闫克平 电除尘技术发展与应用

6.2电凝并与细颗粒物捕集

颗粒物平均粒径增大有利于提高电除尘器对PM2.5的捕集能力。颗粒物增粗的方式包括化学、热、光和电凝并等方法，电凝并更易于与电除尘器结合。颗粒物在电凝并过程中先与放电产生的自由电荷碰撞荷电，随后通过交变电场、双极性荷电和气体混合装置使颗粒物碰撞凝并，形成平均粒径较大的粗颗粒物。

双极性电凝并后的收尘效率和剩余电荷数如图11所示，朱继保等在小试电除尘器中发现相较于其他粒径段颗粒物约95%的收尘效率，粒径约为0.2μm和3μm的颗粒物收尘效率仅约90%。

通过在除尘区前段安装双极性预荷电装置，可以使粒径约为0.04μm和1μm颗粒物个数约减少60%，将所有粒径段的颗粒物收尘效率提高至95%以上[38]。骆仲泱等利用高速摄影等观察了荷电凝并前后细颗粒物相对于玻璃大颗粒物的运动特性，不荷电时细颗粒物相对玻璃颗粒仅发生绕流，玻璃颗粒荷电后会吸引电荷数较少的细颗粒物并发生凝并，而对同极性电荷数大的细颗粒物则排斥作用明显[39]。

不同条件荷电凝并后颗粒物的剩余电荷数不同，在朱继保双极性预荷电装置中，当其中正电晕预荷电电流从3.0μA(+3.8kV电压下)增加到9.0μA(+5.0kV电压下)时，凝并后颗粒物剩余电荷数由负极性转变为正极性，使颗粒物易被阴极线捕集而造成电晕封闭，降低收尘效率。而正负电晕电压分别为+4.4kV和–13.0kV时，凝并后颗粒物剩余电荷数约为0，是极性转变的临界点[38]。

电凝并过程对细颗粒物收集极为重要，但对于荷电和凝并过程的联用、具体的荷电机理以及剩余电荷数对除尘过程的影响，尚缺乏明确结论，影响了其进一步推广。

如图12所示，章旭明等在利用电除尘器捕集和降解气溶胶的实验中发现，电除尘器能量密度几乎不影响颗粒物电荷数，理论值与实验值相近，表明气溶胶在其中几乎饱和荷电。而臭氧与有机气体反应产生的气溶胶则不会荷电[40]。此种现象对利用电除尘器收集有机废气及颗粒物荷电过程尤为重要。

6.3粉煤灰高值化

粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁氧化物、钙氧化物和不同质量分数的碳，多寡一般依以下次序：

SiO2>Al2O3>Fe2O3>CaO>MgO>K2O>Na2O>TiO2[41]。

早期粉煤灰主要被简单用于道路、堤坝回填以减少孔隙，还用于土壤改良和复合肥合成。由于粉煤灰多为球形、耐高温且化学稳定性好，所以它更被广泛用于水泥、混凝土配制和建筑用砖生产。

上述应用都是基于粉煤灰的低价和灰渣特性，粉煤灰的形状、比表面积和多种氧化物还利于其高值化应用。粉煤灰可以用于废气和废水处理，未燃尽的碳粒有助于提高其高孔隙率和大比表面积，其上的氧化钙、镁等是碱性吸收剂，在与氢氧化钙等混合后可用于烟气中硫和氮氧化物的吸收、汞和有机废气的吸附。用于废水处理时，粉煤灰的碱性氧

化物还使之成为天然的中和型吸附剂，可以吸附废水中的酚类及其他染料、杀虫剂等有机污染物、金属离子(如铜、铅、锌、锰、铬、镉和镍)。

通过打破粉煤灰中的Al—Si键，可以从粉煤灰中回收提取氧化铝、二氧化硅、镓、锗和钛等。通过形成Si—O—Al键能够合成以粉煤灰为基质的矿物聚合物。如莫来石(3Al2O3˙2SiO2)、堇青石(2MgO˙2Al2O3˙5SiO2)、塞隆和碳化硅等复合材料表现出了低密度、微孔多、收缩程度低、机械强度高等优点，可广泛用于冶金和化工领域[42]。

目前国内的粉煤灰价格低廉，长期处于低效利用的境地，多用于水泥合成和建筑砖制造，大量粉煤灰甚至无法得到有效处理、仅被填埋处理。粉煤灰高值化研究不仅为其处理提供了新途径，而且降低了电除尘器的运行成本。粉煤灰高值化要求电除尘器除控制出口质量浓度外，还应具有根据颗粒物粒径进行分级捕集的初选能力。

7结论

在超低排放要求下，电除尘器需要对粉尘质量浓度控制和细颗粒物捕集进行优化。具体的优化方式如下：

2)电除尘器出口PM2.5与PM10质量浓度比值一般在6%~40%范围内，常规电除尘器的PM2.5与PM10质量浓度比值多分布在6%~17%，而采用三相电源等改造后则可达17%~40%。一般脱硫塔出口PM2.5与PM10质量浓度比值约为28%~60%，它能够捕集粗颗粒物，但还会产生次生颗粒物。出口PM2.5还与振打引起的二次扬尘有关，带电振打时出口排放质量浓度可比断电振打低6mg/m3。

4)三相电源的平均电压可达单相电源的峰值电压，其功率因数亦高于后者。采用三相电源的电除尘器的收尘效率可比单相电源提高10%以上。

5)烟气温度会影响粉尘比电阻、烟气体积流量和放电特性，低低温电除尘器可以提高放电电压和比收尘面积，降低粉尘比电阻从而增加收尘效率。

6)电除尘器本体设计应采用小分区设计，前端电场主要应对高粉尘负荷，电流密度在0.5~1mA/m2间;后端电场则主要减轻二次扬尘，电流密度约为0.1mA/m2。

7)电晕放电产生的离子风及次生涡流可以显著改变细颗粒物捕集情况，而电凝并更可通过荷电和凝并使颗粒物增粗带电，进而提高收尘效率。

8)粉煤灰可以用于废水、废气处理、矿物聚合物等合成，实现高值化应用并且降低电除尘器的运行成本。

浙江大学化学工程与生物工程学院工业生态与环境研究所

作者：闫克平，李树然，郑钦臻，周靖鑫，黄逸凡，刘振

延伸阅读：

关于调幅高频电源在湿法电除尘器上的应用研究

全面了解湿式电除尘器工作原理及运行维护

超低排放脱硫除尘一体化技术及其问题