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1、减少PM2.5排放的技术措施黎在时摘要：目前有关PM2.5的话题受到公众日益广泛的关注，环保部日前增设PM2.5浓度限值日报项目，空气质量标准将PM2.5纳入新指标。关于如何从烟囱减少PM2.5排放的技术措施，在现有标准和技术条件下，相对实用高效且经济可行的控制PM2.5的技术措施有湿式电除尘器、凝并器和电袋混合式除尘器，本文通过实例作一简要介绍，供业内人士参考。关键词：PM2.5 ；湿式电除尘器； 凝并器； 电袋混合式除尘器最近环保部在“环境空气质量标准”二次公开征求意见后，首次确定将PM2.5作为一般评价项目纳入标准。在环境空气质量体系上，国际上的标准是监控SO2、NO2、O3、CO、可吸
2、入颗粒物PM10、细粒子颗粒物PM2.5等。而我国目前只监测SO2、NO2和可吸入颗粒物PM10，其中PM10是城市空气质量的首要污染物。当空气中弥漫PM2.5时，就会形成灰霾，但不能显示在PM10的监测范围内，于是形成人们看到的天空灰蒙蒙的、而公布的空气质量却是优良的反差。目前全国有些地区甚至出现每年一半以上的灰霾天气，这已发展成为困扰人民生产生活的重要大气环境问题。据环境监测显示，2009年全国113个环保重点城市中有三分之一的城市空气质量不达标，很多城市、尤其是大中城市空气污染呈现出煤烟型和汽车尾气复合型污染的特点。一些地区酸雨、灰霾等区域性大气污染问题频发，部分地区甚至出现了每年200
3、多天的灰霾天气，这些都与PM2.5等污染物直接相关。对此，环保部采取一系列措施，如优化能源结构、加快火电厂脱硫脱硝的步伐、严格控制机动车排放污染、收严了大气污染物排放浓度限值、增设了大气污染物特别排放的限值等。PM2.5污染已成为突出的大气环境问题，引起世界各国的高度重视，相继研究和开发出PM2.5检测设备、测试系统和控制技术。我国虽然起步较晚，但在政府和环保企业的推动下，也做了相应的基础工作，在控制技术方面，一方面严格除尘设备的排放标准，一方面寻找或开发新的技术途径。排放浓度大幅度削减是有效控制大气颗粒物复合污染的基础，在微细颗粒污染问题日渐突出的情况下，对原有的高效除尘器能否有效控制PM2
4、.5提出挑战，必需以新的思路寻找相关控制技术的开发和推动实践。常规的高效除尘设备如电除尘器和袋除尘器，对于粒径为0.11.0m的细粒子不能有效捕集。电除尘器对大于10m的颗粒除尘效率非常高，但是当颗粒物直径小于2m时，除尘效率显著下降，收尘效率将会低于90%，在极端情况下，效率还会降到50%以下，从电除尘器排放出来数量最多的就是0.22m的细颗粒。袋除尘器也是这样，不论其效率多高，排放的颗粒物均大部分小于2.5m。因此在没有新的高效收集PM2.5的技术情况下，要减少PM2.5的排放，必将付出高昂的代价，这是建立在进一步提高现有除尘器效率并相应减少微细颗粒的排放的基础之上。由于微细颗粒荷电困难、
5、穿透力强，尤其是高温燃烧、冶炼过程中，以硫或氮的氧化物出现的PM2.5及金属汽化、冷凝形成的粒子，用现有的高效除尘器很难将其收集。为适应新时期的要求，对现有技术进行评估，相对实用高效且经济可行的控制PM2.5的技术有湿式电除尘器、电凝并器和电袋复合式除尘器。一、湿式电除尘器湿式电除尘器拥有捕集微细粉尘的功能，它对微细的、潮湿的、粘性的或高比电阻粉尘的捕集效果都很理想。湿式电除尘器不存在粉尘收集后的再飞扬，这是由于被捕集的粉尘和水之间粘着力的结果。湿式电除尘器能提供几倍于干式电除尘器的电晕功率，这就大大提高了对PM2.5的捕集效率，湿式电除尘器通过对流冷却降低烟气温度、促进冷凝，也能对酸雾进行捕
6、集。湿式电除尘器收集粉尘的机理与干式电除尘器的机理是一样的，差别是在收集粉尘后的清灰方式：干式电除尘器是通过锤击振打清灰使粉尘脱离电极，而湿式电除尘器则是通过水冲洗电极使粉尘剥离。由于清灰的方式不同，湿式电除尘器较干式电除尘器有以下的优点：收集粉尘不受粉尘比电阻的限制；清灰时粉尘不产生二次扬尘；对可吸入性粉尘（PM2.5）颗粒的去除效率很高；没有转运部件，设备可靠性高。我国拥有自主知识产权的第一台大型立式湿式电除尘器在上世纪末用在120t/h炼钢吹氧转炉二次烟尘的净化系统上。氧气转炉车间的转炉是一个可倾动的冶金炉，在兑铁水、出钢和冶炼过程中产生无组织排放的二次烟尘，一部分烟尘在热压头的作用下，
7、上升到厂房屋顶，经天窗排出形成污染周围环境的污染源，另一部分烟尘，主要是出钢时的烟尘，由于没有排烟通道自然扩散至整个车间。根据氧气转炉车间二次烟尘的特点，最佳的收尘方案是采用屋顶式电除尘器。它布置于转炉厂房的顶部（除尘器底部标高46.6m），相应的屋面开口，烟气通过气流组织汇入氧枪通道，然后依靠自身的热浮力进入屋顶电除尘器，净化后的烟气直接排到大气中，电极采用湿法清灰，污水流入底部水槽再汇总流入水池中。屋顶电除尘器不用风机排烟，巧妙地利用了排烟的热压及厂房自然通风作用，组织烟尘进入屋顶电除尘器，收到了节能和减排的双重效果。这台屋顶电除尘器的设计参数如下：有效流通面积436.56（屋顶厂房开口面
8、积），电场高度5m，处理烟气量500000m3/h，除尘效率大于90%。设备投入运行后，经多次测试在不受其他转炉二次烟尘的干扰下（由于风向的因素），在吹氧冶炼时排放浓度为13/m335.9/m3，烟气平均流速在1.1m/s到1.3m/s之间，除尘效率均高于90%。冶金工厂炼钢转炉吹氧时，钢水沸腾汽化冷凝后产生大量颗粒物，其粒径非常小，有60%小于1m，本例说明湿式电除尘器能有效地控制PM2.5微粒的排放。湿式电除尘器在处理燃煤锅炉烟气时同样能高效收集PM2.5，但燃煤锅炉的烟尘与冶金炉的烟尘不同，根据其特点，要解决以下几个方面的问题：处理的烟气量特别大，电极长短成为优选的主题；烟尘都含有不同程
9、度的腐蚀性，材料要选择得当；喷嘴要防止磨漏，同时又要避免堵塞；电极上粉尘要避免堆积结垢。国外在一台835MW机组的FGD后安装了一台两级电场的湿式电除尘器，测试结果表明其PM2.5收集效率达到了95%，烟气中的SO3酸雾去除率达到了90%、绝大多数的汞以元素形式被捕集。二、凝并器微细颗粒通过不同的方式相对运动，彼此间发生碰撞接触结合成为较大颗粒的过程称为凝并。在一些特定条件下，凝并对除尘设备有着重要的意义，因为小颗粒凝并成大颗粒后，更容易被除尘器捕集，可以节省能源，也可以减少设备投资。有资料表明，如果将0.1m的微粒凝并成1m的微粒，则净化设备的能耗从53.6kW/（100m3/min烟气）减
10、少到8 kW/（100m3/min烟气），当然凝并过程中也需要消耗能量。凝并技术有机械的、化学的、声学的和静电的，其中静电凝并已取得实用成果。在上世纪90年代，我国学者曾进行过静电纤维过滤中粉尘凝并的研究，在试验中，粉尘粒子通过高压电场荷电，部分粒子，尤其是小粒子凝并成大颗粒，当荷电粉尘粒子趋近滤袋时，使滤袋感应带电、朝向粉尘的一端带上与粉尘所带的相反的电荷，粉尘粒子沉降在滤袋上后与滤袋发生电中和而导致粉尘粒子间的凝并。静电凝并使粉尘粒子平均粒径变大，过滤效率随之提高，由于沉降粉尘颗粒变大，使沉降在滤袋的粉尘阻力下降。研究中进一步发现，加强并提高静电凝并必须提高粒子间的相互驱进速度，即在原试验
11、装置中，在电场与滤袋间加一个“凝并部分”，如图一所示。“凝并部分”由正负极板交错排列组成，荷电粒子经过此区间时受电场力作用沉降在极板上，粉尘逐渐堆积并产生强有力的凝并作用而变粗，由于细小尘粒已变成较粗的凝块，过滤效率进一步提高，阻力进一步下降，如图二、图三所示。 1图1 凝并电极布置示意图图2除尘效率对比图图3过滤阻力对比图图2、图3为试验结果。两图中曲线1表示粉尘未荷电时的情况，曲线2表示粉尘荷电时的情况，曲线3表示增加了“凝并部分”的情况，显然，粉尘荷电能提高滤袋的除尘效率并使阻力降低，增加“凝并部分”后，效果更加突出。此后我国有若干个学者提出了粉尘凝并的新技术，并申报了专利。其中有双极凝
12、聚技术的新型结构形式，它设置在除尘器入口的烟道内，气流先经过双极荷电区，双极荷电区有一组正、负相间的平行通道，粉尘通过此区域，按其通道的正或负，分别获得正电荷或负电荷，这样粉尘粒子一半带正电、一半带负电，然后在其后部的湍流区和静电力的作用下，带正、负电的粉尘粒子碰撞凝并，小颗粒变成大颗粒。但迄今为止，尚未见到工程上应用的报道。在国外，澳大利亚在2002年vales point电厂建立第一台凝并器。凝并器前部同样有一组正负相间的平行通道，紧接其后是一组专门设计的混合系统，既能将烟尘中荷正电的细粒子与从相邻负极性流出的荷负电的粗粒子混合，也能使带负电的细粒子与荷正电的粗粒子混合，由于静电力随着距离
13、加大而迅速减小，因此混合系统尽可能接近双极电场，以保证足够的静电力，促进粒子凝并的效果。澳大利亚试验结果表明：亚微米粒子排放减少80%以上；直径小于2.5m的粒子排放减少70%以上；视煤种和电厂条件不同，浊度可降低50%以上；粉尘排放浓度下降了30%以上。之后，在美国、澳大利亚以及中国香港的多个电厂安装凝并器，电厂的规模从115MW到660MW，长期多次在不同电厂、不同的煤种情况下测定，证实凝并器是减少排放浓度、减少烟气浊度、减少PM2.5排放行之有效的装置。测定的条件是：实验经历两年以上；锅炉和电除尘器形式和大小各不相同；实验期间燃用了许多不同地区的煤；各次测定人员互不隶属，测试方法和测试仪
14、器都是成熟的。在美国watson电厂250MW机组上的测试结果还表明，对于粒径越小的颗粒效果越佳。通过凝并器后，10m粒子的去除效率为50%，1m粒子去除率高达90%，对PM2.5的平均去除率为80%。我国进行过类似的工业试验，2007年9月在武汉一台130t/h锅炉配套电除尘器的前置烟道上安装了一台凝并器，烟道水平长度近6m，截面尺寸为2m2.4m，双极电场有效长度为4m，包括后置紧邻的混合器，整体长度约5m。该装置于2007年10月投入运行，由于当时未配置PM2.5的检测装置，提供不出减排的数据，但从浊度仪显示排放浓度曲线看，效果比较明显。参见图4。图4 锅炉负荷与排放浓度曲线图4为200
15、7年11月26日凝并器停运前后的粉尘排放曲线，时间坐标是从早上8点开始，9点左右凝并器停运。在凝并器运行期间，平均排放浓度为375/，停运后（9：0012：00）平均排放浓度为548/，凝并器的投运可降低排放浓度约31.5%。凝并器的效果还取决于设计本身，以下几点应予以特别关注：1、凝并器是安装在电除尘器入口的水平或垂直烟道内，双电极的长度应根据入口烟尘的浓度、粉尘粒径以及烟气流速来综合考虑，若有特殊要求，也可设置两段凝并器。2、烟道内烟气流速一般为1215m/s，凝并器双电极的长度若设计为4m，则烟气经过双电极的时间不到0.3s，因此为了保证烟尘90%以上饱和荷电，按烟道截面积计算每平米的供
16、电功率应大于0.3kW。3、在非均匀高压电场中，采用负极性直流电比正极性直流电能产生更大更稳定的电晕电流，其火花电压也比正极性电压高得多。在某一同等条件下，正电压的火花电压为32kV，负电压的火花电压为62kV，两者相差悬殊。为了使一半粉尘带正电，一半粉尘荷负电，必须考虑正负电源的差异，并处理好两者的平衡。三、电袋混合式除尘器电除尘器的收尘过程中，烟尘颗粒的凝并，尤其是亚微米粒子的凝并，直接影响除尘器的效率，人为电场给微细粒子造成凝并的条件是电除尘过程中一个特殊现象。上世纪70年代我国某研究所曾进行过高压交流电场的粉尘凝并试验，之后又进行预荷电袋除尘器一体化的试验，其目的是为了提高除尘效率，减少微细粉尘的排放，但只进行到半工业性试验阶段。
