袋式除塵器在國電九江電廠的應用及其對PM2.5的脫除分析

楊傳遍，袁竹林，楊林軍，楊宏旻，鮑靜靜 (.南京龍源環(huán)保有限公司，江蘇 南京 00；.東南大學 能源與環(huán)境學院，江蘇 南京 0096；.南京師范大學 能源與機械工程學院，江蘇 南京 004)

0 引言

目前，火電廠煤粉爐的除塵方式主要為電除塵和袋式除塵兩種，隨著對粉塵排放限制的不斷提高，袋式除塵器的使用比例有所增加，“電改袋”或“電袋結合”的工程項目也隨之增多[1-7]。另外，隨著火力發(fā)電“上大壓小”政策的實施，袋式除塵器日趨大型化，袋式除塵對我國空氣質量的保證發(fā)揮著重要作用。近年來，由于霧霾天氣的增多和加重，PM2.5對環(huán)境空氣質量的影響引起了社會的廣泛關注。

南京龍源環(huán)保有限公司研發(fā)了旋轉式低壓脈沖袋式除塵器，為了研究該袋式除塵器前后相關污染物的排放情況及其對PM2.5的脫除性能，以國電九江發(fā)電廠“上大壓小” 擴建工程2×660MW超超臨界燃煤機組為實例，在2013年7月由東南大學、南京師范大學專門針對袋式除塵器進出口煙氣中PM2.5、汞、SO3及其他氣態(tài)污染物濃度的變化進行了現(xiàn)場測試，本文將對測試結果進行介紹和分析。

1 袋式除塵器進出口粉塵濃度

按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157-1996)規(guī)定，采用WJ-60B型煙塵采樣器分別在袋式除塵器進、出口煙道中采集樣品，測試袋式除塵器進出口煙氣中的粉塵濃度，結果見表1。為減小測試誤差、除塵器進出口均采集兩個樣品進行測試，取平均值。

從表1中可以看出，袋式除塵器的除塵效率可達99.9%，出口煙氣中粉塵濃度僅為7.95mg/m3，遠低于《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)規(guī)定的30mg/m3，滿足環(huán)保要求。

表1 袋式除塵器進出口粉塵濃度測試結果

項 目進口出口樣品1樣品2樣品1樣品2粉塵濃度/mg·m-3761877127．508．40平均值/mg·m-376657．95

2 袋式除塵器進出口煙氣中PM2.5濃度及其粒徑分布

袋式除塵器進出口煙氣中PM2.5濃度與粒徑分布采用芬蘭Dekati公司電稱低壓沖擊器(Electrical Low Pressure Impactor，ELPI)實時在線測量。為避免煙氣中的水汽在ELPI沖擊盤上凝結而對測量結果造成影響，對采樣系統(tǒng)進行保溫處理，并用經空氣加熱器加熱的高溫凈化氣作為稀釋氣[8]。

2.1 袋式除塵器進口

袋式除塵器進口煙氣中PM2.5數量濃度和質量濃度見圖1。從圖1可以看出，測試約7min后煙氣中PM2.5數濃度和質量濃度趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時其數量為1.8×106個/cm3，質量濃度為250mg/m3左右。為進一步獲得袋式除塵器進口PM2.5數量和質量濃度粒徑分布情況，對圖1中穩(wěn)定段所測濃度分布數據進行分析，結果見圖2。

圖1 除塵器進口煙氣中PM2.5濃度測試結果

圖2 袋式除塵器進口煙氣中PM2.5濃度分布

可見，從數濃度角度分析，進口煙氣中細顆粒呈單峰分布，峰值粒徑約為0.15m，主要以亞微米級細顆粒為主；但從質量濃度分布來看，呈雙峰分布，峰值粒徑分別位于約0.2m、2.0m處，微米級及接近10m的較粗顆粒占較高比例，這主要是由于顆粒物密度一定時，其質量隨粒徑呈三次方增加，因此PM2.5質量濃度主要集中于較大粒徑的微米級顆粒。

2.2 袋式除塵器出口

圖3和圖4分別為九江電廠袋式除塵器出口煙氣中PM2.5濃度及粒徑分布結果，PM2.5數濃度和質量濃度分別約為1.5×104～2.5×104個/cm3和0.5～1.0mg/m3，與除塵器進口相比，PM2.5數濃度和質量濃度均顯著降低，這說明袋式除塵器可有效脫除煙氣中的PM2.5，其對PM2.5數濃度和質量濃度脫除效率可分別高達98.9%和99.7%。

圖3 袋式除塵器出口煙氣中PM2.5濃度測試結果

圖4 袋式除塵器出口煙氣中PM2.5濃度分布

對比袋式除塵器進出口煙氣中PM2.5濃度分布可以發(fā)現(xiàn)，與袋式除塵器進口煙氣中PM2.5數濃度分布相比，袋式除塵器出口煙氣中PM2.5數濃度分布仍呈單峰分布，但粒徑分布曲線明顯向小粒徑方向偏移，峰值粒徑降至0.02m左右，這主要是因為袋式除塵器對顆粒物的分級脫除效率隨粒徑減小而降低，導致粒徑較小的超細顆粒不能被有效捕集而隨袋式除塵器出口煙氣排放。

袋式除塵器對PM2.5的分級脫除效率曲線如圖5所示?？梢钥闯?，袋式除塵器對多數粒徑段的細顆粒物數濃度和質量濃度分級脫除效率均較高，僅有粒徑較小的兩級超細顆粒分級脫除效率較低；這是由于袋式除塵器主要通過慣性碰撞、擴散和截留等機理捕集顆粒物，粒徑越小，捕集效果越不明顯，從而造成這些超細顆粒難以被袋式除塵器有效捕集并脫除；隨粒徑增大，顆粒物分級脫除效率明顯增加并趨于平緩。

圖5 袋式除塵器對PM2.5的分級脫除效率

3 煙氣成分測試

袋式除塵器進出口煙氣中各組分測試結果如表2所示?？梢钥闯?，袋式除塵器進出口煙氣中SO2、NO、NO2、O2、SO3、氯化物、單質汞、二價汞等氣態(tài)組分基本沒有變化，而煙氣中顆粒態(tài)汞濃度明顯降低，以致出口煙氣中無法檢測到顆粒物樣品。這是由于PM2.5具有較大的比表面積，容易吸附汞等重金屬，使這部分被吸附的汞以顆粒態(tài)存在。如上所述，袋式除塵器對煙氣中PM2.5具有較好的脫除效果；因此，這些富集在超細顆粒物表面的顆粒態(tài)汞在PM2.5被袋式除塵器捕集的同時也被有效脫除。

表2 煙氣組分測試結果

項 目袋式除塵器進口袋式除塵器出口SO2/mg·m-3654638SO3/mg·m-3109．7101．8NO/mg·m-380．175．5NO2/mg·m-320．520．2O2/%6．87．1HCl等/mg·m-315．515．0入爐煤樣汞含量/ng·m-3141．4Hg0/μg·m-31012Hg2+/μg·m-3129煙氣中灰樣汞含量10．2未采集到灰樣除塵器底灰汞含量/ng·m-314．8Hgp/μg·m-30．0019未采集到灰樣進出爐總汞平衡匯算/%-7．66-11．85

另外，煙氣中汞主要以氣態(tài)形式存在，其中氣態(tài)單質汞和二價汞含量相當，而富集在顆粒物表面的顆粒態(tài)汞含量很少，如除塵器進口煙氣中顆粒態(tài)汞含量僅為0.0019μg/m3，僅占總汞的0.0086%。對袋式除塵器進出口分別進行了汞的質量平衡測算。由于汞平衡計算中誤差受到多種因素影響，包括給煤量、煙氣流速的波動及取樣測量的誤差等，很難估算每種因素引起的誤差，因此認為質量平衡誤差小于±30%均可接受。表2中除塵器進出口汞質量平衡的誤差均小于15%，這說明本次測量過程中各種形態(tài)汞的測試結果準確性較好。

4 結語

我國作為世界上最大的煤炭生產國和消費國，主要依靠煤炭發(fā)電的局面在較長時期內不會改變，袋式除塵器作為抑制火力電站PM2.5排放的主要技術設備的局面在較長時期內也不會改變，因此挖掘袋式除塵的技術潛力，提高現(xiàn)有袋式除塵器的除塵性能，對減少PM2.5排放的是一條投資小、見效快的技術途徑，而基于具有高過濾效率的鍍膜布袋濾料和先進脈沖噴吹清灰方式的研發(fā)，以及計算機數值模擬技術的大型袋式除塵器內部流場的調節(jié)與優(yōu)化，可使除塵器的設計方案更加科學合理，除塵器的工作性能更加可靠，濾袋壽命得到顯著提高，是一種提高袋式除塵器性能的有效手段。

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