天津市环科检测技术有限公司 天津 300191
摘要：大气颗粒物特别是超细颗粒物PM2.5，对人体健康及环境会产生很大危害。燃煤电厂是PM2.5的重要排放源。本文简要阐述了燃煤电厂PM2.5排放的现状，并针对燃煤电厂重点介绍了微粒聚合器控制技术、湿式电除尘器控制技术以及电-袋混合式除尘器控制技术等，并针对现有的PM2.5监测技术做了简要分析，指出了各种技术的利弊应用现状及应用前景展望。
关键词：燃煤电厂，PM2.5，监测方法
1 引言
大气颗粒物根据空气动力学等效直径大小，可将其分为总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物和细粒子。其中，粒径＜2.5μm的可吸入颗粒物被称为细粒子（fine particles），表示为PM2.5。由于PM2.5的比表面积大，表面活性，强吸附性强，很易于富集空气中的有毒重金属、酸性氧化物及有机污染物等，其对人体健康的危害远比空气动力学直径在2.5~10μm之间的粒子大[1]。
燃煤排放是我国主要的大气重金属（As、Se、Pb和Cr等）和PAHs、VOCs等有机污染物排放源之一，所以燃煤排放PM2.5不同于来源于自然的尘土等颗粒物。煤中所含的微量元素可以在燃烧产物上进一步迁移或富集于这些细粒子之上，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大[2]。
目前，常规的除尘技术难以有效控制粒径为0.1~2.0μm的一次细粒子和通过气粒转化而成的二次细粒子。电除尘器对于大于10μm的颗粒除尘效率非常高，但是当颗粒物直径小于2μm时，除尘效率就会显著下降，收尘效率会低于90% [3]。袋除尘器排放的颗粒物大部分都小于2.5μm，因此要减少PM2.5的排放，必须进一步提高现有除尘器的除尘效率，并相应减少微细颗粒的排放。由于微细颗粒荷电困难、穿透力强，尤其是在高温燃烧、冶炼的过程中，以硫或氮的氧化物出现的PM2.5及金属气化、冷凝形成的粒子，用现有的高效除尘器也很难收集[4]。
2燃煤电厂PM2.5排放现状
燃煤电厂除尘器前粉尘大颗粒占大多数，PM10和PM2.5占总灰量的百分比为39.35%和2.45%，而除尘器后高达92.47%和35.56%，说明电除尘器对细灰捕集效率不高，除尘效率较低[5]。美国大气中PM2.5约32%是由燃烧所产生的，美国能源日报文章认为燃煤电厂是大气中细微颗粒物的主要源头[6]。我国是煤炭生产和消费大国，目前煤炭占我国一次能源的75%左右，在未来几十年内，煤炭仍将是我国主要的一次能源，由燃煤电厂排放的颗粒物已引起了各界广泛重视。据美国国家能源技术实验室的数据，美国燃煤电站锅炉的平均一次可吸入颗粒物排放质量浓度为52.8mg/m3[7]。1970年排放量超过了160万t。尽管燃煤电厂采取措施控制，1996年将PM10的排放量降至约26万t/a，但其排放的一次可吸入颗粒物仍为造成空气能见度降低、酸雨和酸沉降的主要原因。
图1 聚合器工作原理图
3燃煤电厂PM2.5控制技术
3.1 微粒聚合器技术
微粒聚合技术是利用在含尘气体进入除尘器之前，先对其进行分列核电处理，使得相邻的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，然后通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备。这一技术克服了电除尘器对PM2.5荷电不充分的难题，提高了电除尘器的除尘效率，显著减少了总质量排放，特别是PM2.5的排放[8]。其工作原理如图1所示。
1.负放电极 2.正放电极 3.接地极
聚合器有较为显著的特点：（1）运行成本相对较低，压力损失较小（＜250Pa）；（2）减少烟尘总质量排放，提高除尘设备的除尘效率；显著减少PM2.5及有毒重金属的排放；（3）在一定范围内提高电除尘器对不同煤种的适应性；（4）为静电除尘器的减容创造条件。有研究表明，采用该技术得到了双极荷电可使沉降收集效率提高约10％的静电凝聚效果。
3.2 湿式电除尘器技术
湿式电除尘器拥有捕集微细粉尘的功能，对微细、潮湿、黏性或高比电阻粉尘的捕集效果都很理想，这就大大提高了对PM2.5的捕集效率。湿式电除尘器通过对流冷却降低烟气温度、促进冷凝，也能对酸雾进行捕集。由于清灰的方式不同，湿式电除尘器较干式电除尘器有以下优点：（1）收集粉尘不受粉尘比电阻的限制；（2）清灰时粉尘不产生二次扬尘；（3）对PM2.5的去除效率很高；（4）没有运转部件，设备可靠性高。在20世纪末，我国已经拥有了自主知识产权的用在120t/h炼钢吹氧转炉二次烟尘的净化系统上第一台大型立式湿式电除尘器。
3.3电-袋混合式除尘器技术
电除尘器的收尘过程中，烟尘颗粒尤其是亚微米粒子的凝并会直接影响除尘器的效率。我国曾进行过高压交流电场的粉尘凝并试验，但该试验只进行到半工业性的试验阶段。美国政府提出了减少PM2.5排放的课题，在美国能源部的资助下，美国能源与环境中心（EERC）提出了一种微粒控制的新概念，开发出一种称为“先进的混合式过滤器”（如图2所示）[9]。
图2混合式过滤器的结构
该种除尘器将电除尘和袋除尘两种技术在同一气室内有机结合，无论在颗粒收集过程中还是粉尘向灰斗的传送中，二者都能很好地相互作用，提供了极好的颗粒收集效果。对于0.1～10μm的颗粒，收集效率超过99.9%，且运行费用低于现有其他除尘技术。这种新型的电-袋除尘器的静电区（放电极和收尘极）和滤袋区交替成排布置，入口烟气径直通过静电区，烟气携带的大部分颗粒在到达滤袋之前被除去。静电区所起的另一个重要作用就是在滤袋脉冲清灰的时候，有效地捕集灰饼，从而大大降低了粉尘再次被夹带到滤袋上的可能性。这种开孔的收尘极板除了捕捉荷电的颗粒外，还起着保护滤袋免受任何可能来自电场的静电破坏作用。
电-袋混合式除尘器的作用，充分证明了它具有与其它高效除尘器竞争的优势，将气布比设定在2m/min左右，阻力可控制在正常的范围之内。电-袋混合式除尘器的关键技术在于电场和滤袋的相互配置，优化的结果将使得设备高效紧凑，在现有的标准和技术条件下，电-袋混合式除尘器体现出强大的生命力。可以预见，不断发展的电-袋混合式除尘器技术将成为控制PM2.5的最佳实用技术之一。
4 PM2.5监测方法
目前我国对于源PM2.5监测方法尚处于研究阶段，已有环境PM2.5监测技术大多都引进国外自动监测技术。就目前而言，自动化的PM2.5监测技术主要包括β射线法、微量振荡天平法和散射激光雷达法。其中散射激光雷达法在目前仍处于科研监测，并没有通过相关监测标准认证，因此主要对β射线法、微量振荡天平法进行技术要点介绍。
β射线法
β射线法是利用产生β射线透过采集有灰尘的滤膜，以PM2.5颗粒物对β射线的吸收程度来测定颗粒物的浓度。这种测定方法假定仪器校准使用的标准膜片的材质与所采集颗粒物的成分相同，测量时根据吸光程度换算出最终数据。由于这种方法可实现自动连续监测，且测量结果略高于振荡天平法，因此获得国内外环境监测机构的一致认可。
4.2微量振荡天平法
微量振荡天平法将采集有灰尘的滤膜用于振荡，由于振荡原件振荡的频率是由振荡的物理的特性、参加振荡的滤膜质量和沉积在滤膜上的颗粒物质量决定，因此通过测定系统振荡频率的变化可测得对应的颗粒物浓度。在实际应用中，微量振荡天平法队PM2.5自动监测仪尤其在西北地区的沙尘暴状况下，即使颗粒物浓度到1500μg/m3，β射线法仪器甚至可能会没有读数，振荡天平法仪器却能正常工作。
5 结语
燃煤电厂是PM2.5重要排放源，目前，多数燃煤电厂均采用了较为先进的除尘设备和湿法烟气脱硫设施，这些措施对细粒子的脱除能力则很弱。鉴于电厂PM2.5难以有效去除，在传统除尘器前设置团聚预处理环节将成为除尘技术发展的趋势，PM2.5团聚的研究与应用将具有特别重要的意义。
在我国，针对PM2.5开展的研究甚少，尚未形成大规模、高层次的系统研究。对PM2.5的源排放特征进行的调查、研究更是缺乏。一些研究直接引用国外相同或相似污染源的排放数据，不能真正定量解析我国PM2.5的来源。研究如何提高对PM2.5的收集效率是十分必要的。静电与其它传统方式的结合以及电凝并技术都能够高效去除PM2.5，并在工业上已有所运用。但是成熟的技术还需要进一步研究。我国对于源PM2.5监测方法尚处于研究阶段，已有环境PM2.5监测技术大多都引进国外自动监测技术，但是为了使对PM2.5的监测连续准确的进行，自动监测技术是我国环境监测站选择监测PM2.5的必然手段，PM2.5的治理，任重而道远。
参考文献：
[1]杨新兴,冯丽华,尉鹏.大气颗粒物PM2.5及其危害[J].前沿科学,2012(1).
[2]唐孝炎.大气环境化学[M].北京:高等教育出版社,1990:174.
[3]邵龙义,时宗波,黄勤.都市大气环境中可吸入颗粒物的研究[J].环境保护,2000,(1).
[4]赵承美,孙俊民,邓寅生,鲁静.燃煤飞灰中细颗粒物PM2.5的物理化学特性[J].环境科学研究, 2004,17(2) :17~80.
[5]黄斌,姚强,李水清.静电增强脱除PM2.5研究进展[J].电站系统工程,2003,19(6):44-46.
[6]刘伟军,曹伟武.电旋风除尘技术研究的发展与探索[J].能源研究与信息,2005,(1).
[7]杨复沫,马永亮.细微大气颗粒物PM2.5及其研究概况[J].2000,4:32-34.
[8]张殿印,张学义.除尘技术手册[M].冶金工业出版社,2002:l98~ 200.
[9]林宏.电-袋复合除尘器的开发与应用[J].中国水泥,2003,8.
论文作者:贾静
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/3
标签：除尘器论文; 电除尘器论文; 技术论文; 电厂论文; 燃煤论文; 颗粒物论文; 粉尘论文; 《基层建设》2016年9期论文;