电除尘器与布袋除尘器的工作原理、性能及前景分析

随着当前社会经济的飞速发展，工业化进程不断加快，在推动经济繁荣的同时，也对大气环境造成了严重的污染。大气污染已成为制约社会可持续发展的重要因素，而烟尘作为大气污染的主要来源之一，严重威胁着人类的健康和生态环境的平衡。因此，有效控制有害物质的排放量，减少烟尘污染，成为治理大气污染的关键途径和必然要求。

     为了应对严峻的大气污染问题，尤其是烟尘污染，我国高度重视除尘技术的研究与应用，并取得了显著的成果。在众多除尘设备中，布袋除尘器及电除尘器以其高效的除尘能力，在我国各种重污染行业中得到了广泛的应用。这两种设备在除尘领域各有优势，对改善大气环境质量发挥着重要作用。

 一、工作原理

1.袋式除尘器

    袋式除尘器的核心部件是由纤维编织物精心制作而成的袋式过滤布。当含尘气体以单向流动的方式通过滤布时，粒径较大的尘粒在惯性力的作用下，在绕过滤布纤维的过程中与纤维发生碰撞，从而被拦截下来。而对于那些粒径极其细微（通常为 1μm 或更小）的尘粒，它们会受到气体分子的不断冲击，即布朗运动，其运动方向也会随之不断改变。由于纤维之间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，这些细微尘粒在运动过程中会与纤维发生碰撞，进而实现与气体的分离。随着含尘气体的持续通过，足够数量的尘粒会逐渐堆积在滤布纤维的表面，形成一层滤饼。这层滤饼不仅进一步增强了对尘粒的捕集能力，而且通过筛滤等物理机理，能够有效捕集更细小的尘粒。最终，尘粒被截留在滤布的含尘气体一侧，而经过净化的干净气体则顺利通过滤布，聚集到滤布的另一侧，即干净气体侧。当滤布表面的尘粒沉积到一定程度，影响到过滤效果时，通过气力或机械的方式，将尘粒从滤布上清除下来，然后进行收集和输送。

2.电除尘器

    电除尘器的工作原理基于高压电场的作用。在电除尘器的正负极之间施加高压直流电，从而在两极间形成一个强大的电场，该电场强度足以使气体发生电离。当含尘气体通过这个高压电场时，其中的尘粒会带上电荷，一般情况下尘粒会荷负电。在电场力的作用下，带电的尘粒会向极性相反的集尘极（正极）移动，并最终沉积在集尘极的表面，从而实现尘粒与含尘气体的分离。

     当集尘极表面的粉尘积累到一定程度后，通过振打电极的方式，使沉积在集尘极上的粉尘掉落至除尘器下部的集料斗内，然后通过特定的输送装置将收集到的粉尘进行输送和处理。

 二、除尘效率

 

在除尘效率方面，袋式除尘器展现出了明显的优势。与电除尘器相比，袋式除尘器的除尘效率更高，尤其是对于那些对人体健康有严重危害的重金属粒子以及亚微米级的尘粒，袋式除尘器的捕集效果更为显著。通常情况下，袋式除尘器的除尘效率能够达到 99.99％以上，其排放的烟尘浓度能够稳定地控制在较低水平，甚至可以低于 50mg/Nm?，在一些先进的应用场景中，排放浓度甚至可以达到 10mg/Nm? 以下，几乎实现了零排放。

袋式除尘器高效的过滤机理使其具有很强的稳定性，不受燃烧煤种物化性能变化的影响。这意味着无论煤种的成分、挥发分等特性如何变化，袋式除尘器都能够保持相对稳定的除尘效率。针对目前国家日益严格的排放标准以及排放费用的征收办法，袋式除尘器在满足环保要求的同时，也能够为企业带来显著的经济效益，减少因超标排放而产生的额外费用。

 三、影响电除尘性能的因素

1.电极所产生的电场

     电场特性是决定电除尘器工作性能的关键因素之一，它直接影响着除尘器的工作宽度和工作效率。最理想的电场应具备沿电流方向的不均匀性，或者同时具有沿电流方向和电流轴线垂直方向的不均匀性。这种不均匀的电场能够使尘粒在电场中获得更有效的荷电和运动，从而提高除尘器的工作效率。

    为了实现这种理想的电场分布，在生产实践中，通常会采用螺旋状、蜂刺状等特殊形状的阴极线。这些特殊形状的阴极线能够有效地改变电场的分布，增强电场的不均匀性，从而提高电除尘器的收尘效率。

2.尘粒的比电阻

    尘粒的比电阻是指尘粒在疏松状态下所表现出的视在电阻或当量电阻。尘粒比电阻的大小受到多种因素的综合影响，其中主要包括温度、湿度、导电杂质以及粒度等。

    对于电除尘器来说，存在一个最理想的收尘比电阻范围，即 10?～10??Ω·cm。当尘粒的比电阻处于这个范围内时，电除尘器能够达到最佳的收尘效果。为了使尘粒的比电阻处于理想范围内，常常采用调理烟气的手段，如对烟气进行增湿处理，或者在烟气中添加硫酸、氨、二乙胺等化学物质。这些调理措施可以通过改变烟气的成分和性质，从而调整尘粒的比电阻，提高电除尘器的效率。通常，这些调理操作会在烟道内进行，通过合理的设备布置和工艺控制，实现对烟气的有效调节。

3.荷电及放电过程 

在电除尘器的收尘试验过程中，常常会出现一些影响收尘效果的现象，如电晕闭塞现象、反电晕现象以及再飞散现象等。这些现象的出现会给收尘工作带来很大的困难，导致收尘效率的降低。

     电晕闭塞现象是指当含尘气体中的粉尘浓度过高时，大量的尘粒会在电场中荷电并聚集在电晕极附近，形成一个空间电荷层，从而抑制电晕电流的产生，降低电场强度，影响尘粒的荷电和捕集。反电晕现象则是由于高比电阻粉尘在集尘极上堆积后，会在集尘极表面形成一个绝缘层，导致集尘极表面的电位升高，从而使沉积在集尘极上的粉尘重新荷电并向电晕极方向运动，造成粉尘的二次飞扬。再飞散现象是指在振打电极的过程中，由于振打力过大或不均匀，导致已经沉积在集尘极上的粉尘再次飞扬到气流中，降低了收尘效率。为了解决这些问题，大部分情况下会通过延长气室长度的方式来增加含尘气体在电场中的停留时间，使尘粒有更多的机会荷电并被集尘极捕集。此外，还可以通过优化电场结构、调整振打参数等方式来减少这些现象的发生，提高收尘效率。

4.其它方面

    除了上述主要因素外，电除尘器的收尘效率还受到多种其他因素的影响。伏安特性反映了电场电压与电流之间的关系，合理的伏安特性能够保证电场的稳定运行和高效收尘。漏风率的大小会影响到除尘器内部的气流分布和电场强度，过高的漏风率会导致含尘气体的短路和电场强度的降低，从而影响收尘效率。

    烟气的温度、压力、成分、湿度、流速以及含尘浓度等参数也会对电除尘器的性能产生重要影响。不同的烟气条件需要相应地调整电除尘器的运行参数，以确保最佳的收尘效果。阴极线的几何形状、直径、数量和线间距，收尘极的形式、极板断面形状、极间距、极板面积及电场数，电场长度，供电方式，振打方式（包括位置、强度、周期），气流分布装置，灰斗形式和出灰口锁风装置等因素，也都在一定程度上影响着电除尘器的收尘效率。在设计和运行电除尘器时，需要综合考虑这些因素，进行合理的选型和优化，以提高设备的性能和可靠性。

 四、电除尘器优缺点

1.优点

     初期除尘效率较高：电除尘器在正常运行的初期，能够达到 99％的除尘效率，对于 1μm 以下的细微粉尘也具有较好的捕集能力。虽然从经济角度考虑，通常会控制在一个合理的除尘效率范围内，但在处理一些对粉尘排放要求较高的场合，其初期的高效除尘能力仍然具有很大的优势。

处理烟气量大：电除尘器具有强大的处理能力，能够适应大流量的含尘气体处理需求。它可以应用于高温（可高达 500℃）、高压、高湿（相对湿度可达 100％）等各种复杂的工况条件下，并且能够实现连续稳定的运转，同时还可以通过自动化控制系统实现设备的远程监控和操作，提高生产效率和管理水平。运行阻力低：电除尘器具有低阻的特点，其压力损失仅为 100～200Pa。这意味着在运行过程中，电除尘器所需的能耗较低，能够为企业节省一定的运行成本。

 2.缺点

    （1）设备投资高：电除尘器的设备结构较为复杂，体积庞大，需要消耗大量的钢材。同时，它还需要配备高压变电和整流设备，这些设备的采购和安装成本较高，导致电除尘器的初期投资较大。通常情况下，高压供电设备的输出峰值电压为 70～100kV，这对设备的绝缘性能和安全性提出了很高的要求，进一步增加了设备的投资成本。

（2）技术要求高：电除尘器的制造、安装和管理都需要较高的技术水平。在制造过程中，需要严格控制设备的加工精度和质量，确保电场的均匀性和稳定性。在安装过程中，需要精确调整电极的间距和位置，保证电场的正常运行。在管理方面，需要专业的技术人员进行操作和维护，及时处理设备运行过程中出现的各种问题。

（3）除尘效率受粉尘比电阻影响大：电除尘器的除尘效率对粉尘比电阻非常敏感。一般来说，对于比电阻小于 10?～10?Ω·cm 或大于 10??～10??Ω·cm 的粉尘，如果不采取相应的措施，电除尘器的除尘效率将会受到严重影响。在实际应用中，需要根据粉尘的比电阻特性，采取适当的调理措施，如增湿、添加化学药剂等，以提高除尘效率。

（4）需预处理装置：当处理初始浓度大于 30g/cm? 的含尘气体时，电除尘器需要配备预处理装置，以降低含尘气体的浓度，避免因粉尘浓度过高而导致电晕闭塞等问题的发生。这不仅增加了设备的投资成本，还增加了系统的复杂性和运行管理的难度。

（5）不具备离线检修功能：电除尘器一旦出现故障，由于其不具备离线检修功能，要么只能带病运行，影响除尘效果和设备的使用寿命；要么只能停炉检修，这会导致生产中断，给企业带来较大的经济损失。

 五、布袋除尘器优缺点

 1.优点

  （1）除尘效率高：布袋除尘器的除尘效率极高，可达到 99.99%以上，能够有效地捕集各种粒径的粉尘，尤其是对细微粉尘的捕集效果更为突出。这使得布袋除尘器在满足严格的环保排放标准方面具有很大的优势，能够为企业提供可靠的除尘解决方案。

（2）性能稳定：布袋除尘器的除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度等因素的影响，同时锅炉负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的出口排放浓度影响也较小。这使得布袋除尘器在不同的工况条件下都能够保持稳定的性能，为企业的生产运行提供了可靠的保障。

（3）具备离线检修功能：一般情况下，袋式除尘器采用分室结构设计，并在设计过程中留有一定的裕量。这种设计使得除尘器可以在不影响锅炉正常运行的情况下，实现轮换检修。当某一个室需要进行检修时，可以将该室隔离，对其他室进行正常运行，从而保证了生产的连续性和设备的可靠性。

（4）重金属捕集能力强：由于袋式除尘器对微细粉尘的捕集效果更为有效，因此它能够除去飞灰中所含的更多重金属微粒。这对于减少重金属对环境的污染，保护生态环境和人类健康具有重要意义。

（5）附属设备少，技术要求相对较低：与电除尘器相比，袋式除尘器的附属设备较少，系统结构相对简单。同时，其技术要求也没有电除尘器那么高，这使得袋式除尘器的制造、安装和维护成本相对较低，降低了企业的投资和运营成本。

（6）可解决烟气 SO? 污染问题：结合喷雾干燥等设备，袋式除尘器可以有效地解决烟气中的 SO?污染问题。通过在喷雾干燥塔中加入碱性吸收剂，如石灰等，与烟气中的 SO?发生反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙等固体物质，然后通过袋式除尘器将这些固体物质捕集下来，从而实现对 SO? 的有效去除。

2.缺点

   （1）操作和维护要求高：袋式除尘器对操作和维护的要求相对较高。在运行过程中，需要定期检查滤袋的破损情况、清灰系统的运行状态等。如果滤袋出现破损，需要及时更换，否则会影响除尘效果。同时，清灰系统的正常运行也至关重要，如果清灰系统失灵，会导致滤袋表面的粉尘堆积过多，增加系统的阻力，甚至影响锅炉的正常运行。

（2）使用寿命受工况影响大：锅炉运行过程中的负荷不稳定，尤其是在点炉、起动、停炉等特殊工况下，烟气的性质会发生较大的变化。这些变化会对袋式除尘器的滤袋产生不利影响，缩短滤袋的使用寿命。在点炉和起动过程中，烟气中的温度和含氧量会发生急剧变化，可能会导致滤袋的热变形和氧化损坏；在停炉过程中，烟气中的水分和腐蚀性气体可能会在滤袋表面凝结，造成滤袋的腐蚀和堵塞。

（3）压力损失大：袋式除尘器的压力损失一般在 1～1.5kPa，甚至更高。这是由于滤袋对含尘气体的过滤作用，使得气体在通过滤袋时需要克服一定的阻力。如果清灰系统失灵，滤袋表面的粉尘堆积过多，会进一步增加系统的阻力，形成恶性循环，导致阻力急剧升高，甚至影响锅炉的正常运行