袋式除尘器在国电九江电厂的应用及其对PM2.5的脱除分析

杨传遍，袁竹林，杨林军，杨宏旻，鲍静静 (.南京龙源环保有限公司，江苏 南京 00；.东南大学 能源与环境学院，江苏 南京 0096；.南京师范大学 能源与机械工程学院，江苏 南京 004)

0 引言

目前，火电厂煤粉炉的除尘方式主要为电除尘和袋式除尘两种，随着对粉尘排放限制的不断提高，袋式除尘器的使用比例有所增加，“电改袋”或“电袋结合”的工程项目也随之增多[1-7]。另外，随着火力发电“上大压小”政策的实施，袋式除尘器日趋大型化，袋式除尘对我国空气质量的保证发挥着重要作用。近年来，由于雾霾天气的增多和加重，PM2.5对环境空气质量的影响引起了社会的广泛关注。

南京龙源环保有限公司研发了旋转式低压脉冲袋式除尘器，为了研究该袋式除尘器前后相关污染物的排放情况及其对PM2.5的脱除性能，以国电九江发电厂“上大压小” 扩建工程2×660MW超超临界燃煤机组为实例，在2013年7月由东南大学、南京师范大学专门针对袋式除尘器进出口烟气中PM2.5、汞、SO3及其他气态污染物浓度的变化进行了现场测试，本文将对测试结果进行介绍和分析。

1 袋式除尘器进出口粉尘浓度

按照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-1996)规定，采用WJ-60B型烟尘采样器分别在袋式除尘器进、出口烟道中采集样品，测试袋式除尘器进出口烟气中的粉尘浓度，结果见表1。为减小测试误差、除尘器进出口均采集两个样品进行测试，取平均值。

从表1中可以看出，袋式除尘器的除尘效率可达99.9%，出口烟气中粉尘浓度仅为7.95mg/m3，远低于《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定的30mg/m3，满足环保要求。

表1 袋式除尘器进出口粉尘浓度测试结果

项 目进口出口样品1样品2样品1样品2粉尘浓度/mg·m-3761877127．508．40平均值/mg·m-376657．95

2 袋式除尘器进出口烟气中PM2.5浓度及其粒径分布

袋式除尘器进出口烟气中PM2.5浓度与粒径分布采用芬兰Dekati公司电称低压冲击器(Electrical Low Pressure Impactor，ELPI)实时在线测量。为避免烟气中的水汽在ELPI冲击盘上凝结而对测量结果造成影响，对采样系统进行保温处理，并用经空气加热器加热的高温净化气作为稀释气[8]。

2.1 袋式除尘器进口

袋式除尘器进口烟气中PM2.5数量浓度和质量浓度见图1。从图1可以看出，测试约7min后烟气中PM2.5数浓度和质量浓度趋于稳定，稳定时其数量为1.8×106个/cm3，质量浓度为250mg/m3左右。为进一步获得袋式除尘器进口PM2.5数量和质量浓度粒径分布情况，对图1中稳定段所测浓度分布数据进行分析，结果见图2。

图1 除尘器进口烟气中PM2.5浓度测试结果

图2 袋式除尘器进口烟气中PM2.5浓度分布

可见，从数浓度角度分析，进口烟气中细颗粒呈单峰分布，峰值粒径约为0.15m，主要以亚微米级细颗粒为主；但从质量浓度分布来看，呈双峰分布，峰值粒径分别位于约0.2m、2.0m处，微米级及接近10m的较粗颗粒占较高比例，这主要是由于颗粒物密度一定时，其质量随粒径呈三次方增加，因此PM2.5质量浓度主要集中于较大粒径的微米级颗粒。

2.2 袋式除尘器出口

图3和图4分别为九江电厂袋式除尘器出口烟气中PM2.5浓度及粒径分布结果，PM2.5数浓度和质量浓度分别约为1.5×104～2.5×104个/cm3和0.5～1.0mg/m3，与除尘器进口相比，PM2.5数浓度和质量浓度均显著降低，这说明袋式除尘器可有效脱除烟气中的PM2.5，其对PM2.5数浓度和质量浓度脱除效率可分别高达98.9%和99.7%。

图3 袋式除尘器出口烟气中PM2.5浓度测试结果

图4 袋式除尘器出口烟气中PM2.5浓度分布

对比袋式除尘器进出口烟气中PM2.5浓度分布可以发现，与袋式除尘器进口烟气中PM2.5数浓度分布相比，袋式除尘器出口烟气中PM2.5数浓度分布仍呈单峰分布，但粒径分布曲线明显向小粒径方向偏移，峰值粒径降至0.02m左右，这主要是因为袋式除尘器对颗粒物的分级脱除效率随粒径减小而降低，导致粒径较小的超细颗粒不能被有效捕集而随袋式除尘器出口烟气排放。

袋式除尘器对PM2.5的分级脱除效率曲线如图5所示。可以看出，袋式除尘器对多数粒径段的细颗粒物数浓度和质量浓度分级脱除效率均较高，仅有粒径较小的两级超细颗粒分级脱除效率较低；这是由于袋式除尘器主要通过惯性碰撞、扩散和截留等机理捕集颗粒物，粒径越小，捕集效果越不明显，从而造成这些超细颗粒难以被袋式除尘器有效捕集并脱除；随粒径增大，颗粒物分级脱除效率明显增加并趋于平缓。

图5 袋式除尘器对PM2.5的分级脱除效率

3 烟气成分测试

袋式除尘器进出口烟气中各组分测试结果如表2所示。可以看出，袋式除尘器进出口烟气中SO2、NO、NO2、O2、SO3、氯化物、单质汞、二价汞等气态组分基本没有变化，而烟气中颗粒态汞浓度明显降低，以致出口烟气中无法检测到颗粒物样品。这是由于PM2.5具有较大的比表面积，容易吸附汞等重金属，使这部分被吸附的汞以颗粒态存在。如上所述，袋式除尘器对烟气中PM2.5具有较好的脱除效果；因此，这些富集在超细颗粒物表面的颗粒态汞在PM2.5被袋式除尘器捕集的同时也被有效脱除。

表2 烟气组分测试结果

项 目袋式除尘器进口袋式除尘器出口SO2/mg·m-3654638SO3/mg·m-3109．7101．8NO/mg·m-380．175．5NO2/mg·m-320．520．2O2/%6．87．1HCl等/mg·m-315．515．0入炉煤样汞含量/ng·m-3141．4Hg0/μg·m-31012Hg2+/μg·m-3129烟气中灰样汞含量10．2未采集到灰样除尘器底灰汞含量/ng·m-314．8Hgp/μg·m-30．0019未采集到灰样进出炉总汞平衡汇算/%-7．66-11．85

另外，烟气中汞主要以气态形式存在，其中气态单质汞和二价汞含量相当，而富集在颗粒物表面的颗粒态汞含量很少，如除尘器进口烟气中颗粒态汞含量仅为0.0019μg/m3，仅占总汞的0.0086%。对袋式除尘器进出口分别进行了汞的质量平衡测算。由于汞平衡计算中误差受到多种因素影响，包括给煤量、烟气流速的波动及取样测量的误差等，很难估算每种因素引起的误差，因此认为质量平衡误差小于±30%均可接受。表2中除尘器进出口汞质量平衡的误差均小于15%，这说明本次测量过程中各种形态汞的测试结果准确性较好。

4 结语

我国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，主要依靠煤炭发电的局面在较长时期内不会改变，袋式除尘器作为抑制火力电站PM2.5排放的主要技术设备的局面在较长时期内也不会改变，因此挖掘袋式除尘的技术潜力，提高现有袋式除尘器的除尘性能，对减少PM2.5排放的是一条投资小、见效快的技术途径，而基于具有高过滤效率的镀膜布袋滤料和先进脉冲喷吹清灰方式的研发，以及计算机数值模拟技术的大型袋式除尘器内部流场的调节与优化，可使除尘器的设计方案更加科学合理，除尘器的工作性能更加可靠，滤袋寿命得到显著提高，是一种提高袋式除尘器性能的有效手段。

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