袋式除尘器与电除尘器基本特性指标的对比
摘要:袋式除尘器与电除尘器是目前使用最广泛的两种粒状污染物控制设备，本文列举了两种除尘器的基本特性指标，并进行了原理、除尘效率、运行管理等方面的对比。认为袋式除尘器将成为工业粉尘控制的首选设备。
关键词:袋式除尘器;电除尘器;基本特性指标
1 前言
烟尘是造成大气污染的主要因素之一，减少大气污染的根本措施就是减少有害物质向大气的排放。目前国内处理烟尘等粒状污染物的设备主要为袋式除尘器和电除尘器。在选择除尘设备时，应充分考虑其经济性、可靠性、适用性和社会性等。在选择除尘技术时，应考虑使用当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素。本文针对目前国家对环保的要求以及袋式除尘器和电除尘器在性能上的差异和在各行各业中应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本特性指标做一简单客观的对比。
2 原理的对比
（1）袋式除尘器
采用不同的多孔滤料制作成袋状过滤元件（即滤袋），当含尘气体通过滤袋时，尘粒因惯性的作用与滤袋碰撞而被拦截，细微的尘粒（粒径为1μm或更小）则因扩散作用（布朗运动）不断改变运动方向，从而增加了尘粒与滤袋接触的机会。尘粒与滤袋碰撞时产生的粘附作用与静电作用使尘粒堆积在滤袋表面，形成滤饼（或称滤床），这种滤饼又通过筛分作用，得以捕集更细的尘粒。若除尘器的过滤方式为内滤式，则尘粒会被阻留在滤袋的内表面，而干净气体会通过滤袋纤维间的缝隙逸至袋外；若除尘器的过滤方式为外滤式，则反之。当尘粒堆积到一定程度后，借助重力的作用采用气力或机械的方法，将尘粒从滤袋上除去，粉尘收集后输送走。
（2）电除尘器
在电除尘器的正负极上通以高压直流电，使两极间维持一个足以令气体电离的电场，当含尘气体通过高压电场时尘粒荷电（一般荷负电），并通过电场力的作用，使带电尘粒向极性相反的集尘极（正极）移动，沉积在集尘极上，从而将尘粒从含尘气体中分离出来，然后通过振打电极的方法使粉尘降落到除尘器下部的集料斗内收集并输走。
3 除尘效率的对比
袋式除尘器的除尘效率比电除尘器高，并且对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10mg/Nm3以下，几乎实现了零排放。
从目前国内电力行业燃煤锅炉的应用情况来看，袋式除尘器处理后的烟尘排放浓度能保证在30mg/Nm3以下。如呼和浩特电厂的两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了袋式除尘器，从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测机构的人工采样测试结果来看，排放浓度均低于27mg/Nm3。
袋式除尘器高效的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。针对目前国家的排放标准和排放费用的征收办法，袋式除尘器所带来的经济效益是显而易见的。
电除尘器的除尘效率虽然亦可达到99.9%以上,但由于控制及维护技术的要求较高,且电除尘器对粉尘的比电阻比较敏感,所以其除尘效率并不稳定,但在一般情况下也可达到排放要求。随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者经过了高效脱硫），就电除尘器而言，要排放达标会变得越来越困难。
4 锅炉系统变化对除尘器的影响的对比
燃煤电厂的煤种相对稳定，但也会遇到煤种或煤质发生变化的情况；锅炉系统是一个会经常变动和调节的系统，因此从锅炉中产生的烟气的物化性能、烟尘浓度、温度等参数也会发生变化。这些变化，也会引起除尘器的不同变化。系统的几个主要变化对不同除尘器的影响如下：
（1）送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度变化
对袋式除尘器：烟尘浓度的变化只会引起袋式除尘器滤袋负荷的变化，从而导致清灰频率的改变（自动调节）。烟尘浓度高的滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。
对电除尘器：烟尘浓度的变化会直接影响粉尘的荷电量，因此也就直接影响了电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高，排放浓度会相应增加；烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会相应减小。
（2）锅炉烟尘量不变，送、引风机风量变化
对袋式除尘器：风量的变化会直接引起过滤风速的变化，从而会引起设备阻力的变化，但对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力提高，引风机出力增加；反之引风机出力减小。
对电除尘器：风量的变化对设备没有太大影响，但电除尘器的除尘效率随风量的变化会较为明显。若风量增大，电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时间缩短，虽然电场中的风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间的缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率的降低会非常明显；反之，除尘效率会有所增加，但增加幅度不大。
（3）温度的变化
对袋式除尘器：烟气温度太低，会发生结露并可能会引起“糊袋”及壳体腐蚀；烟气温度太高超过滤料允许温度会造成“烧袋”而损坏滤袋。但如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是达到了极端的温度（事故/不正常状态），因此袋式除尘器必须设有对极限温度控制的有效保护措施。
对电除尘器：烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但有利于提高除尘效率；烟气温度升高，会引起粉尘比电阻升高而不利于除尘。因此烟气温度会直接影响除尘效率，且影响较为明显。
（4）烟气物化成分（或燃烧煤种）变化
对袋式除尘器：烟气的物化成分对袋式除尘器的除尘效率没有影响。但如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀破坏性的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。
对电除尘器：烟气物化成分会直接引起粉尘比电阻的变化，从而影响除尘效率，而且影响很大。影响最为直接的是烟气中硫氧化物的含量。通常硫氧气化物的含量越高，粉尘比电阻越低，粉尘越容易捕集，除尘效率就越高；反之，除尘效率就越低。另外，烟尘中的化学成分（如硅、铝、钾、钠等含量）的变化也会引起除尘效率的明显变化。
（5）气流分布
对袋式除尘器：除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损而造成局部破袋，影响除尘器滤袋的正常使用寿命。
对电除尘器：电除尘器对电场中的气流分布非常敏感，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在电除尘器的性能评价中，气流分布的均方根指数通常是评价一台电除尘器好坏的重要指标之一。
5 运行与管理的对比
（1）运行与管理
对袋式除尘器：运行稳定，控制简单，没有高电压设备，安全性好，对除尘效率的干扰因素少，排放稳定。由于滤袋是袋式除尘器的核心部件，且相对比较脆弱、易损，因此设备管理要求严格。
对电除尘器：运行中对除尘效率的干扰因素较多，排放不稳定；控制相对较为复杂，高压设备安全防护要求高。由于电除尘器均为钢结构，不易损坏，相对于袋式除尘器，设备管理要求不是很严格。
（2）停机和启动
对袋式除尘器：方便，但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。
对电除尘器：方便，可随时停机。
（3）检修与维护
对袋式除尘器：可实现不停机检修，即在线维修。
对电除尘器：检修时一定要停机。
6 设备投资的对比
（1）对于常规的烟气和粉尘条件（主要是指比较适合电除尘器的烟气），两种除尘器的排放浓度要达到目前较低的环保要求（如120mg/m3），袋式除尘器的初期投资要比电除尘器高20%～35%。
（2）对于低硫高比电阻粉尘和高SiO2、AL2O3类不适合电除尘器捕集的粉尘，两种除尘器要达到目前较低的环保要求（如120mg/m3），电除尘器和袋式除尘器的初期投资相当或电除尘器的投资较高些。
对于采用典型煤种的锅炉，如准格尔煤田和勃海湾煤田的煤种，电除尘器的投资比袋式除尘器高。
（3）通常条件下要达到相同的除尘效率或达到相同的排放浓度，电除尘器的投资通常要比袋式除尘器的高。以呼和浩特电厂200MW机级为例，在同等条件并保证排放浓度达标的前提下：
袋式除尘器：每台机组的除尘器投资小于2000万元；保证排放浓度在50mg/m3以下。
电除尘器：按4电场，比集尘面积130m2/m3·s计算，达标排放浓度为120mg/m3，每台电除尘器需要投资约2500万元。
7 运行维护费用的对比
（1）运行能耗
对袋式除尘器：风机能耗大，清灰能耗小。
对电除尘器：风机能耗小，电场能耗大。
但从总体上讲，两种除尘器的电耗相当。对于电除尘器难以捕集的粉尘，或者说当电除尘器的电场数量超过4电场时，电除尘器的能耗要比袋式除尘器的高，也就是说此时的电除尘器运行费用要比袋式除尘器高。如果按照环保达标要求120mg/m3计算，电除尘器必须要采用4电场以上才能保证达标排放，因此其电耗也就一定比袋式除尘器高。
（2）维护费用
袋式除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费，由于袋式除尘器的排污费远低于电除尘器，因此采用袋式除尘器1.5～2年比电除尘器少缴的排污费就可抵偿更换一次滤袋的费用。
电除尘器的维护维修费用主要是对集尘极（阳极板）、阴极线和振打锤等的更换。此项费用较高，但更换间隔的年限较长，约6年。
（3）经济效益分析
在实际运行中，袋式除尘器的排放浓度约是电除尘器的10%，因此，电厂采用袋式除尘器实际交缴的排污费也为电除尘器的1/10左右。如果按照目前国家征收排污费的情况来看，采用袋式除尘器后每炉/每年少缴的排污费是相当可观的，可达百万元。另外，袋式除尘器还有约5%的脱硫效率，这也可以减少电厂二氧化硫的排污费。
总之，随着国家环保标准要求越来越严格，电除尘器要想做到达标排放，就必须采用4电场以上的除尘器。此时电除尘器的初期投资已经比袋式除尘器高，同时4电场以上的电除尘器（或者4电场的高比积尘面积）运行电耗要比袋式除尘器高很多。因此电除尘器即使达标排放，其初期投资和运行费用也都要比袋式除尘器高。另外，电除尘器的排放浓度总是在袋式除尘器的10倍左右，按照目前新的排污费制度，即使排放浓度达标了也要对排放粉尘量进行收费，因此两种除尘器在同样达标排放的情况下，电除尘器比袋式除尘器需多支出一笔费用。因此，从性价比上来看，袋式除尘器将成为工业粉尘控制的首选设备。
8 总结
综上所述，虽然袋式除尘器与电除尘器均可以处理烟尘等粒状污染物，但由于原理的不同使得两种除尘器各有优缺点，所以在选择除尘器时，必须按照具体条件及情况并以用户的实际需求为基础，选取适当的除尘器，才能达到理想的效果。
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