不同工況下細顆粒物分級捕集效率的研究

黃金菊

（龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所/國家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（福建），福建 龍巖 364000）

不同工況下細顆粒物分級捕集效率的研究

黃金菊

（龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所/國家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（福建），福建 龍巖 364000）

在模擬不同工況條件（入口粉塵濃度、入口風(fēng)量）下，采用荷電低壓沖擊系統(tǒng)（ELPI）測試電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率。實驗發(fā)現(xiàn)：隨著入口粉塵濃度的增加，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈現(xiàn)增大的趨勢；隨著系統(tǒng)風(fēng)量的增大，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈現(xiàn)下降趨勢，工況條件的變化對粒徑較小的顆粒物的影響更為明顯，會顯著改變其捕集效率。

電袋復(fù)合除塵器；細顆粒物；分級捕集效率

1 引言

近年來，我國京津冀及周邊地區(qū)深陷“霾伏”的新聞報道不斷，這種區(qū)域性重污染天氣問題引發(fā)了社會的廣泛關(guān)注。一方面，國家有關(guān)部門積極宣傳霧霾危害的防范措施，在有條件的相關(guān)場所安裝空氣凈化器，提倡在重污染天氣來臨時暫停戶外活動等；另一方面，國家環(huán)保部門陸續(xù)修訂了《中華人民共和國大氣污染防治法》《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[1]《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[2]等，在法律監(jiān)管和源頭上保護環(huán)境空氣質(zhì)量，嚴格控制粉塵等顆粒物的排放。顆粒物污染是大氣最重要的污染物之一，尤其以PM2.5等細微顆粒物的污染問題尤為突出，已到了嚴重危害人類健康的程度[3]，而應(yīng)對霧霾污染、改善空氣質(zhì)量的首要任務(wù)是控制PM2.5，因此，針對這些細顆粒物的排放控制研究也成為了國內(nèi)外研究的熱點。

目前，我國燃煤電站的顆粒物有效脫除技術(shù)之一是電袋復(fù)合除塵技術(shù)[4]，電袋復(fù)合除塵技術(shù)將傳統(tǒng)的電除塵與布袋除塵結(jié)合起來，首先讓含塵煙氣經(jīng)過一個電區(qū)，70%至80%的粉塵可被收集下來，剩余的荷電粉塵進入袋區(qū)，被濾袋捕集，整體的除塵效率較高。由于粉塵表面電荷的相互排斥作用，帶電粉塵可以在濾袋表面形成均勻的粉塵層，有效降低濾袋的運行阻力。電袋復(fù)合除塵技術(shù)具有除塵效率高、濾袋不易破損且除塵效率不受粉塵性質(zhì)、過濾壓降小等特點，近年來得到了廣泛應(yīng)用[5]。但是，電袋復(fù)合除塵器對于PM2.5等細微顆粒物的捕集情況[6]，目前的研究相對有限。本文對不同工況下的電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的捕集效率進行測試，希望對電袋復(fù)合除塵器的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。

2 實驗方法

2.1 實驗系統(tǒng)

電袋復(fù)合除塵實驗臺主要用于開展電袋復(fù)合除塵相關(guān)試驗研究，可進行不同極配形式、工作電壓、過濾風(fēng)速、入口粉塵濃度等對除塵效率影響的試驗。整個實驗臺由給料系統(tǒng)、進出口煙道、除塵器本體（包括1個電區(qū)和1個袋區(qū)）及引風(fēng)系統(tǒng)等組成，電袋復(fù)合除塵實驗臺布置如圖1所示。

圖1 電袋復(fù)合除塵實驗臺結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 細顆粒物分級捕集效率測試方法

荷電低壓沖擊系統(tǒng)（ELPI），為芬蘭Dekati公司開發(fā)的可實時測量細顆粒物的精密測試儀器，其將顆粒物分成13級（0.03～10μm），能實時檢測每級顆粒物的荷電量、粒徑分布和質(zhì)量濃度等參數(shù)。

ELPI的檢測原理[7]：含有顆粒物的氣流首先通過一個旋風(fēng)切割器，去除空氣動力學(xué)直徑大于10μm的顆粒物，而小于10μm的顆粒物在進入撞擊器之前首先通過荷電器荷電，然后氣流從上而下通過每一級撞擊器，經(jīng)慣性分離將顆粒物由大到小分級采樣，氣流經(jīng)最后一級導(dǎo)流管排出撞擊器。每級撞擊器均對應(yīng)有一個靜電計和電流放大器來測量捕集到該級撞擊板上的顆粒物所帶電荷值，由此計算出顆粒物濃度。荷電低壓撞擊器結(jié)構(gòu)具體見圖2。

圖2 荷電低壓撞擊器結(jié)構(gòu)示意及實物圖

實驗前，先測試系統(tǒng)的漏風(fēng)率，調(diào)節(jié)引風(fēng)機擋板開度，控制電袋復(fù)合除塵實驗臺的入口風(fēng)量為實驗所需值，使用煙塵采樣儀測試電袋復(fù)合除塵實驗臺進、出口的溫度、動壓、靜壓、煙氣流量等指標(biāo)，按式①計算漏風(fēng)率。

式中：

Δα— 漏風(fēng)率，%；

Qsn，i、Qsn，0—入口、出口標(biāo)態(tài)煙氣流量，Nm3/h。細顆粒物捕集效率按式②計算。

式中：

η— 捕集效率，%；

Ci、Co—電袋復(fù)合除塵器進、出口氣體含塵濃度，mg/Nm3。

3 結(jié)果和討論

3.1 漏風(fēng)率

整個測試實驗選定在3個不同的入口風(fēng)量下進行，從表1中可看出，測試條件下的漏風(fēng)率在2%～4%，符合系統(tǒng)漏風(fēng)率小于5%的測試要求。

3.2 細顆粒物分級捕集效率

在測試細顆粒物的分級捕集效率時，使用ELPI測試電袋復(fù)合除塵器進、出口各粒徑的細顆粒物濃度，統(tǒng)計出PM1.0、PM2.5及PM10的質(zhì)量濃度，然后再計算出這三種粒徑范圍的顆粒物的捕集效率。為保證測試結(jié)果更具嚴密性和可靠性，本次測試過程分別采用芒刺線和針刺線兩種陰極線進行對比試驗。

細顆粒物的分級捕集效率測試結(jié)果見表2。

表1 實驗臺在測試條件下的漏風(fēng)率

表2 細顆粒物的分級捕集效率測試結(jié)果

從表2可看出，電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的捕集效率可達99%以上，但需要注意的是，這里的工況條件與現(xiàn)場不同，現(xiàn)場的煙氣溫度較高，可達100℃以上，且煙氣成分復(fù)雜，包含NOx及SOx等酸性或者強氧化性氣體，這些因素都會對濾袋的性能造成負面影響。但本實驗中的煙氣溫度是常溫（20℃～30℃）且模擬煙氣為環(huán)境空氣，基本不會影響濾袋的性能，所以整體的捕集效果較好。電區(qū)安裝針刺線后，電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的捕集效率也可達99%以上，與芒刺線的情況相同。王勇[8]和臧電宗[9]等人對現(xiàn)場電袋復(fù)合除塵器的除塵效率進行了測試，發(fā)現(xiàn)電袋復(fù)合除塵器的效率可達99%以上，與本實驗的結(jié)果接近。

芒刺線在不同入口粉塵濃度下分級捕集效率見圖3。

從圖3可看出，當(dāng)入口粉塵濃度一定時，隨著系統(tǒng)風(fēng)量的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這是因為風(fēng)量的增大導(dǎo)致風(fēng)速增大，顆粒物在除塵器中的停留時間變短，使其捕集效率下降。入口風(fēng)量大小對PM10和PM2.5的捕集效率影響不大，但對于粒徑最小的PM1.0而言，其捕集效率下降最明顯，表明風(fēng)量的變化對于粒徑較小的顆粒物的影響更為顯著。同一風(fēng)量下，隨著顆粒物粒徑的增大，捕集效率提高，這與姚宇平[10]等人的分析結(jié)果相似。

針刺線在不同入口粉塵濃度下分級捕集效率見圖4。

從圖4可看出，入口粉塵濃度一定時，實驗結(jié)果與圖3類似。當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量為3000m3/h至3500m3/h時，PM1.0與PM2.5的捕集效率較接近，曲線相對平穩(wěn)；系統(tǒng)風(fēng)量增大至4000m3/h時，PM1.0與PM2.5的捕集效率差別明顯，說明風(fēng)量增大時，PM1.0比PM2.5更容易逃逸，粒徑越小，去除效率越低，這也與圖3實驗結(jié)果大致一致。

芒刺線在不同入口風(fēng)量下分級捕集效率見圖5。

從圖5可看出，當(dāng)入口風(fēng)量一定時，隨著系統(tǒng)入口粉塵濃度的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，這與傳統(tǒng)的除塵理論一致，而且，對于粒徑最小的PM1.0而言，這種增大的趨勢最明顯，對于PM10而言，這種趨勢不明顯，入口粉塵濃度的增大，并沒有帶來較明顯的改變，說明入口粉塵濃度的變化對于粒徑較小的顆粒物的影響更為明顯。

針刺線在不同入口風(fēng)量下分級捕集效率見圖6。

從圖6可看出，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量一定時，隨著入口粉塵濃度的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，這與芒刺線的變化趨勢一致，而且，對于粒徑最小的PM1.0而言，這種增大的趨勢最明顯。通過本實驗的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物具有較好的捕集效果，曹辰雨[11]等人認為電除塵和袋式除塵相互配合可以提高細顆粒物尤其是PM1.0的捕集效率，可以較好地達到燃煤電廠粉塵排放的要求。

圖3 不同入口粉塵濃度下分級捕集效率—芒刺線

圖4 不同入口粉塵濃度下分級捕集效率—針刺線

圖5 不同入口風(fēng)量下分級捕集效率—芒刺線

圖6 不同入口風(fēng)量下分級捕集效率—針刺線

4 結(jié)論

目前除塵設(shè)備多以質(zhì)量去除效率表示除塵性能，不能正確反映對細顆粒物的去除效果。因此，以顆粒物數(shù)量濃度的去除效率衡量除塵性能要比顆粒物質(zhì)量濃度的去除效率更具有實際意義。本文通過測試研究了電袋復(fù)合除塵器在不同入口粉塵濃度和不同風(fēng)量下的細顆粒物的分級捕集效率，主要得出以下結(jié)論：

（1）在入口粉塵濃度一定時，電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率隨著電場風(fēng)速的增大而降低，且粒徑越小，降低的程度越明顯。

（2）在系統(tǒng)風(fēng)量一定時，隨著入口粉塵濃度的增加，電袋復(fù)合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率提高，且細顆粒物的捕集效率提高得更明顯，因此，電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用于入口粉塵濃度高的現(xiàn)場能達到更好的捕集效果。

（3）對比針刺線和芒刺線對細顆粒物的分級捕集效率，發(fā)現(xiàn)兩者并沒有明顯的差別，這可能是由于不同極配形式會影響粉塵顆粒物的荷電情況和電區(qū)的捕集效率，但是電袋復(fù)合除塵器的捕集效率是由電區(qū)和袋區(qū)共同決定的，由于本次實驗過程中一直使用同一種濾袋，使得兩種不同極線下最終的分級捕集效率并沒有明顯的差異。

[1] 環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[2] 環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB3095-2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.

[3] 鄭奎照.電袋復(fù)合除塵器高效捕集細粉塵PM2.5的機理探討[J].中國環(huán)境管理，2013，5（6）：54-58．

[4] 聶孝峰，李東陽，郭斌.燃煤電廠電袋復(fù)合除塵器技術(shù)優(yōu)勢[J].電力科技與環(huán)保，2013，29（1）：24-27．

[5] 孫超凡，鄔思柯，錢煒，等.大型電袋復(fù)合除塵器除塵效率的實驗研究及優(yōu)化[J].動力工程學(xué)報，2014，34（7）：534-540．

[6] 張曉曦，王雪，朱廷鈺，等.電袋復(fù)合除塵器細粒子高效捕集技術(shù)研究進展[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2014（3）：35-40．

[7] 駱仲泱，江建平，趙磊，等.不同電場中細顆粒物的荷電特性研究[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（23）：3959-3969．

[8] 王勇，徐曉虎.燃煤電廠除塵器對細粉塵捕集效率對比試驗[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（6）：45-48．

[9] 臧電宗，梅東升，梁丁宏，等.燃煤電廠除塵器分級效率測量及分析[J].中國電力，2012，45（2）：45-48．

[10] 姚宇平，沈志昂，劉美玲.袋式與電袋復(fù)合除塵器的粉塵排放影響因子研究[J].環(huán)境工程，2016（10）：70-74．

[11] 曹辰雨，李貞，任建興，等.燃煤電廠除塵設(shè)備除塵性能的分析和比較[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2013，29（4）：351-354．

Study on Grading Catching Ef ficiency of Fine Particulates under Different Operating Conditions

HUANG Jin-ju

(Longyan Institute of Quality Inspection for Products/National Institute of Quality Supervision and Inspection for Air Pollution Control Equipment(Fujian), Fujian Longyan 364000, China)

Under the simulated different operating conditions (powder dust concentration and air volume in inlets), the paper adopts Electrical Low Pressure Impact (ELPI) to test the electrostatic bag hybrid precipitator on grading catching ef ficiency of the fine particulates. The result shows that the catching ef ficiency of PM10, PM2.5and PM10increases with the increase of powder dust concentration of inlet, the catching ef ficiency of PM10, PM2.5and PM1.0declines with the increase of air volume of system the impact of the change of operating conditions on smaller particulates is more obvious, it could signi ficantly alter the catching ef ficiency of the smaller particulates.

electrostatic bag hybrid precipitator; fine particulate; grading catching ef ficiency

X701

A

1006-5377（2017）10-0053-04