张悦，王渊

（山西晋中理工学院，山西晋中030600）

1 除尘技术现状

近些年，国家不断采取规范化措施，以期解决以电力行业为主的大气污染物排放问题。以燃煤电厂排放的烟气为例，颗粒物作为主要的大气污染物广泛存在于环境空气中，对人体健康的危害及周边环境的影响十分显著。

面对不断严格的烟尘排放要求，电除尘器作为解决环保与经济发展之间矛盾的主要技术设备之一，已广泛应用于火电、机械、钢铁、冶金、电子、化工、建材等行业。但受电除尘器运行原理所限，同时伴随着不同煤种燃烧后产生的飞灰在比电阻、颗粒物粒径等方面性质的差异，电除尘器的除尘效率受到影响。袋式除尘器除尘效率高，不仅运行稳定、适用范围广，其造价和运行费用均低于电除尘器，对于高温及高比电阻粉尘也有较好的处理效果，因此在大气污染治理方面的优势尤为突出[1]。但与电除尘器比较而言，袋式除尘器也有不足之处，例如不适宜在高温条件下运行，对含湿量高的粉尘处理效果较差，压力损失较电除尘器稍大等。

为了探索新型高效除尘技术，研究人员利用静电力和过滤方式相结合的方式设计出了电袋复合式除尘器。该技术不仅结合了电除尘器和袋式除尘器的优势，同时弥补了各自的不足之处，具有良好的应用前景[2]。电袋复合除尘器不仅除尘效率高，对PM2.5的捕集效果尤为显著，近几年来得到了广泛的应用和推广。

2 电袋复合式除尘器

2.1 电袋复合式除尘器的原理及特点

电袋复合除尘器是一种以粉尘“荷电集尘+拦截过滤”为机理，将电除尘和袋式除尘有机结合的一种高效除尘设备。含尘烟气由烟道进入喇叭口，通过气流分布板，将烟气均匀地带入电场区，颗粒物在电场力的作用下荷电，随后向一侧集尘板迁移并沉积，为保证除尘效率，设备每隔一段时间需进行清灰。有研究表明，在电场区可去除80%以上的颗粒物，极大地降低了后续滤袋区的粉尘负荷，同时由于电场区已捕集了大部分大尺寸颗粒物，减小了烟气对滤袋区中滤袋的磨损，提高了滤袋的使用寿命。通过电场区后，剩余细微颗粒物随烟气在滤袋区内被拦截下来，同样，设备每隔一段时间可通过脉冲喷吹清灰的方式实现高效除尘。有研究表明，细微颗粒物在电场区荷电后，在电凝并作用下，异性电荷小颗粒逐渐形成较大颗粒，提高了粉尘捕集效率；与此同时，带有同种电荷的颗粒物相互排斥并迅速在后级空间扩散，以气溶胶悬浮状态均匀分布在各室，使沉积在滤袋表面的颗粒物之间形成排列有序、透气性好、利于清灰的粉尘层，运行阻力显著降低[3]。

电袋复合除尘器的优势主要体现在几个方面：电袋复合除尘器不受煤种变化、烟气特性、飞灰比电阻等因素的影响，利用荷电粉尘的电凝并作用确保烟气中颗粒物浓度达标排放，能够长期稳定运行；电袋复合除尘器在电场区内的运行能耗低于单一的电除尘器，而在滤袋区内运行负荷低于单一袋式除尘器；由于电袋复合除尘器在滤袋区粉尘负荷降低，同时在电凝并作用影响下，滤袋清灰周期延长，滤袋的磨损减小，提高了滤袋使用寿命，降低了除尘器的运行维护费用[4]。

2.2 电袋复合式除尘器的类型

2.2.1 串联复合式（COHPAC）

被称为“前电后袋式”除尘器，通常在电除尘器后布置二级袋式除尘器。含尘烟气经过电除尘器时，大部分粗颗粒物沉积在集尘板上，随后烟气继续通过二级袋式除尘器将剩余细微颗粒物捕集下来。由于场地空间限制，一些厂区无法在电除尘器后直接布设袋式除尘器，因此在二十世纪九十年代左右有研究机构开发出I型和Ⅱ型COHPAC，即俗称的“一体式”与“分体式”结构[5]。

“分体式”COHPAC的设计构思比较简单，通常在电除尘器后加一台袋式除尘器即可，前后两级除尘设备相互独立，一般应用于厂区烟气排放浓度过高，无法达到国家标准时，则可在原有的电除尘器的基础上进行改造设计。“一体式”COHPAC通常在原有的多个电场中只保留一个电场，其余电场则改造为滤袋区，含尘烟气在电场区首先将烟气中的粗颗粒物去除，这种构造使含尘烟气首先经过颗粒物荷电过程，然后利用二级袋式除尘器完成剩余颗粒物的捕集[6]。

2.2.2 并联混合复合式（AHPC）

由美国北达科他大学能源与环境研究中心（EERC）研发产生的。含尘烟气经气流分布板均匀地将烟气引入电场区各个通道，电场区通道与滤袋区滤袋进行穿插式平行布置，这种结构的特点在于设备在滤袋的两侧布置了开孔集尘板，含尘烟气在到达滤袋前首先经过了电场区，将大部分颗粒物通过电场力的作用捕集至集尘板，剩余颗粒物随烟气穿过开孔集尘板向滤袋区行进，最终被滤袋拦截去除，清洁烟气则从净气管排出。运行一段时间后，滤袋进行清灰时其表面的粉尘可再次被开孔集尘板捕集，该设备结构紧凑，性能稳定，颗粒物去除率可达99.99%以上，阻力保持在1600～2000Pa[7]。

3 尚待解决的问题

随着电袋除尘技术的快速发展与应用，人们对其优势已有共识，电袋除尘对工况适应能力较静电除尘更强，对除尘受限、运行阻力高、配件寿命较短这些弊端都有所解决，不仅提高了总体技术水平，并且对各种环境的适应能力有所提高。前电减轻了后袋的过滤负荷，粉尘荷电后，异性相吸，小颗粒凝聚大颗粒；同性相斥，排列有序，尘并结构较为疏松。使后袋的清灰周期延长，过滤阻力有所降低，运行能耗也相应降低[8]。而且，前电可以作为有效的缓冲空间，能够对烟气温度的忽高忽低问题进行调控，四管爆裂等异常工况对后袋的影响进行有效减缓。但也在研究使用过程中暴露出一些问题。在电袋之间，均流导电板的设置必须合理，荷电尘粒碰撞后会失去电荷，均流板积聚粉尘变成收尘极，容易造成板孔的堵塞，有待进一步商榷[9]。前电后袋分别配有高压电源设备，低压电源设备，两套控制系统，造成成本、使用费用的增加。在工程实践中，仍需对以下问题进行深入研究。

3.1 如何选择合适的滤袋

早期应用于电袋复合除尘器的滤袋材料主要是适用于电力行业温度不高的条件下，如PPS（聚苯硫醚）、混纺滤料及超细纤维梯度滤料等；为了改善应用条件限制的问题，第二代金属纤维滤料不仅耐高温，还具有耐腐蚀性、透气性好，能耗低等优点。通过对部分电袋复合除尘器进行调查分析，结果发现很多除尘器在两年内都发生了不同程度的破袋问题，究其原因，可能是由于电除尘器产生的O3使烟气中NO2、SO3等气体含量增加，导致系统中氧化及酸腐蚀反应的发生，引起后置PPS滤袋强度降低导致破袋，因此在选择滤袋时需考虑多种因素的影响。另一方面，粉尘荷电对滤料阻力产生了影响，例如在10 kV的电压下，阻力的增长由快到慢的顺序是：涤纶防静电滤料＞涤纶滤料＞PPS＞P84，因此我们在选择除尘器的滤料时，也应关注其导电性。

3.2 如何保证气流均匀分布

含尘烟气从烟道经电袋复合除尘器至排出的整个流程中，大型机组处理烟气量大，内部结构复杂，因此电袋复合除尘器袋区的气流分布是一个难点，对滤袋使用寿命也会产生较大影响。姚宇平等[10]利用CFD数值模拟技术对滤袋室水平布置和错层布置的气流分布结果进行对比，结果发现，常规水平布置的电袋复合式除尘器中由于上升速度大且气流分布不均，使得滤袋的清灰困难，而错层布置的电袋复合式除尘器的水平速度气流更均匀，且没有出现局部高速，可有效减小滤袋的磨损，延长滤袋使用寿命。

3.3 如何对电场区进行改进

传统的电袋复合式除尘器通常仅设单个电场区，因此仅有一个供电单元，当该电场区电源发生故障时，电场区与后置滤袋区均会受到影响。为了解决这个问题，有研究者提出，可以利用小分区供电的方式提高电场区可靠性。另外，为满足含尘烟气的超低排放要求，有研究者采用高放电性能、高场强的电区极配型式，以提高荷电量，增强颗粒物凝并效应，并最终提高电场区的粉尘去除率。

总之，对现有电袋复合除尘技术的分析结果表明，虽然电袋复合除尘技术结合了电除尘器和袋式除尘器的特点，充分发挥两种除尘器的优势，能够在一定程度上弥补两种除尘器的不足，但电袋复合除尘技术仍存在许多亟待解决的问题。例如，在如何选择合适的滤袋，如何保证气流均匀分布以及如何对电场区进行改进等方面，仍需进行深入研究。因此，如何合理地融合电除尘和袋式除尘两种机理的除尘技术，改善当前电袋复合式除尘器的不足，进一步提高烟气颗粒物去除率成为当下的重中之重。