高温超净电袋复合除尘技术研究与应用

摘要：针对钢铁、有色金属、水泥等行业由于烟尘浓度高、比电阻高、粉尘粒径小、分散度大等造成大气污染治理难度大的现状，研发了一种高温超净电袋复合除尘技术，可实现排放浓度<5 mg/Nm3，运行阻力<1 100 Pa，滤袋寿命>8年，满足超低排放要求，能适应复杂的烟气工况，解决了化纤滤袋回收利用难的问题。

关键词：高温;超净;电袋复合除尘技术;超低排放;工程应用

0 引言

随着电力行业基本达到超低排放要求，国家开始逐步转向并加快对钢铁、有色金属、水泥等行业的污染治理。这些行业领域的烟气工况复杂，具有烟尘浓度高、比电阻高、粉尘粒径小、分散度大等特点，治理难度大。在此背景下，如果要满足严格的大气污染物排放标准，常规电袋复合式除尘器需要解决如何实现超低排放、如何适应高温等复杂烟尘工况、废弃滤料回收困难等问题。为满足新的环保要求，电袋复合式除尘器需要在现有技术基础上实现突破，避免在粉尘治理中增设湿式电除尘器，节省投资、占地面积、运行维护费用等，简化系统，提高设备运行的安全、可靠性。

1 高温超净电袋复合除尘技术研究

高温超净电袋复合除尘技术是在超净电袋复合除尘技术基础上的再次创新升级，烟尘排放浓度<5 mg/Nm3，运行阻力<1 100 Pa，滤袋寿命>8年。

在开发高温超净电袋复合除尘技术过程中，我们主要进行了五大技术创新，分别是最佳耦合匹配技术、多维高均匀流场技术、微粒凝并技术、低阻长寿命合金滤料技术、高温材料和结构设计技术。

1.1    最佳耦合匹配技术研究

电袋是由电区和袋区有机复合而成。电区比集尘面积越大，除尘效率越高，袋区过滤风速越低，排放也越低，但设备造价越高，经济性越差。那么，在电袋复合机理中，电区选型多大，袋区选型多大，两者如何进行匹配，才能实现超低排放、经济性好的目标呢？对此，我们进行了大量的试验研究和工程总结，找到了关键的影响因素——袋区入口浓度，并得到了袋区入口浓度最佳值以及相匹配的过滤风速。在大量试验及工程应用实践基础上，研发出电区与袋区最佳耦合匹配技术，实现了电袋复合除尘的最佳分区与结构优化，在满足超低排放基础上，使得设备投资最低，提高了产品的技术经济性。

1.2    多维高均匀流场技术研究

电袋由两种不同机理、不同结构的除尘器构成，其流速、流向和断面急剧变化，风速从电除尘区的1 m/s到降低到袋区的1 m/min，流向从电除尘区的水平进出转为袋区的下进上出，流场均布难度很大。为此，我们与清华大学等知名高校开展合作研究，针对电袋结构，开发了物模、数值和工程验证相结合的设计技术，形成了一套完整的多维高均匀流场技术，最终各分室流量偏差为±4%，各滤袋出口CFD计算相对均方根值为0.15。

1.3    微粒凝并技术研究

大量研究表明，使细颗粒荷电凝并或极化长大，然后被过滤拦截，是捕集细颗粒物最有效的方法之一。高温超净电袋复合除尘器技术运用了荷电和过滤拦截机理。我们通过与中科大合作研究表明，电袋技术弥补了颗粒物在电区和袋区的穿透区间。我们与清华大学合作研究了电袋课题，单纤维捕集荷电颗粒试验结果表明：极化或荷电颗粒形成的颗粒链更为有序;荷电后颗粒平均粒径比荷电前增长12.5%。在此基础上开发出了具体的技术：（1）采用强放电、高场强极配形式;（2）采用新型高效电源技术，以便提高阴极线针端放电性能，增加颗粒的荷电量。

1.4    低阻长寿命合金滤料技术研究

针对高温及更加复杂的烟气工况，我们通过6年半的研制，开发出了一种合金滤料。合金滤袋是采用不锈钢等不同丝径的合金纤维经无纺铺制后烧结成毡，再通过卷圆、焊接等工艺作制成滤袋。通过不同梯度铺层结构实现不同的过滤效率，具有耐高温、8年以上超长寿命、阻力低、耐腐蚀、回收利用价值高等优点。合金滤袋的开发经历了大量的实验研究和试制。首先是铺层结构和过滤性能的研究，开发了多种不同粗细纤维、配比的滤料铺层结构，利用VDI滤料过滤实验平台，测试了其过滤精度，并与化纤滤料进行对比分析，结果表明：具有良好的铺层结构的滤料，过滤性能比化纤高精滤料更优，满足超低排放使用要求，还可以进一步降低阻力。

在电袋实验台上开展冷态载灰试验，测试了3种过滤风速、2种电场状态共6个工况的过滤性能，结果表明：出口粉尘排放均小于1 mg/Nm3，开启电场，过滤效率更高，阻力更低。

在全尺寸脉冲喷吹实验台上，对8 m长合金滤袋进行测试，结果表明：合金滤袋压力峰值最小值及袋底压力均高于化纤滤袋;且其振动频率更高，更有利于清灰。

在耐腐蚀方面，通过高温氧化试验表明，金属合金滤料有良好的塑性;电镜分析显示：纤维表面基本维持原始形貌，氧化程度較小。

耐磨性能实验研究结果表明：合金滤料的耐磨性能是化纤滤料的两倍以上。

1.5    高温材料和结构设计技术研究

高温材料和结构设计技术研究主要针对钢结构、绝缘、保温、密封等部件的材料提出了更高要求，解决了材料应用难题。

2 高温超净电袋复合除尘技术的应用

在山西某氧化铝焙烧炉除尘提效改造工程中，采用了高温超净电袋复合除尘技术，该项目原采用三电场静电除尘器，排放浓度大于100 mg/m3;经高温超净电袋复合除尘技术改造的#6炉于2019年3月29号投料运行，实测除尘器出口排放浓度均值<3 mg/Nm3，阻力<500 Pa，为氧化铝行业粉尘超低排放治理提供工艺路线。

2.1    技术性能参数

高温超净电袋复合除尘器技术性能参数如表1所示。

2.2    总体布置

山西某氧化铝焙烧炉除尘提效改造中高温超净电袋复合除尘器总体布置如图1所示。

2.3    改造方案

本改造工程是在原三电场除尘器基础上进行技术改造，不加长，不加宽;保留支架、壳体、灰斗等，第一电场更新，阴极采用顶部电磁振打技术，阳极采用侧部振打技术;第二、第三电场拆除滤袋，采用合金滤袋，形成1电2袋结构。在本改造工程中采用了耦合匹配技术、多维高均匀流场技术、微粒凝并技术、低阻长寿命合金滤料技术、高温材料和结构设计技术，保证了工程的顺利实施。

2.4    投运效果

该项目是高温超净电袋复合除尘技术的成功应用典范，2019年3月通过了第三方检测，投运后除尘器排放浓度

<3 mg/Nm3，运行阻力<500 Pa，各项性能指标优于设计值。烟囱出口排放浓度大大低于排放限值，圆满实现了超低排放目标。

3 结语

高温超净电袋复合除尘技术经过工程应用实践表明，可实现粉尘排放浓度<5 mg/Nm3，为非电力行业实现超低排放提供了可靠优质的工艺路线。同时，高温超净电袋复合除尘技术还简化了烟尘治理系统的复杂性，具有一次投资低、运行费用少、占地面积小等优势。

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收稿日期：2020-04-03

作者简介：韩志刚（1983—），男，辽宁人，工程师，研究方向：粉尘治理。