高温静电除尘技术研究进展及应用前景

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高温静电除尘技术研究进展及应用前景

2024-06-28 01:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

FANG Mengxiang, LIU Jiajia, CEN Jianmeng, CHEN Quanlin, XIA Zhixiang

State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

方梦祥 1965—,男,博士,教授,博导 主要从事煤及生物质热解、气化、燃烧热电气多联产技术以及CO2捕集与利用技术的研究 E-mail: [email protected]

岑建孟(通信作者) 1982—,男,博士,助理研究员 主要从事煤热解、气化和燃烧技术,煤分级转化多联产技术的研究及开发 E-mail: [email protected]

基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划) (2013AA051203); 国际合作项目(2011DFR60190); Project supported by National High-tech Research and Development Program of China (863 Program) (2013AA051203), International Cooperation Program (2011DFR60190);

摘要

高温静电除尘技术能实现高温气体高效除尘,利于气体的显热、潜热及其中有用资源的有效利用。因而分析了温度、气氛、放电极形式及材料、粉尘特性对高温静电除尘的影响。分析结果表明:随着温度升高,放电电流增大,可操作电压区间减小,粉尘比电阻先增大后减小(最大值约为100~200 ℃),除尘效率有所下降;电负性气氛下除尘效果取决于离子迁移率,非电负性气体不吸附电子形成负离子从而影响粉尘荷电;不同放电极形式及材料有不同的适用情况,阴极的选择需综合考虑温度等多种因素;粉尘中碱金属、C、S等成分均会对除尘效果造成影响,在一定范围内除尘效率随粉尘浓度的增大而升高。此外,还介绍了高温静电除尘在制磷炉气净化、玻璃窑炉烟气净化及煤或生物质热解气化生成的高温气体净化中的应用。目前,高温静电除尘仍存在一些问题,还需进一步研究除尘过程的微观机理,开发适用于高温环境的新形式阴极或材料,探索复杂气氛下的放电及除尘特性,解决高温下除尘效率下降、绝缘子性能下降等问题。

关键词 : 高温电除尘; 温度; 放电气氛; 放电极; 粉尘特性; 气体净化;

DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20190329011

ABSTRACT

High-temperature electrostatic precipitation can achieve high efficiency of high-temperature gas dust removal, and can be of benefit to use the sensible heat, latent heat and useful resources in gas effectively. Consequently, we analyzed the influences of temperature, atmosphere, discharge electrode form, the material, and dust characteristics on high temperature electrostatic precipitator. The analysis results show that: 1) With the increase of temperature, the discharge current increases, the operating voltage range decreases, and the resistance of dust increases firstly and then decreases (the maximum value is about 100~200 ℃), so the collection efficiency decreases. 2) The collection efficiency depends on the mobility of ions in the negative gas, and non-electronegative gas does not adsorb electrons to form negative ions, which will affect the dust charging. 3) Different discharge electrode forms and materials have different application conditions, and various factors such as temperature should be taken into account in the selection of cathode. 4) The contents of alkali metal, C, S and other components in dust will affect the dust removal effect, and the dust removal efficiency will increase with the increase of dust concentration in a certain range. In addition, we introduced the application of high temperature electrostatic precipitator to purify phosphorus furnace gas, glass furnace flue gas and pyrolysis or gasification gas. Some problems about high temperature electrostatic precipitator should be solved, for example, it is still necessary to research the microscopic mechanism of dust removal, develop new forms of cathodes or materials suitable for high temperature environments, explore the characteristics of discharge and dust removal under complex atmosphere, and solve problems that collection efficiency decreases and insulator performance declines under high temperature.

KEY WORDS : high temperature electrostatic precipitator; temperature; discharge atmosphere; discharge electrode; dust characteristics; gas purification;

0 引言

工业中大量生产运行环节都会产生高温含尘气体,冶金行业、水泥和玻璃窑炉中生成的高温烟气中含有大量粉尘,煤或生物质热解气化工艺过程中生成的高温热解煤气中含有大量水蒸气、气态焦油和粉尘,煤气中存在的粉尘会影响煤气的进一步利用以及后续产品的质量。为了最大程度地利用气体的显热、潜热和动力能以及最有效地利用气体中的有用资源,发展高温除尘技术势在必行[1]。

目前,常见的高温除尘技术有旋风除尘技术、颗粒床除尘技术、过滤式除尘技术、静电除尘技术等。其中,旋风除尘技术具有结构较简单、可靠性较高等特点,但旋风除尘的效率较低;颗粒层过滤除尘的效率较高,但存在设备复杂以及压降较大等问题;陶瓷过滤技术的各种性能都较好,但仍存在易堵塞、易碎、热震性较差等问题[2]。较之其他几种除尘技术,静电除尘技术的系统压降小、细小颗粒除尘效率较高,与颗粒床技术相比能耗相对较低。因此,静电除尘技术具有较好的发展前景。美国Gilbert/commonwealth公司从总造价和运行可靠性方面对商用规模的几种高温除尘系统进行了技术经济分析,认为最有发展前途是电除尘技术[3]。本文将介绍高温静电除尘方面的相关研究进展,分析其主要影响因素,并对当前高温静电除尘的应用情况进行总结,对存在问题进行分析,以期对高温静电除尘技术的发展有促进作用。

1 高温静电除尘的影响因素

静电除尘器的原理是利用高电压使极间的气体发生电离,气体电离产生的离子和粉尘在运动过程中相碰撞使粉尘带上电荷,带电的粉尘在电场力作用下移动至收尘极被收集,从而实现气体的除尘。在除尘过程中,静电除尘器的除尘性能将受温度、气体性质、粉尘性质、除尘器机械结构等因素的影响。下文将介绍一些国内外学者就高温静电除尘影响因素展开的研究。

1.1 温度 1.1.1 对放电特性的影响

THOMAS等对高温高压下直流电晕放电特性进行了实验研究,发现当温度从300 K升高到900 K时,负电晕放电的伏安特性曲线斜率显著加大,即当电压相同时,温度升高,电晕放电电流增大[4]。研究还表明,温度升高会造成静电除尘器的可操作电压区间减小,原因是起晕电压和击穿电压均会随着温度的升高而下降,并且击穿电压下降得比起晕电压快,可操作区间的减小不利于静电除尘器的稳定运行。此外,国内外BUSH[5]、BOLOGA[6]、XIAO[7]等学者的研究均证实了上述观点。

YAN等进一步分析了高温放电过程的机理,认为放电电流由电子电流和离子电流共同组成,其提出放电电流随温度升高而增大的3个主要原因是:1)高温使分子动能变大,从而使分子更易发生电离;2)高温高压环境下,漂移区中的自由电子从负离子中分离;3)由于逸出功减小,阴极表面生成大量热电子[8]。

WANG等将数值计算与实验研究相结合,分析了温度对电晕放电的影响,发现温度从350 ℃升高到850 ℃时,放电电晕区的半径由5.55 mm减至2.5 mm,最大电场强度从9×106 V/m减至3×106 V/m,最大电荷密度从1.3×1015 m-3减至6.4×1014 m-3[9]。

温度升高使得静电除尘器的放电电流增大,尤其是电子电流的增大对于粉尘荷电并无帮助;同时可操作电压区间减小也会影响除尘器的稳定运行。因此,亟须研究优化高温环境下静电除尘器放电特性的方法。

1.1.2 对粉尘比电阻的影响

粉尘比电阻随着温度的升高先增大后减小,比电阻最大值一般出现在100~200 ℃的温度范围内[10],图1所示为典型的温度-电阻率曲线[11]。最适合静电除尘器运行的比电阻值约为104~1010 Ω·cm[12]。

粉尘比电阻的大小由表面比电阻和体积比电阻共同决定。MOHANTY等研究了温度对粉尘比电阻的影响,实验发现当温度>225 ℃时,体积传导机制起主要作用,温度上升,粉尘比电阻减小,且和烟气成分无关;当温度 图1 典型的温度-电阻率曲线 Fig.1 Typical temperature-resistivity curve

捕获,如此往复,颗粒在收尘极上跳跃前进,最终可能被气流带出除尘器,从而使除尘效率下降[15]。

为克服上述粉尘比电阻过低带来的问题,可采取调整电除尘器结构和粉尘调制两种方法。电流体动力辅助静电除尘器(EHD ESP)在收尘极上设置了多个口袋,口袋通过特殊设计以保证口袋中的场强为零,使粉尘不会发生感应荷电,从而高效地将粉尘捕获在口袋区,避免二次扬尘[16]。此外,将低比电阻粉尘和高比电阻颗粒相混合也可起到调节颗粒比电阻的作用,从而有效提高电除尘效率。

1.1.3 对除尘特性的影响

温度对放电特性、粉尘比电阻等因素的影响最终将作用在静电除尘器的除尘特性上。

Xiao等对线管式静电除尘器高温下的除尘特性进行了研究。实验发现,当温度为350~700 ℃时,在电压增大的起始阶段除尘效率迅速提高,但当电压达到一定值后,除尘效率上升速度减缓;且当电压较高时,随温度上升,除尘效率存在小幅度降低[17]。

朱唯卓等发现电压相同时,温度升高,电离系数增大,电晕电流增大,除尘效率提高;而电流相同时,温度升高,电压降低,空间场强减小,颗粒驱进速度减小,除尘效率降低[18]。

LI和LUO等利用数值计算方法模拟了线板式静电除尘器中颗粒的荷电行为,其开发的模型综合考虑了温度对电场、颗粒场和流场的影响,计算结果发现温度升高使得收尘极的边界层变厚,平均湍流强度变强,电晕极表面的场强和除尘器内的平均场强均有所减小[19-20]。对于直径10 μm的颗粒,温度升高使得颗粒荷电量减小,静电力减小而Saffman升力、布朗力和曳力增大,高温加强了颗粒和流体间的相互作用,不利于颗粒捕集。

综上所述,温度对除尘效率的影响包括以下3个方面:1)温度升高造成击穿电压下降,从而使得除尘器的除尘效率降低,这也是温度影响除尘效率的主要原因;2)高温使气体粘度增大,颗粒所受曳力增大,更易被带出除尘器,导致除尘效率降低;3)高温下收尘极的边界层加厚,平均湍流强度增强,颗粒与流体间的相互作用增强,导致颗粒不易被捕集。

除上述影响外,高温对静电除尘器金属材料的机械性能、绝缘子绝缘性能等均有所影响。静电除尘器主要利用振打进行清灰,高温下金属材料更易发生疲劳破坏,因此长时间运行时必须保证金属具有良好的强度及稳定性。此外,随温度升高,绝缘材料的电阻率迅速减小,使得绝缘子的绝缘性能降低,导致放电电压迅速下降,静电除尘器无法正常工作。因此,如何让静电除尘器在高温环境下稳定高效地运行,还有待国内外研究者们进行进一步的探索。

1.2 气氛

除尘过程中,气流携带着粉尘通过静电除尘器,因此气流的成分会影响静电除尘器的性能。在常规火电厂中,静电除尘器主要运行在烟气环境下;在制磷工艺中,静电除尘器运行在含磷尾气环境下;在煤炭热解气化工艺中,静电除尘器运行在高温热解煤气环境下。气体的性质会给放电及除尘过程带来一定影响,如电负性、电离电位和吸附电位等。

根据气体吸附电子的能力,气体可分为电负性气体与非电负性气体。N2、H 2和惰性气体等不会吸附电子生成负离子,即称为非电负性气体。O2、H2O、SO2等气体可以快速吸附电子生成负离子,即为电负性气体。表1展示了几种气体吸附电子的概率,气体吸附电子所需的平均碰撞次数越多,吸附电子的能力越差,电负性越弱。

1.2.1 电负性气氛

当通过静电除尘器的气流为电负性气体时,其性能主要取决于该气体的离子迁移率。HAN等研究了CO2气氛中,静电除尘器放电时的离子特性和除尘特性[21]。实验分别研究了几种以不同比例混合的空气、CO2混合气,发现在相同条件下,CO2气体中离子迁移率是空气的0.56倍,因此当能耗相同时,CO2所占的比例越高,离子生成率及迁移率越低,颗粒荷电量越少,除尘效率越低。

气体电负性越强,其吸附电子能力越强,放电电流越小。由表1可见,SO2分子的平均碰撞次数较低,表明其具有很强的电负性,因此在H2等非电负性气体中添加微量的SO2即可减小放电电流。YAN等分别对空气、CO2、N2、SO2 4种气体下的高温放电特性进行研究,结果表明当电压较低时,含SO2体积分数为6×10-3的N2和CO2气体的放电电流较为接近,由此可见,在非电负性气体中加入SO2能很好地减小放电电流[8]。

XIAO等研究了温度为350~850 ℃时,不同气氛下线管式放电装置的高温放电特性[22]。实验发现,当温度 表1 电子吸附所需要的碰撞次数[15] Table 1 Collision number required for electron adsorption[15]

表2 热解煤气典型组成 Table 2 Typical composition of pyrolysis gas

粒在电场中荷电向收尘极移动并被收集。放电极也是影响静电除尘效率的重要因素,因此国内外学者们对不同放电极形式及材料进行了广泛的研究。

1.3.1 放电极形式

工业中较为常见的放电极有圆线、锯齿线、星形线、芒刺线等,表3总结了几种不同形式放电极的优缺点及适用情况。性能优良的放电极应当具有起晕电压较低、放电电流较大、机械性能优异等特点。

温度升高,击穿电压下降,使用芒刺线或锯齿线等放电极容易发生击穿,但使用圆线放电极可承受更高的放电电压,使得除尘效率较高。XU等探索了300~900 K温度下,圆线、锯齿线、螺旋线这3种放电极形式对电晕放电和除尘效率的影响[25]。实验发现使用锯齿线放电极时的电流较大,除尘效率较高,对微小颗粒(直径700 K时,杆状放电极的除尘效率更高。RINARD等比较了光杆电极、叶片电极、扇形电极3种电极在含尘气体和洁净气体中的放电特性,发现当温度为900 ℃左右时,叶片电极所产生的电场强度最大,电流密度和除尘效率有较大提高[26]。这种叶片电极是Research Cottrell设计的,Curtiss-Wright公司增压流化(PFBC)设备的高温高压静电除尘器中曾应用过这种放电极形式。

选择放电极时需综合考虑该条件下的温度、粉尘特性等因素,从放电性能、除尘效率、机械强度及寿命等多方面考虑,选择或设计最合适的放电极形式,以获得良好的除尘效果。

1.3.2 放电极材料

为保证机械强度和防止锈蚀,放电极大多采用耐热合金钢(镍铬合金)或不锈钢[27],其放电特性受材料逸出功的影响。XIAO等实验发现当温度为350~650 ℃时,较之起晕电压,阴极材料对击穿电压的影响更大,材料逸出功越低,击穿电压越小;但当温度>750 ℃时,击穿电压几乎不受阴极材料的影响[22]。张佳鹏等发现镧钨电极(含La2O3质量分数为2%的钨棒)存在电晕放电的温度比不锈钢阴极(06Cr25Ni20)更高;当电源电压相同时,镧钨阴极的电流要小于不锈钢阴极的对应值[28]。

为使静电除尘器在高温下稳定运行,阴极材料最好具有击穿电压高、放电电流小等特点,因此探索或开发高温下放电性能优异的阴极材料也是高温静电除尘的一个研究方向。

1.3.3 无电晕式高温高压静电除尘器

东南大学的杨亚平、顾中铸等设计了一种使用新型放电极的无电晕式高温高压静电除尘器。无电晕式高温高压静电除尘器利用表面逸出功较低的材料制成平板式发射阴极,在高温含尘气流中,材料中的自由电子逸出,之后与常规静电除尘器相同,电子在电压的作用下向收尘极移动,与粉尘碰撞使之荷电,荷电的粉尘在电场力作用下运动至收尘极被捕获,图2所示为无电晕式高温高压静电除尘器的系统示意图[29-30]。

无电晕式电除尘器只需施加1个3 kV的较低电压,其电流密度就可比常规电晕式除尘器高2~3个数量级[31]。杨亚平等研究发现当温度为850 ℃,发射极电压为4 000 V,收尘极电压为12 000 V时,无电晕式高温高压静电除尘器可获得95%的除尘效

率[32]。尽管无电晕式高温高压静电除尘器有着不错的除尘效果,但其存在着阴极易中毒、稳定性较低等问题[33]。

1.4 颗粒性质

应用于不同场合的静电除尘器所面对的工作环境有所不同,不同环境下颗粒的化学成分、浓度、粒径等也不同,这都会给静电除尘器的除尘效果带来影响。

1.4.1 化学成分

粉尘比电阻对静电除尘器的使用有一定指导作用,除温度外粉尘比电阻还受到化学成分的影响。

表3 不同形式放电极的性能比较[15,25,26] Table 3 Performance comparison of different types of discharge electrodes[15,25,26]

29] Fig.2 Schematic diagram of non-corona electrostatic precipitator system[29] "> 29] "> 图2 无电晕式静电除尘器系统示意图[29] Fig.2 Schematic diagram of non-corona electrostatic precipitator system[29]

MOHANTY等发现随着粉尘中S含量、Na2O含量增大,粉尘比电阻减小;随着SiO2、Al2O3含量增大,粉尘比电阻增大;Na含量则会影响粉尘的形态特性,使粉尘的熔融温度下降[13]。JEDRUSIK等指出虽然粉尘中含S化合物和含Na化合物含量增加会使粉尘比电阻减小,但它们的存在使得粉尘吸附力上升,粉尘间的聚集效应增强,除尘效率提高[34]。NODA等的实验同样表明了除尘效率和K、Na含量存在正相关关系,且Na的影响要大于K[35]。但不同的是,其认为除尘效率受Ca含量和S含量的影响很小。

除碱金属外,粉尘比电阻也受含碳量的影响。煤热解气化过程中产生的煤气中包含的粉尘具有很高的含碳量。BARRANCO等发现碳颗粒的堆积密度较低,粘性较差,且电传导性较好[36],因此当碳颗粒到达收尘极时,会快速释放电荷,重新进入气流,造成除尘效率降低。

温度较高时,粉尘的体积导电机制占主导地位,因此粉尘的化学成分对粉尘比电阻起主要作用。当粉尘比电阻不在静电除尘器的适合工作范围时,可考虑通过粉尘调质的方法调节粉尘性质,从而改善除尘效果。目前常温下应用较多的是烟气调质技术,即在烟气中加入SO3、NH3等添加剂或水、蒸汽等。烟气调质主要通过以下几种方式对粉尘特性产生作用:1)改善粉尘的表面导电率;2)使电极间荷电作用增强;3)提高粉尘粘性,减少二次扬尘[37]。然而,在高温下上述烟气调质是否可行还有待验证。

1.4.2 粒径与浓度

颗粒的荷电过程主要包括扩散荷电和电场荷电。当颗粒粒直径>1 μm时,电场荷电占主导地位;当颗粒粒直径 表4 电炉制磷装置静电除尘器技术参数[42] Table 4 Technical parameters of electrostatic precipitator for electric furnace phosphorus plant[42]

2.2 玻璃窑炉高温烟气净化

玻璃制造业运用玻璃窑炉来熔化玻璃原料,玻璃窑炉的燃料主要有重油、煤气、天然气、石油焦等[44],燃烧的排烟温度为450~500 ℃,排烟含尘量大,NOx与SOx含量高[45]。为达到环保要求,必须要对排烟进行除尘、脱硫、脱硝处理。图4展示了一种典型的高温除尘及脱硝工艺,选择性催化还原(SCR)脱硝工艺中所使用的催化剂在温度为300~420 ℃时活性最高,因此为使SCR脱硝工艺拥有较好的经济性和稳定性,在脱硝前需运用高温静电除尘器净化排烟中的大量粉尘[46]。

第1台国产玻璃窑炉高温静电除尘器运用于吴江南玻浮法玻璃厂,未装静电除尘器前排烟粉尘浓度高达180 mg/m3,而在装备了高温静电除尘器后,粉尘浓度可小于50 mg/m3[49]。此外,浙江某玻璃窑炉、古越龙山玻璃窑炉、石家庄某平板玻璃炉窑的在应用了高温静电除尘器后出口浓度均可达到国家排放标准,主要参数如表5所示。

玻璃窑炉排烟中的粉尘具有碱金属含量高、粉尘比电阻低、黏附性和腐蚀性强等特点。运行一段时间后,粉尘会粘结在收尘极和放电极上,使得静电除尘器的除尘效果变差[11]。为解决这一问题,吴江南玻浮法玻璃窑炉、浙江某玻璃窑炉和古越龙山玻璃窑炉均采用了粉尘调质的方法,而石家庄某玻璃窑炉则使用了声波吹灰以及压缩空气定期喷吹的方法。

粉尘比电阻过低易发生二次扬尘现象,使得除尘效率下降,而将高比电阻颗粒与低比电阻颗粒混合调质是有效解决比电阻过低的途径之一。浙江大学参与改造的古越龙山玻璃窑炉高温静电除尘器选择了CaCO3粉末这一玻璃生产原料作为调质颗粒。在现场调试中发现,当加入的调质颗粒量为30 kg/h时,所获得的除尘效率最高,标准大气压下出口粉尘质量浓度由103 mg/m3下降至39 mg/m3[11]。

高温静电除尘器在玻璃窑炉高温排烟净化的成功应用证实了静电除尘器在300~420 ℃下高效运行的可行性。其针对高黏性、低比电阻粉尘所运用的颗粒调质方法取得了很好的效果,因此在净化煤热解气化工艺中的含尘煤气时,也可考虑运用颗粒调质来改善除尘效果。

2.3 高温煤气或合成气净化

当前,应用与合成气或煤气净化的高温静电除尘器多数均处于试验阶段,仍未实现大规模的商业

图3 电炉制磷炉气静电除尘系统示意图 Fig.3 Schematic diagram of electrostatic precipitator system for electric furnace phosphorus plant

图4 高温电除尘及脱硝工艺流程图[46] Fig.4 Process flow chart of high temperature dust removal and denitrification[46]

表5 部分玻璃窑炉高温静电除尘器技术参数[11,46-48] Table 5 Technical parameters of high temperature electrostatic precipitator for glass furnace[11,46-48]

应用。其中部分高温煤气或合成气静电除尘试验的参数如表6所示。

纽约大学和美国能源部合作设计了1个应用于增压流化床中试试验台的高温高压静电除尘器,并展开了一系列性能试验[51]。第1次试验时,静电除尘器在工作了20 h后绝缘套管因热冲击而损坏,放电电压由90 kV减小到40 kV,荷电过程被迫中断。同样,在法国生物质气化小型试验台也发生了绝缘子绝缘性能随气流温度上升而下降,从而导致极间电位差减小的现象[52]。因此,有效的绝缘子冷却方式和合理的结构布置也是高温静电除尘器高效稳定应用的关键之一。

浙江大学在淮南12 MW循环流化床热电气多联产工业示范工程中设置了1台高温静电除尘器[54],用于净化热解煤气中的粉尘,该项目总体方案设计图如图5所示。该高温静电除尘器在整个试运行过程中,温度在400~500 ℃之间,其除尘效率保持在85%左右[2],这有力地验证了利用高温静电除尘器除去热解煤气中粉尘的有效性和可行性。然而,在实际运行过程中,仍存在许多问题,比如绝缘子积碳爬电造成短路、焦油析出和设备密封性等[53]。

通过以上试验和示范工程可得,利用高温静电除尘器对煤或生物质热解气化产生的高温煤气进行净化是可行的。但要实现高温静电除尘器的稳定高效运行,仍需解决除尘效率较低、设备密封性、绝缘子冷却及积碳短路等问题。依据当前研究成果,可以考虑作以下几方面的改进:1)利用粉尘调质、选取或开发合理放电极形式及材料等方法来改善除尘效果;2)运用线管式放电结构或圆形壳体来实现良好的密封效果;3)将绝缘子放置在高温区外,并利用隔离或吹扫绝缘子等方法来维持绝缘子表面洁净。

3 结论

1)高温静电除尘的效果受到温度、放电气氛、放电极形式及材料、粉尘特性等因素的影响。温度升高会造成放电电流增大,可操作电压区间减小,除尘效率有所下降;放电气氛具有电负性时,除尘效果取决于该气体的离子迁移率,而非电负性气体因不吸附电子而影响粉尘的荷电过程,使得除尘效果较差;不同放电极形式及材料适用于不同的除尘环境,其选择需综合考虑各方面因素;粉尘中碱金属、C、S等成分均会对除尘效果造成影响,在一定

表6 合成气或煤气高温静电除尘器的试验情况[50-53] Table 6 Experimental study on high temperature electrostatic precipitator for synthetic gas or pyrolysis gas[50-53]

图5 高温静电除尘器整体试验方案图[53] Fig.5 Overall test plan of high temperature electrostatic precipitator[53]

范围内除尘效率随粉尘浓度的增大而升高。

2)尽管目前高温静电除尘在工业中已有一些应用,但仍存在不足之处。高温静电除尘技术还有以下研究方向需要进一步探索:

①温度、气氛等高温静电除尘影响因素的机理研究,目前大多数研究仅限于对实验现象的解释,缺乏深层次研究,下一步还需对放电过程中的离子生成、转移过程,电场强弱分布,等离子体状态下的物质转化等微观现象进行探索;

②解决高温下除尘效率下降的问题,探索减小高温放电电流、增大击穿电压的方法,如开发特殊形式或材料的阴极等;

③探索高温煤气气氛下静电除尘器的放电特性及除尘性能,当前研究大多在空气、CO2、N2等较常规的气氛下进行,对煤气等复杂气氛的研究仍较少,但高温静电除尘技术若能稳定高效地应用于多联产及IGCC等技术中,将有效促进能源清洁高效利用的进一步发展;

④针对煤气等电负性较弱的气体,探索改善其放电特性的方法;

⑤解决高温下绝缘子绝缘性能下降的问题。

静电除尘器具有压降低、无堵塞、除尘效率较高等优点,但在高温下仍存在电晕运行的电压范围缩小、稳定性降低、除尘效率下降等问题。相信随着相关技术的不断突破与创新,高温静电除尘技术会拥有更为广阔的应用前景。

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