電袋復合除塵器脫除PM2.5效率的探討

修海明

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

2013年2～3月期間，我國華北地區(qū)多次出現(xiàn)霧霾天氣，惡劣的天氣一方面嚴重影響了交通，造成多條航線停運，多條高速公路封閉；另一方面，霧霾天氣中的PM2.5細顆粒物也嚴重影響了人們的身體健康，醫(yī)院的呼吸道病人激增。環(huán)境污染問題日益引起公眾和政府的重視，解決PM2.5細顆粒物污染的呼聲越來越高。

國內(nèi)研究結(jié)果表明，空氣中的微細顆粒主要來源于機動車尾氣、工業(yè)窯爐的煙塵排放、氣態(tài)污染物的合成以及工地施工、物料運輸過程造成的污染等方面，其中燃煤鍋爐排放的PM2.5細顆粒物污染物約占34%。因此，如何解決燃煤鍋爐排放的PM2.5細顆粒物污染是一個很重要的問題。

2 降低燃煤鍋爐排放的PM2.5污染的途徑

（1）降低燃煤鍋爐除塵器出口的排放濃度

燃煤鍋爐排放的煙塵粒徑分布一般均呈正態(tài)分布形式，如某電廠煙塵粒徑分布見圖1。

圖1 某電廠煙塵粒徑分布圖

從圖1可看出，粒徑小于10μm的粉塵累積量為32.78%，粒徑小于2.5μm的粉塵累積量為16.13%。多次工程測定表明，不論哪種除塵器，當除塵效率在99.8%以上時，其排放的粉塵大都是細顆粒物。例如，表1是一臺除塵器在現(xiàn)場的試驗結(jié)果，其排放基本上是PM10以下的粉塵，且排放量越小，PM2.5的量越少。所以，要減少PM2.5的污染，首先應降低除塵器出口的粉塵排放濃度，使它小于10mg/Nm3或更低，為此，在濾料選擇時要慎重，建議選用質(zhì)地密實的水刺濾料，濾料標重應大于600g/m2或選用優(yōu)質(zhì)的PTFE覆膜濾料。

表1 某除塵器出口粉塵排放情況

必須指出，除塵器僅靠濾料的合理選擇雖然也可以獲得較低的排放，但設備阻力將大大增加，尤其當煙氣的含塵濃度較高時更為突出。解決這個問題最好的方法是將微細顆粒在進入除塵器前進行凝并，使部分微細顆粒凝并成大顆粒。

（2）煙塵中的微細顆粒凝并形成大顆粒

使煙氣中的微細顆粒凝并形成大顆粒，是減少PM2.5污染的有效途徑。使微細顆粒凝并有多種方法，例如：電凝并、聲波團聚、磁團聚、相變凝結(jié)長大、湍流團聚等，其中以電袋復合除塵技術在性能、成本和技術成熟程度方面最優(yōu)。

圖2所示是電袋復合除塵器的一種結(jié)構(gòu)型式，即在一個箱體內(nèi)，前端安裝一短電場，后端安裝濾袋場，煙塵從左端引入，首先經(jīng)過電場區(qū)，塵粒在電場區(qū)荷電并有80%～90%粉塵被收集下來（發(fā)揮電除塵的優(yōu)點，降低袋場負荷）。經(jīng)過電場的煙氣部分直接進入袋區(qū)，而另一部分煙氣流向袋區(qū)下部再向上流入袋區(qū)[1]。煙氣經(jīng)濾袋外表面進入濾袋內(nèi)腔，粉塵被阻留在濾袋外表面，純凈的氣體從內(nèi)腔流入上部的凈氣室，然后經(jīng)提升閥進入排氣煙道，從煙道排出。

圖2 電袋復合除塵器結(jié)構(gòu)圖

煙氣中的微細顆粒在電袋復合除塵器中能凝并成大顆粒有兩個主要過程，一是微細顆粒（大多是非導電物質(zhì)）在強電場力作用下發(fā)生極化，極化顆粒會產(chǎn)生凝并，由小顆粒變成大顆粒，“有電場”和“無電場”條件下顆粒的分布狀態(tài)見圖3，測定結(jié)果說明粉塵顆粒由于電場的極化作用而凝并；二是荷電粉塵沉積到濾袋表面后發(fā)生的凝并[2]（見圖4、5）。

圖3 顆粒分布狀態(tài)

圖4 無荷電粉層

圖5 荷電粉層

3 實驗室試驗

過濾實驗系統(tǒng)主要包括供氣系統(tǒng)、氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)、荷電裝置、濾料夾持裝置、流量控制系統(tǒng)、抽氣裝置、顆粒采樣系統(tǒng)等（見圖6）。

圖6 過濾實驗系統(tǒng)

在荷電設備后的下部管道采集荷電與未荷電工況下的顆粒并進行激光粒徑分析，結(jié)果如圖7和圖8所示。對比圖7與圖8，可以看到細顆粒物在荷電作用下有一定程度的聚并。

荷電前顆粒的體積平均粒徑為96μm。荷電后顆粒的體積平均粒徑為108μm。

圖7 荷電前顆粒的粒徑分布

圖8 荷電后顆粒的粒徑分布

由圖7、8可看出，荷電前顆粒直徑＜2.5μm的粉塵占3.13%，而荷電后顆粒直徑＜2.5μm的粉塵占1.17%，由此可知，由于粉塵的靜電凝并，顆粒直徑＜2.5μm的粉塵減少了62%。

4 工程設備的測定

為了解電袋復合除塵器對煙氣中的PM2.5細顆粒物的脫除效率，對5個電廠進行了測定。

測點位置見圖9。

圖9 測點位置

（1）除塵器前的測量方法

除塵器前顆粒物含量高，采用采樣后稱重的方法來獲得顆粒物濃度及粒徑分布，采樣方法為基于源環(huán)境的采樣。本次測量按照EPA標準中的EPA Method-17進行采樣，在煙道內(nèi)直接等速抽取煙氣，過濾捕集顆粒物，采樣系統(tǒng)如圖10所示，主要分為三部分：1）采樣槍，用于采集顆粒物，測量煙氣流速和煙氣溫度；2）煙氣清洗裝置，用于清洗和干燥氣體；3）泵及流量計等，用于提供負壓抽氣和測量氣體流量。

圖10 EPA Method-17的采樣系統(tǒng)

采樣系統(tǒng)采用自動采樣顆粒物分析儀（AST-SI）（美國Thermo Andersen 公司）該系統(tǒng)符合EPA Method-5及EPA Method-17的相關要求，測量粒徑范圍為13μm以下，能夠滿足此次測量要求。其核心部件為Andersen顆粒物捕集器（Andersen 1958），如圖11所示，主要包括不同口徑的采樣嘴，粗顆粒物預分離器和一個8級顆粒物分級粒徑撞擊器。該儀器能夠精確控制氣體采樣流量，并通過更換采樣嘴的口徑以適應不同條件下等速采樣的要求，具體選擇依據(jù)其操作手冊（Thermo Andersen 2001）中的說明。同時，該儀器可以實時存儲采樣過程中的煙氣參數(shù)，帶有防斷電功能，自動化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，方便現(xiàn)場顆粒物采樣使用。撞擊器內(nèi)使用的濾膜為石英纖維膜，具有高捕集效率和高熔點（＞ 900℃）的特點。

圖11 Andersen顆粒物捕集器

（2）除塵器后的測量方法

荷電低壓撞擊器（ELPI，見圖12）可以實時測量粒徑在10μm以下的顆粒物分布和粒數(shù)濃度。ELPI 可以應用在任何顆粒物分布范圍很大并且要求快速反應的場合，包括燃燒時產(chǎn)生的顆粒研究，過濾器測試和一般的氣溶膠研究。

ELPI沖擊儀將顆粒物分級的精確性和電子測量的快速反應性有效結(jié)合在同一套裝置上。在充電室里，給顆粒物充以精確的電荷數(shù)，當顆粒物撞擊到收集板上時，用極高靈敏度的多通道電子測量儀實時測量電荷數(shù)。通過ELPI可以測量在寬粒徑范圍內(nèi)的瞬時顆粒物粒徑分布和濃度。

表2為在幾個電廠中，電袋復合除塵器對PM2.5粉塵的脫除性能測定。

圖12 荷電低壓撞擊器

表2 電廠PM2.5脫除情況測定匯總

從測定結(jié)果看，除塵器出口的PM2.5濃度有很大差別，這是由于不同煤種其粉塵的顆粒物粒徑分布可能有很大差別，電場區(qū)的運行狀態(tài)不同（運行阻力和清灰周期不同），濾袋區(qū)的濾料過濾速度不同，濾料的結(jié)構(gòu)也不同，要搞清楚它們的規(guī)律，尚需作進一步的研究。

5 三種除塵器凈化PM2.5的比較

目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的高效除塵設備有電除塵器、袋式除塵器和電袋復合除塵器三種，電除塵器雖然在電場中有極化粉塵的凝并作用，但沒有濾袋表面的荷電粉塵的粉塵凝并作用，流經(jīng)袋除塵器的粉塵沒有荷電，所以，沒有發(fā)生粉塵的凝并。因此，這兩種除塵器的PM2.5粉塵排放濃度均高于電袋復合除塵器。臧電宗等人曾對不同類型除塵器出口煙塵中PM2.5粉塵的含量進行測定，其結(jié)果見表3[3]。

表3 不同類型除塵器出口粉塵含量測定結(jié)果

6 結(jié)語

通過實驗室試驗和多個工程項目的測定，表明電袋復合除塵器對微細粉塵具有明顯的凝并效果，其脫除率達96%以上，同時，在三種高效除塵器中（電除塵器、電袋復合除塵器、袋式除塵器），電袋復合除塵器脫除微細粉塵的效果最好。

必須指出，粉塵在電場中的凝并效果與場強大小和分布有很大關系，所以，電極結(jié)構(gòu)和工作電壓是很重要的因素，目前國內(nèi)企業(yè)正在開展這方面的研究，以提高微細粉塵在電場中的凝并效果。

[1]黃煒，等.電袋復合除塵技術的試驗研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011，7.

[2]環(huán)保部科技標準司、中國環(huán)境科學學會主編.PM2.5污染防治知識問答[M]. 北京：中國環(huán)境出版社，2013.

[3]臧電宗，等.燃煤電廠除塵器分級效率測量及分析[J].中國電力，2012.