集裝置，其中放電裝置使用足夠的電壓來發射能活化一種光催化劑的光能，并且一靜電除塵器中的部件包含光催化劑，因而放電裝置發射出的光能活化光催化劑，借此以低成本提供了一個簡單結構的靜電除塵器消毒和除臭，但并未應用于電站鍋爐領域。

2.6 湍流凝聚技術

湍流凝聚技術是通過擾流部件的設置將煙塵流態由平流變為紊態化，加強粉塵離子間的接觸幾率，從而達到除去細顆粒的效果。

1998年三菱重工株式會社在專利申請JP2000079354 A中提出了將湍流部件即凸起部分設置在負電極板的表面，除了對粉塵進行擾流外，在負電極表面上形成增加了灰塵的附著區域，以此提高灰塵收集效率。此后，各大電除塵器企業及科研院所追蹤擾流原理，對擾流部件作了進一步的改進。如2010年，浙江菲達環保有限公司在專利申請CN201658926U中提出一種促進顆粒聚合的裝置，將卡門渦街發生裝置設置在除塵器前端的煙道內，通過產生卡門渦街，促使流體中顆粒有效聚合，提高了顆粒的混合凝聚效果，有效降低后續電除塵器的細微粉塵排放量。

2.7 多種凝聚技術的組合

多種凝聚技術的組合是指將微顆粒捕集增效技術中的兩種或兩種以上的顆粒捕集技術共同用于靜電除塵器中使小顆粒團聚成大顆粒的技術。

在多種凝聚技術的組合中，有將電凝聚與濕式除塵技術中噴霧凝聚技術相結合的，代表專利有浙江菲達脫硫工程有限公司的專利申請CN202270577U，浙江大學的專利申請CN107138016 A。有將電凝聚與化學凝聚相結合的，代表專利有中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司的專利申請CN102614986 A。有將水膜凝聚、噴霧凝聚和湍流凝聚相結合的，代表專利有中國重型機械研究院股份公司的專利申請CN103962240 A，有將磁凝聚、湍流凝聚和電凝聚相結合的，代表專利有寧波工程學院的專利申請CN106334625 A。有將電凝聚、湍流凝聚、活性炭的物理吸附相結合的，代表專利有鹽城工學院的專利申請CN106731437 A。有將電凝聚、化學凝聚和水膜凝聚相結合的，代表專利有浙江大學的專利申請CN103768886 A。有將湍流凝聚、噴霧凝聚和電凝聚相結合的，代表專利有浙江菲達環保科技股份有限公司的專利申請CN106914343 A。也有將噴霧凝聚和離心式凝聚相結合的，代表專利為廣東慧能新源科技有限公司的專利申請CN205436014U。

3 結束語

細微顆粒捕集技術因其對PM2.5的高去除率而成為當今研究熱點，其技術構成分為電凝聚、噴霧凝聚技術、聲波凝聚技術、磁凝聚技術、水膜凝聚技術、湍流凝聚技術、光凝聚技術、相變凝聚技術以及多種凝聚技術的組合，其中以電凝聚和噴霧凝聚及多種凝聚技術的組合為現階段專利申請的熱點。但細微顆粒捕集過程中二次揚程的問題仍然存在，微顆粒捕集中光、磁、聲凝聚耗能高所帶來的成本問題還得正視，如何突破瓶頸提高除塵效率降低工業成本仍然是該領域研究所期待的。

參考文獻：

[1]舒英鋼.燃煤電廠電除塵技術綜述[J].中國環保產業，2013：7-12.

[2]林尤文，劉衛平，韓沁沁.我國電除塵技術與產業發展的回顧和展望[J].中國環保產業，2005：14-17.

[3]宋衛東.美國火電廠排放控制技術綜述[J].國際電力，2002：53-56.

[4]鄧偉妮.中歐火電廠煙氣排放規定對比研究[J].中國電力，2015：156-160.