電袋除塵技術的研究進展

摘 """""要：目前我國正面臨PM_2.5引起的嚴重大氣污染問題，燃煤電廠是大氣環境PM_2.5排放的最重要來源。在此背景下，研究電袋除塵技術對改善大氣質量具有重要意義。探討了電袋除塵技術在工程化應用方面的最新研究進展，詳細闡述其工作原理和卓越性能，為該技術的實際應用提供堅實的理論支持。對比分析了傳統除塵技術和電袋除塵技術的優缺點以及它們的適用范圍，進行了綜合評估。

關 "鍵 "詞：細顆粒物；濕式電除塵技術；電袋除塵技術

中圖分類號：TQ172.6""""""""""文獻標志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0496-05

全球范圍內大氣環境中細小顆粒物（PM_2.5）的污染已成為一項環境挑戰。細顆粒物是指直徑小于2.5"μm的固體顆粒物或液滴，也被稱為可入肺顆粒物^[1]。它主要來源于汽車尾氣、工業廢氣及各種生物質燃燒產生的顆粒物質。長時間滯留在大氣環境中的細顆粒物，會成為重金屬、有機物、細菌以及病毒等有害物質的載體，對空氣質量、氣候變化以及人體健康都存在重要的影響^[2]。目前，我國城市空氣污染主要來自汽車尾氣、工業源污染物以及燃煤鍋爐等方面，而這些污染源又大多采用煤炭燃燒方式進行生產和加工^[3]。因此，針對細顆粒物排放問題，近年來廣泛研究的新方向是開發除塵技術，以實現超低排放和保障綠色經濟。由于傳統除塵技術無法滿足超低排放的需求，而電袋復合除塵技術充分發揮靜電除塵技術和布袋除塵技術各自的除塵優勢，以其除塵效率高、占地面積小、使用壽命長的特點備受關注并得到迅速發展^[4]。

重點對電袋復合除塵技術類型及原理進行了介紹，綜述了電袋復合除塵技術的研究進展以及適用情況，對更加有效地改善大氣環境、提升空氣質量的相關技術研究提供理論依據。

1 "傳統除塵技術

1.1 "濕式除塵技術

濕法除塵技術的基本原理：當粉塵顆粒物進入除塵器后，多組逆流噴頭會噴射出大量的霧狀液滴，在與粉塵碰撞接觸并加濕的過程中，霧化液滴與粉塵凝聚形成粉塵凝結核，粉塵沉積數量增多，從而達到粉塵分離捕集的效果。濕式除塵器具有結構簡單、運行穩定、維護方便、能耗較低的優點，被廣泛應用于燃煤電廠及冶金企業^[5]。濕式除塵器的種類繁多，包括噴淋式、沖激式、文丘里除塵器等多種類型。

1.2 "靜電除塵技術

高壓極和集塵極作為靜電除塵技術的核心部件，被劃分為陰極和陽極，由于它們的曲率半徑存在顯著差異，因此通常將曲率半徑較小的一極定位為高壓放電極。高壓放電是一種利用等離子體特性對大氣進行處理的新型環保節能技術。當對放電極施加直流高壓電時，電極周圍區域會產生極不均勻的電場，隨著外接電壓的升高，會發生電暈放電，導致放電極周圍一定空間內的氣體全部發生電離的現象，從而產生均勻的沙沙聲，放電極周圍會伴隨著藍色光暈，此時線電極表面能產生輝光或電暈斑點。放電空間內未被荷電的氣體分子與粉塵粒子與不斷運動的正負離子碰撞帶電。在電場力的影響下，荷電粉塵粒子極速地向集塵極驅進，粉塵粒子碰撞到帶有相反極性的集塵極板后，被截留在電極表面，從而實現粉塵顆粒物的捕集^[6]。

1.3 "布袋除塵技術

布袋除塵技術的基本原理：當煙塵經過濾布纖維時，受慣性力的影響，與纖維發生碰撞，從而達到粉塵捕集的目的。由于粉塵粒子直徑較小，因而其受力情況也很復雜。細小顆粒受空氣分子的撞擊發生布朗運動，運動方向也隨之發生變化。相較于空氣分子的布朗運動的運動路徑，濾料纖維孔隙相對較小，導致粉塵顆粒與濾料纖維碰撞而被攔截，這種捕集過程稱為過濾。濾布的過濾效果可以由其自身的特性以及沉積在其表面的塵餅所決定。當氣流通過濾袋時，粉塵首先被吸入到濾層中并隨空氣一起進入袋體內部。由于形成了細小的顆粒，其主要作用機理為擴散與截留。因此，布袋除塵技術對于小粒徑的粉塵具有較好的攔截效果^[7]。

1.4""機械力除塵技術

根據粉塵分離方式的不同，機械力除塵技術可被歸為三大類：重力除塵技術、慣性除塵技術以及旋風除塵技術。重力除塵技術是利用顆粒物自身的重力將含塵煙氣中的粉塵有效分離。當煙氣進入具有較大截面積的沉降室時，由于流速減緩，顆粒物在重力的作用下發生沉降并從氣流中分離。重力除塵技術具有占地面積小、結構簡單等優點，適用于中小容量鍋爐或窯爐煙氣除塵。通過離心力和慣性力的雙重作用，旋風除塵技術和慣性除塵技術能夠高效地去除粉塵^[8]。

2 "電袋除塵技術

隨著燃煤煙塵排放標準的不斷提高，越來越多的復合除塵技術被提出、嘗試和應用，以提高各種污染物的去除效率為目標，從而實現燃煤煙氣的超低排放。目前，電袋復合除塵作為一項新技術已逐漸成為國內外研究熱點。電袋復合除塵技術是一項將布袋除塵和靜電除塵有機融合的先進技術，通過靜電除塵的方式實現煙氣中粉塵顆粒的高效捕獲，然后再通過布袋除塵對流經靜電除塵器的細小粉塵顆粒進行二次捕集^[9]。布袋除塵器以其結構簡單和占地面積較小等優點，在工業領域中得到了廣泛的應用。通過有機結合，電除塵和布袋除塵相互補充，前者減少了進入布袋除塵的煙氣量，從而降低了運行阻力，提高了捕集效果，而后者則彌補了靜電除塵器對小粒徑粉塵除塵效果不佳的不足。

2.1 "電袋除塵技術的分類

1961年，美國的Frederick首次將靜電除塵與布袋除塵技術進行有機結合。隨后研究者們對電袋復合除塵技術進行深入研究，在布袋外施加外加電場，以研究除塵技術過濾粉塵的效果并獲得相關性結果，一些基于該結構設計的電袋除塵技術已投入工業應用。經過幾十年的發展，電袋復合除塵已經成為一種成熟的技術和方法，被廣泛應用于各個行業領域中。目前，對于電袋復合除塵技術的研究，已經涵蓋了3種不同類型的探索：“前電后袋”式電袋除塵技術（COHPAC型）、“靜電增強”型電袋除塵技術、“緊湊”型電袋除塵技術（AHPC型）^[10]。

2.1.1 "前電后袋式電袋除塵技術

將靜電除塵技術視為一級除塵系統，而將袋式除塵技術視為二級除塵系統，這就是前電后袋式除塵技術。靜電除塵裝置由靜電發生器、靜極板和集塵袋等部分組成，其中靜極板由多個不同形狀的靜電場所組成。COHPAC型除塵技術所需的靜電場數量通常為3～4個，在電場力的影響下，流經靜電除塵器的粉塵顆粒在此區域內荷電，荷電顆粒在集塵極的吸引下向其運動，從而實現粉塵顆粒的捕集。煙氣流經靜電場時由于其內部存在著巨大的空間，使得煙氣能夠得到有效凈化。靜電除塵區主要針對于煙氣中大粒徑粉塵的捕集，而小粒徑的粉塵則隨氣流進入布袋除塵區，在布袋過濾纖維的攔截作用下被脫除。布袋是電袋復合除塵器內最重要的部件之一，其工作性能直接影響到除塵效率和系統阻力的大小，靜電除塵區域將高溫煙氣與布袋隔開，有效避免高溫煙氣對濾料纖維的損壞，延長了裝置的使用壽命^[11-12]。前電后袋式電袋除塵技術裝置結構如圖1所示^"[13]。

2.1.2 "靜電增強型電袋除塵技術

“靜電增強”型電袋除塵技術結構與COHPAC式除塵技術相似，其獨特之處是在前端裝有靜電粒子預充電裝置給煙氣中粒子充入電荷，在后端帶有布袋，利用布袋的攔截作用實現粉塵捕集。由于“靜電增強”的結構特點和氣流分布特性，使得其具有更高的除塵效率、更好的穩定性和可靠性。在靜電增強型電袋除塵技術中，煙氣中的粉塵顆粒的去除僅通過布袋除塵區的布袋過濾作用實現，靜電粒子預充電裝置僅用于對顆粒進行荷電作用，而COHPAC型除塵技術的靜電除塵區則能對煙氣中大粒徑的顆粒物進行去除^[14]。另外，“靜電增強”型電袋除塵技術還具有較好的除煙性能、良好的運行穩定性以及較強的抗腐蝕能力等特點。通過靜電作用，“靜電增強”型電袋除塵技術利用同種電荷相互排斥的原理使得布袋表面粉塵層間隙較大，布袋的透氣性能較好，提高其過濾性能，同時減少振打清灰頻次，有效延長布袋的使用壽命^[15]。“靜電增強”型除塵技術裝置結構如圖2所示。

2.1.3 "緊湊型電袋除塵技術

相較于COHPOC型電袋除塵技術的內部結構，緊湊型除塵技術的AHPC采用了電場和布袋的交替排列分布方式。由于粉塵本身具有較大的慣性和較強的沉降能力，因此該技術可有效地捕集細小顆粒物，同時又能防止氣流短路。在除塵過程中，當煙氣通過入口進入時，首先經過的是靜電場，這個靜電場成為顆粒捕集的理想場所。煙氣經過導流板、小孔和噴孔等結構后被排出^[16]。煙氣在經過開孔極板后，被均勻地過濾到布袋表面。隨著時間延長，由于靜電吸附和荷電沉積，大量粉塵顆粒逐漸被捕獲并聚集在布袋區內。另外，通過調節脈沖電流幅值和頻率，可改變靜電吸附量，從而達到控制粉塵粒徑大小的目的。AHPC型電袋除塵技術通過電場力和布袋攔截的協同作用，對于10～50"μm粒徑的粉塵具有高達99.98%捕集效率，同時對粒徑小于2.5"μm粉塵除塵效率也達到了99.99%。緊湊型電袋除塵技術裝置結構如圖3所示^[17]。

2.2 nbsp;電袋復合除塵技術的研究現狀

電袋復合除塵技術作為一種高效的新型除塵技術，其除塵效率可達99.9%，其作為一種高效節能減排設備已成為我國環境保護領域研究的熱點之一。目前國內對于電袋復合除塵器的性能和結構優化方面的研究相對較少，尤其是在對其內部流場進行分析方面還未有相關報道問世。由于電袋復合除塵器內氣體流動十分復雜，氣流分布不均勻會影響濾料表面的電場強度，進而導致煙氣粉塵濃度增加并產生嚴重的環境污染。因此，對于電袋復合除塵器的除塵機理、結構設計以及運行工況等方面，國內外的研究人員進行了大量的深入探究和研究。

閆東杰等^[18]建立實驗室規模的AHPC的數值仿真模型，研究了不同開放面積（POA）和開放類型的穿孔板的集塵性能。當POA在0.19～0.45時，前、側、后側的收集效率值相互互補，總收集效率的變化在5.2%以內，效率較高。ADAMIAK等^[19]研究結果表明，亞微米級顆粒在靜電場中的運動狀態與電場強度、空間荷電密度以及氣流均布性之間存在密切關聯。當粉塵濃度增加后，電暈電流隨著空間電荷的增加而減小。此外，粉塵濃度的增加也會導致氣流的紊亂，空間內氣流分布不均，從而除塵效率較低。XIA等^[20]采用了抗靜電濾袋、普通疊層濾袋、抗靜電疊層濾袋，對電袋復合式除塵器的各性能進行了研究。結果表明，受靜電力的影響，電袋復合式除塵器在除塵性能、運行周期、能耗等方面均優于袋式除塵器。加裝不同濾袋的復合式除塵器出口總顆粒質量濃度降低了2.03、19.67、18.01 mg·m^-3，除塵效率分別提高了0.14%、0.11%、0.11%。FENG等^[21]對真實尺度的AHPC進行了建模，研究結果表明，外加電壓的增加明顯導致該尺寸范圍內顆粒的收集效率增加，這可以從趨勢線系數的增加得到驗證：外加電壓為6.5 kV時為61.9%，8.5 kV時為78.2%，10.0 kV時為84.4%。ZHU等^[22]將電凝和電袋復合除塵技術相結合，設計了低溫等離子電凝電袋復合除塵實驗平臺。研究了輸入電壓、過濾器風速、粉塵濃度和脈沖射流洗灰循環對集成裝置除塵效率的影響。同時分析了該集成技術的能源效率，并揭示了對細顆粒的控制機理。實驗結果表明，低溫等離子電凝與電袋復合除塵一體化技術效率超過99.99%，單位質量粉塵能耗僅為0.008"kW·h·g^-1。

電袋復合除塵技術具有更高的除塵效率主要原因如下^[23-25]：能夠有效地去除集塵板上夾帶的顆粒，從而提高除塵效率；荷電顆粒脫離靜電除塵區域后，能夠在布袋表面形成多孔樹枝狀結構，從而顯著提升過濾效率；當帶電粒子在布袋表面沉積時，空間內會釋放出一股強大的電場，隨著荷電顆粒的進入，其表觀速度將受到庫侖力的影響而逐漸減緩。但是，電袋除塵器在實際工程應用中存在后袋板孔堵塞、工程造價較高的問題，有待于進一步解決。不同除塵技術性能對比如表1所示。

3""結 論

燃煤發電廠所產生的粉塵排放對大氣環境造成的危害極為嚴重，目前已有多種控制措施可供選擇，但每一種措施都有其獨特的優缺點，因此單一的控制措施難以使電廠排放達到超低排放標準。電袋除塵器是一種新型的袋式除塵器，具有效率高、能耗低、運行維護簡單等優點。通過對電袋除塵技術的分類和原理進行綜述，并與其他除塵技術進行對比，為其推廣和應用提供理論支持，以實現燃煤電廠高效、節能、減排的目標。

參考文獻：

[1]"CHEN C， JI W， ZHAO B. Size-dependent efficiencies of ultrafine particle removal of various filter media[J]. Building and Environment， 2019，160：106171.

[2]"ZHANG G H， ZHU Q H， ZHANG L， et al. High-performance particulate matter including nanoscale particle removal by a self-powered air filter[J]."Nat Commun， 2020，11（1）：1653.

[3]"XU C Y， CHEN P F， CHANG J C， et al. Experimental study on the removal of PM_2.5"using modified carbon steel collectors with hydrophilic properties in wet ESPs[J]. Journal of the Air amp; Waste Management Association， 2021，71（11）：1939196.

[4]"TENG C， FAN X， LI J. Effect of charged water drop atomization on particle removal performance in plate type wet electrostatic precipitator[J]. Journal of Electrostatics， 2020，104：103426.

[5]"桑文帥. 濕式電除塵技術在鋼鐵燒結中的應用及評價分析[D]. 呼和浩特：內蒙古大學，2020.

[6]"ZHENG C H， ZHANG H， LIU X T， et al. Effect of dust layer in electrostatic precipitators on discharge characteristics and particle removal[J]. Fuel， 2020，278：118335.

[7]"WANG M， ZHANG Z， LI Y， et al. Multifunctional superamphiphobic fabric with hierarchical structures via a mild water-based strategy[J]. Applied Surface Science， 2019，470：687-694.

[8]"李小敏. 旋風除塵器的結構設計[J]. 現代制造技術與裝備，2021，57（6）：86-88.

[9]"LIN F， CHEN P， HUANG T， et al. 3D in-situ simulation and particle tracing of gas filtration process for ultrafine particles removal using a hollow fiber membrane[J]. Journal of Membrane Science， 2021，632： 119380.

[10]"YE Z， ZHOU Q， HUA J， et al. A novel pilot-scale installation integrated of improved sieve-tray tower and wet electrostatic precipitator for paint mist removal[J]."J Air Waste Manag Assoc， 2021，71（3）：366-377.

[11]"CHEN L， GONZE E， ONDARTS M， et al. Electrostatic precipitator for fine and ultrafine particle removal from indoor air environments[J]. Separation and Purification Technology，"2020，247：116964.

[12]"GAO N， LI J， QUAN C， et al. Oily sludge catalytic pyrolysis combined with fine particle removal using a Ni-ceramic membrane[J]. Fuel， 2020，277：118134.

[13]"羅香鑾. 電袋復合除塵器技術進展及應用研究[J]. 機電信息， 2019（36）：92-94.

[14]"SHI H， YANG G， YAO Z， et al. Semi-coke powder filtration experiments using a dual layer granular bed filter[J]. Advanced powder technology， 2018，29（12）：3257-3264.

[15]"YOU M， LI Z， ZHAN M， et al. Flow simulation and performance analysis of a cyclone-granular bed filter[J]. Powder Technology， 2020，361：210-219.

[16]"龐海龍，俞妍，董中天，等. 靜電除塵效率的影響因素研究[J]. 高壓電器，2021，57（9）：125-130.

[17]"XIA F， GAO Y， TIAN E， et al. Fast fabricating cross-linked nanofibers into flameproof metal foam by air-drawn electrospinning for electro-"statically assisted particle removal[J]. Separation and Purification Technology， 2021，274：119076.

[18]"閆東杰，玉亞，黃學敏，等. 電凝并強化電袋復合除塵器除塵性能研究[J]. 中國電機工程學報，2017，37（22）：6659-6665.

[19]"ADAMIAK K， ATTEN P. Numerical simulation of the 2D gas flow modified by the action of charged fine particles in a single-wire ESP[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation， 2009， 16（3）：608-614.

[20]"XIA S B， DUAN L， WANG J P， et al. Effect of the surface treatment process of filter bags on the performance of hybrid electrostatic precipitators and bag filters[J]. Atmosphere， 2022， 13（8）： 1294.

[21] FENG Z， LONG Z， YU T. Filtration characteristics of fibrous filter following an electrostatic precipitator[J]. Journal of electrostatics， 2016，83：52-62.

[22]"ZHU T， WANG R， ZHANG X， et al. Controlling fine particles in flue gas from lead-zinc smelting by plasma technology[J]. Plasma science amp; technology， 2020，22（4）：44004.

[23]"CHOI H Y， PARK Y G， HA M Y. Numerical simulation of the wavy collecting plate effects on the performance of an electrostatic precipitator[J]. Powder Technology， 2021，382：232-243.

[24]"HE Z， DASS E T M， KARTHIK G. Design of electrostatic precipitator to remove suspended micro particulate matter from gas turbine inlet airflow： Part I. Experimental study[J]. Journal of Aerosol Science， 2017，108：14-28.

[25]"陳奎續. 超凈電袋復合除塵技術的研究應用進展[J]. 中國電力， 2017，50（3）：22-27.

[26]"朱召平. 超凈電袋復合除塵器的設計優化與效果測試[J]. 電力科技與環保，2021，37（4）：47-52.

[27]"陳奎續. 電袋復合除塵器協同脫除SO₃和Hg[J]. 中國電力， 2019，52（3）：29-35.

[28]"宋士城. 濕式電除塵器在纖維干燥尾氣凈化中的應用研究[D]. 北京：北京林業大學，2020.

[29]"孫忠雨，陳波. 電袋除塵器差壓高成因分析及處理[J]. 中國電力企業管理，2020（9）：94-95.

Research Progress of Electric Bag Dust Removal Technology

TAN Rui， PENG Zihao， ZHANG Yu， WANG Yunhan

（School of Petroleum and Natural Gas Engineering， Liaoning Petrochemical University， Fushun Liaoning 113001， China）

Abstract："At present， China is facing serious air pollution caused by PM_2.5， and coal-fired power plants are the most important source of PM_2.5"emissions in the atmospheric environment. In this context， studying the electric bag dust removal technology is of great significance for improving atmospheric quality. In"this， the latest research progress of electric bag dust removal technology in engineering applications was explored， its working principle and excellent performance were elaborated， providing solid theoretical support for the practical application of this technology. A comprehensive evaluation was conducted by comparing and analyzing the advantages and disadvantages of traditional dust removal technology and electric bag dust removal technology， as well as their applicability.

Key words："Fine particulate matter; Wet electrostatic precipitator technology; Electric bag dust removal technology