电袋复合除尘器脱除PM2.5效率的探讨

修海明

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

1 前言

2013年2～3月期间，我国华北地区多次出现雾霾天气，恶劣的天气一方面严重影响了交通，造成多条航线停运，多条高速公路封闭；另一方面，雾霾天气中的PM2.5细颗粒物也严重影响了人们的身体健康，医院的呼吸道病人激增。环境污染问题日益引起公众和政府的重视，解决PM2.5细颗粒物污染的呼声越来越高。

国内研究结果表明，空气中的微细颗粒主要来源于机动车尾气、工业窑炉的烟尘排放、气态污染物的合成以及工地施工、物料运输过程造成的污染等方面，其中燃煤锅炉排放的PM2.5细颗粒物污染物约占34%。因此，如何解决燃煤锅炉排放的PM2.5细颗粒物污染是一个很重要的问题。

2 降低燃煤锅炉排放的PM2.5污染的途径

（1）降低燃煤锅炉除尘器出口的排放浓度

燃煤锅炉排放的烟尘粒径分布一般均呈正态分布形式，如某电厂烟尘粒径分布见图1。

图1 某电厂烟尘粒径分布图

从图1可看出，粒径小于10µm的粉尘累积量为32.78%，粒径小于2.5µm的粉尘累积量为16.13%。多次工程测定表明，不论哪种除尘器，当除尘效率在99.8%以上时，其排放的粉尘大都是细颗粒物。例如，表1是一台除尘器在现场的试验结果，其排放基本上是PM10以下的粉尘，且排放量越小，PM2.5的量越少。所以，要减少PM2.5的污染，首先应降低除尘器出口的粉尘排放浓度，使它小于10mg/Nm3或更低，为此，在滤料选择时要慎重，建议选用质地密实的水刺滤料，滤料标重应大于600g/m2或选用优质的PTFE覆膜滤料。

表1 某除尘器出口粉尘排放情况

必须指出，除尘器仅靠滤料的合理选择虽然也可以获得较低的排放，但设备阻力将大大增加，尤其当烟气的含尘浓度较高时更为突出。解决这个问题最好的方法是将微细颗粒在进入除尘器前进行凝并，使部分微细颗粒凝并成大颗粒。

（2）烟尘中的微细颗粒凝并形成大颗粒

使烟气中的微细颗粒凝并形成大颗粒，是减少PM2.5污染的有效途径。使微细颗粒凝并有多种方法，例如：电凝并、声波团聚、磁团聚、相变凝结长大、湍流团聚等，其中以电袋复合除尘技术在性能、成本和技术成熟程度方面最优。

图2所示是电袋复合除尘器的一种结构型式，即在一个箱体内，前端安装一短电场，后端安装滤袋场，烟尘从左端引入，首先经过电场区，尘粒在电场区荷电并有80%～90%粉尘被收集下来（发挥电除尘的优点，降低袋场负荷）。经过电场的烟气部分直接进入袋区，而另一部分烟气流向袋区下部再向上流入袋区[1]。烟气经滤袋外表面进入滤袋内腔，粉尘被阻留在滤袋外表面，纯净的气体从内腔流入上部的净气室，然后经提升阀进入排气烟道，从烟道排出。

图2 电袋复合除尘器结构图

烟气中的微细颗粒在电袋复合除尘器中能凝并成大颗粒有两个主要过程，一是微细颗粒（大多是非导电物质）在强电场力作用下发生极化，极化颗粒会产生凝并，由小颗粒变成大颗粒，“有电场”和“无电场”条件下颗粒的分布状态见图3，测定结果说明粉尘颗粒由于电场的极化作用而凝并；二是荷电粉尘沉积到滤袋表面后发生的凝并[2]（见图4、5）。

图3 颗粒分布状态

图4 无荷电粉层

图5 荷电粉层

3 实验室试验

过滤实验系统主要包括供气系统、气溶胶发生系统、荷电装置、滤料夹持装置、流量控制系统、抽气装置、颗粒采样系统等（见图6）。

图6 过滤实验系统

在荷电设备后的下部管道采集荷电与未荷电工况下的颗粒并进行激光粒径分析，结果如图7和图8所示。对比图7与图8，可以看到细颗粒物在荷电作用下有一定程度的聚并。

荷电前颗粒的体积平均粒径为96µm。荷电后颗粒的体积平均粒径为108µm。

图7 荷电前颗粒的粒径分布

图8 荷电后颗粒的粒径分布

由图7、8可看出，荷电前颗粒直径＜2.5µm的粉尘占3.13%，而荷电后颗粒直径＜2.5µm的粉尘占1.17%，由此可知，由于粉尘的静电凝并，颗粒直径＜2.5µm的粉尘减少了62%。

4 工程设备的测定

为了解电袋复合除尘器对烟气中的PM2.5细颗粒物的脱除效率，对5个电厂进行了测定。

测点位置见图9。

图9 测点位置

（1）除尘器前的测量方法

除尘器前颗粒物含量高，采用采样后称重的方法来获得颗粒物浓度及粒径分布，采样方法为基于源环境的采样。本次测量按照EPA标准中的EPA Method-17进行采样，在烟道内直接等速抽取烟气，过滤捕集颗粒物，采样系统如图10所示，主要分为三部分：1）采样枪，用于采集颗粒物，测量烟气流速和烟气温度；2）烟气清洗装置，用于清洗和干燥气体；3）泵及流量计等，用于提供负压抽气和测量气体流量。

图10 EPA Method-17的采样系统

采样系统采用自动采样颗粒物分析仪（AST-SI）（美国Thermo Andersen 公司）该系统符合EPA Method-5及EPA Method-17的相关要求，测量粒径范围为13µm以下，能够满足此次测量要求。其核心部件为Andersen颗粒物捕集器（Andersen 1958），如图11所示，主要包括不同口径的采样嘴，粗颗粒物预分离器和一个8级颗粒物分级粒径撞击器。该仪器能够精确控制气体采样流量，并通过更换采样嘴的口径以适应不同条件下等速采样的要求，具体选择依据其操作手册（Thermo Andersen 2001）中的说明。同时，该仪器可以实时存储采样过程中的烟气参数，带有防断电功能，自动化程度高，结构紧凑，方便现场颗粒物采样使用。撞击器内使用的滤膜为石英纤维膜，具有高捕集效率和高熔点（＞ 900℃）的特点。

图11 Andersen颗粒物捕集器

（2）除尘器后的测量方法

荷电低压撞击器（ELPI，见图12）可以实时测量粒径在10µm以下的颗粒物分布和粒数浓度。ELPI 可以应用在任何颗粒物分布范围很大并且要求快速反应的场合，包括燃烧时产生的颗粒研究，过滤器测试和一般的气溶胶研究。

ELPI冲击仪将颗粒物分级的精确性和电子测量的快速反应性有效结合在同一套装置上。在充电室里，给颗粒物充以精确的电荷数，当颗粒物撞击到收集板上时，用极高灵敏度的多通道电子测量仪实时测量电荷数。通过ELPI可以测量在宽粒径范围内的瞬时颗粒物粒径分布和浓度。

表2为在几个电厂中，电袋复合除尘器对PM2.5粉尘的脱除性能测定。

图12 荷电低压撞击器

表2 电厂PM2.5脱除情况测定汇总

从测定结果看，除尘器出口的PM2.5浓度有很大差别，这是由于不同煤种其粉尘的颗粒物粒径分布可能有很大差别，电场区的运行状态不同（运行阻力和清灰周期不同），滤袋区的滤料过滤速度不同，滤料的结构也不同，要搞清楚它们的规律，尚需作进一步的研究。

5 三种除尘器净化PM2.5的比较

目前，工业生产中普遍采用的高效除尘设备有电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器三种，电除尘器虽然在电场中有极化粉尘的凝并作用，但没有滤袋表面的荷电粉尘的粉尘凝并作用，流经袋除尘器的粉尘没有荷电，所以，没有发生粉尘的凝并。因此，这两种除尘器的PM2.5粉尘排放浓度均高于电袋复合除尘器。臧电宗等人曾对不同类型除尘器出口烟尘中PM2.5粉尘的含量进行测定，其结果见表3[3]。

表3 不同类型除尘器出口粉尘含量测定结果

6 结语

通过实验室试验和多个工程项目的测定，表明电袋复合除尘器对微细粉尘具有明显的凝并效果，其脱除率达96%以上，同时，在三种高效除尘器中（电除尘器、电袋复合除尘器、袋式除尘器），电袋复合除尘器脱除微细粉尘的效果最好。

必须指出，粉尘在电场中的凝并效果与场强大小和分布有很大关系，所以，电极结构和工作电压是很重要的因素，目前国内企业正在开展这方面的研究，以提高微细粉尘在电场中的凝并效果。

[1]黄炜，等.电袋复合除尘技术的试验研究[J].中国环保产业，2011，7.

[2]环保部科技标准司、中国环境科学学会主编.PM2.5污染防治知识问答[M]. 北京：中国环境出版社，2013.

[3]臧电宗，等.燃煤电厂除尘器分级效率测量及分析[J].中国电力，2012.