團聚劑性能研究及其在布袋除塵器中的應(yīng)用

趙健飛　董淑玲

摘要：文章對燃煤煙氣中的細顆粒物在化學(xué)團聚劑作用下的團聚行為進行了實驗研究，檢驗了團聚劑種類、團聚劑濃度、溫度等因素對其團聚性能的影響。結(jié)果表明：非離子型的團聚劑KGM和LBG對燃煤顆粒團聚效果顯著，團聚劑濃度越大、溫度越高，對顆粒物的團聚作用越強，布袋除塵器濾塵效果越好。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；細顆粒物；布袋除塵器；化學(xué)團聚劑；團聚行為 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2016）07-0074-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.038

PM2.5是導(dǎo)致霧霾天氣的主要原因，已經(jīng)成為我國主要的大氣環(huán)境問題。PM2.5的面積大、顆粒細微、難以捕集。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，國內(nèi)大氣檢測中懸浮顆粒物質(zhì)約有40%是源于電廠燃煤。雖然現(xiàn)有除塵技術(shù)及設(shè)備的除塵效率相當(dāng)優(yōu)異，能夠?qū)崿F(xiàn)99%以上的除塵，但大部分的細顆粒物質(zhì)（即PM1、PM2.5）還是沒有被去除，而是直接排放入大氣中。這些細顆粒物質(zhì)通常攜帶有各種重金屬及化學(xué)致癌物質(zhì)，現(xiàn)有的除塵設(shè)備及技術(shù)不能對其有效控制，它們很容易被人體攝入后累積，從而嚴(yán)重損害健康，導(dǎo)致腫瘤及癌癥等疾病高發(fā)。當(dāng)然，毋庸置疑，這些細顆粒物質(zhì)也是致使全球氣候變異、煙霧災(zāi)害事件頻發(fā)和臭氧層空洞擴大等嚴(yán)重的環(huán)境危機的重要因素。

經(jīng)過一些嘗試及借鑒國際上發(fā)達國家的經(jīng)驗，現(xiàn)行的控制燃煤燃燒所產(chǎn)生的細顆粒物質(zhì)排放技術(shù)有很多，化學(xué)團聚技術(shù)就是其中之一，且表現(xiàn)較為優(yōu)異。它的優(yōu)勢在于，既不需要大規(guī)模重新部署設(shè)計現(xiàn)有設(shè)備，又不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)條件及除塵設(shè)備操作的技術(shù)參數(shù)，就能夠非常有效地促使燃煤細顆粒物質(zhì)團聚，達到多種污染物質(zhì)協(xié)同被去除的目的。

化學(xué)團聚技術(shù)的基本原理及核心是，在燃區(qū)的后區(qū)在除塵設(shè)備前投入團聚劑，噴入的團聚劑液滴和細顆粒物質(zhì)之間自然產(chǎn)生的碰撞、吸附搭橋等多種形式，進而促使細顆粒物質(zhì)凝聚變大，這樣現(xiàn)有設(shè)備及技術(shù)就能99%以上有效去除細顆粒物（即PM1、PM2.5）。本篇文章針對細顆粒物質(zhì)的特性，研究了團聚劑的不同種類、團聚劑含量、溫度等多方面對細顆粒物質(zhì)進行團聚的不同影響，以期尋找出適合在布袋除塵器上運用的化學(xué)團聚劑。

1 實驗方法

首先：（1）采集燃煤電廠中的靜電除塵器的灰斗中的細顆粒物質(zhì)樣品，并采用密封的方式保存?zhèn)溆茫唬?）選用使用頻率較高的4種有機高分子化合物團聚劑，即KC（相對分子質(zhì)量20萬以上）、XTG（相對分子質(zhì)量為2×106～2×107）、LBG（相對分子質(zhì)量約為30萬）和KGM（水凝膠狀多糖、非離子型、高分子量），摻雜一定量活性劑物質(zhì)，配制成為溶液備用。

其次：（1）混合：混合細顆粒物質(zhì)（收集自燃煤排放物）與預(yù)熱的空氣，以模擬煙氣的方式輸送到團聚室；（2）噴入，即把平均直徑25μm左右的霧滴噴入到團聚室，霧滴是由團聚劑、溶液通過加壓空氣作用霧化而成；（3）團聚反應(yīng)，即團聚劑與細顆粒物質(zhì)在模擬煙道環(huán)境中發(fā)生相互作用；（4）去除，即細顆粒物質(zhì)在團聚劑作用下變大，進而被當(dāng)前的布袋除塵系統(tǒng)輕松捕獲。

最后，對除塵布袋中采集到的顆粒物的樣品，進行一般外觀顯微特征觀察，進一步使用煙氣專用分析儀分析除塵后的煙氣排放濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 細顆粒物微觀研究

試驗中所收集到電廠的細顆粒物質(zhì)樣品所含化學(xué)成分如表1（其中總含量之和大于70%的是SiO2、Fe2O3和Al2O3，這是常見的飛灰F類）所示：

由圖1可見，大部分飛灰顆粒球形度較圓滑，粒度分散不均，較小值介于1～10μm范圍內(nèi)。經(jīng)研究得出，粒徑不超過4.5μm的顆粒，外形大致為球形。這樣，即使靜電除塵設(shè)備除塵效率高達99%，但其對PM2.5吸附的效率也只有90%，其他除塵器的效果更差，所以飛灰含有的球形細顆粒物質(zhì)是團聚技術(shù)脫除的重點目標(biāo)之一。

2.2 團聚技術(shù)在不同溫度下的效果

由于在團聚反應(yīng)過程中，團聚劑水滴被煙氣預(yù)熱，溫度逐步上升，所以我們必須考慮到溫度因素對飛灰團聚結(jié)果的干擾。

由圖2可知，當(dāng)溫度從60℃逐漸上升到80℃時，飛灰的顆粒直徑排布未產(chǎn)生顯著變化；但當(dāng)溫度由80℃增加到100℃時，小于PM10的小顆粒物質(zhì)含量從最大值1.9%下降到1.5%，同時200μm大小的大顆粒物質(zhì)占有量最大值從4.8%增加到5.2%。

由圖3可見，在誤差在不大的范圍內(nèi)，隨著加熱團聚劑溫度從60℃增加至100℃時，PM2.5的單位體積含量先下降然后又增加，PM10的體積含量是逐漸減少的。由此可見，溫度增加后，KC的活性增強，導(dǎo)致團聚劑液滴和細粒物質(zhì)的凝聚力變大，KC對細粒物質(zhì)整體的凝聚效果增大，但其對PM2.5和PM10影響不大。

2.3 團聚劑的濃度對飛灰顆粒的影響

團聚劑濃度對煤炭燃燒的飛灰顆粒凝聚性能有較大的影響。

從圖4可見，飛灰顆粒隨KC濃度的增大，峰值在200μm左右大顆粒比例漸漸增加，但是小于PM10的小顆粒卻逐漸減小。KC的濃度分別為0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L時，較大顆粉塵物質(zhì)峰值依次分別為3.8%、4.6%和5.2%。KC的含有量變多，團聚劑與飛灰顆粒接觸的幾率就大，進而比較容易使較多小顆粒凝聚成為大顆粒。

從圖5可見，當(dāng)KC的含量增加時，PM2.5及PM10占有量就顯著變少；但當(dāng)KC的濃度從0.2g/L增加到0.3g/L時，PM2.5及PM10的含量就稍有增加。總而言之，KC的含量越多，促使細顆粒物質(zhì)凝聚的效果就越加顯著。當(dāng)然，出于成本的考慮，實際工程應(yīng)用時肯定要考慮最經(jīng)濟的團聚劑濃度。

2.4 不同類型團聚劑的效果

由于其分子鏈結(jié)構(gòu)及效果不一樣，不同類型的高分子化合物團聚劑對于燃燒產(chǎn)生的顆粒物也有著不同的團聚作用。

通過圖6可以看出，在團聚劑質(zhì)量濃度為0.2g/L的條件下，未加團聚劑時，顆粒物質(zhì)式樣在水中表現(xiàn)為雙峰分布，最大值分別位于3μm和20μm，放入不同團聚劑后，顆粒直徑有明顯變化，峰值粒徑顯著增高。兩種團聚劑KC和XTG，其直徑的分布依舊為雙峰分布，但兩個最大值的粒徑分別增加到10μm和300μm左右；關(guān)于團聚劑KGM和LBG，凝聚后顆粒直徑的分布僅出現(xiàn)了單個峰值，在70μm左右。

通過圖7可見，添加多種團聚劑后，飛灰粒物中PM2.5和PM10分別都有不同程度的減少，其中團聚劑LBG效果較顯著，團聚劑KGM其次。

3 結(jié)語

（1）相同條件下，隨著溫度的升高，團聚劑團聚細微顆粒的效果越好；（2）相同條件下，隨著濃度增大，團聚劑吸附細微顆粒的的效果越好；（3）相同條件下，團聚劑KGM和LBG對PM2.5和PM10的團聚效果較好，用于布袋除塵中能增強對PM2.5的過濾能力。

參考文獻

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作者簡介：趙健飛（1972-），男，北京赫宸環(huán)境工程股份有限公司工程師，研究方向：大氣污染治理和規(guī)劃設(shè)計；董淑玲（1975-），女，北京赫宸環(huán)境工程股份有限公司高級工程師，研究方向：機械自動化。

（責(zé)任編輯：王 波）