出
版
序
台耘工業自 1996 年創立從事靜電集塵器維護與升級改善已有 17 年，初始數年為專注於服務台灣市場客戶，之後便逐步開發東南亞市 場，如今在香港、印尼、馬來西亞、菲律賓、新加坡、泰國等地已耕 耘十數年光景。剛開始在客戶廠區遇到靜電集塵器大小問題不知凡 幾，但苦於無完整參考書籍以解釋或驗證現場各式問題，於是努力找 尋靜電集塵器領域專業書籍，很高興尋獲 Mr. Ken Parker 編著 「Applied Electrostatic Precipitation」與許金和編著「靜電集 塵器與出灰系統」，此兩本書便成為敝公司工程師最重要的兩本參考 書籍。 後因香港中華電力改善案之故，敝公司有機會當面向 Mr. Ken Parker 請益靜電集塵器實務問題，之後便與其保持固定聯絡，過去 數年來 Mr. Ken Parker 已成為敝公司諮詢靜電集塵器問題的良師益 友，敝公司並向其建議將「Applied Electrostatic Precipitation」 翻譯發行為中文版，很高興獲得 Mr. Ken Parker 首肯，且敝公司很 榮幸商請具編著靜電集塵器書籍經驗的台灣電力公司許金和處長擔 任譯者，並待其自工安環保處處長一職退休後開始翻譯工作。 Mr. Parker 畢業於倫敦大學帝國學院（Imperial College）物理 系，其服務於英國著名環保公司 Lodge Cottrell 40 餘年，為靜電集 塵器業界最知名的專家之一。許金和兄畢生服務於台電，並歷任各大 火力發電廠廠長，具有電廠環保設備豐富處理經驗，本書發行中文版 應能匯聚兩位專家長才與經驗，讓讀者深入淺出瞭解靜電集塵器技術 基礎與未來發展。 本書翻譯工作歷經年餘於 2014 年初完成，並由許金和兄之好友黃 勝良先生（曾譯述：工業靜電集塵器）擔任校對，本書內容強調理論 與實務兼具，除有完整流體與電氣動力學理論基礎外，並有靜電集塵 器領域業界專家提供煙氣與粉塵特性對設計影響的實務經驗，敝公司 希望藉由本書出版能對傳承靜電集塵器知識與經驗略盡棉薄之力，以 讓更多靜電集塵器使用者瞭解問題根源並進一步掌握解決之道。
台耘工業總經理 戴逸群 2014.03.01
原
著
序
大氣污染的影響意識的增強和法規的嚴謹，意味著靜電集塵器將被 廣泛用於從煙氣流中分離懸浮微粒物質，在許多應用上，現在需要達 成的收集效率超過 99.9％。集塵工業對這些變化的挑戰，可以考慮如 何改進，以滿足最新的法規，現正專注於控制重金屬和可被吸入體內 的懸浮微粒的排放，除了實現在一個經濟的成本及更高的性能，排放 量必須保持在一個連續的基礎上，如果不這樣做，對工廠的運轉可能 產生嚴重的經濟後果。 這些要求意味著所有方面的技術，工程和運轉問題進行審查、複審， 在某些情況完全修改，以符合現在的標準。儘管商業用集塵器已被使 用了近 100 年，它只有在過去二、三十年，該系統已經從本質上改變 一個“黑盒子”的藝術，以科學為基礎的技術。流體動力學、電氣動 力學、固態電子和微處理器訓練等，是現在集塵理論、設計等等的基 礎，那就是說，當前接受「最新發展的技術(State of the Art)」 。 雖然計算流體力學和有限元素分析法和其他電腦程序，目前廣泛被 用於工業，集塵器的大小要滿足特定的性能，作為一個獨特的應用， 仍然非常依賴於供應商的專有技術和經驗。原來“黑皮書”的方式， 雖然現在已成為廣泛的電腦資料庫，但基本上仍然是大小尺寸。利用 高速電腦和複雜的編程，儘管有大量的工作被執行，分析電場的資料， 雖然它是非常有用的，但供應商之間反對使用該資料。這種情況可能 在未來幾年會改變，無疑是未來集塵的大小尺寸將由電腦生成的。 經審查早期發展的靜電集塵，此卷包含許多世界領先的貢獻靜電集 塵領域的專家，涵蓋了集塵的理論，從流體和電氣動力學兩者的觀點， 加上衝擊集塵器性能的基本實際設計和煙氣的和懸浮微粒的特性。 為了幫助非專業的，第 12、第 13 和第 14 章涵蓋了乾式、濕式、除 霧型集塵器的應用，包括如何設計、修改以滿足特定的任務和檢查可 能會影響性能的主要過程因素。第 11 章提供工廠調試的全面描述，和 第 10 章工廠測試，質量濃度測量和元件分析兩者，從粒子大小和化學
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組成的角度而言。最後，第 15 章中顯示了它如何可能可以執行集塵器 的性能改善，16 章表示在未來發展中的集塵理論、設計或可能會導致 的應用。 作為編輯，我要感謝他們及出版商背後的支持，如果沒有下列人員 的經驗、專業知識，本書就不能如此順利的付梓－Clive Cottingham， Ed Dismukes. Filip Knuttsen， Henry Krigmont， Leif Lind， Grady Nichols， Colin Paulson， Kjell Porle， Massimo Rea， Victor Reyes， Claus Riehle， David Styler and John Westbury，和代表其各自的公司， 並允許使用這些資料。我也要感謝 Sheila Shepherd 修正最後的稿本，Ken Darby 是我的導師，35 年來給我一些靈感的來源，和我的妻子 Maureen，在 本計劃中她的鼓勵和支持。
K. R. Parker 1996 年 11 月
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譯
者
序
「靜電集塵技術應用」一書，總共分成 16 章，本書的最主要作者「K. R. Parker」之號召下，有許多專業人士參與書寫。 「靜電集塵」是屬於小領域 的一塊，但其對日益嚴重的空氣污染防治，確扮演著極其重要的角色，工 業用靜電集塵技術的應用範圍可說非常廣闊，從使用最多、最大型的燒煤 及燒油發電廠到水泥廠、鋼鐵廠、造紙廠、垃圾焚化廠、化工廠，加上其 他的工業，只要會從生產源排出污染物者，不論是粉塵(Dust)、薰煙 (Fumes)、濃煙(Smoke)、霧氣(Fog)、氣霧( Mist)、飛灰(Fly Ash)、懸浮 微粒(Particles)等等，均可藉由靜電集塵器的技術有效地去除，其效率已 可高達 99.9％，剩下 0.1％之微小粒子，如 PM2.5 者，則可藉助「乾式靜電 集塵器」與「移動式靜電集塵器」或「溼式靜電集塵器」的組合，或是「乾 式靜電集塵器」與「袋式集塵器」的「電袋複合式」的組合，幾乎所有集 塵器會遭遇的問題，均可迎刃而解！ 靜電集塵技術應用的歷史悠久，從公元 1885 年第一台商業靜電集塵器完 成，陸陸續續的演進，硬體與軟體不斷的改良，尤其是直流電源與控制器 之進步，加上電腦之問世後，對於靜電集塵器之運轉監視及效率的提升， 更發揮了最大的效果。而近年來，在電源供給方面，有了高頻變壓器之應 用，體積更小，重量更輕，既不佔空間又節省耗電量，更提高了集塵效率， 將靜電集塵器的應用又推上另一高峰！ 本書原著之 16 章中，從「為什麼有靜電集塵器、集塵歷史的里程碑、靜 電集塵器運轉的基本理論、乾式集塵器的機械設計考慮、空氣動力因素影 響性能、粒子的物理和化學性質和它們對性能的影響、性能設計的注意事 項、集塵器的電氣運轉、靜電集塵器的集塵器大小方法和模型、氣流中的 粒子和重金屬的樣品分析、靜電集塵器的調試、乾式集塵器的應用、濕式 靜電集塵器的設計和應用、薄霧集塵器的設計和應用、現有集塵器效率的 升級、在靜電集塵技術領域的可能未來發展」等，含蓋範圍相當廣泛，幾 乎靜電集塵器會碰到的問題均有敘述，內容相當完整，是截至目前難得見 到的一本靜電集塵技術應用的好書！ 筆者有幸參於此書的翻譯工作，唯筆者才疏學淺，加上欠缺語文之翻譯 能力，有些地方恐怕無法譯出真義或文詞不順遂，尚請讀者不吝指教！本 書承蒙好友黃勝良兄之協助校對，在此致十二萬分的謝意。 譯者：許金和 2014 年 3 月 1 日 1
目 錄 內 容 第一章
為什麼有靜電集塵器……………………………1
1.1 簡介……………………………………………………………1 1.2 控制系統的特點………………………………………………2 1.3 運轉控制的原理………………………………………………2 1.4 控制系統性能概要……………………………………………7
第二章
集塵歷史的里程碑………………………………9
2.1 集塵器安裝……………………………………………………9 2.2 電氣用品的發展………………………………………………17
參考文獻(省略)……………………………………………19 第三章
靜電集塵器運轉的基本理論……………………20
3.1 一般事項………………………………………………………20 3.2 離子產生………………………………………………………22 3.3 粒子充電………………………………………………………40 3.4 粒子遷移………………………………………………………42 3.5 粒子分離的測量和模式建立…………………………………44 3.6 沉積……………………………………………………………67 3.7 去除……………………………………………………………68
參考文獻(省略)……………………………………………68 第四章
乾式集塵器的機械設計考慮……………………69
4.1 簡介……………………………………………………………69 4.2 放電極…………………………………………………………69 4.3 放電極的安裝…………………………………………………71 4.4 集塵極…………………………………………………………73 4.5 殼體……………………………………………………………75 4.6 高電壓(HT)礙子………………………………………………77 4.7 敲擊……………………………………………………………79 4.8 灰斗……………………………………………………………82 4.9 電氣間隙………………………………………………………84
參考文獻(省略)……………………………………………85 第五章
空氣動力因素影響性能…………………………86
5.1 簡介 …………………………………………………………86 5.2 擾流和二次流量 ……………………………………………86
5.3 氣體速度 ……………………………………………………97 5.4 氣體分佈 ……………………………………………………98 5.5 模型測試 ……………………………………………………105 5.6 計算流體動力學 ……………………………………………108 5.7 電場試驗 ……………………………………………………112 5.8 粉塵建立和消逝 ……………………………………………113
參考文獻(省略) …………………………………………114 第六章
粒子的物理和化學性質和它們對性能的影響 115
6.1 粒子的大小和形狀 …………………………………………115 6.2 光學特性 ……………………………………………………120 6.3 膠凝性 ………………………………………………………121 6.4 內聚性 ………………………………………………………122 6.5 粒子的電阻率 ………………………………………………124 6.6 化學成分及反應 ……………………………………………128
參考文獻(省略) …………………………………………133 第七章
性能設計的注意事項 …………………………134
7.1 簡介 …………………………………………………………134 7.2 什麼是我們想要達到的目標？ ……………………………134 7.3 評估的過程 …………………………………………………134 7.4 板間距 ………………………………………………………138 7.5 靜電集塵器的配置 …………………………………………139 7.6 結論 …………………………………………………………142
參考文獻(省略) …………………………………………143 第八章
集塵器的電氣運轉 ………………………………144 8.1 簡介 …………………………………………………………144 8.2 集塵器性能和電氣加壓 ……………………………………144 8.3 電暈抑制和空間電荷效應 …………………………………146 8.4 高電壓分段 …………………………………………………149 8.5 傳統的直流加壓 ……………………………………………151 8.6 間歇加壓 ……………………………………………………159 8.7 自動電壓控制和儀器儀表 …………………………………163 8.8 脈衝加壓 ……………………………………………………174 8.9 電腦控制監測 ………………………………………………183 附錄 8A……………………………………………………………188 附錄 8B……………………………………………………………189
參考文獻(省略) …………………………………………189 第九章 靜電集塵器的集塵器大小方法和模型 ………190 9A 集塵器大小方法 ……………………………………191 9A.1 理論的考量…………………………………………………191 9A.2 實用的考量…………………………………………………201 9A.3 集塵器的模型建立…………………………………………206
參考文獻(省略) …………………………………………210 9B 靜電集塵器的模型 …………………………………211 9B.1 基本概念……………………………………………………211 9B.2 現代研發的電腦模型………………………………………215
參考文獻(省略) …………………………………………220 第十章
氣流中的粒子和重金屬的樣品分析 …………221
10.1 抽樣和分析…………………………………………………221 10.2 重金屬………………………………………………………225
參考文獻(省略) …………………………………………229 第十一章
靜電集塵器的調試 …………………………230
11.1 簡介…………………………………………………………230 11.2 機械調試……………………………………………………231 11.3 電氣調試……………………………………………………246 11.4 過程調試……………………………………………………257
參考文獻(省略) …………………………………………264 第十二章
乾式集塵器的應用 …………………………265
12.1 簡介…………………………………………………………265 12.2 發電業………………………………………………………265 12.3 水泥行業……………………………………………………273 12.4 一般蒸汽產生廠……………………………………………278 12.5 燒生質物的蒸汽產生廠……………………………………279 12.6 鋼鐵廠………………………………………………………281 12.7 非鐵金屬工業………………………………………………287 12.8 電解鋁………………………………………………………289 12.9 紙和紙漿工業………………………………………………289
12.10 結論 ………………………………………………………291
參考文獻(省略) …………………………………………291 第十三章
濕式靜電集塵器的設計和應用 ……………292
13.1 簡介 ………………………………………………………292 13.2 設計注意事項 ……………………………………………292 13.3 放電極 ……………………………………………………295 13.4 高電壓(HT)礙子 …………………………………………296 13.5 殼體/灰斗設計……………………………………………297 13.6 水處理 ……………………………………………………297 13.7 結構材料 …………………………………………………299 13.8 電氣加壓 …………………………………………………301 13.9 濕式集塵器的典型應用 …………………………………301
第十四章
薄霧集塵器的設計和應用…………………308
14.1 簡介 ………………………………………………………308 14.2 薄霧集塵器的應用 ………………………………………312 14.3 結論 ………………………………………………………320
第十五章 現有集塵器效率的升級……………………321 15A 現有廠的修改/改變 ……………………………321 15A.1 評估所需的性能改善……………………………………321 15A.2 性能改善的修改選項……………………………………323 15A.3 替代解決方案……………………………………………325
15B 藉由改變懸浮微粒的電阻率，達成集塵器的改善 325 15B.1 氣體溫度/相對濕度的改變 ……………………………325 15B.2 改善性能的煙氣添加劑…………………………………327
參考文獻（15A 和 15B）(省略) ………………………329 15C 煙氣調節的理論、運轉原理、設備和應用 ……329 15C.1 簡介………………………………………………………329 15C.2 電阻率……………………………………………………330 15C.3 煙氣調節…………………………………………………333 15C.4 煙氣調節設備……………………………………………349 15C.5 熱端的飛灰集塵器轉換成冷端運轉的煙氣調節的應用 356 15C 6 FGC 系統的最佳化………………………………………362 15C.7 結論………………………………………………………370
參考文獻(省略)…………………………………………371
第十六章 在靜電集塵領域的可能未來發展…………372 16A 電氣的發展 ………………………………………374 16A.1 高頻電力轉換或電力供給的開關模式…………………374 16A.2 奈秒脈衝運轉和酸性氣體的控制 ……………………377
參考資料(16A) (省略)…………………………………378 16B 使用自然的二氧化硫為原料的煙氣調節系統： 煙氣調節的今天和明天…………………………378 16B.1 背景………………………………………………………378 16B.2 原生或內部原料的 FGC 技術……………………………379 16B.3 現場煙氣調節(IGC)的方法 ……………………………381 16B.4 變化流量的 IGC 系統……………………………………383 16B.5 催化劑的選擇……………………………………………384
參考資料(16B) (省略)…………………………………385 16C 發電系統先進的高溫/高壓集塵器………………385 16C.1 基礎………………………………………………………387 16C.2 電壓和電流………………………………………………389 16C.3 粒子充電…………………………………………………391 16C.4 粒子遷移…………………………………………………393 16C.5 效率等級…………………………………………………394 16C.6 開放式問題………………………………………………395 16C.7 符號………………………………………………………397
參考資料(16C) (省略)…………………………………398 16D 電腦大小的集塵器………………………………398 索引(省略)……………………………………………398
第一章 為什麼有靜電集塵器？ 1.1 簡介 在許多國家的嚴格環境立法上，訂定更嚴厲的排放法規和標準，來管制 所有來源中大氣細粒子的排放。隨著國際交流的容易和快速的方法，許多 人認為控制污染是一個現代的概念;然而在歷史上，英國最先提出測量記 錄，在 1600 年議會禁止在倫敦海邊燃燒亞煙煤，主要歸因於 1956 年所稱 的“清潔空氣法”中「煙霧(smog) 」的避免。 但直到 19 世紀英國工業革命時，當水動力的方式改由燃燒含碳的燃料蒸 發水產生蒸汽，但污染成為一個嚴重的威脅到那些生活和工作在附近的新 工作者。問題在於製鐵業不斷的擴大需求，煉鐵高爐的快速發展以及大型 化學的生產。 首先在世界上試著去控制排放，當然在英國 1863 年訂定 Alkali and works 法案，特別瞄準控制在使用勒布朗(Leblane)過程製造鈉碳酸鹽中氯化氫的 排放。鹼法(Alkali Act)進行了修訂，並在 1906 年擴展到覆蓋了大部分化 學工程排放和可能的基礎上形成的最新環保法規。 近年來，全球公認的問題是環境污染，大多數工業化國家都制定了覆蓋 所有無法控制排放的立法。對富裕國家的人口密度高及重工業化有最嚴厲 的措施，例如日本、北美和西歐。而發展中國家往往是因為大部分的重型 設備都從工業化國家進口，依據於所供應的國家、建議或現有的法規和財 務方面，許多工廠的設備都配有某種形式的污染控制裝置。 有許多形式的排放是全世界關注的焦點，舉個例子，噪音、水質、氣體 和懸浮微粒的排放，這是控制的主題，何種排放或排放水準在每個立法階 段穩定減少。在英國從電力站的煙囪已經看到容許懸浮微粒排放率比在過 去的 30 年下降了 10 倍，排放減至最低。於發展中國家在他們自己的權利 上，正在穩定地被認可的，這些在立法中的改變，不能表示污染問題已被 克服，仍然是有需要藉助主要的技術國家，以進一步改善「最新發展的技 術-State of the Art 」設備設計以減少污染。任何發展，改變既有設備 的設計或新概念的應用，除了提高性能效率，也應該增加廠的可用性和更 符合成本效益。 有很多污染控制的觀點；這份刊物，甚至在固體和液相兩者，限制本身 夾帶懸浮微粒的控制，大部分生成的氣流採用靜電集塵，原理是很容易適 用於液相流中收集粒子，提供載體介質具有電氣絕緣屬性。
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1.2 控制系統的特點 從過程流中分離粒子的方法有許多使用不同的原理，舉個例子，重力或 慣性分離中所用的旋風除塵器(cyclones)，壓緊和擴散適用於過濾布，電 氣方法適用於靜電集塵和接觸，撞擊和衝擊用於濕式洗滌器(wet scrubbers) 的情況。由於每種形式的分離器(separator)有不同的基本原理，關於收集 效率、流程和應用程序的適用性，他們每個都有不同的屬性。 上述設備形式的有效性，如圖 1.1 所示，一個粉塵光譜，它顯示了其合 理的粒子大小範圍，收集效率也能達成。雖然所有各種方法在收集大粒子 -6 可以是非常有效率，換句話說，大於 10 µm(1 µm＝1×10 m） ，如果他們遵守 法律，主要有很多的過程，目前立法的排放水準意味著有效地分離為 1µm 或更小的粒子。 在理論上，慣性分離器的有效範圍，可以延長朝向亞微米範圍內，所需 的離心力，也只能是減少該裝置的直徑而獲得，這限制了氣體的處理量， 除非大量的個別分離器併聯運轉，這在許多工業生產過程變得不切實際。 雖然濕式洗滌器有高能量，舉個例子，文氏管型，可以影響分離亞微米 粒子，它的電力消耗，典型的 1000 mm 水柱，可捕捉 1 µm 粒子有 99％的效 率，不僅意味著運轉成本高，這將被包含液體流出物的粒子，這是需要處 理以避免空氣污染問題變成更困難的水污染問題。 3 裝備的選擇從大的過程氣流(50 m /s 以上)有能力且有效地高效率的收集 亞微米粒子，傾向於限制纖維過濾器和靜電集塵器有效的成本方面。
1.3 運轉控制的原理 就完整性，上面概述設備的各種主要類型的運轉原理，可以概括如下： 1.3.1 慣性分離 有許多不同的形式和安排的收集器使用此種原理，通常被稱為旋風或離 心收集器，導致之氣流是由於在一個圓缸形的容器自旋(spin)或快速的回 轉(rotate rapidly)。由於相較於氣體的分子，懸浮微粒有更高的質量， 離心力的結果使粒子飄移流向容器壁，其中他們在該裝置低流量區域中被 帶走。 旋風除塵器是一個非常簡單的裝置，具有廣泛的運轉溫度，但需要一個 驅動力，舉個例子，有效的分離壓力降大約是 100 mm 水柱。對於大多數實 際應用中，它用於高效率收集，限制懸浮微粒的粒子直徑大於 10 µm。 1.3.2 濕式洗滌器 所有濕式洗滌器之運轉在完全紊亂區域的裝置接觸大量的液體粒子，該 2
粒子被允許撞擊或衝擊在液滴上，通常為水，使得他們的大小和質量的增 加。由於較大的水潤濕(water-wetted)的粒子，他們從一個簡單的衝擊或 分隔器的旋風形式所夾帶氣流可以被移除。 作為一個接觸/壓緊裝置，粒子液滴碰撞的有效性是依賴於設備中的總能 量消耗，這可以是泵浦的電力，提供小液體的目標粒子或壓降，發展相對 較高的粒子/液滴速度，需要確保衝擊發生。對於亞微米粒子，文氏洗滌器， 效率有 99％的區域，總運轉電力的需求等同於約 1500 mm 的水柱。 洗滌器的設計相對簡單；具有佔地面積小，它可以處理全方位的氣體溫 度和不敏感的粘粉塵，但可能遭受侵蝕和腐蝕。它的用法通常是有限的， 對於高效率收集任務，有小的氣體流量的過程，因為高電力需求，大量用 3
水，可能的污水問題和很差的捲流浮力，除非進行氣體再熱，濕式洗滌器 因為有優異的質量轉換特性，無論如何，被廣泛用於控制氣體的排放，換 句話說，從許多酸性氣體的過程。 1.3.3 袋式集塵器 其原理是裝滿懸浮微粒氣流通過一個多孔膜進行過濾懸浮微粒，並允許 清潔氣體通過。由於遺留的粒子沉積和建立起來形成一個積層，所述的分 離效率，基本上是最簡單的形式，一個攔截和擴散機制的增加，使得粒子 比收集膜孔徑大小具有更小的直徑，在一個工廠的原始設計，組成的媒介 物有形成一個平紋布成袋或短襪;過濾材料現在通常是氈和表面處理，以減 少粒子滲透，同時仍保持高氣體的多孔性。 從理論上講，這樣的設備應該是接近 100％，在建立的媒介物的積層捕獲 粒子，然而為了維持運轉的壓力降，舉個例子，100-150 mm 水柱，定期從 媒介物移除這積層是必要的。假設媒介物可以滿足釋放的粉塵層，藉由振 動或空氣反向吹掃，以重新獲得一個低的壓力降，在過濾器返回到作業時， 較細粒子總是有一定程度的漏損量，它會自動限制最終的效率和排放水準。 從成立之初，當媒介物由自然纖維製造成一個袋子或短襪的形式，運轉 溫度範圍由使用合成的纖維、機織物和燒結金屬或以各種形式的陶瓷等等 來考慮。在後者中，運轉溫度可以依據於選擇的媒介物，可接近於 1000℃， 儘管過濾器實際的形式在極端溫度下可以是不同的，分離的原理維持不變。 同時發展的特殊媒介質的塗料和裝飾，簡化清潔和一般的運轉，延長了 媒介物的期望壽命，這能使供應商除了性能，考慮堅定承諾/保證對媒介物 的壽命，這是特別重要的大型應用，在大多數發電廠的情況下，用於處理 輸出 500 MW 鍋爐裝置約需 35000 個傳統的袋子，以避免主要排放的偏移和 違反法規，需要執行嚴格的維修/更換濾袋程序。 處理一個「問題很多的飛灰」，靜電集塵器安裝費用與等效袋式過濾器 相比，成本會有點便宜，但它的運轉電力、壓縮機維護和清潔機制，再加 上一個完整的媒介物(袋式過濾器)更換的費用，大概每 3 年左右的時間， 以確保符合排放標準，必須牢記，並加到整體的成本比較上。 圖 1.2 比較各種捕捉系統已安裝的資本和 15 年的總成本，為 250MW 的電 3 廠設計，以滿足排放 50 mg/Nm O2 乾基 6 %。其成本計算指出，對於一個反 向氣體袋式集塵器或脈動噴射纖維過濾器的成本保持不變，無關磨煤機燃 料灰(PFA-pulverised fuel ash)的電阻率，而靜電集塵器(ESP)對灰電阻 率會增加比例。總體來說，將所有一切費用列入考慮，ESP 仍有經濟優勢。 還有一點，需要仔細考慮一些應用，如果從袋中過濾媒介物去除灰分變 4
得困難和壓降的不斷增加，如引風機(IDF-induced draught fan)達到它的 最大壓力能力或馬達電力的限制，工廠過程氣體處理量，輸出將因此降低。 1.3.4 靜電集塵器
運轉的基本原理是氣生粒子(gas-borne particles)通過一個電暈或充電 的電場，在那裡接受電氣充電，在工業集塵器通常為負的情況，然後被充 電的粒子由電場產生的充電制度而偏轉。帶電粒子從負電極通過氣流，在 正電極上沉積，其中為方便起見，此電極通常接地。從收集器中，粒子是 被移除進入灰斗或長槽，無論是在乾式應用的機械衝擊脈衝敲擊或溼式集 塵器的水洗情況，換句話說，這些工廠的運轉接近或在水露點溫度條件。 在商業上，靜電集塵器幾乎是一個已被用於收集粉塵一世紀，煙塵和霧 粒所有類型的流程。從最初的應用主要是化工/冶金，基於為減少空氣污染 和回收有價值的副產物兩者的應用，例如清潔燃燒的氣體，或從金屬冶煉 過程中的物質損失。能力對集塵器大小為一個具體的效率，在這方面是理 想的，經濟指出對恢復的應用類型是中等 90％的效率，因此所收集的材料 通常有一個正值。 最近，控制空氣污染的主要應用是滿足特定立法的排放量，因此現在的 做法是設計效率，有時甚至超過 99.9％。 5
圖 1.3 所示是最近各種過程中的應用測得的排放，連同其相關立法的排 放水準。這表明精心設計和運轉靜電集塵器，在廣範圍的任務可以產生排 3 放值遠低於 10 mg/Nm 標準，因此，可以符合最嚴格的法規。 隨著最近立法要求更嚴格的控制，包括有毒物質和重金屬，許多現有的 亞微米排煙範圍內，那麼，只要這些都在正常的工廠運轉溫度產生的固相 或液相，靜電集塵器都是一種理想的捕捉設備。 對於在氣相中的化合物，它是在正常的過程排出溫度，然後，提供的氣 體可進一步冷卻至凝結的材料，可用一個濕式集塵器做為非常有效的二次 清潔，例如發電廠二氧化硫洗滌系統。另一種方法，提供有毒物質或氣相 材料可以由注入的標靶材料(target material)吸附，例如活性碳，意味著 集塵器可以運轉在任何露點以上溫度，因而可以從正常碳鋼構成而大大地 降低了成本。
後者的方法是一個優選的方案，尤其是在英國，因為根據整合式污染 控制(IPC-Integrated Pollution Control)的立法，改變空氣污染成為水 污染並不是一個可行的選擇，因為清除骯髒的過程，水可以被證明是非常 昂貴的。在某些情況下，如粘性粉塵或露點條件下，沒有辦法使用濕式集 塵器，但往往因為這是與某種形式的洗滌器或驟冷系統聯合，清潔水是總 6
過程的一個經濟部分。 雖然它可能收集到這些亞微米的有毒物質和重金屬，無論是高能源風險 型洗滌器或袋式過濾器，在洗滌器的情況下，或可能的'洩放通過'(bleed through)的纖維過濾器的情況下，這些會有非常高的能源成本，除非使用 昂貴預先塗敷系統，即使在當時仍然是一個風險。因此，為了遵守法律， 在使用靜電集塵器有商業和性能上的優勢。 靜電集塵器相較於其他形式的裝置，用於懸浮微粒的收集和控制，可以 概括為具有下述的優點： 1.可以為任何效率設計大小； 2.運轉溫度可以高達 850℃； 3.可以運轉在任何正壓條件，但受限於吸頭(Suction)，在沒有發展成為 一個電槳放電，將維持電暈； 4.可以在全飽和氣體下運轉； 5.具有低壓力損失； 6.可接受的電氣運轉成本； 7.對粒子大小不是特別敏感； 8.經過證明，壽命長； 9.優越的可靠性； 10.低維護要求。
1.4 控制系統性能概要 最初這一章的目的是列出在工業空氣污染控制應用的主要類型設備，對 去除懸浮微粒、燻煙和薄霧，並嘗試確定每個的優點和缺點。儘管人們可 以爭辯說，所有他們自己的具體應用，在全面高效率運轉並且有效地收集 所有懸浮微粒的形式，如果一個可接受的成本和場地空間的影響，在靜電 集塵器的位階可能最高。 設備的性能將在第 1.4 節中所述，有效的高效率粒子收集器，彙總如下 列表 1 所述。 請注意，上述表列不應該被用於決定各種設備中的哪一個應該被使用， 但是有用的，它標識每種的優點，也可以用來作為第一次的切割。 由於每個應用是特定的，完成一個完整的成本計算工作，考慮所有相關 的因素，以確定哪些收集系統是最符合成本效益，這將是必要的。 後面的章節將涵蓋靜電集塵器的歷史發展，從早期開始到最新的未來可 能的應用。另外，集塵的理論和哪些因素影響效率和尺寸，將詳細介紹， 7
再加上實用的提示和協助工程師面對著工作和最佳化運轉他們廠的靜電集 塵裝置。 表1 設備 慣性分離器
優點 1.結構簡單 2.成本低 3.維護成本低 4.沒有溫度的限制 5.濕式和乾式的應用
缺點 1.粒子尺寸範圍內成效受限 2.高壓力損失 3.通常為 100 mm 水柱 4.可能沖蝕
濕式吸塵器
1.結構簡單 2.較低的建設成本 3.佔地面積小 4.粘性懸浮微粒 5.有效應用在潮濕的氣 體和粉塵
1.1500 mm 水柱高壓力損失 2.大量用水 3.濕式排放污水 4.低捲流(plume)浮力 5.可能捲流有異味
纖維過濾
1.實際高效率 99.5％以上 2.合理的佔地面積
1.壓力損失平均 150mm 水柱 2.介質溫度的限制 3.著火/熔化的風險 4.介質受限於壽命周期 5.不適合粘性/附著粉塵
靜電集塵器
1.大小尺寸決定效率高低 2.涵蓋粒子大小尺寸範圍 3.低壓力損失 4.維護成本低 5.使用壽命長達 20 年以上 6.濕式和乾式收集方式
1.高建設成本 2.對粉塵電阻率效率敏感 3.較大的佔地面積
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