电站锅炉除尘领域细微颗粒捕集技术综述

彭钒 郝玉香

摘  要：通过梳理电站锅炉除尘领域中细微颗粒捕集技术，将其分为电凝聚技术、喷雾凝聚技术、声波凝聚技术、磁凝聚技术、水膜凝聚技术、湍流凝聚技术、光凝聚技术、相变凝聚技术以及多种凝聚技术的组合几类，并对各类技术详细介绍，以期为所属领域技术人员深入了解细微颗粒捕集技术提供有力支撑。

关键词：锅炉;除尘;细微颗粒;捕集

中图分类号：X773          文献标志码：A         文章编号：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

近年来，大气环境污染问题日益严峻，雾霾、酸雨等灾害性天气频发，严重影响了人们的健康和正常生活。我国以煤炭为主的能源格局在未来相当长的时间内不会发生根本性改变，其中燃煤电厂每年煤炭耗量为全部每年煤炭消耗总量的50%，因为燃煤电厂污染物排放问题一直是人们关注的焦点。《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）和《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的出台，对我国的电站除尘技术而言，既是挑战更是机遇[1-4]。

近几年，电站除尘新技术不断涌现，其代表技术就是细微颗粒捕集技术。细微颗粒捕集技术也称粉尘凝聚技术，其原理是利用电场、声场、磁场等外场作用来增进细颗粒物间的有效碰撞接触，促进其碰撞团聚长大，以及利用过饱和水汽在细颗粒物表面核化凝结的凝并长大等，该技术可有效提高电除尘器对PM2.5的收尘率，提高电除尘器除尘总效率。

2 电站锅炉中细微颗粒捕集技术

根据细微颗粒捕集机理，将其分为电凝聚技术、喷雾凝聚技术、声波凝聚技术、磁凝聚技术、水膜凝聚技术、湍流凝聚技术、光凝聚技术、相变凝聚技术以及多种凝聚技术的组合。

2.1 电凝聚技术

电凝聚技术是采用正、负高压电源对进入电除尘器前的粉尘进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，并通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘产生速度或方向差异的有效凝聚，形成大颗粒后被电除尘器有效收集。

日本三菱重工株式会社在专利JP14919589A提出电凝聚技术，其通过在电除尘器前设置多个独立的通道，每个通道的中间设置高压电极，以此捕集亚颗粒。随后，该公司为了解决在除尘效率不明显减小的前提下，缩小其体积和投资成本的技术问题，而采取在气体容器中提供过滤器而减小设备的尺寸和成本，由于没有粗颗粒堵塞，废气流速得到改善，因此提高了工艺效率。为了除去小颗粒，亦可引入荷相反电荷的大颗粒，美国飞利浦公司在专利WO9811992A1中提出一种电除尘中去除小颗粒的方法，通过向细粉中加入相反极性的大颗粒，引起结块，从而改善小颗粒的去除效果。

2.2 喷雾凝聚技术和水膜凝聚技术

喷雾凝聚技术和水膜凝聚技术均是湿式电除尘中常用的捕集粉尘的手段，通过喷淋水雾的方式使小颗粒粉尘团聚长大，或通过喷水或溢流水形成导电水膜，使团聚的颗粒吸附在集尘极上进而除去，对PM2.5有良好的脱除效果。

日立株式会社在专利申请JPS5253578A提出一种湿式除尘方法，其中液体以滴液或雾的形式供应到供应喷雾液体的罐中，由此可以简化维护并且同时保持高压电荷稳定。在喷雾凝聚技术和水膜凝聚技术的发展过程中，首要任务是提高其除尘效率，而在解决这一技术问题的过程中，经常会涉及除尘器腐蚀、喷嘴堵塞、喷水不均匀、减少水量以节约水源等技术问题。在提高湿法除尘效率的问题上，福建龙净环保股份有限公司在专利申请CN103962243A中提出一种适用于湿式电除尘器的螺旋式喷嘴及其排布方式，要解决实现喷雾的超细雾化效果、喷嘴最佳排布和提高除尘效率的技术问题，采用螺旋式喷头和喷雾壳体，螺旋式喷头置于喷雾壳体的内腔，喷雾壳体的底部为喷雾面，呈外凸式对称双球面结构，且均匀布设多个与喷雾面的球面径向垂直的喷雾孔，喷雾角度β≤180°。

2.3 声波凝聚技术

声波凝聚技术是利用高强度声场使气溶胶中微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动并进而提高它们的碰撞團聚速率，使细颗粒物在很短的时间范围内，粒径分布从小尺寸向大尺寸方向迁移，颗粒数目浓度减小。

欧洲原子能技术公司在专利WO9740921 A1中提出通过声波凝聚颗粒，通过声波在气流中聚集颗粒，通过将较大的聚集体再循环回声腔入口来增强聚集。近年来，亦有专利申请提及将声波凝聚用于锅炉的除尘，如绍兴文理学院研发的一种超声负氧离子净化火电厂烟气PM2.5颗粒装置CN102527517 A，它包括设置于火电厂烟囱四周的至少一个超声负氧离子产生器，超声负氧离子产生器的负氧离子进入火电厂烟囱中与带正电的PM2.5颗粒中和，从而使PM2.5颗粒凝聚沉淀。

2.4 磁凝聚技术

磁凝聚技术是指被磁化的颗粒物，磁性粒子在磁偶极子力、磁场梯度力度等作用下，发生相对运动而碰撞團聚在一起，使其粒径增大。

ABDELMALEK F T申请的专利US5321946A提出锅炉排出的烟气在静电除尘器中被捕集，于此同时，通过电磁作用使超细亚微米颗粒凝聚。

2.5 光凝聚技术

光凝聚技术是应用光辐射的原理促进颗粒物团聚。超细颗粒物团聚遵循如下过程：入射电子束-等离子体膨发-成核-冷凝膨胀长大/等离子体云膨胀-凝结-不规则片状形-团聚-凝胶化。

LG电子株式会社提出的专利申请KR99017060 A公开一种静电除尘器，包括具有接地电极和放电电极的放电装置，和具有收集电极和正电极的收集装置，其中放电装置使用足够的电压来发射能活化一种光催化剂的光能，并且一静电除尘器中的部件包含光催化剂，因而放电装置发射出的光能活化光催化剂，借此以低成本提供了一个简单结构的静电除尘器消毒和除臭，但并未应用于电站锅炉领域。

2.6 湍流凝聚技术

湍流凝聚技术是通过扰流部件的设置将烟尘流态由平流变为紊态化，加强粉尘离子间的接触几率，从而达到除去细颗粒的效果。

1998年三菱重工株式会社在专利申请JP2000079354 A中提出了将湍流部件即凸起部分设置在负电极板的表面，除了对粉尘进行扰流外，在负电极表面上形成增加了灰尘的附着区域，以此提高灰尘收集效率。此后，各大电除尘器企业及科研院所追踪扰流原理，对扰流部件作了进一步的改进。如2010年，浙江菲达环保有限公司在专利申请CN201658926U中提出一种促进颗粒聚合的装置，将卡门涡街发生装置设置在除尘器前端的烟道内，通过产生卡门涡街，促使流体中颗粒有效聚合，提高了颗粒的混合凝聚效果，有效降低后续电除尘器的细微粉尘排放量。

2.7 多种凝聚技术的组合

多种凝聚技术的组合是指将微颗粒捕集增效技术中的两种或两种以上的颗粒捕集技术共同用于静电除尘器中使小颗粒团聚成大颗粒的技术。

在多种凝聚技术的组合中，有将电凝聚与湿式除尘技术中喷雾凝聚技术相结合的，代表专利有浙江菲达脱硫工程有限公司的专利申请CN202270577U，浙江大学的专利申请CN107138016 A。有将电凝聚与化学凝聚相结合的，代表专利有中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司的专利申请CN102614986 A。有将水膜凝聚、喷雾凝聚和湍流凝聚相结合的，代表专利有中国重型机械研究院股份公司的专利申请CN103962240 A，有将磁凝聚、湍流凝聚和电凝聚相结合的，代表专利有宁波工程学院的专利申请CN106334625 A。有将电凝聚、湍流凝聚、活性炭的物理吸附相结合的，代表专利有盐城工学院的专利申请CN106731437 A。有将电凝聚、化学凝聚和水膜凝聚相结合的，代表专利有浙江大学的专利申请CN103768886 A。有将湍流凝聚、喷雾凝聚和电凝聚相结合的，代表专利有浙江菲达环保科技股份有限公司的专利申请CN106914343 A。也有将喷雾凝聚和离心式凝聚相结合的，代表专利为广东慧能新源科技有限公司的专利申请CN205436014U。

3 结束语

细微颗粒捕集技术因其对PM2.5的高去除率而成为当今研究热点，其技术构成分为电凝聚、喷雾凝聚技术、声波凝聚技术、磁凝聚技术、水膜凝聚技术、湍流凝聚技术、光凝聚技术、相变凝聚技术以及多种凝聚技术的组合，其中以电凝聚和喷雾凝聚及多种凝聚技术的组合为现阶段专利申请的热点。但细微颗粒捕集过程中二次扬程的问题仍然存在，微颗粒捕集中光、磁、声凝聚耗能高所带来的成本问题还得正视，如何突破瓶颈提高除尘效率降低工业成本仍然是该领域研究所期待的。

参考文献：

[1]舒英钢.燃煤电厂电除尘技术综述[J].中国环保产业，2013：7-12.

[2]林尤文，刘卫平，韩沁沁.我国电除尘技术与产业发展的回顾和展望[J].中国环保产业，2005：14-17.

[3]宋卫东.美国火电厂排放控制技术综述[J].国际电力，2002：53-56.

[4]邓伟妮.中欧火电厂烟气排放规定对比研究[J].中国电力，2015：156-160.