袋式除塵技術(shù)對PM_2.5控制的探討

陳隆樞

（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司，武漢 430080）

2013年初，我國遭受了大范圍霧霾天氣影響，空氣質(zhì)量明顯下降，霧霾面積達(dá)130萬平方公里。從1月28日起，我國中東部地區(qū)受霧霾天氣影響逐漸擴(kuò)大，北京、天津、石家莊、濟(jì)南等城市空氣質(zhì)量為六級，屬嚴(yán)重污染；鄭州、武漢、西安、合肥、南京、沈陽、長春等城市空氣質(zhì)量為五級，屬重度污染。其中，武漢市1月空氣污染天數(shù)達(dá)30天。這種“十面霾伏”的狀況引發(fā)了全民對空氣污染的極大關(guān)注。

霾對人體健康極為有害，吸入人的呼吸道后，嚴(yán)重時會致死。鐘南山院士說，霧霾天氣對人的危害比非典還厲害。因此，我國的大氣污染治理迫在眉睫。

1 中國需要最嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

形成霾的原因有多種，毫無疑問，其中PM2.5是主要原因。陰霾與輕霧、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙霧等天氣現(xiàn)象一樣，都是因浮游在空中大量極微細(xì)的塵粒或煙粒等所致。權(quán)威人士指出：出現(xiàn)如此嚴(yán)重霧霾，最根本原因是污染物排放的增加；其次是大氣自凈能力的衰減。

PM2.5由以下幾種方式產(chǎn)生：1）人為源或自然源直接以固態(tài)形式排出一次顆粒物；2）在高溫狀態(tài)下以氣態(tài)形式排出，在煙羽的稀釋和冷卻過程中凝結(jié)成固態(tài)的一次可凝結(jié)顆粒物（condensable particles）；3）由氣態(tài)的SO2、NOx和揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）等前體物，通過大氣均相或非均相成核而形成二次顆粒物。

減少污染源，削減大氣污染物排放是解決霧霾的根本之道。關(guān)于大氣顆粒物和復(fù)合污染控制，國際上較多采取以下做法：

（1）較好地掌握大氣顆粒物與復(fù)合污染形成及相互影響規(guī)律。

（2）在上述基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確識別對大氣顆粒物形成有主要貢獻(xiàn)的重要污染源和關(guān)鍵污染物。

（3）通過對關(guān)鍵污染物空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，推動對重要污染源排放標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施。

（4）推動相關(guān)控制技術(shù)的研發(fā)和控制計(jì)劃的實(shí)施。

長期以來，我國一直執(zhí)行寬松的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，不但與發(fā)達(dá)國家有相當(dāng)大的差距，甚至低于一些發(fā)展中國家，而且存在一些環(huán)保法規(guī)因疏于監(jiān)管而執(zhí)行不到位的情況。其結(jié)果是環(huán)境質(zhì)量狀況出現(xiàn)了“局部有所改善，整體仍在惡化”的局面。

當(dāng)大氣環(huán)境污染嚴(yán)重超標(biāo)時，行政管理部門有時候會發(fā)布一些強(qiáng)制性的命令。例如，在最近的霧霾事件中，根據(jù)《關(guān)于北京市空氣重污染日應(yīng)急方案》，北京共有58家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了停產(chǎn)，以全部切斷污染源；41家企業(yè)降低生產(chǎn)負(fù)荷以減少污染，實(shí)現(xiàn)30%以上的污染減排；強(qiáng)聯(lián)水泥、平谷水泥二廠等均實(shí)現(xiàn)全部停產(chǎn)，水泥行業(yè)也實(shí)現(xiàn)了30%以上的減排。這些措施雖然有一定效果，但畢竟只是臨時性的，而且只能治標(biāo)而不能治本。

為了實(shí)現(xiàn)“減少污染源，削減大氣污染物”這一“解決霧霾的根本之道”，必須進(jìn)一步嚴(yán)格大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

在最近的十年中，我國一再修訂大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，從排放限值來看，已經(jīng)接近歐美發(fā)達(dá)國家的水平。但從另外的角度考慮，則與控制PM2.5的要求差距甚遠(yuǎn)。

我國以煤炭為主要能源，而且在今后很長時期內(nèi)，能源結(jié)構(gòu)不可能發(fā)生根本性的變化，煤炭產(chǎn)量逐年不斷攀升。2002年我國煤炭產(chǎn)量為13.8億噸，2012年增長到36.5億噸，為十年前的2.6倍。2011年我國煤炭消耗量即占全球當(dāng)年煤炭總產(chǎn)量的46%，大部分用于發(fā)電或作為工業(yè)和民用燃料。

世界陸地總面積為1.49億平方公里，除去無人居住的南極洲面積1400萬平方公里，在其余的1.35億平方公里面積中，中國國土只占7.1%。面對這樣的現(xiàn)實(shí)，如果我國大氣污染物排放限值與其他國家相同，按每平方公里國土面積計(jì)算的燃煤煙塵量將是世界平均值的6.48倍。

考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡性，在我國的局部區(qū)域，大氣污染物的平均數(shù)量將更高。環(huán)境保護(hù)部吳曉青副部長指出，京津冀、長三角、珠三角三個區(qū)域，國土面積僅占我國國土面積的8%左右，卻消耗全國42%的煤炭，52%的汽、柴油；生產(chǎn)全國55%的鋼鐵，40%的水泥；SO2、NOx和煙塵排放量均占全國的30%，單位平方公里的污染物排放量5倍于其他地區(qū)。既加劇了PM2.5的排放，更加重了霾的形成。這些地區(qū)每年出現(xiàn)霾的天數(shù)在100天以上，個別城市甚至超過200天。

我國排放大氣污染物的一些重點(diǎn)行業(yè)也在全球占據(jù)顯著地位：自2002年以來，中國10種有色金屬產(chǎn)量一直居世界第一；2011年我國粗鋼產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的45.5%；水泥行業(yè)的情況更為突出，2011年產(chǎn)量占據(jù)全球產(chǎn)量的60%左右。按此計(jì)算，平均每平方公里國土所容納的水泥行業(yè)煙（粉）塵量是世界平均值的8.45倍。

上述情況表明，僅僅滿足于大氣污染物排放限值接近或等同于發(fā)達(dá)國家的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到治理我國大氣污染的目標(biāo)。因此我國需要更低的排放限值、更加嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，而且在該標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)包括PM2.5的排放指標(biāo)。

對于制訂嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，有人擔(dān)心會增加企業(yè)負(fù)擔(dān)，阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展。應(yīng)當(dāng)看到，嚴(yán)重的霧霾給社會經(jīng)濟(jì)造成的巨大損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染治理所需的費(fèi)用，大氣污染已經(jīng)成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重阻礙。為了應(yīng)對嚴(yán)重污染事件而強(qiáng)制企業(yè)停產(chǎn)，僅一條現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)線停產(chǎn)一天，將會減少產(chǎn)量數(shù)千噸到一萬多噸，經(jīng)濟(jì)損失即達(dá)數(shù)百萬元。還有通過人工降雨等措施來消除污染，氣象專家認(rèn)為“既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)”。根據(jù)已有的科技水平，人工降雨消霧只能在局部的很小范圍內(nèi)進(jìn)行，并且時間短暫，效果也不明顯，況且，動輒數(shù)千萬的花費(fèi)也難以承受。因而不能在繼續(xù)承受嚴(yán)重污染帶來巨大損失的同時，再花費(fèi)高昂代價去采取一些治標(biāo)不治本的臨時措施，應(yīng)該盡快制定世界最嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，并嚴(yán)加監(jiān)管，以換取我國大氣環(huán)境的根本好轉(zhuǎn)。

2 袋式除塵技術(shù)是削減污染物排放的主力軍

嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)需要高效的環(huán)保技術(shù)作為保障。袋式除塵能為最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)提供最可靠的技術(shù)支撐，是減少大氣污染物排放的主力軍。在20世紀(jì)的最初10年中，我國兩次修訂大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，得益于袋式除塵技術(shù)的有力支持，對削減污染物排放發(fā)揮了重大作用。

在各類除塵技術(shù)中，袋式除塵器技術(shù)具有最高的除塵效率。在產(chǎn)生粉塵或煙塵的各個行業(yè)中，凡采用袋式除塵技術(shù)的系統(tǒng)，其固體顆粒物排放濃度普遍穩(wěn)定在30mg/Nm3以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用其他除塵技術(shù)。凈化燃煤鍋爐煙氣的袋式除塵系統(tǒng)大部分排放濃度在20～30mg/Nm3，有許多低于10mg/Nm3；凈化高爐煤氣和水煤氣的袋式除塵系統(tǒng)則全部在5～10mg/Nm3；用于垃圾焚燒發(fā)電廠的袋式除塵系統(tǒng)，更獲得了排放濃度為低于5mg/Nm3的效果。

需要說明的是，排放濃度遠(yuǎn)低于國家排放限值的那些袋式除塵系統(tǒng)，都是采用了目前常規(guī)的袋式除塵設(shè)備、濾料、控制系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)。這說明，目前的袋式除塵技術(shù)可以支持排放限值更低的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。之所以還有一部分袋式除塵系統(tǒng)不盡人意，除了少量以次充好、假冒偽劣產(chǎn)品因素之外，主要是在對袋式除塵技術(shù)的理解、對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的遵循、制作和安裝質(zhì)量的把握、運(yùn)行管理的到位與否等方面出現(xiàn)問題，而不在袋式除塵技術(shù)本身。

在控制PM2.5方面，雖然目前尚未大量進(jìn)行專項(xiàng)研究，但現(xiàn)有的袋式除塵技術(shù)對微細(xì)粒子已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的捕集效率。對覆膜濾料的測試表明，該種濾料對0.01～1.0μm粉塵的分級捕塵率可達(dá)97%～99%，總捕塵率可達(dá)99.999%，比未覆膜的濾料要高一個數(shù)量級。

超細(xì)面層濾料對于微細(xì)粒子也有很好的捕集效果。國內(nèi)自主研發(fā)的賽膜高精濾料，由纖度為0.08旦的超細(xì)纖維針刺而成，并進(jìn)行特殊的后處理。與纖度2.2旦的普通纖維制成的針剌氈相比，具有更細(xì)、更加均勻的孔隙，有更高的孔隙率，對微細(xì)粒子的捕集效果與覆膜濾料相當(dāng)。

水刺是一種新的濾料制造工藝，由極細(xì)的高壓水柱形成水針，其直徑比針刺工藝所用刺針要細(xì)，所以水刺氈幾乎沒有針孔，表面比針刺氈更光潔、平整。水刺氈濾料具有更高的過濾精度，對PM2.5能獲得更好的捕集效果。由于水刺不會損傷纖維，可降低濾料的標(biāo)重而不影響其性能，并可使用玻纖織物作為基布，從而降低濾料成本。某公司采用水刺工藝將一層枝狀超細(xì)PTFE纖維復(fù)合在各種基材（織物或針刺氈）上，成功開發(fā)出高性能濾料，已在許多垃圾焚燒爐等煙氣凈化工程中應(yīng)用，效果良好。

在實(shí)際工程中，袋式除塵器對微細(xì)粒子也有很好的捕集效果。有研究者對兩臺燃煤鍋爐進(jìn)行了除塵效果測試。鍋爐1為煤粉爐，額定蒸發(fā)量為670t/h；鍋爐2為鏈條爐，額定蒸發(fā)量為90t/h。兩臺爐均采用脈沖袋式除塵器、PPS針剌氈濾袋。分別測試了兩個除塵系統(tǒng)的除塵效果，也測試了對微細(xì)粒子的捕集性能。

結(jié)果表明：鍋爐1煙塵排放濃度為18mg/Nm3，鍋爐2為27mg/Nm3；鍋爐1的PM2.5的排放濃度為1.2mg/Nm3，鍋爐2為3.5mg/Nm3。1號爐袋式除塵器對PM10、PM2.5和PM1.0的捕集效率也很高，均在99.5%以上；而2號爐袋式除塵器對上述顆粒物的捕集效率相對較低，在90%左右。

在氣態(tài)污染物的減排方面，袋式除塵技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。依靠袋式除塵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電解鋁含氟煙氣的凈化；對于工業(yè)過程中產(chǎn)生的瀝青煙氣，最有效的凈化方法是以粉塵吸咐并以袋式除塵器分離。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在半干法脫硫中，采用袋式除塵器比采用電除塵器可提高脫硫效率約10個百分點(diǎn)。濾袋表面的粉塵層含有未反應(yīng)的脫硫劑，相當(dāng)于“固定床”的作用。若濾袋表面粉塵層厚度為20mm，過濾風(fēng)速為0.8～1m/min，則含塵氣流通過粉塵層的時間為1.2～1.5s，顯著延長了脫硫反應(yīng)時間，從而提高了脫硫效率。

對于垃圾焚燒煙氣的凈化，袋式除塵是唯一有效的除塵技術(shù)。垃圾焚燒煙氣所含的二英等多種有害氣體，是依靠袋式除塵器的“固定床”特性而去除。一種新凈化技術(shù)是令袋式除塵器的濾料上附著催化劑，促使二英分解。

3 袋式除塵技術(shù)的進(jìn)一步提升

為了適應(yīng)未來更加嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，為了更有效控制PM2.5的排放，袋式除塵技術(shù)需要從現(xiàn)有較為粗放的過濾向“精細(xì)過濾”的方向提升。

（1）高效捕集PM2.5的“精細(xì)過濾”材料

研制耐高溫、耐腐蝕的超細(xì)纖維（海島纖維、納米纖維等），在此基礎(chǔ)上開發(fā)超細(xì)面層濾料（梯度濾料）。

水刺濾料工藝有待進(jìn)一步成熟，應(yīng)充分發(fā)揮其優(yōu)越性，研制多種能有效控制PM2.5的水刺濾料。

覆膜濾料需要進(jìn)一步提高膜的質(zhì)量穩(wěn)定性以及貼膜牢度，解決在應(yīng)用過程中薄膜易受損的問題。

（2）微細(xì)粉塵預(yù)荷電技術(shù)與裝置

通過使微細(xì)粒子荷電，提高濾袋對其的捕集效率，并導(dǎo)致濾袋表面粉塵層的疏松化，從而降低設(shè)備阻力。

使粉塵預(yù)荷電并保持所攜帶的電荷，是電袋復(fù)合的根本。預(yù)荷電裝置應(yīng)有良好的荷電能力。袋式除塵器的結(jié)構(gòu)也須適應(yīng)預(yù)荷電技術(shù)，防止粉塵攜帶電荷的丟失。不要求預(yù)荷電裝置具有捕集粉塵的功能，因?yàn)楝F(xiàn)代的袋式除塵技術(shù)完全具備直接處理高含塵濃度氣體的能力，并使出口粉塵濃度遠(yuǎn)低于國家排放限值，以及保持較低的設(shè)備阻力，不需要增添預(yù)除塵裝置。

（3）“精細(xì)”清灰裝置與清灰制度

從脈沖噴吹裝置和清灰制度的改進(jìn)入手，針對粉塵的不同性質(zhì)、不同粒度，實(shí)現(xiàn)清灰強(qiáng)度的“精細(xì)化”，既保持較低的設(shè)備阻力，又不致清灰過度而破壞對微細(xì)粉塵的捕集效果。

清灰制度向“離散”和“跳躍”的方向發(fā)展，以減少清灰時粉塵的再次附著。

4 結(jié)語

減少污染源，削減大氣污染物排放是解決霧霾的根本之道。我國大氣污染物排放量占據(jù)世界半壁江山，甚至更多，但國土面積只及世界有人居住陸地面積的7.1%，因此需要最嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)加監(jiān)管。

袋式除塵能為最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)提供可靠的技術(shù)支撐。在各類除塵技術(shù)中，袋式除塵器技術(shù)能實(shí)現(xiàn)最低的排放濃度，是削減大氣污染物排放的主力軍。

袋式除塵技術(shù)對于微細(xì)粒子已有很高的捕集效率。為了有效控制PM2.5，袋式除塵技術(shù)還須進(jìn)一步提升，向“精細(xì)過濾”方向發(fā)展。主要從“精細(xì)”過濾材料、預(yù)荷電技術(shù)與裝置、“精細(xì)”清灰裝置與清灰制度等方面進(jìn)行研究與開發(fā)。■