不同工況下細顆粒物分級捕集效率的研究

黃金菊

（龍巖市產品質量檢驗所/國家空氣污染治理設備產品質量監督檢驗中心（福建），福建 龍巖 364000）

不同工況下細顆粒物分級捕集效率的研究

黃金菊

（龍巖市產品質量檢驗所/國家空氣污染治理設備產品質量監督檢驗中心（福建），福建 龍巖 364000）

在模擬不同工況條件（入口粉塵濃度、入口風量）下，采用荷電低壓沖擊系統（ELPI）測試電袋復合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率。實驗發現：隨著入口粉塵濃度的增加，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈現增大的趨勢；隨著系統風量的增大，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈現下降趨勢，工況條件的變化對粒徑較小的顆粒物的影響更為明顯，會顯著改變其捕集效率。

電袋復合除塵器；細顆粒物；分級捕集效率

1 引言

近年來，我國京津冀及周邊地區深陷“霾伏”的新聞報道不斷，這種區域性重污染天氣問題引發了社會的廣泛關注。一方面，國家有關部門積極宣傳霧霾危害的防范措施，在有條件的相關場所安裝空氣凈化器，提倡在重污染天氣來臨時暫停戶外活動等；另一方面，國家環保部門陸續修訂了《中華人民共和國大氣污染防治法》《環境空氣質量標準》[1]《火電廠大氣污染物排放標準》[2]等，在法律監管和源頭上保護環境空氣質量，嚴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等細微顆粒物的污染問題尤為突出，已到了嚴重危害人類健康的程度[3]，而應對霧霾污染、改善空氣質量的首要任務是控制PM2.5，因此，針對這些細顆粒物的排放控制研究也成為了國內外研究的熱點。

目前，我國燃煤電站的顆粒物有效脫除技術之一是電袋復合除塵技術[4]，電袋復合除塵技術將傳統的電除塵與布袋除塵結合起來，首先讓含塵煙氣經過一個電區，70%至80%的粉塵可被收集下來，剩余的荷電粉塵進入袋區，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，有效降低濾袋的運行阻力。電袋復合除塵技術具有除塵效率高、濾袋不易破損且除塵效率不受粉塵性質、過濾壓降小等特點，近年來得到了廣泛應用[5]。但是，電袋復合除塵器對于PM2.5等細微顆粒物的捕集情況[6]，目前的研究相對有限。本文對不同工況下的電袋復合除塵器對細顆粒物的捕集效率進行測試，希望對電袋復合除塵器的設計提供理論指導。

2 實驗方法

2.1 實驗系統

電袋復合除塵實驗臺主要用于開展電袋復合除塵相關試驗研究，可進行不同極配形式、工作電壓、過濾風速、入口粉塵濃度等對除塵效率影響的試驗。整個實驗臺由給料系統、進出口煙道、除塵器本體（包括1個電區和1個袋區）及引風系統等組成，電袋復合除塵實驗臺布置如圖1所示。

圖1 電袋復合除塵實驗臺結構示意圖

2.2 細顆粒物分級捕集效率測試方法

荷電低壓沖擊系統（ELPI），為芬蘭Dekati公司開發的可實時測量細顆粒物的精密測試儀器，其將顆粒物分成13級（0.03～10μm），能實時檢測每級顆粒物的荷電量、粒徑分布和質量濃度等參數。

ELPI的檢測原理[7]：含有顆粒物的氣流首先通過一個旋風切割器，去除空氣動力學直徑大于10μm的顆粒物，而小于10μm的顆粒物在進入撞擊器之前首先通過荷電器荷電，然后氣流從上而下通過每一級撞擊器，經慣性分離將顆粒物由大到小分級采樣，氣流經最后一級導流管排出撞擊器。每級撞擊器均對應有一個靜電計和電流放大器來測量捕集到該級撞擊板上的顆粒物所帶電荷值，由此計算出顆粒物濃度。荷電低壓撞擊器結構具體見圖2。

圖2 荷電低壓撞擊器結構示意及實物圖

實驗前，先測試系統的漏風率，調節引風機擋板開度，控制電袋復合除塵實驗臺的入口風量為實驗所需值，使用煙塵采樣儀測試電袋復合除塵實驗臺進、出口的溫度、動壓、靜壓、煙氣流量等指標，按式①計算漏風率。

式中：

Δα— 漏風率，%；

Qsn，i、Qsn，0—入口、出口標態煙氣流量，Nm3/h。細顆粒物捕集效率按式②計算。

式中：

η— 捕集效率，%；

Ci、Co—電袋復合除塵器進、出口氣體含塵濃度，mg/Nm3。

3 結果和討論

3.1 漏風率

整個測試實驗選定在3個不同的入口風量下進行，從表1中可看出，測試條件下的漏風率在2%～4%，符合系統漏風率小于5%的測試要求。

3.2 細顆粒物分級捕集效率

在測試細顆粒物的分級捕集效率時，使用ELPI測試電袋復合除塵器進、出口各粒徑的細顆粒物濃度，統計出PM1.0、PM2.5及PM10的質量濃度，然后再計算出這三種粒徑范圍的顆粒物的捕集效率。為保證測試結果更具嚴密性和可靠性，本次測試過程分別采用芒刺線和針刺線兩種陰極線進行對比試驗。

細顆粒物的分級捕集效率測試結果見表2。

表1 實驗臺在測試條件下的漏風率

表2 細顆粒物的分級捕集效率測試結果

從表2可看出，電袋復合除塵器對細顆粒物的捕集效率可達99%以上，但需要注意的是，這里的工況條件與現場不同，現場的煙氣溫度較高，可達100℃以上，且煙氣成分復雜，包含NOx及SOx等酸性或者強氧化性氣體，這些因素都會對濾袋的性能造成負面影響。但本實驗中的煙氣溫度是常溫（20℃～30℃）且模擬煙氣為環境空氣，基本不會影響濾袋的性能，所以整體的捕集效果較好。電區安裝針刺線后，電袋復合除塵器對細顆粒物的捕集效率也可達99%以上，與芒刺線的情況相同。王勇[8]和臧電宗[9]等人對現場電袋復合除塵器的除塵效率進行了測試，發現電袋復合除塵器的效率可達99%以上，與本實驗的結果接近。

芒刺線在不同入口粉塵濃度下分級捕集效率見圖3。

從圖3可看出，當入口粉塵濃度一定時，隨著系統風量的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現逐漸下降的趨勢，這是因為風量的增大導致風速增大，顆粒物在除塵器中的停留時間變短，使其捕集效率下降。入口風量大小對PM10和PM2.5的捕集效率影響不大，但對于粒徑最小的PM1.0而言，其捕集效率下降最明顯，表明風量的變化對于粒徑較小的顆粒物的影響更為顯著。同一風量下，隨著顆粒物粒徑的增大，捕集效率提高，這與姚宇平[10]等人的分析結果相似。

針刺線在不同入口粉塵濃度下分級捕集效率見圖4。

從圖4可看出，入口粉塵濃度一定時，實驗結果與圖3類似。當系統風量為3000m3/h至3500m3/h時，PM1.0與PM2.5的捕集效率較接近，曲線相對平穩；系統風量增大至4000m3/h時，PM1.0與PM2.5的捕集效率差別明顯，說明風量增大時，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實驗結果大致一致。

芒刺線在不同入口風量下分級捕集效率見圖5。

從圖5可看出，當入口風量一定時，隨著系統入口粉塵濃度的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現逐漸增大的趨勢，這與傳統的除塵理論一致，而且，對于粒徑最小的PM1.0而言，這種增大的趨勢最明顯，對于PM10而言，這種趨勢不明顯，入口粉塵濃度的增大，并沒有帶來較明顯的改變，說明入口粉塵濃度的變化對于粒徑較小的顆粒物的影響更為明顯。

針刺線在不同入口風量下分級捕集效率見圖6。

從圖6可看出，當系統風量一定時，隨著入口粉塵濃度的增大，各粒徑段的細顆粒物的捕集效率呈現逐漸上升的趨勢，這與芒刺線的變化趨勢一致，而且，對于粒徑最小的PM1.0而言，這種增大的趨勢最明顯。通過本實驗的結果可以發現，電袋復合除塵器對細顆粒物具有較好的捕集效果，曹辰雨[11]等人認為電除塵和袋式除塵相互配合可以提高細顆粒物尤其是PM1.0的捕集效率，可以較好地達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捕集效率—芒刺線

圖4 不同入口粉塵濃度下分級捕集效率—針刺線

圖5 不同入口風量下分級捕集效率—芒刺線

圖6 不同入口風量下分級捕集效率—針刺線

4 結論

目前除塵設備多以質量去除效率表示除塵性能，不能正確反映對細顆粒物的去除效果。因此，以顆粒物數量濃度的去除效率衡量除塵性能要比顆粒物質量濃度的去除效率更具有實際意義。本文通過測試研究了電袋復合除塵器在不同入口粉塵濃度和不同風量下的細顆粒物的分級捕集效率，主要得出以下結論：

（1）在入口粉塵濃度一定時，電袋復合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率隨著電場風速的增大而降低，且粒徑越小，降低的程度越明顯。

（2）在系統風量一定時，隨著入口粉塵濃度的增加，電袋復合除塵器對細顆粒物的分級捕集效率提高，且細顆粒物的捕集效率提高得更明顯，因此，電袋復合除塵器應用于入口粉塵濃度高的現場能達到更好的捕集效果。

（3）對比針刺線和芒刺線對細顆粒物的分級捕集效率，發現兩者并沒有明顯的差別，這可能是由于不同極配形式會影響粉塵顆粒物的荷電情況和電區的捕集效率，但是電袋復合除塵器的捕集效率是由電區和袋區共同決定的，由于本次實驗過程中一直使用同一種濾袋，使得兩種不同極線下最終的分級捕集效率并沒有明顯的差異。

[1] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國標準出版社.

[2] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3095-2012，環境空氣質量標準[S].北京：中國環境科學出版社.

[3] 鄭奎照.電袋復合除塵器高效捕集細粉塵PM2.5的機理探討[J].中國環境管理，2013，5（6）：54-58．

[4] 聶孝峰，李東陽，郭斌.燃煤電廠電袋復合除塵器技術優勢[J].電力科技與環保，2013，29（1）：24-27．

[5] 孫超凡，鄔思柯，錢煒，等.大型電袋復合除塵器除塵效率的實驗研究及優化[J].動力工程學報，2014，34（7）：534-540．

[6] 張曉曦，王雪，朱廷鈺，等.電袋復合除塵器細粒子高效捕集技術研究進展[J].現代科學儀器，2014（3）：35-40．

[7] 駱仲泱，江建平，趙磊，等.不同電場中細顆粒物的荷電特性研究[J].中國電機工程學報，2014，34（23）：3959-3969．

[8] 王勇，徐曉虎.燃煤電廠除塵器對細粉塵捕集效率對比試驗[J].中國環保產業，2013（6）：45-48．

[9] 臧電宗，梅東升，梁丁宏，等.燃煤電廠除塵器分級效率測量及分析[J].中國電力，2012，45（2）：45-48．

[10] 姚宇平，沈志昂，劉美玲.袋式與電袋復合除塵器的粉塵排放影響因子研究[J].環境工程，2016（10）：70-74．

[11] 曹辰雨，李貞，任建興，等.燃煤電廠除塵設備除塵性能的分析和比較[J].上海電力學院學報，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