(大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 116023)

1 引 言

近年來，我國很多城市及其周邊地區(qū)灰霾頻發(fā)。2013年1月29日環(huán)境保護部通報，我國中東部地區(qū)受灰霾天氣影響，多個城市空氣質(zhì)量重度污染或嚴重污染，全國灰霾面積約130萬平方公里。目前灰霾已成為困擾居民生產(chǎn)以及生活的重大大氣環(huán)境問題。

灰霾是一種天氣現(xiàn)象，是指大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10千米的空氣混濁現(xiàn)象。而大氣能見度的降低，主要是顆粒物對光的吸收和散射造成的。在顆粒物粒子中，PM2.5的消光作用最強。很多科學(xué)研究表明，PM2.5是引發(fā)城市大氣酸雨、光化學(xué)煙霧和灰霾的重要因素，對人體健康會產(chǎn)生嚴重危害，對氣候會產(chǎn)生重要影響。

2 除塵設(shè)備技術(shù)特點分析

2.1 PM2.5來源

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5主要來源于工業(yè)部門煤炭燃燒產(chǎn)生的煙塵廢氣、機動車排放的尾氣、金屬冶煉過程中金屬蒸汽的冷凝聚結(jié)等[1]。隨著空氣污染問題日益突出，世界各國高度重視，并相繼研究和開發(fā)出了PM2.5的檢測設(shè)備、測試系統(tǒng)和控制技術(shù)。我國在這方面雖然起步較晚，但也出臺了相應(yīng)的政策，采取了控制大氣環(huán)境污染的多項措施，修改大氣污染物排放濃度限值以及除塵設(shè)備的排放標準，研發(fā)了新的技術(shù)設(shè)備。國家環(huán)保部于2012年初將PM2.5也納入環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測項目中，目前全國有74個城市實時發(fā)布PM2.5的監(jiān)測結(jié)果。

隨著工業(yè)的高速發(fā)展，能源的消耗，越來越多的煙塵廢氣排放到大氣中。工業(yè)煙氣中的粉塵顆粒物的控制主要是通過除塵設(shè)備來實現(xiàn)的，見圖1。常規(guī)的除塵設(shè)備對于粒徑小于2.5微米的細顆粒(PM2.5)不能有效捕集，因此在沒有新的高效收集PM2.5的技術(shù)情況下，就必須進一步提高現(xiàn)有除塵器的除塵效率，相應(yīng)減少PM2.5的排放。

圖1 工業(yè)生產(chǎn)流程中的粉塵控制

2.2 常規(guī)除塵設(shè)備

2.2.1布袋式除塵器

布袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾。當含塵氣體進入袋式除塵器地，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料的孔隙時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。沉積在濾料上的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中，見圖2。

圖2 布袋式除塵器工作原理

優(yōu)點：去除大顆粒粉塵效率高，一般在99%以上；結(jié)構(gòu)簡單，維護操作方便，造價低廉；對粉塵特性不敏感，不受粉塵及電阻影響。缺點：大多數(shù)濾料的材質(zhì)都是易燃燒、磨擦易產(chǎn)生積聚靜電的，在處理燃燒氣體或高溫氣體時，常常有未完全燃燒的粉塵、火星、有燃燒和爆炸性氣體等進入系統(tǒng)之中，存在著發(fā)生燃燒、爆炸事故的危害；對去除PM2.5(細顆粒物)效果不明顯。

2.2.2旋風(fēng)式除塵器

旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力，將塵粒從含塵氣體中分離出來的除塵裝置。當含塵氣體由進氣口進入旋風(fēng)除塵器時，氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿除塵器內(nèi)壁呈螺旋形向下，朝向錐體流動，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將相對密度大于氣體的粉塵粒子甩向除塵器壁面。粉塵粒子一旦與除塵器壁面接觸，便失去徑向慣性力而靠向下的動量和重力沿壁面落下，進入排灰口，見圖3。

圖3 旋風(fēng)式除塵器工作原理

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，不需要特殊的附屬設(shè)備；造價較低，阻力中等；器內(nèi)無運動部件，操作維修方便。缺點：捕集微粒小于5微米的顆粒物(細顆粒物)效率不高。

2.2.3 靜電式除塵器

靜電除塵器的工作原理是利用強電場電暈極放電電離氣體，使含塵空氣中的顆粒物在電場力的作用下與氣流分離，吸附到集塵極，達到凈化的目的。負極由金屬導(dǎo)線制成，叫電暈極。正極由金屬板制成，叫集塵極，見圖4。

圖4 靜電式除塵器工作原理

優(yōu)點：阻力損失小，耗能相對較少；除塵效率高，處理煙氣量大，而且可用于煙氣溫度高，壓力大的場合。

缺點：對粉塵比電阻有一定要求。比電阻過低，塵粒難以保持在集塵電極上，致使其重返氣流。比電阻過高，到達集塵電極的塵粒電荷不易放出，在塵層之間形成電壓梯度會產(chǎn)生局部擊穿和放電現(xiàn)象。這些情況都會造成除塵效率下降[2]；一次投資較大，設(shè)備比較復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運和安裝以及維護管理水平高。

2.3 常規(guī)除塵設(shè)備存在的問題

由于行業(yè)不同，生產(chǎn)工藝的不同，在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污染物的尺寸范圍很大，涵蓋了微米級到毫米級微粒，所以現(xiàn)有的新、老除塵設(shè)備很難達到新的排放標準。布袋式除塵器和旋風(fēng)式在正常運行工況下除塵效率很高，但是對于粒徑為0.1～2.5微米的細粒子不能有效捕集，仍有高達10%左右的顆粒會離開除塵器排入大氣。靜電除塵器主要是靠電荷吸附顆粒物，從而達到除塵效果，但是粒徑在1微米附近的顆粒物處在場荷電和擴散荷電混合區(qū)，其荷電能力很差，從而難以去除[3]，這樣會導(dǎo)致一些細小顆粒進入大氣，其中影響最為嚴重的就是環(huán)境和健康問題[4]。

2.4 提高除塵器去除PM2.5的方法

就目前國內(nèi)外研究情況來看，最有效的解決方法是使用混合除塵器、凝并等方式去除煙塵廢氣中的PM2.5。針對不同行業(yè)，不同工藝原理，不同污染成份，選擇不同的混合方式和凝并方式。

2.4.1 電袋式混合除塵器

電袋式除塵器的基本原理是基于靜電除塵技術(shù)-袋除塵技術(shù)相結(jié)合的混合型除塵器，使用高壓電極放電讓粉塵顆粒帶電，用濾袋代替收塵極板。

靜電-布袋串聯(lián)式：國外叫Compact Hybrid Particulate Collector緊縮混合型除塵器，就是在原有電除塵器后串聯(lián)一臺袋式除塵器，用來捕集電除塵器未能捕集的細顆粒物(粒徑小于2.5微米)。

靜電-布袋并聯(lián)式：國外叫Advanced Hybrid Particulate Collector先進混合型除塵器，是由一行電除塵器部件和一行濾袋相間排列而構(gòu)成，濾袋在電除塵的粉塵收集板之間。

經(jīng)過大量的中試和現(xiàn)場實驗證實這兩種除塵器技術(shù)已成熟可靠，對細顆粒物(粒徑小于2.5微米)的捕集效率達到99.9%以上[5]。

2.4.2 靜電旋風(fēng)式混合除塵器

靜電旋風(fēng)式除塵器的基本原理是以旋風(fēng)除塵器外筒體作為集塵極，并在筒體內(nèi)布置電暈極，由此在旋風(fēng)除塵器中附加一個高壓靜電場，構(gòu)成綜合離心分離和靜電分離作用的混合型除塵器。

2.4.3 濕式電除塵器的功能及特點

濕式電除塵器擁有捕集微細粉塵的功能，對細微、潮濕、黏性或者高比電阻粉塵的捕集效果都很理想。濕式電除塵器不存在粉塵收集后的再飛揚，這是由于被捕集的粉塵和水之間有黏著力的結(jié)果。由于濕式電除塵器能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率，這就大大提高了對PM2.5的捕集效率，濕式電除塵器通過對流冷卻降低煙氣溫度、促進冷凝，也能對酸霧進行捕集。

濕式電除塵器收集粉塵的機理與干式電除塵器的機理一樣，差別是收集粉塵后的清灰方式：干式電除塵器是通過錘擊振打清灰使粉塵脫離電極，而濕式電除塵器則是通過水沖洗電極使粉塵剝離。

由于清灰的方式不同，濕式電除塵器較干式電除塵器有一下優(yōu)點：①收集粉塵不受粉塵比電阻的限制；②清灰時粉塵不產(chǎn)生二次揚塵；③對可吸入粉塵(PM2.5)顆粒的去除效率很高；④沒有運轉(zhuǎn)部件，設(shè)備可靠性高。

2.4.4 凝并器

微細顆粒物通過不同的方式相對運動，彼此間發(fā)生碰撞接觸結(jié)合成為較大顆粒的過程成為凝并。在一些特點條件下，凝并對除塵設(shè)備有著重要的意義，因為小顆粒凝并成大顆粒后，更容易被除塵器捕集，可以節(jié)省能源，也可以減少設(shè)備的投資。凝并技術(shù)有機械、化學(xué)、聲學(xué)和靜電技術(shù)，其中靜電凝并已取得實用成果[6]。

3 結(jié) 論

近十年來，隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，煙粉塵排放量不斷增長，我國的顆粒物污染問題日益凸顯，受影響范圍和污染程度逐漸擴大，大氣環(huán)境形勢不容樂觀。如何有效控制顆粒物排放、推動空氣質(zhì)量顯著改善是我國亟待突破的環(huán)境問題，除了做好頂層政策設(shè)計、制定科學(xué)的控制路線圖外，選擇有效的技術(shù)手段尤為關(guān)鍵，是推動顆粒物污染治理有效開展的重要的不可或缺的途徑。本文通過對不同的常規(guī)除塵設(shè)備的工作原理以及除塵性能進行研究，重點分析了電袋式混合除塵器、靜電旋風(fēng)式混合除塵器以及濕式電除塵器三種混合除塵器的技術(shù)特點，指出混合除塵器和凝并器能有效提高除塵器去除PM2.5的效率，以期為我國工業(yè)領(lǐng)域顆粒物防治提供技術(shù)參考。

研究表明，從我國目前大氣顆粒物污染防治要求和工業(yè)煙塵污染態(tài)勢看，常規(guī)除塵器已不能滿足新的排放標準要求。通過對國內(nèi)外研究情況分析，針對不同行業(yè)使用不同的混合除塵器或凝并方式是提高去除工業(yè)煙塵廢氣中PM2.5效率的最有效的解決方法，對在工業(yè)領(lǐng)域有效減少大氣污染具有重要意義。

參考文獻：

[1]尚偉，黃超，王菲.超細顆粒物PM2.5控制技術(shù)綜述.環(huán)境科技，2008，12.

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[3]MCELROY M W，CARR R C，ENSOR D S，et al.Size distribution of fine coal combustion [J].AAAs Sci，1982(4528)：13-19.

[4]趙爽.電凝并脫除可吸入顆粒物的實驗研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[5]尹曉萍，徐平安.國外電袋混合除塵器技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀.中國硅酸鹽學(xué)會環(huán)境保護分會學(xué)術(shù)年會論文集[R]，2009.

[6]向曉東.電凝并理論及在除塵應(yīng)用中的新進展[J].通風(fēng)除塵，1994，(4)：28-42