基于工業微細粉塵的危害與有效捕集研究

吳昊

（重慶渝佳環保評估有限公司 重慶渝中 400042）

基于工業微細粉塵的危害與有效捕集研究

吳昊

（重慶渝佳環保評估有限公司 重慶渝中 400042）

工業生產造成的細微粉塵污染主要是PM2.5，此污染會加大患呼吸道疾病及各類癌癥的幾率，并且會嚴重影響大氣的可見度，并引起各種環境問題。本文對常規的除塵器工作方式及工作效率進行分析，并據此給出電凝并、高頻電源、新型電廠、轉動極板、脈沖電源等自身構造的完整性除塵策略。通過研究理論并聯系實際，能夠證明這種新型的除塵策略可以大幅度提高PM2.5的捕集效果，以后的工業除塵手段，將據此獲得巨大的發展。

工業細微粉塵；危害；PM2.5；捕集策略

我國的煤炭使用量巨大，煤炭燃燒的粉塵排放在整個工業粉塵排放中占到80%的比例。煤炭的消費在2011年已經達到了3.51×109t，重點工業的消費量占到了3.21×109t，電力行業的消費量占到了1.96×109t。工業在進行治理時主要采取布袋除塵器、電除塵器以及電袋復合除塵器等方式，不過根據實際的除塵效果來看，這三類除塵器捕集PM2.5的效率并不高，這就使得我國的環境質量大部分都處于難以達標的狀態。2012年一月份發布了《火電廠大氣污染排放標準》，其中具體明確了火力發電鍋的粉塵排放要求，即煙塵的最高排放濃度不得高于30mg/nm3，關鍵區域的最高煙塵排放濃度不得高于20mg/nm3，通過改造，能夠使94%的電除塵器達到相關標準。通過實踐，科學的整合、集成電凝并、高頻電源、新型電廠、轉動極板、脈沖電源等自身構造的先進技術，能夠大幅度提高捕集PM2.5的效率，并指導工業除塵向著先進的道路邁進。

1 工業細微粉塵的具體危害

大氣中的微細粉塵如果嚴重超出相關標準，就會造成空氣質量下降、大氣可見度降低、霧霾、有毒粉塵污染等一系列環境危害。尤其是亞微米粉塵PM2.5，其特點是表面活性大、比表面積大、對于毒害物質的吸附能力比較強、在空氣中停留時間長，擴散距離遠，所以其對于自然環境以及人類的危害是相當大的。科學研究表明，PM2.5一旦進入人體，將很難排出體外，經過長時間大量的吸入，將直接造成呼吸道、肺部的損傷，嚴重的還會引起肺癌、哮喘等疾病。PM2.5在大氣中的濃度每上升10μg/m3，死亡的總體概率就會提高4%，其中，因心臟問題造成死亡的概率提高6%，因肺部癌癥死亡的概率提高8%。不僅對人體造成嚴重的傷害，PM2.5還是霧霾現象的主要影響因素。以往我國發生霧霾天氣的頻率非常低，一年中只會有幾天是霧霾天氣，并且可見度只是略低于10km；但是當今的工業迅速發展，除塵技術跟不上工業發展的步伐，使大氣中有害顆粒的含量急劇增加，一些城市地區的霧霾天氣平均每年都在150d左右，甚至會更高，并且能見度低至1～2km，對人體的危害直線上升，嚴重威脅交通及動植物生長。所以，工業微細粉塵的威脅應該得到充分的認識，治理工作的優化不能懈怠。[1]

2 微細粉塵的有效捕集方法

電袋復合除塵器及布袋除塵器進行微細粉塵的捕集工作時能夠有比較好的效果，但是，隨著微細粉塵的排放速度和排放量的增加，這兩項捕集設備已經不能滿足正常的捕集需要，并且存在捕集容量有限、阻力過大、數量少、濾袋破損率高，運行成本偏高等現實問題。通過不斷升級電凝并、高頻電源、新型電廠、轉動極板、脈沖電源等技術，并且運用這些技術來組建電除塵器，能夠輕易地達到規定的目標，代表了工業微細粉塵捕集的新思路。

2.1 雙極靜電凝聚除塵器

理論驅進速率和荷電塵粒的半徑成正比例關系，荷電塵粒寬度及長度的變大依賴于的雙極靜電凝聚技術，進一步提升微細粉塵的捕集效果。其運用相反極性的放電致使微細粉塵相反電荷，并且在靜電力及渦流輸運的相互影響下凝聚放大的技術，常規電除塵器及前置煙道凝聚器共同集成了雙極靜電凝聚器。雙極荷電區位于前置煙道凝聚器，并且允許氣流的通過，雙極荷電區具有正、負電暈放電相間的平行通道，雙極荷電區有粉塵經過時，將粉塵變成了兩種極性，即正極和負極。粉塵繼續進入凝聚區，攜帶正電荷的粒子及攜帶負電荷的粒子通過靜電力及湍流輸送相互工作，發生碰撞凝聚，使顆粒的大小發生變化，變為大顆粒，最后的收集工作由電除塵器來完成，通過這種技術有效的降低了粉塵的排放量。通過實驗表明，科學利用雙極靜電凝聚電除塵器，能夠以80%的降低率來降低PM2.5的粉塵數量，捕集效率提升0.21～0.76%，排放濃度降低30～50%。

2.2 旋轉電極式電除塵器

擊打清灰造成的二次揚塵現象，很難通過傳統的電場來控制，同時還有煙氣漏風、竄流、部分超高流速造成的揚塵及大電流強電暈造成的揚塵，反電暈和極板粘灰造成的捕集效率降低，根據這些問題給出了轉動極板技術。其工作原理是結合轉動電極及固定電極，形成靜電除塵技術，固定電極的安裝主要集中在粉塵濃度偏高的第一、二電場，把轉動電極電場的進口濃度控制在1g/nm3以下，有效的延長轉動結構的利用時長。轉動電機運用在末級電場進行粉塵的收集，有效的提升粉塵的除去效率。其首先改進了傳統靜電除塵器的不足，即難以清除極細粉塵、高比電阻、強粘度粉塵、容易再次揚塵等，其次又改進了布袋除塵器的不足，即設備阻力強、平均維修任務重、執行費用高、高溫高濕粉塵難以清理等，并滿足環境保護及人身安全的相關需求。[2]

2.3 使用脈沖或者高頻電源原理的電除塵器

高頻電源能夠保持20～50kHz的工作頻率，功率因數能夠達到90%以上，轉化電能的的效率同樣可以達到90%，對于輸出電壓來說，紋波系數不低于0.2%，輸出電壓可以理想化為恒壓源，閃絡電壓得以有效的提升，峰值電壓和輸出電壓近似相同，并且持續逼近火花擊穿電壓，其峰值近似于工頻電源的輸出電壓。火花放電情況一旦在電場中出現，高頻電源能夠以極快的速度感應火花，并且立即停止供電脈沖，這樣可以降低火花的能量，使電場快速的恢復，使電廠的平均電壓得以更有效的提高，平均電壓相比于工頻電源的電壓，高達1.3倍，峰值電暈電流相比于工頻電源的電流，高達2倍，所以除塵效果相對較好，使出口的粉塵排放濃度至少下降30%。除此之外，對于高比電阻的捕集，高頻電源可以把開通、斷開時間準確的控制在有效范圍內，以達到控制脈沖頻率、脈沖寬度、占空比的目的，進而使二次電壓運行在伏安特性曲線拐點以下，并且低于反電暈的臨界值，控制反電暈的產生，從而達到最優的除塵結果，確保出口的粉塵濃度不高于30mg/nm3。[3]

2.4 整合各類先進除塵技術

通過以上的分析可知，除塵效果受到多種條件的作用，不僅受到鍋爐負荷、煤炭種類、煙氣特征的影響，還和電場自身構造、高低壓電源的控制能力、收塵板及放電極是否干凈有關聯，而且煙氣特征、鍋爐負荷、電場運行參數、電極潔凈度、微細粉塵荷電率等均會隨著設備的運行即時產生變化，降低了設備的持續工作時間。電除塵原理相當復雜，并且實踐檢驗的難度大，使很多技術人員及研究人員在不斷的尋找電除塵技術的升級途徑，來提高電除塵器的使用價值。[4]比如，微細粉塵的荷電難運用電凝聚技術攻克，收塵極板的潔凈問題運用旋轉電極技術攻克，電暈功率以及電場工作電壓的提高運用高頻電源實現，反電暈問題運用脈沖電源解決，二次揚塵問題運用通透型收塵板克服。通過不斷的理論研究及具體實踐，認為這些技術可以滿足正常的除塵需要，不過在平衡性、通用性、兼容性等方面存在一定的缺陷，還需要繼續完善。所以，根據技術整合的思路，把旋轉電機、電凝并技術、高性能配置控制電源、新型本體構型等技術進行科學的整合，合理的完善電源控制、鍋爐負荷、電場自身的兼容問題，使除塵工作中的大多數問題得以解決，通過有效的捕集粉塵，大大減少空氣中的微細粉塵含量，加快實現電力清潔的進程。

3 結語

我國工業迅速發展的同時對環境及人體造成了不同程度的危害，尤其是微細粉塵，其在大氣中濃度的大幅上升會造成霧霾現象，增加人患呼吸道、肺部疾病的概率，嚴重時會導致癌癥等惡性疾病的出現。本文根據這些危害和相關傳統除塵技術和設備的應用情況，提出了一些有效的捕集微細粉塵的方法，即采用雙極靜電凝聚除塵器、旋轉電極式電除塵器、脈沖或者高頻電源原理的電除塵器，并通過科學、合理的優化集合，使這些除塵器的功能得以整合，實現微細粉塵的有效捕集。

[1]王成福.工業微細粉塵的危害與有效捕集研究[J].科技通報，2013，01：185～189.

[2]王成福.提高工業微細粉塵捕集效率研究[J].環境工程，2013，02：62～65+71.

[3]曹辰雨.火電廠燃煤粉塵在交流電場中凝并與脫除的實驗研究[D].上海電力學院，2014.

[4]王成福.大氣微細粉塵污染綜合防治對策研究[J].金華職業技術學院學報，2012，06：31～36.

X701.2

A

1004-7344（2016）18-0336-02

2016-6-1

吳 昊（1984-），女，工程師，本科，主要從事環境工程方面的工作。