不同工况下细颗粒物分级捕集效率的研究

黄金菊

（龙岩市产品质量检验所/国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心（福建），福建 龙岩 364000）

不同工况下细颗粒物分级捕集效率的研究

黄金菊

（龙岩市产品质量检验所/国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心（福建），福建 龙岩 364000）

在模拟不同工况条件（入口粉尘浓度、入口风量）下，采用荷电低压冲击系统（ELPI）测试电袋复合除尘器对细颗粒物的分级捕集效率。实验发现：随着入口粉尘浓度的增加，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈现增大的趋势；随着系统风量的增大，PM1.0、PM2.5及PM10的捕集效率呈现下降趋势，工况条件的变化对粒径较小的颗粒物的影响更为明显，会显著改变其捕集效率。

电袋复合除尘器；细颗粒物；分级捕集效率

1 引言

近年来，我国京津冀及周边地区深陷“霾伏”的新闻报道不断，这种区域性重污染天气问题引发了社会的广泛关注。一方面，国家有关部门积极宣传雾霾危害的防范措施，在有条件的相关场所安装空气净化器，提倡在重污染天气来临时暂停户外活动等；另一方面，国家环保部门陆续修订了《中华人民共和国大气污染防治法》《环境空气质量标准》[1]《火电厂大气污染物排放标准》[2]等，在法律监管和源头上保护环境空气质量，严格控制粉尘等颗粒物的排放。颗粒物污染是大气最重要的污染物之一，尤其以PM2.5等细微颗粒物的污染问题尤为突出，已到了严重危害人类健康的程度[3]，而应对雾霾污染、改善空气质量的首要任务是控制PM2.5，因此，针对这些细颗粒物的排放控制研究也成为了国内外研究的热点。

目前，我国燃煤电站的颗粒物有效脱除技术之一是电袋复合除尘技术[4]，电袋复合除尘技术将传统的电除尘与布袋除尘结合起来，首先让含尘烟气经过一个电区，70%至80%的粉尘可被收集下来，剩余的荷电粉尘进入袋区，被滤袋捕集，整体的除尘效率较高。由于粉尘表面电荷的相互排斥作用，带电粉尘可以在滤袋表面形成均匀的粉尘层，有效降低滤袋的运行阻力。电袋复合除尘技术具有除尘效率高、滤袋不易破损且除尘效率不受粉尘性质、过滤压降小等特点，近年来得到了广泛应用[5]。但是，电袋复合除尘器对于PM2.5等细微颗粒物的捕集情况[6]，目前的研究相对有限。本文对不同工况下的电袋复合除尘器对细颗粒物的捕集效率进行测试，希望对电袋复合除尘器的设计提供理论指导。

2 实验方法

2.1 实验系统

电袋复合除尘实验台主要用于开展电袋复合除尘相关试验研究，可进行不同极配形式、工作电压、过滤风速、入口粉尘浓度等对除尘效率影响的试验。整个实验台由给料系统、进出口烟道、除尘器本体（包括1个电区和1个袋区）及引风系统等组成，电袋复合除尘实验台布置如图1所示。

图1 电袋复合除尘实验台结构示意图

2.2 细颗粒物分级捕集效率测试方法

荷电低压冲击系统（ELPI），为芬兰Dekati公司开发的可实时测量细颗粒物的精密测试仪器，其将颗粒物分成13级（0.03～10μm），能实时检测每级颗粒物的荷电量、粒径分布和质量浓度等参数。

ELPI的检测原理[7]：含有颗粒物的气流首先通过一个旋风切割器，去除空气动力学直径大于10μm的颗粒物，而小于10μm的颗粒物在进入撞击器之前首先通过荷电器荷电，然后气流从上而下通过每一级撞击器，经惯性分离将颗粒物由大到小分级采样，气流经最后一级导流管排出撞击器。每级撞击器均对应有一个静电计和电流放大器来测量捕集到该级撞击板上的颗粒物所带电荷值，由此计算出颗粒物浓度。荷电低压撞击器结构具体见图2。

图2 荷电低压撞击器结构示意及实物图

实验前，先测试系统的漏风率，调节引风机挡板开度，控制电袋复合除尘实验台的入口风量为实验所需值，使用烟尘采样仪测试电袋复合除尘实验台进、出口的温度、动压、静压、烟气流量等指标，按式①计算漏风率。

式中：

Δα— 漏风率，%；

Qsn，i、Qsn，0—入口、出口标态烟气流量，Nm3/h。细颗粒物捕集效率按式②计算。

式中：

η— 捕集效率，%；

Ci、Co—电袋复合除尘器进、出口气体含尘浓度，mg/Nm3。

3 结果和讨论

3.1 漏风率

整个测试实验选定在3个不同的入口风量下进行，从表1中可看出，测试条件下的漏风率在2%～4%，符合系统漏风率小于5%的测试要求。

3.2 细颗粒物分级捕集效率

在测试细颗粒物的分级捕集效率时，使用ELPI测试电袋复合除尘器进、出口各粒径的细颗粒物浓度，统计出PM1.0、PM2.5及PM10的质量浓度，然后再计算出这三种粒径范围的颗粒物的捕集效率。为保证测试结果更具严密性和可靠性，本次测试过程分别采用芒刺线和针刺线两种阴极线进行对比试验。

细颗粒物的分级捕集效率测试结果见表2。

表1 实验台在测试条件下的漏风率

表2 细颗粒物的分级捕集效率测试结果

从表2可看出，电袋复合除尘器对细颗粒物的捕集效率可达99%以上，但需要注意的是，这里的工况条件与现场不同，现场的烟气温度较高，可达100℃以上，且烟气成分复杂，包含NOx及SOx等酸性或者强氧化性气体，这些因素都会对滤袋的性能造成负面影响。但本实验中的烟气温度是常温（20℃～30℃）且模拟烟气为环境空气，基本不会影响滤袋的性能，所以整体的捕集效果较好。电区安装针刺线后，电袋复合除尘器对细颗粒物的捕集效率也可达99%以上，与芒刺线的情况相同。王勇[8]和臧电宗[9]等人对现场电袋复合除尘器的除尘效率进行了测试，发现电袋复合除尘器的效率可达99%以上，与本实验的结果接近。

芒刺线在不同入口粉尘浓度下分级捕集效率见图3。

从图3可看出，当入口粉尘浓度一定时，随着系统风量的增大，各粒径段的细颗粒物的捕集效率呈现逐渐下降的趋势，这是因为风量的增大导致风速增大，颗粒物在除尘器中的停留时间变短，使其捕集效率下降。入口风量大小对PM10和PM2.5的捕集效率影响不大，但对于粒径最小的PM1.0而言，其捕集效率下降最明显，表明风量的变化对于粒径较小的颗粒物的影响更为显著。同一风量下，随着颗粒物粒径的增大，捕集效率提高，这与姚宇平[10]等人的分析结果相似。

针刺线在不同入口粉尘浓度下分级捕集效率见图4。

从图4可看出，入口粉尘浓度一定时，实验结果与图3类似。当系统风量为3000m3/h至3500m3/h时，PM1.0与PM2.5的捕集效率较接近，曲线相对平稳；系统风量增大至4000m3/h时，PM1.0与PM2.5的捕集效率差别明显，说明风量增大时，PM1.0比PM2.5更容易逃逸，粒径越小，去除效率越低，这也与图3实验结果大致一致。

芒刺线在不同入口风量下分级捕集效率见图5。

从图5可看出，当入口风量一定时，随着系统入口粉尘浓度的增大，各粒径段的细颗粒物的捕集效率呈现逐渐增大的趋势，这与传统的除尘理论一致，而且，对于粒径最小的PM1.0而言，这种增大的趋势最明显，对于PM10而言，这种趋势不明显，入口粉尘浓度的增大，并没有带来较明显的改变，说明入口粉尘浓度的变化对于粒径较小的颗粒物的影响更为明显。

针刺线在不同入口风量下分级捕集效率见图6。

从图6可看出，当系统风量一定时，随着入口粉尘浓度的增大，各粒径段的细颗粒物的捕集效率呈现逐渐上升的趋势，这与芒刺线的变化趋势一致，而且，对于粒径最小的PM1.0而言，这种增大的趋势最明显。通过本实验的结果可以发现，电袋复合除尘器对细颗粒物具有较好的捕集效果，曹辰雨[11]等人认为电除尘和袋式除尘相互配合可以提高细颗粒物尤其是PM1.0的捕集效率，可以较好地达到燃煤电厂粉尘排放的要求。

图3 不同入口粉尘浓度下分级捕集效率—芒刺线

图4 不同入口粉尘浓度下分级捕集效率—针刺线

图5 不同入口风量下分级捕集效率—芒刺线

图6 不同入口风量下分级捕集效率—针刺线

4 结论

目前除尘设备多以质量去除效率表示除尘性能，不能正确反映对细颗粒物的去除效果。因此，以颗粒物数量浓度的去除效率衡量除尘性能要比颗粒物质量浓度的去除效率更具有实际意义。本文通过测试研究了电袋复合除尘器在不同入口粉尘浓度和不同风量下的细颗粒物的分级捕集效率，主要得出以下结论：

（1）在入口粉尘浓度一定时，电袋复合除尘器对细颗粒物的分级捕集效率随着电场风速的增大而降低，且粒径越小，降低的程度越明显。

（2）在系统风量一定时，随着入口粉尘浓度的增加，电袋复合除尘器对细颗粒物的分级捕集效率提高，且细颗粒物的捕集效率提高得更明显，因此，电袋复合除尘器应用于入口粉尘浓度高的现场能达到更好的捕集效果。

（3）对比针刺线和芒刺线对细颗粒物的分级捕集效率，发现两者并没有明显的差别，这可能是由于不同极配形式会影响粉尘颗粒物的荷电情况和电区的捕集效率，但是电袋复合除尘器的捕集效率是由电区和袋区共同决定的，由于本次实验过程中一直使用同一种滤袋，使得两种不同极线下最终的分级捕集效率并没有明显的差异。

[1] 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.GB13223-2011，火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国标准出版社.

[2] 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.GB3095-2012，环境空气质量标准[S].北京：中国环境科学出版社.

[3] 郑奎照.电袋复合除尘器高效捕集细粉尘PM2.5的机理探讨[J].中国环境管理，2013，5（6）：54-58．

[4] 聂孝峰，李东阳，郭斌.燃煤电厂电袋复合除尘器技术优势[J].电力科技与环保，2013，29（1）：24-27．

[5] 孙超凡，邬思柯，钱炜，等.大型电袋复合除尘器除尘效率的实验研究及优化[J].动力工程学报，2014，34（7）：534-540．

[6] 张晓曦，王雪，朱廷钰，等.电袋复合除尘器细粒子高效捕集技术研究进展[J].现代科学仪器，2014（3）：35-40．

[7] 骆仲泱，江建平，赵磊，等.不同电场中细颗粒物的荷电特性研究[J].中国电机工程学报，2014，34（23）：3959-3969．

[8] 王勇，徐晓虎.燃煤电厂除尘器对细粉尘捕集效率对比试验[J].中国环保产业，2013（6）：45-48．

[9] 臧电宗，梅东升，梁丁宏，等.燃煤电厂除尘器分级效率测量及分析[J].中国电力，2012，45（2）：45-48．

[10] 姚宇平，沈志昂，刘美玲.袋式与电袋复合除尘器的粉尘排放影响因子研究[J].环境工程，2016（10）：70-74．

[11] 曹辰雨，李贞，任建兴，等.燃煤电厂除尘设备除尘性能的分析和比较[J].上海电力学院学报，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