典型濾料過濾PM2.5排放濃度實驗

王小娜，陳小松，常德強，毛 寧，柳靜獻，孫 熙

（東北大學，沈陽 110004）

1 前言

近年來，經濟不斷發展，隨之帶來的環境問題也日益突出[1]，頻發的環境問題也阻礙了經濟的發展。大氣污染是環境污染的一個重要方面。雖然細顆粒物（PM2.5）只是地球大氣成分中含量很少的組分，但是細顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。燃煤電廠是大氣PM2.5的重要來源之一[2-5]。而袋式除塵器是煙塵、粉塵控制的重要途徑，在實際的應用中，除塵效率達到99.99%以上[6-7]。而濾料是袋式除塵器的核心[8]，其性能優劣直接影響到袋式除塵系統的運行效率和功能。

本文通過實驗的方式研究了濾料在實際的過濾及清灰過程中細顆粒物的排放規律。

2 實驗方案

2.1 實驗樣品

本實驗選取了4種濾料進行研究。濾料樣品的性能參數見表1。濾料的電鏡掃描圖片見圖1。實驗采用中位徑為1.0μm的氧化鋁粉塵，其粒徑分布見表2。

表1 測試的濾料樣品規格

表2 實驗用氧化鋁粉塵的粒徑分布

圖1 濾料樣品的電鏡照片

2.2 實驗裝置

實驗采用濾料動態性能檢測裝置（如圖2所示）。通過該裝置可以獲得濾料的捕集效率、壓力損失、清灰效率等數據。

圖2 濾料效率測試裝置

2.3 實驗方法

本實驗濾料的過濾風速都穩定在3m/min，粉塵濃度5g/m3。濾料的效率采用記重效率。該實驗用智能粉塵測試儀測定下游粉塵濃度。實驗流程如下：

（1）將濾料剪好，并做上標記（1、2、3、4）。

（2）稱量放在濾盒中的濾膜的重量。

（3）連接好裝置，檢查裝置的氣密性。

（4）調節過濾風速及發塵量的大小。

（5）安裝好濾料及濾膜。連接好粉塵測試儀，實驗開始進行。實驗開始后，濾料上的粉塵會增多，相應濾料的阻力會逐漸增大，信號輸出微機會自動記錄阻力值，當阻力達到1000Pa時，脈沖閥開始噴吹。噴吹周期為6次。記錄每個噴吹周期內濾料下游PM2.5的濃度變化。

（6）實驗結束后，稱量濾膜的增重。（7）對實驗數據進行分析。

3 數據分析

3.1 過濾過程阻力分析

4種典型濾料在6個過濾周期內的殘余阻力如圖3所示。

圖3 濾料6個過濾周期的殘余阻力

從圖3可以看到，滌綸覆膜的殘余阻力明顯高于其他3種濾料，PPS水刺貼層的殘余阻力要高于PPS針刺氈和P84水刺貼層。P84水刺貼層的殘余阻力略高于PPS針刺氈。隨著過濾的進行，四種濾料的殘余阻力都有所升高，但是不明顯。

圖4是4種濾料6個過濾周期所需的時間（到達1000Pa所需時間）。

圖4 濾料6個過濾周期所需時間

從圖4可見，滌綸覆膜所需的時間最少。PPS水刺貼層所需的時間略高于P84水刺貼層，P84水刺貼層略高于PPS針刺氈。隨著過濾的進行，PPS針刺氈、PPS水刺貼層和P84水刺貼層所需的時間減少的比較快，滌綸覆膜不明顯。

3.2 過濾過程PM2.5濃度變化分析

實驗中使用美國TSI Dustrak 8520記錄濾料下游PM2.5的實時濃度，見圖5～圖8。

圖5 滌綸覆膜濾料下游PM2.5濃度變化

圖6 P84水刺貼層濾料下游PM2.5濃度變化

圖7 PPS水刺貼層濾料下游PM2.5濃度變化

圖8 PPS針刺氈濾料下游PM2.5濃度變化

從圖5～圖8可見，濾料在潔凈狀態時，PM2.5細顆粒物容易進入濾料孔隙并穿透濾料，下游濃度增高，隨著過程的進行，孔隙被塞滿，穿透率下降，形成第一個濃度高峰；之后，濾料在進行清灰時，由于高壓空氣的強力噴吹作用，使得濾料內塞滿的細顆粒抖落出來，進入下游，出現濃度高峰，而且由于后續噴吹造成的高峰濃度都大于第一次的高峰值。因此脈沖清灰是造成PM2.5排放濃度高的重要原因之一。

圖9是4種濾料在6個周期PM2.5濃度最大值的對比。通過比較可以發現，P84水刺貼層的下游的PM2.5濃度最大值最大，PPS針刺氈和PPS水刺貼層相近，都要小于P84水刺貼層，滌綸覆膜測試下游的PM2.5濃度最大值最小。

圖9 4種濾料測試下游PM2.5濃度最大值對比

3.3 總效率

各濾料的過濾效率見表3。

表3 各濾料的過濾效率

從表3中可以看出，4種濾料的過濾效率都很高，都接近100%。其中最高的是滌綸覆膜，最低的是P84水刺貼層。

4 結論

通過對4種典型濾料過濾細顆粒物過程所做的實驗，可得出以下結論：

（1）滌綸覆膜的殘余阻力最大，其次是PPS水刺貼層，P84水刺貼層，PPS針刺氈。

（2）隨著過濾過程的進行，4種濾料的過濾周期都逐漸減小，滌綸覆膜減少的不明顯；PPS針刺氈、PPS水刺貼層和P84水刺貼層過濾周期減少的幅度相近。

（3）濾料開始使用時，下游會出現一個PM2.5濃度峰值，每一次脈沖噴吹時下游也對應一個PM2.5濃度峰值，噴吹所致的峰值明顯高于濾料開始使用時的峰值。

（4）P84水刺貼層的下游PM2.5濃度最大值最大，PPS針刺氈和PPS水刺貼層相近，都要小于P84水刺貼層，滌綸覆膜測試下游的PM2.5濃度值最小。

（5）4種濾料的過濾效率都在99.9%以上，其中滌綸覆膜最高，P84水刺貼層最低。

[1]徐猛.我國環境污染損失研究[J].現代商貿工業，2010（08）：34-35.

[2]王錚，等.燃煤電廠PM2.5超細顆粒物排放測試方法研究[J].環境工程技術學報，2013，3（2）：134-138.

[3]朱先磊，張遠航，曾立民等.北京市大氣細顆粒物PM2.5的來源研究[J].環境科學研究，2005，18（5）：1-5.

[4]溫新欣，崔兆杰，張桂芹.濟南市PM2.5來源的解析[J].濟南大學學報，2009， 23（3）：292-295.

[5]肖致美，畢曉輝，馮銀廠，等.寧波市環境空氣中PM10和PM2.5來源解析[J].環境科學研究，2012，25（5）：549-555.

[6]肖容緒.袋式除塵二十年[C].全國袋式除塵技術研討會論文集，2007（13）： 1-9.

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[8]王金波， 孫熙， 柳靜獻，等.袋式除塵器濾料及配件手冊（2版）[M]. 沈陽：東北大學出版社，2007：1-20.