袋式除尘技术对PM2.5控制的探讨

陈隆枢

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430080）

2013年初，我国遭受了大范围雾霾天气影响，空气质量明显下降，雾霾面积达130万平方公里。从1月28日起，我国中东部地区受雾霾天气影响逐渐扩大，北京、天津、石家庄、济南等城市空气质量为六级，属严重污染；郑州、武汉、西安、合肥、南京、沈阳、长春等城市空气质量为五级，属重度污染。其中，武汉市1月空气污染天数达30天。这种“十面霾伏”的状况引发了全民对空气污染的极大关注。

霾对人体健康极为有害，吸入人的呼吸道后，严重时会致死。钟南山院士说，雾霾天气对人的危害比非典还厉害。因此，我国的大气污染治理迫在眉睫。

1 中国需要最严格的大气污染物排放标准

形成霾的原因有多种，毫无疑问，其中PM2.5是主要原因。阴霾与轻雾、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟雾等天气现象一样，都是因浮游在空中大量极微细的尘粒或烟粒等所致。权威人士指出：出现如此严重雾霾，最根本原因是污染物排放的增加；其次是大气自净能力的衰减。

PM2.5由以下几种方式产生：1）人为源或自然源直接以固态形式排出一次颗粒物；2）在高温状态下以气态形式排出，在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次可凝结颗粒物（condensable particles）；3）由气态的SO2、NOx和挥发性有机物（VOC）等前体物，通过大气均相或非均相成核而形成二次颗粒物。

减少污染源，削减大气污染物排放是解决雾霾的根本之道。关于大气颗粒物和复合污染控制，国际上较多采取以下做法：

（1）较好地掌握大气颗粒物与复合污染形成及相互影响规律。

（2）在上述基础上，准确识别对大气颗粒物形成有主要贡献的重要污染源和关键污染物。

（3）通过对关键污染物空气质量标准的制定与实施，推动对重要污染源排放标准的制定与实施。

（4）推动相关控制技术的研发和控制计划的实施。

长期以来，我国一直执行宽松的环保标准，不但与发达国家有相当大的差距，甚至低于一些发展中国家，而且存在一些环保法规因疏于监管而执行不到位的情况。其结果是环境质量状况出现了“局部有所改善，整体仍在恶化”的局面。

当大气环境污染严重超标时，行政管理部门有时候会发布一些强制性的命令。例如，在最近的雾霾事件中，根据《关于北京市空气重污染日应急方案》，北京共有58家企业实现了停产，以全部切断污染源；41家企业降低生产负荷以减少污染，实现30%以上的污染减排；强联水泥、平谷水泥二厂等均实现全部停产，水泥行业也实现了30%以上的减排。这些措施虽然有一定效果，但毕竟只是临时性的，而且只能治标而不能治本。

为了实现“减少污染源，削减大气污染物”这一“解决雾霾的根本之道”，必须进一步严格大气排放标准。

在最近的十年中，我国一再修订大气污染物排放标准，从排放限值来看，已经接近欧美发达国家的水平。但从另外的角度考虑，则与控制PM2.5的要求差距甚远。

我国以煤炭为主要能源，而且在今后很长时期内，能源结构不可能发生根本性的变化，煤炭产量逐年不断攀升。2002年我国煤炭产量为13.8亿吨，2012年增长到36.5亿吨，为十年前的2.6倍。2011年我国煤炭消耗量即占全球当年煤炭总产量的46%，大部分用于发电或作为工业和民用燃料。

世界陆地总面积为1.49亿平方公里，除去无人居住的南极洲面积1400万平方公里，在其余的1.35亿平方公里面积中，中国国土只占7.1%。面对这样的现实，如果我国大气污染物排放限值与其他国家相同，按每平方公里国土面积计算的燃煤烟尘量将是世界平均值的6.48倍。

考虑到经济发展的不均衡性，在我国的局部区域，大气污染物的平均数量将更高。环境保护部吴晓青副部长指出，京津冀、长三角、珠三角三个区域，国土面积仅占我国国土面积的8%左右，却消耗全国42%的煤炭，52%的汽、柴油；生产全国55%的钢铁，40%的水泥；SO2、NOx和烟尘排放量均占全国的30%，单位平方公里的污染物排放量5倍于其他地区。既加剧了PM2.5的排放，更加重了霾的形成。这些地区每年出现霾的天数在100天以上，个别城市甚至超过200天。

我国排放大气污染物的一些重点行业也在全球占据显著地位：自2002年以来，中国10种有色金属产量一直居世界第一；2011年我国粗钢产量占世界产量的45.5%；水泥行业的情况更为突出，2011年产量占据全球产量的60%左右。按此计算，平均每平方公里国土所容纳的水泥行业烟（粉）尘量是世界平均值的8.45倍。

上述情况表明，仅仅满足于大气污染物排放限值接近或等同于发达国家的水平，远远不能达到治理我国大气污染的目标。因此我国需要更低的排放限值、更加严格的大气污染物排放标准，而且在该标准中应包括PM2.5的排放指标。

对于制订严格的环保标准，有人担心会增加企业负担，阻碍经济发展。应当看到，严重的雾霾给社会经济造成的巨大损失远远大于污染治理所需的费用，大气污染已经成为了经济发展的严重阻碍。为了应对严重污染事件而强制企业停产，仅一条现代化的水泥生产线停产一天，将会减少产量数千吨到一万多吨，经济损失即达数百万元。还有通过人工降雨等措施来消除污染，气象专家认为“既不经济也不现实”。根据已有的科技水平，人工降雨消雾只能在局部的很小范围内进行，并且时间短暂，效果也不明显，况且，动辄数千万的花费也难以承受。因而不能在继续承受严重污染带来巨大损失的同时，再花费高昂代价去采取一些治标不治本的临时措施，应该尽快制定世界最严格的环保法规，并严加监管，以换取我国大气环境的根本好转。

2 袋式除尘技术是削减污染物排放的主力军

严格的环保标准需要高效的环保技术作为保障。袋式除尘能为最严格的标准提供最可靠的技术支撑，是减少大气污染物排放的主力军。在20世纪的最初10年中，我国两次修订大气污染物排放标准，得益于袋式除尘技术的有力支持，对削减污染物排放发挥了重大作用。

在各类除尘技术中，袋式除尘器技术具有最高的除尘效率。在产生粉尘或烟尘的各个行业中，凡采用袋式除尘技术的系统，其固体颗粒物排放浓度普遍稳定在30mg/Nm3以下，远远低于采用其他除尘技术。净化燃煤锅炉烟气的袋式除尘系统大部分排放浓度在20～30mg/Nm3，有许多低于10mg/Nm3；净化高炉煤气和水煤气的袋式除尘系统则全部在5～10mg/Nm3；用于垃圾焚烧发电厂的袋式除尘系统，更获得了排放浓度为低于5mg/Nm3的效果。

需要说明的是，排放浓度远低于国家排放限值的那些袋式除尘系统，都是采用了目前常规的袋式除尘设备、滤料、控制系统和运行参数。这说明，目前的袋式除尘技术可以支持排放限值更低的环保标准。之所以还有一部分袋式除尘系统不尽人意，除了少量以次充好、假冒伪劣产品因素之外，主要是在对袋式除尘技术的理解、对相关标准和规范的遵循、制作和安装质量的把握、运行管理的到位与否等方面出现问题，而不在袋式除尘技术本身。

在控制PM2.5方面，虽然目前尚未大量进行专项研究，但现有的袋式除尘技术对微细粒子已经达到相当高的捕集效率。对覆膜滤料的测试表明，该种滤料对0.01～1.0μm粉尘的分级捕尘率可达97%～99%，总捕尘率可达99.999%，比未覆膜的滤料要高一个数量级。

超细面层滤料对于微细粒子也有很好的捕集效果。国内自主研发的赛膜高精滤料，由纤度为0.08旦的超细纤维针刺而成，并进行特殊的后处理。与纤度2.2旦的普通纤维制成的针剌毡相比，具有更细、更加均匀的孔隙，有更高的孔隙率，对微细粒子的捕集效果与覆膜滤料相当。

水刺是一种新的滤料制造工艺，由极细的高压水柱形成水针，其直径比针刺工艺所用刺针要细，所以水刺毡几乎没有针孔，表面比针刺毡更光洁、平整。水刺毡滤料具有更高的过滤精度，对PM2.5能获得更好的捕集效果。由于水刺不会损伤纤维，可降低滤料的标重而不影响其性能，并可使用玻纤织物作为基布，从而降低滤料成本。某公司采用水刺工艺将一层枝状超细PTFE纤维复合在各种基材（织物或针刺毡）上，成功开发出高性能滤料，已在许多垃圾焚烧炉等烟气净化工程中应用，效果良好。

在实际工程中，袋式除尘器对微细粒子也有很好的捕集效果。有研究者对两台燃煤锅炉进行了除尘效果测试。锅炉1为煤粉炉，额定蒸发量为670t/h；锅炉2为链条炉，额定蒸发量为90t/h。两台炉均采用脉冲袋式除尘器、PPS针剌毡滤袋。分别测试了两个除尘系统的除尘效果，也测试了对微细粒子的捕集性能。

结果表明：锅炉1烟尘排放浓度为18mg/Nm3，锅炉2为27mg/Nm3；锅炉1的PM2.5的排放浓度为1.2mg/Nm3，锅炉2为3.5mg/Nm3。1号炉袋式除尘器对PM10、PM2.5和PM1.0的捕集效率也很高，均在99.5%以上；而2号炉袋式除尘器对上述颗粒物的捕集效率相对较低，在90%左右。

在气态污染物的减排方面，袋式除尘技术发挥着不可替代的作用。依靠袋式除尘系统实现了电解铝含氟烟气的净化；对于工业过程中产生的沥青烟气，最有效的净化方法是以粉尘吸咐并以袋式除尘器分离。

试验结果表明，在半干法脱硫中，采用袋式除尘器比采用电除尘器可提高脱硫效率约10个百分点。滤袋表面的粉尘层含有未反应的脱硫剂，相当于“固定床”的作用。若滤袋表面粉尘层厚度为20mm，过滤风速为0.8～1m/min，则含尘气流通过粉尘层的时间为1.2～1.5s，显著延长了脱硫反应时间，从而提高了脱硫效率。

对于垃圾焚烧烟气的净化，袋式除尘是唯一有效的除尘技术。垃圾焚烧烟气所含的二英等多种有害气体，是依靠袋式除尘器的“固定床”特性而去除。一种新净化技术是令袋式除尘器的滤料上附着催化剂，促使二英分解。

3 袋式除尘技术的进一步提升

为了适应未来更加严格的环保标准，为了更有效控制PM2.5的排放，袋式除尘技术需要从现有较为粗放的过滤向“精细过滤”的方向提升。

（1）高效捕集PM2.5的“精细过滤”材料

研制耐高温、耐腐蚀的超细纤维（海岛纤维、纳米纤维等），在此基础上开发超细面层滤料（梯度滤料）。

水刺滤料工艺有待进一步成熟，应充分发挥其优越性，研制多种能有效控制PM2.5的水刺滤料。

覆膜滤料需要进一步提高膜的质量稳定性以及贴膜牢度，解决在应用过程中薄膜易受损的问题。

（2）微细粉尘预荷电技术与装置

通过使微细粒子荷电，提高滤袋对其的捕集效率，并导致滤袋表面粉尘层的疏松化，从而降低设备阻力。

使粉尘预荷电并保持所携带的电荷，是电袋复合的根本。预荷电装置应有良好的荷电能力。袋式除尘器的结构也须适应预荷电技术，防止粉尘携带电荷的丢失。不要求预荷电装置具有捕集粉尘的功能，因为现代的袋式除尘技术完全具备直接处理高含尘浓度气体的能力，并使出口粉尘浓度远低于国家排放限值，以及保持较低的设备阻力，不需要增添预除尘装置。

（3）“精细”清灰装置与清灰制度

从脉冲喷吹装置和清灰制度的改进入手，针对粉尘的不同性质、不同粒度，实现清灰强度的“精细化”，既保持较低的设备阻力，又不致清灰过度而破坏对微细粉尘的捕集效果。

清灰制度向“离散”和“跳跃”的方向发展，以减少清灰时粉尘的再次附着。

4 结语

减少污染源，削减大气污染物排放是解决雾霾的根本之道。我国大气污染物排放量占据世界半壁江山，甚至更多，但国土面积只及世界有人居住陆地面积的7.1%，因此需要最严格的大气污染物排放标准，并严加监管。

袋式除尘能为最严格的排放标准提供可靠的技术支撑。在各类除尘技术中，袋式除尘器技术能实现最低的排放浓度，是削减大气污染物排放的主力军。

袋式除尘技术对于微细粒子已有很高的捕集效率。为了有效控制PM2.5，袋式除尘技术还须进一步提升，向“精细过滤”方向发展。主要从“精细”过滤材料、预荷电技术与装置、“精细”清灰装置与清灰制度等方面进行研究与开发。■