团聚剂性能研究及其在布袋除尘器中的应用

赵健飞　董淑玲

摘要：文章对燃煤烟气中的细颗粒物在化学团聚剂作用下的团聚行为进行了实验研究，检验了团聚剂种类、团聚剂浓度、温度等因素对其团聚性能的影响。结果表明：非离子型的团聚剂KGM和LBG对燃煤颗粒团聚效果显著，团聚剂浓度越大、温度越高，对颗粒物的团聚作用越强，布袋除尘器滤尘效果越好。

关键词：燃煤电厂；细颗粒物；布袋除尘器；化学团聚剂；团聚行为 文献标识码：A

中图分类号：TK223 文章编号：1009-2374（2016）07-0074-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.038

PM2.5是导致雾霾天气的主要原因，已经成为我国主要的大气环境问题。PM2.5的面积大、颗粒细微、难以捕集。有数据统计表明，国内大气检测中悬浮颗粒物质约有40%是源于电厂燃煤。虽然现有除尘技术及设备的除尘效率相当优异，能够实现99%以上的除尘，但大部分的细颗粒物质（即PM1、PM2.5）还是没有被去除，而是直接排放入大气中。这些细颗粒物质通常携带有各种重金属及化学致癌物质，现有的除尘设备及技术不能对其有效控制，它们很容易被人体摄入后累积，从而严重损害健康，导致肿瘤及癌症等疾病高发。当然，毋庸置疑，这些细颗粒物质也是致使全球气候变异、烟雾灾害事件频发和臭氧层空洞扩大等严重的环境危机的重要因素。

经过一些尝试及借鉴国际上发达国家的经验，现行的控制燃煤燃烧所产生的细颗粒物质排放技术有很多，化学团聚技术就是其中之一，且表现较为优异。它的优势在于，既不需要大规模重新部署设计现有设备，又不需要改变现有生产条件及除尘设备操作的技术参数，就能够非常有效地促使燃煤细颗粒物质团聚，达到多种污染物质协同被去除的目的。

化学团聚技术的基本原理及核心是，在燃区的后区在除尘设备前投入团聚剂，喷入的团聚剂液滴和细颗粒物质之间自然产生的碰撞、吸附搭桥等多种形式，进而促使细颗粒物质凝聚变大，这样现有设备及技术就能99%以上有效去除细颗粒物（即PM1、PM2.5）。本篇文章针对细颗粒物质的特性，研究了团聚剂的不同种类、团聚剂含量、温度等多方面对细颗粒物质进行团聚的不同影响，以期寻找出适合在布袋除尘器上运用的化学团聚剂。

1 实验方法

首先：（1）采集燃煤电厂中的静电除尘器的灰斗中的细颗粒物质样品，并采用密封的方式保存备用；（2）选用使用频率较高的4种有机高分子化合物团聚剂，即KC（相对分子质量20万以上）、XTG（相对分子质量为2×106～2×107）、LBG（相对分子质量约为30万）和KGM（水凝胶状多糖、非离子型、高分子量），掺杂一定量活性剂物质，配制成为溶液备用。

其次：（1）混合：混合细颗粒物质（收集自燃煤排放物）与预热的空气，以模拟烟气的方式输送到团聚室；（2）喷入，即把平均直径25μm左右的雾滴喷入到团聚室，雾滴是由团聚剂、溶液通过加压空气作用雾化而成；（3）团聚反应，即团聚剂与细颗粒物质在模拟烟道环境中发生相互作用；（4）去除，即细颗粒物质在团聚剂作用下变大，进而被当前的布袋除尘系统轻松捕获。

最后，对除尘布袋中采集到的颗粒物的样品，进行一般外观显微特征观察，进一步使用烟气专用分析仪分析除尘后的烟气排放浓度。

2 结果与分析

2.1 细颗粒物微观研究

试验中所收集到电厂的细颗粒物质样品所含化学成分如表1（其中总含量之和大于70%的是SiO2、Fe2O3和Al2O3，这是常见的飞灰F类）所示：

由图1可见，大部分飞灰颗粒球形度较圆滑，粒度分散不均，较小值介于1～10μm范围内。经研究得出，粒径不超过4.5μm的颗粒，外形大致为球形。这样，即使静电除尘设备除尘效率高达99%，但其对PM2.5吸附的效率也只有90%，其他除尘器的效果更差，所以飞灰含有的球形细颗粒物质是团聚技术脱除的重点目标之一。

2.2 团聚技术在不同温度下的效果

由于在团聚反应过程中，团聚剂水滴被烟气预热，温度逐步上升，所以我们必须考虑到温度因素对飞灰团聚结果的干扰。

由图2可知，当温度从60℃逐渐上升到80℃时，飞灰的颗粒直径排布未产生显著变化；但当温度由80℃增加到100℃时，小于PM10的小颗粒物质含量从最大值1.9%下降到1.5%，同时200μm大小的大颗粒物质占有量最大值从4.8%增加到5.2%。

由图3可见，在误差在不大的范围内，随着加热团聚剂温度从60℃增加至100℃时，PM2.5的单位体积含量先下降然后又增加，PM10的体积含量是逐渐减少的。由此可见，温度增加后，KC的活性增强，导致团聚剂液滴和细粒物质的凝聚力变大，KC对细粒物质整体的凝聚效果增大，但其对PM2.5和PM10影响不大。

2.3 团聚剂的浓度对飞灰颗粒的影响

团聚剂浓度对煤炭燃烧的飞灰颗粒凝聚性能有较大的影响。

从图4可见，飞灰颗粒随KC浓度的增大，峰值在200μm左右大颗粒比例渐渐增加，但是小于PM10的小颗粒却逐渐减小。KC的浓度分别为0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L时，较大颗粉尘物质峰值依次分别为3.8%、4.6%和5.2%。KC的含有量变多，团聚剂与飞灰颗粒接触的几率就大，进而比较容易使较多小颗粒凝聚成为大颗粒。

从图5可见，当KC的含量增加时，PM2.5及PM10占有量就显著变少；但当KC的浓度从0.2g/L增加到0.3g/L时，PM2.5及PM10的含量就稍有增加。总而言之，KC的含量越多，促使细颗粒物质凝聚的效果就越加显著。当然，出于成本的考虑，实际工程应用时肯定要考虑最经济的团聚剂浓度。

2.4 不同类型团聚剂的效果

由于其分子链结构及效果不一样，不同类型的高分子化合物团聚剂对于燃烧产生的颗粒物也有着不同的团聚作用。

通过图6可以看出，在团聚剂质量浓度为0.2g/L的条件下，未加团聚剂时，颗粒物质式样在水中表现为双峰分布，最大值分别位于3μm和20μm，放入不同团聚剂后，颗粒直径有明显变化，峰值粒径显著增高。两种团聚剂KC和XTG，其直径的分布依旧为双峰分布，但两个最大值的粒径分别增加到10μm和300μm左右；关于团聚剂KGM和LBG，凝聚后颗粒直径的分布仅出现了单个峰值，在70μm左右。

通过图7可见，添加多种团聚剂后，飞灰粒物中PM2.5和PM10分别都有不同程度的减少，其中团聚剂LBG效果较显著，团聚剂KGM其次。

3 结语

（1）相同条件下，随着温度的升高，团聚剂团聚细微颗粒的效果越好；（2）相同条件下，随着浓度增大，团聚剂吸附细微颗粒的的效果越好；（3）相同条件下，团聚剂KGM和LBG对PM2.5和PM10的团聚效果较好，用于布袋除尘中能增强对PM2.5的过滤能力。

参考文献

[1] 隋建才，徐明厚，丘纪华，等.燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理[J].化工学报，2006，（7）.

[2] 赵永椿.煤燃烧矿物组合演化及其与重金属相互作用机制的研究[D].华中科技大学，2008.

[3] 刘建忠，张光学，周俊虎，等.燃煤细灰的形成及微观形态特征[J].化工学报，2006，（12）.

作者简介：赵健飞（1972-），男，北京赫宸环境工程股份有限公司工程师，研究方向：大气污染治理和规划设计；董淑玲（1975-），女，北京赫宸环境工程股份有限公司高级工程师，研究方向：机械自动化。

（责任编辑：王 波）