黃金菊

（龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所/國(guó)家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（福建），福建 龍巖 364000）

不同工況下細(xì)顆粒物分級(jí)捕集效率的研究

黃金菊

（龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所/國(guó)家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(cè)試電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率。實(shí)驗(yàn)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(shì)；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(shì)，工況條件的變化對(duì)粒徑較小的顆粒物的影響更為明顯，會(huì)顯著改變其捕集效率。

電袋復(fù)合除塵器；細(xì)顆粒物；分級(jí)捕集效率

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)京津冀及周邊地區(qū)深陷“霾伏”的新聞報(bào)道不斷，這種區(qū)域性重污染天氣問(wèn)題引發(fā)了社會(huì)的廣泛關(guān)注。一方面，國(guó)家有關(guān)部門(mén)積極宣傳霧霾危害的防范措施，在有條件的相關(guān)場(chǎng)所安裝空氣凈化器，提倡在重污染天氣來(lái)臨時(shí)暫停戶(hù)外活動(dòng)等；另一方面，國(guó)家環(huán)保部門(mén)陸續(xù)修訂了《中華人民共和國(guó)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(hù)環(huán)境空氣質(zhì)量，嚴(yán)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(xì)微顆粒物的污染問(wèn)題尤為突出，已到了嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的程度[3]，而應(yīng)對(duì)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(duì)這些細(xì)顆粒物的排放控制研究也成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

目前，我國(guó)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(lái)，首先讓含塵煙氣經(jīng)過(guò)一個(gè)電區(qū)，70%至80%的粉塵可被收集下來(lái)，剩余的荷電粉塵進(jìn)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(yùn)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(guò)濾壓降小等特點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用[5]。但是，電袋復(fù)合除塵器對(duì)于PM2.5等細(xì)微顆粒物的捕集情況[6]，目前的研究相對(duì)有限。本文對(duì)不同工況下的電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的捕集效率進(jìn)行測(cè)試，希望對(duì)電袋復(fù)合除塵器的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

電袋復(fù)合除塵實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于開(kāi)展電袋復(fù)合除塵相關(guān)試驗(yàn)研究，可進(jìn)行不同極配形式、工作電壓、過(guò)濾風(fēng)速、入口粉塵濃度等對(duì)除塵效率影響的試驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由給料系統(tǒng)、進(jìn)出口煙道、除塵器本體（包括1個(gè)電區(qū)和1個(gè)袋區(qū)）及引風(fēng)系統(tǒng)等組成，電袋復(fù)合除塵實(shí)驗(yàn)臺(tái)布置如圖1所示。

圖1 電袋復(fù)合除塵實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 細(xì)顆粒物分級(jí)捕集效率測(cè)試方法

荷電低壓沖擊系統(tǒng)（ELPI），為芬蘭Dekati公司開(kāi)發(fā)的可實(shí)時(shí)測(cè)量細(xì)顆粒物的精密測(cè)試儀器，其將顆粒物分成13級(jí)（0.03～10μm），能實(shí)時(shí)檢測(cè)每級(jí)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(cè)原理[7]：含有顆粒物的氣流首先通過(guò)一個(gè)旋風(fēng)切割器，去除空氣動(dòng)力學(xué)直徑大于10μm的顆粒物，而小于10μm的顆粒物在進(jìn)入撞擊器之前首先通過(guò)荷電器荷電，然后氣流從上而下通過(guò)每一級(jí)撞擊器，經(jīng)慣性分離將顆粒物由大到小分級(jí)采樣，氣流經(jīng)最后一級(jí)導(dǎo)流管排出撞擊器。每級(jí)撞擊器均對(duì)應(yīng)有一個(gè)靜電計(jì)和電流放大器來(lái)測(cè)量捕集到該級(jí)撞擊板上的顆粒物所帶電荷值，由此計(jì)算出顆粒物濃度。荷電低壓撞擊器結(jié)構(gòu)具體見(jiàn)圖2。

圖2 荷電低壓撞擊器結(jié)構(gòu)示意及實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)前，先測(cè)試系統(tǒng)的漏風(fēng)率，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度，控制電袋復(fù)合除塵實(shí)驗(yàn)臺(tái)的入口風(fēng)量為實(shí)驗(yàn)所需值，使用煙塵采樣儀測(cè)試電袋復(fù)合除塵實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)、出口的溫度、動(dòng)壓、靜壓、煙氣流量等指標(biāo)，按式①計(jì)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(xì)顆粒物捕集效率按式②計(jì)算。

式中：

η— 捕集效率，%；

Ci、Co—電袋復(fù)合除塵器進(jìn)、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(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)選定在3個(gè)不同的入口風(fēng)量下進(jìn)行，從表1中可看出，測(cè)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(cè)試要求。

3.2 細(xì)顆粒物分級(jí)捕集效率

在測(cè)試細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率時(shí)，使用ELPI測(cè)試電袋復(fù)合除塵器進(jìn)、出口各粒徑的細(xì)顆粒物濃度，統(tǒng)計(jì)出PM1.0、PM2.5及PM10的質(zhì)量濃度，然后再計(jì)算出這三種粒徑范圍的顆粒物的捕集效率。為保證測(cè)試結(jié)果更具嚴(yán)密性和可靠性，本次測(cè)試過(guò)程分別采用芒刺線(xiàn)和針刺線(xiàn)兩種陰極線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)在測(cè)試條件下的漏風(fēng)率

表2 細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率測(cè)試結(jié)果

從表2可看出，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的捕集效率可達(dá)99%以上，但需要注意的是，這里的工況條件與現(xiàn)場(chǎng)不同，現(xiàn)場(chǎng)的煙氣溫度較高，可達(dá)100℃以上，且煙氣成分復(fù)雜，包含NOx及SOx等酸性或者強(qiáng)氧化性氣體，這些因素都會(huì)對(duì)濾袋的性能造成負(fù)面影響。但本實(shí)驗(yàn)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(huì)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(xiàn)后，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的捕集效率也可達(dá)99%以上，與芒刺線(xiàn)的情況相同。王勇[8]和臧電宗[9]等人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電袋復(fù)合除塵器的除塵效率進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電袋復(fù)合除塵器的效率可達(dá)99%以上，與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果接近。

芒刺線(xiàn)在不同入口粉塵濃度下分級(jí)捕集效率見(jiàn)圖3。

從圖3可看出，當(dāng)入口粉塵濃度一定時(shí)，隨著系統(tǒng)風(fēng)量的增大，各粒徑段的細(xì)顆粒物的捕集效率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)轱L(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(shí)間變短，使其捕集效率下降。入口風(fēng)量大小對(duì)PM10和PM2.5的捕集效率影響不大，但對(duì)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(duì)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(xiàn)在不同入口粉塵濃度下分級(jí)捕集效率見(jiàn)圖4。

從圖4可看出，入口粉塵濃度一定時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖3類(lèi)似。當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量為3000m3/h至3500m3/h時(shí)，PM1.0與PM2.5的捕集效率較接近，曲線(xiàn)相對(duì)平穩(wěn)；系統(tǒng)風(fēng)量增大至4000m3/h時(shí)，PM1.0與PM2.5的捕集效率差別明顯，說(shuō)明風(fēng)量增大時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果大致一致。

芒刺線(xiàn)在不同入口風(fēng)量下分級(jí)捕集效率見(jiàn)圖5。

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

針刺線(xiàn)在不同入口風(fēng)量下分級(jí)捕集效率見(jiàn)圖6。

從圖6可看出，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量一定時(shí)，隨著入口粉塵濃度的增大，各粒徑段的細(xì)顆粒物的捕集效率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，這與芒刺線(xiàn)的變化趨勢(shì)一致，而且，對(duì)于粒徑最小的PM1.0而言，這種增大的趨勢(shì)最明顯。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物具有較好的捕集效果，曹辰雨[11]等人認(rèn)為電除塵和袋式除塵相互配合可以提高細(xì)顆粒物尤其是PM1.0的捕集效率，可以較好地達(dá)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(jí)捕集效率—芒刺線(xiàn)

圖4 不同入口粉塵濃度下分級(jí)捕集效率—針刺線(xiàn)

圖5 不同入口風(fēng)量下分級(jí)捕集效率—芒刺線(xiàn)

圖6 不同入口風(fēng)量下分級(jí)捕集效率—針刺線(xiàn)

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(duì)細(xì)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(shí)際意義。本文通過(guò)測(cè)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(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率，主要得出以下結(jié)論：

（1）在入口粉塵濃度一定時(shí)，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率隨著電場(chǎng)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(shí)，隨著入口粉塵濃度的增加，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率提高，且細(xì)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(chǎng)能達(dá)到更好的捕集效果。

（3）對(duì)比針刺線(xiàn)和芒刺線(xiàn)對(duì)細(xì)顆粒物的分級(jí)捕集效率，發(fā)現(xiàn)兩者并沒(méi)有明顯的差別，這可能是由于不同極配形式會(huì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中一直使用同一種濾袋，使得兩種不同極線(xiàn)下最終的分級(jí)捕集效率并沒(méi)有明顯的差異。

[1] 環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[2] 環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB3095-2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)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(xì)粉塵PM2.5的機(jī)理探討[J].中國(guó)環(huán)境管理，2013，5（6）：54-58．

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

[5] 孫超凡，鄔思柯，錢(qián)煒，等.大型電袋復(fù)合除塵器除塵效率的實(shí)驗(yàn)研究及優(yōu)化[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2014，34（7）：534-540．

[6] 張曉曦，王雪，朱廷鈺，等.電袋復(fù)合除塵器細(xì)粒子高效捕集技術(shù)研究進(jìn)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(chǎng)中細(xì)顆粒物的荷電特性研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（23）：3959-3969．

[8] 王勇，徐曉虎.燃煤電廠除塵器對(duì)細(xì)粉塵捕集效率對(duì)比試驗(yàn)[J].中國(guó)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(jí)效率測(cè)量及分析[J].中國(guó)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(bào)，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