一種有效減少PM25排放的微粒聚合器的試驗研究

1、一種有效減少PM2.5排放的微粒聚合器的試驗研究摘 要：微細顆粒物尤其是PM2.5對人和自然環(huán)境的危害日益嚴重，受到社會的廣泛關(guān)注。常規(guī)靜電除塵器對PM2.5粒子的去除效果不理想，雙極微粒聚合器可有效減少此類粉塵的排放。本文通過模擬實際工況條件，建立試驗平臺，對該聚合器進行了大量實驗研究。實驗結(jié)果表明：雙極電暈荷電能使粉塵聚合效果明顯增大，聚合器投運后PM2.5質(zhì)量濃度下降15.9%，數(shù)量濃度下降20.8%，實現(xiàn)了電除塵器的提效和減排。關(guān)鍵詞：聚合器；PM2.5；雙極荷電；靜電除塵器Experimental Study of Bipolar-charged Fluid Mixing Agglo

2、merator on Reducing the Emission of PM2.5WANG Jianbo，CHEN Zhaomei，YIN Deshi (Zhejiang Feida environmental science & technology CO.,LTD, Zhuji,311800)Abstract：Fine particles especially the hazards of PM2.5 on human and natural environment is increasingly serious,which is widely concerned all over

3、 the world.While the collection efficiency of conventional electrostatic precipitator on PM2.5 is not ideal, the bipolar-charged fluid mixing agglomerator can reduce the emission of PM2.5 effectively. By simulating the actual working conditions and establish the test platform, a number of experiment

4、al study on this aggregator has carried out. Experimental results were obtained as follow：Bipolar corona charge can significantly increased dust aggregation effect; when the agglomerator put into operation, the mass concentration of PM2.5 decreased by 15.9%, the number concentration decreased by 20.

5、8%. These results show that the agglomerator has realized high efficiency and low emission of electrostatic precipitator.Key words：agglomerator; PM2.5; bipolar-charged; electrostatic precipitator1 引言近來，國內(nèi)多個地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)的霧霾和灰霾天氣，作為灰霾重要指標，PM2.5進入公眾的視野。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5m的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小

6、，含大量的有毒、有害物質(zhì)可以被血液和人體組織吸收，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大1。目前，靜電除塵器對10m以上的粒子可以達到99.9%的除塵效率，但對PM10、PM2.5的收塵效果并不理想2。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，國家對火電廠煙塵排放標準要求日益嚴格。新的火電廠大氣污染物排放標準已于2012年1月1日起實施，新標準的實施提高了火電行業(yè)的準入門檻，對燃煤電廠粉塵排放限值提高至30mg/m3，重點地區(qū)提高至20mg/m33。為此，靜電除塵器必須采取新的技術(shù)，既要提高除塵效率，又能高效的控制微細粒子特別是PM2.5的排放。菲達環(huán)保對靜電凝聚和湍流凝

7、聚做了深入研究，成功研制出了一種新型微粒聚合裝置“雙極異距微粒聚合器”（簡稱聚合器），現(xiàn)已掌握其核心技術(shù)，并獲得了8項國家專利。該設(shè)備能促進不同粒徑的粉塵有效聚合，從而提高電除塵器的除塵效率，減少PM10、PM2.5的排放，同時提高對汞、砷等有毒重金屬的去除率4。2 聚合器工作原理荷正電微粒荷負電微粒中性微粒123聚合區(qū)荷電區(qū)GAS1-負放電極 2-正放電極 3-極地極 圖1 聚合器工作原理圖圖1是聚合器的工作原理示意圖。該聚合器主要包括荷電區(qū)和混合凝聚區(qū)，含塵氣體進入除塵器前，先對其進行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙氣粉塵帶上正、負不同極性的電荷，再通過混合凝聚區(qū)擾流作用，使帶異性電荷的粗細粉

8、塵有效凝聚，形成大顆粒后進入除塵設(shè)備。經(jīng)過上述過程，粒子由小顆粒變成大顆粒，粗大的粒子便于在除塵器內(nèi)收集，這樣便減少了細微顆粒的排放5。該聚合器通常安裝在除塵器進口煙道內(nèi)，采用了該凝聚技術(shù)的新型靜電除塵器的結(jié)構(gòu)形式一般為前置煙道聚合器+常規(guī)靜電除塵器。3 聚合器性能試驗3.1 電壓極性對粉塵聚合影響的實驗為研究電壓極性對粉塵聚合的影響，菲達環(huán)保與浙江大學(xué)合作的省科技課題中對聚合后的微粒除塵效率進行了實驗測試分析，結(jié)果如圖2所示。 圖2 測試結(jié)果實驗結(jié)果表明：1）雙極電暈荷電使粉塵聚合效果明顯增大，粉塵的去除率明顯比單極電暈荷電時大；2）正、負電暈電極的擊穿電壓不同，負電暈電極的擊穿電壓比正電暈

9、電極的要高，因此適當增加正放電通道寬度，來獲取較高的平均電場強度，從而提高粒子的荷電效果。3.2 壓力損失數(shù)值模擬實驗通過計算流體動力學(xué)(CFD)的方法，對聚合器進行數(shù)值模擬試驗，試算聚合器的壓力損失，并估算聚合器壓力損失的阻力系數(shù)。實驗結(jié)果為： 1）聚合器結(jié)構(gòu)的壓力損失阻力系數(shù)估算值為2.34；2）在聚合器入口流速為10m/s15m/s的條件下，壓力損失約為100Pa225Pa；3）若速度分布不均勻，則聚合器壓力損失有所不同，故應(yīng)盡量保證速度分布均勻。3.3 聚合器對電除塵器的提效實驗根據(jù)聚合器的工作原理，建立中試平臺，對聚合器進行試驗研究。該試驗在菲達環(huán)保國家工程實驗室內(nèi)進行，該實驗室是目

10、前亞洲最大的除塵熱態(tài)實驗室，可模擬靜電除塵器實際工況，煙氣溫度在60200范圍內(nèi)可調(diào)，最大煙氣量為30000m3/h，實驗過程中采用靜電低壓撞擊儀（ELPI）測試了使用聚合器前后電除塵器出口不同粒徑粉塵數(shù)量濃度、質(zhì)量濃度的變化。實驗室的總體布置如圖3所示，實驗室聚合器安裝位置如圖4所示，ELPI外觀結(jié)構(gòu)如圖5所示。234561控制室1、加料系統(tǒng) 2、燃油熱風(fēng)爐 3、聚合器 4、雙室四電場電除塵器5、旋轉(zhuǎn)電極式電場 6、布袋除塵器圖3 實驗室總體布置圖 圖4 實驗室聚合器 圖5 ELPI外觀結(jié)構(gòu) 聚合器參數(shù) 實驗室聚合器安裝在電除塵器進口水平煙道內(nèi)，基本參數(shù)如表1所示。表1 聚合器基本參數(shù)序號名

11、稱參數(shù)1有效尺寸1.6m(長)×1m(寬)×0.7m(高)2有效流通面積0.7m23供電方式正、負高壓同時供電4放電極型式芒刺型5高壓電源72kv(正、負各1臺)3.3.2 測試方法及試驗條件實驗中測試儀器為靜電低壓沖擊儀（ELPI）及相關(guān)附屬設(shè)備。ELPI是用于實時測量微細粉塵數(shù)量濃度及質(zhì)量濃度的儀器，外觀結(jié)構(gòu)如圖5所示，其主要部件有電暈荷電器、低壓串級沖擊儀和多通道靜電計等。ELPI能夠瞬態(tài)記錄每級粉塵數(shù)量和質(zhì)量，清楚反應(yīng)聚合器對粉塵的凝聚效果。試驗時，當樣氣經(jīng)過電暈荷電器時，電暈放電產(chǎn)生的離子使樣氣中的粉塵帶電。之后，低壓沖擊儀將帶電粉塵根據(jù)其空氣動力學(xué)直徑進行分級。

12、沖擊儀各級之間絕緣，每一級單獨連接一個靜電電流放大器。收集在各沖擊儀級中的帶電粉塵會產(chǎn)生一個電流，由相應(yīng)通道的靜電計測量并記錄。本實驗的試驗條件為：實驗中風(fēng)量25100m3/h，入口粉塵濃度10.4g/m3（工況），出口溫度105，電除塵器僅第三電場投運。ELPI的操作界面及實時數(shù)據(jù)顯示如圖6所示。圖6 ELPI操作界面及實時數(shù)據(jù)顯示3.3.3 試驗結(jié)果聚合器投運前后，電除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度、數(shù)量濃度如表2所示。表2 聚合器投運前后電除塵器出口粉塵數(shù)量濃度、質(zhì)量濃度粉塵使用聚合器前使用聚合器后下降率數(shù)量濃度（N/cm3）質(zhì)量濃度(mg/m3)數(shù)量濃度（N/cm3）質(zhì)量濃度(mg/m3)數(shù)量濃

13、度（N/cm3）質(zhì)量濃度(mg/m3)PM10291252588.9230649502.0220.8%14.75%PM2.5288333250.1228333210.320.8%15.9%PM126533353.520866644.721.4%16.45%通過對聚合器投運前后電除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度、數(shù)量濃度進行比較，PM10、PM2.5、PM1質(zhì)量濃度分別下降14.75%、15.9%、16.45%，數(shù)量濃度分別下降20.8%、20.8%、21.4%。這說明聚合器對微細粉塵的凝聚效果非常明顯。但由于實驗中采用的粉塵為熱電廠除塵設(shè)備中收集的粉塵，且存在實驗誤差及實驗次數(shù)較少等因素，聚合器的聚合效

14、果仍需作進一步深入研究。4 結(jié)論通過對聚合器性能試驗結(jié)果分析，可得出以下結(jié)論：（1）雙極電暈荷電使粉塵聚合效果明顯增大，粉塵的去除率明顯比單極電暈荷電時大；（2）計算流體力學(xué)模擬聚合器的壓力損失，得出其壓力損失在125Pa左右；（3）在模擬工況條件下，使用聚合器后，PM10質(zhì)量濃度下降14.75%，數(shù)量濃度下降20.8%，PM2.5質(zhì)量濃度下降15.9%，數(shù)量濃度下降20.8%，PM1質(zhì)量濃度下降16.45%，數(shù)量濃度下降21.4%，表明聚合器對微細粉塵的聚合效果明顯，能有效減少微細粉塵的排放，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。參 考 文 獻1 郝吉明，馬光大.大氣污染控制工程M.北京：高等教育出版社，2002：12-15.2 RODNEY TRUCE, JOHN WILKINS,李定富.INDI