國(guó)內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀和袋式除塵濾料對(duì)細(xì)顆粒物控制實(shí)驗(yàn)研究

1、國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀與袋式除塵濾料控制現(xiàn)狀與袋式除塵濾料對(duì)細(xì)顆粒物控制實(shí)驗(yàn)研究對(duì)細(xì)顆粒物控制實(shí)驗(yàn)研究東北大學(xué)濾料檢測(cè)中心東北大學(xué)濾料檢測(cè)中心 柳靜獻(xiàn)柳靜獻(xiàn) 孫熙孫熙 毛寧毛寧 024- 024-836883272內(nèi)容v 國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)v PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理v 濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制全球全球PM2.5濃度等值分布圖濃度等值分布圖NASA于于2010年年9月發(fā)布的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，月發(fā)布的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2001-2006平均值。平均值。全球全球PM2.5濃度等值分布圖濃度等值分布圖中國(guó)華北、華東和華中中國(guó)華北、華東和華中PM2.5的濃度接近每立方米的濃度接近每立方米80微

2、克微克，甚至超過(guò)了撒哈拉沙漠。，甚至超過(guò)了撒哈拉沙漠。 v 顆粒物仍是大氣污染中的主要污染物，2010年粉塵排放821萬(wàn)噸，大部分為超細(xì)顆粒,除去青藏工業(yè)污染源少地區(qū)，相當(dāng)于我國(guó)每平方公里國(guó)土面積上1噸粉塵v 工業(yè)煙塵排放:火電、水泥、鋼鐵、冶金、垃圾焚燒等v 國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明：電除塵器排放粉塵中PM10占44%,PM2.5占16%；袋除塵粉塵排放中PM10占95%，PM2.5占33%；v 國(guó)外袋除塵器出口數(shù)據(jù)，總粉塵濃度可以控制在15mg以下，但微細(xì)顆粒比例較高： 案例一：PM10占80%，PM2.5占15%，PM1.0占5%； 案例二：10um占20%,PM10占80%，PM2.5占26.

3、7%PM2.5顆粒風(fēng)險(xiǎn)顆粒風(fēng)險(xiǎn)vWHO指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)35g時(shí)，人死亡風(fēng)險(xiǎn)比10g增加15；按此推論，中國(guó)80g濃度，死亡率增加35%以上;美國(guó)、日本有相似的研究結(jié)果v一份來(lái)自聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的報(bào)告稱，PM2.5每立方米的濃度上升20克，中國(guó)和印度每年會(huì)有約34萬(wàn)人死亡；80g死亡100萬(wàn)人 PM2.5由于粒徑小、漂浮性大，進(jìn)入肺泡，使肺癌由于粒徑小、漂浮性大，進(jìn)入肺泡，使肺癌、心血管病激增，因此對(duì)人危害最嚴(yán)重、心血管病激增，因此對(duì)人危害最嚴(yán)重可吸入顆粒物可吸入顆粒物質(zhì)量質(zhì)量可可入胸入胸顆粒物顆粒物質(zhì)量質(zhì)量PM10可可入肺入肺顆粒物顆粒物質(zhì)量質(zhì)量 PM2.5直徑直徑穿穿透透率率有機(jī)

4、碳有機(jī)碳+水水土壤土壤+礦物質(zhì)礦物質(zhì)美國(guó)對(duì)美國(guó)對(duì)PM2.5顆?？刂祁w?？刂苬 美國(guó)1997年規(guī)定： 年均值PM2.5為15ug/m3，PM10為 50ug/m3 日均濃度限值為65ug/m3；v 2006年進(jìn)行了修訂， 年均標(biāo)準(zhǔn)值不變：15ug/m3 日均標(biāo)準(zhǔn)值降為：35ug/m3v 美國(guó)環(huán)保署制定出即將在2013年實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于現(xiàn)存水泥窯固體顆粒物排放限值為0.04磅/噸熟料（0.04lb.=18g），大約相當(dāng)于6mg/Nm3，對(duì)于新建水泥窯則為0.01磅/t熟料（大約為1.5mg/Nm3），并且要求30天以上的平均值。而我國(guó)當(dāng)前的水泥窯固體顆粒物排放限值為150g/t熟料（50mg/m3

5、），可見美國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是非?？量痰臍W盟歐盟PM2.5顆?？刂祁w?？刂苬歐盟在其(1999/30/EC)環(huán)境空氣質(zhì)量指令中，也提出應(yīng)當(dāng)限制PM2.5的濃度，2005年規(guī)定PM2.5年均值40ug/m3v2010年將之修訂為20ug/m3v當(dāng)前正在修訂的年均值：PM10為14ug/m3PM2.5為10ug/m3WHO對(duì)對(duì)PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)v WHO規(guī)定PM2.5年均濃度10g，日均濃度25gv WHO規(guī)定了PM2.5分4個(gè)級(jí)別： 準(zhǔn)則值：年均濃度10g，日均濃度25g 過(guò)渡值-3：年均濃度15g，日均濃度37.5g 過(guò)渡值-2：年均濃度25g，日均濃度50g 過(guò)渡值-1：年均濃度35g，日均濃

6、度75g 過(guò)渡值-1指相對(duì)于準(zhǔn)則值水平而言，在這個(gè)水平長(zhǎng)期暴露會(huì)增加大約15%的死亡風(fēng)險(xiǎn) 過(guò)渡值-2比過(guò)渡值-1約降低6%的死亡風(fēng)險(xiǎn) 過(guò)渡值-3比過(guò)渡值-2約降低6%的死亡風(fēng)險(xiǎn) 對(duì)可吸入顆粒物長(zhǎng)期暴露，準(zhǔn)則值是一個(gè)最低水平，在這個(gè)水平，總死亡率、心肺病死亡率和肺癌的死亡率會(huì)增加v我國(guó)擬于我國(guó)擬于20162016年實(shí)施的新環(huán)年實(shí)施的新環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與WHOWHO過(guò)渡過(guò)渡期第期第1 1階段目標(biāo)值相同階段目標(biāo)值相同: : 年平均量年平均量35g/m 日平均量日平均量75g/mv20112011年年1212月月4 4日下午日下午1919時(shí)，美時(shí)，美國(guó)駐華使館監(jiān)測(cè)到北京的國(guó)駐華使館

7、監(jiān)測(cè)到北京的PM2.5PM2.5濃度為濃度為522522我國(guó)我國(guó)PM2.5形式形式車輛排放控制車輛排放控制車輛排放源控制車輛排放源控制v歐盟針對(duì)輕型汽油車和重型柴油車制定了排放標(biāo)準(zhǔn)： 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)固體顆粒為大于23納米的顆粒 輕型汽油車，歐5b，2011年9月新設(shè)的計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 6 x 1011 個(gè)顆粒/km傳統(tǒng)的計(jì)重標(biāo)準(zhǔn)值4.5 mg/km 重型柴油車，歐 VI, 2013年1月計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 6 x 1011 個(gè)顆粒/kWh(WHTC世界統(tǒng)一瞬態(tài)循環(huán)), 8 x 1011 個(gè)顆粒/kWh(WHSC世界統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)循環(huán))傳統(tǒng)的計(jì)重標(biāo)準(zhǔn)值 10 mg/kWh 在此濃度范圍，計(jì)重測(cè)試的精確度很難滿足要求了v美

8、國(guó)華盛頓地區(qū)從1999年-2005年間，其PM2.5的年均值在17.1-14.8g /m3，24小時(shí)均值45-37g /m3，逐年下降v蒙大拿州的米蘇拉縣11.1-8.2g /m3，24小時(shí)均值41-33g /m3之間GB13223-2011重點(diǎn)地區(qū)要求重點(diǎn)地區(qū)要求火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)v 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)內(nèi)外各種形勢(shì)變化，排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，給火電廠帶來(lái)很大壓力 GB13223-91: 1503300mg（根據(jù)灰分有所不同） GB13223-1996: 200mg （第三時(shí)段） GB13223-2003: 50mg（第三時(shí)段） GB13223-2011: 30mg（第

9、三時(shí)段）v 火電廠除塵技術(shù)與工程應(yīng)用也呈現(xiàn)出快速進(jìn)步21各國(guó)燃煤電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)比較各國(guó)燃煤電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)比較中國(guó)城市中國(guó)城市PM10污染狀態(tài)污染狀態(tài)重度城市比例逐漸減少，但輕度污染城重度城市比例逐漸減少，但輕度污染城市比例依然嚴(yán)重市比例依然嚴(yán)重北京市北京市PM2.5顆粒來(lái)源構(gòu)成顆粒來(lái)源構(gòu)成電除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成電除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成袋式除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成袋式除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成26煙氣除塵技術(shù)趨勢(shì)煙氣除塵技術(shù)趨勢(shì)vPM2.5及30mg新標(biāo)準(zhǔn)給過(guò)濾行業(yè)帶來(lái)有一個(gè)發(fā)展良機(jī)v過(guò)濾除塵效率高,尤其對(duì)PM2.5超細(xì)顆粒，又不受粉塵性質(zhì)影響，在各行業(yè)已得到成功應(yīng)用v實(shí)踐證明：過(guò)濾除塵器是控制

10、微細(xì)顆粒、尤其PM2.5的最有效設(shè)備，過(guò)濾材料是其中關(guān)鍵27內(nèi)容v 國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)v PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理v 濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制濾料過(guò)濾效率模型濾料過(guò)濾效率模型)1 (4exp1fdLEE：濾料的過(guò)濾效率：濾料的過(guò)濾效率：?jiǎn)卫w維過(guò)濾效率：?jiǎn)卫w維過(guò)濾效率： 濾料的密實(shí)度濾料的密實(shí)度L： 濾料的厚度濾料的厚度df: 纖維直徑纖維直徑E：提高：提高：提高：提高： 加大加大L： 加大加大df: 減小減小單纖維捕獲顆粒機(jī)理單纖維捕獲顆粒機(jī)理不同捕獲機(jī)理與過(guò)濾效率的關(guān)系不同捕獲機(jī)理與過(guò)濾效率的關(guān)系由布朗擴(kuò)散引發(fā)的單纖維捕集效率由布朗擴(kuò)散引發(fā)的單纖維捕集效率流體力學(xué)系數(shù)流體力學(xué)系數(shù)Pe

11、clet數(shù)數(shù)Peclet number，無(wú)量綱數(shù)值，用來(lái)表示，無(wú)量綱數(shù)值，用來(lái)表示對(duì)流與擴(kuò)散的相對(duì)比例。隨著對(duì)流與擴(kuò)散的相對(duì)比例。隨著Pe數(shù)的增大，數(shù)的增大，輸運(yùn)量中擴(kuò)散輸運(yùn)的比例減少，對(duì)流輸運(yùn)的輸運(yùn)量中擴(kuò)散輸運(yùn)的比例減少，對(duì)流輸運(yùn)的比例增大。比例增大。擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散效應(yīng)隨顆粒直徑增大、濾速增大而減弱，擴(kuò)散效應(yīng)隨顆粒直徑增大、濾速增大而減弱，與纖維直與纖維直徑關(guān)系不大徑關(guān)系不大由截留引發(fā)的單纖維捕集效率由截留引發(fā)的單纖維捕集效率化簡(jiǎn)式化簡(jiǎn)式截留捕集效率隨截留捕集效率隨R增大而增大，即：隨著顆粒增大、增大而增大，即：隨著顆粒增大、纖纖維直徑減小而增大維直徑減小而增大截留參數(shù)截留參數(shù)由惰性撞

12、擊引發(fā)的單纖維捕集效率由惰性撞擊引發(fā)的單纖維捕集效率斯托克斯系數(shù)斯托克斯系數(shù)惰性撞擊捕集效率隨惰性撞擊捕集效率隨Stk增大而增大，即：隨著顆粒增增大而增大，即：隨著顆粒增大、密度增大、濾速增大、大、密度增大、濾速增大、纖維直徑減小而增大纖維直徑減小而增大由顆粒重力沉降引發(fā)的單纖維捕集效率由顆粒重力沉降引發(fā)的單纖維捕集效率重力沉降系數(shù)重力沉降系數(shù)顆粒重力沉降引發(fā)的捕集效率隨顆粒重力沉降引發(fā)的捕集效率隨Gr增大而增大，即：增大而增大，即：隨著顆粒增大、密度增大、濾速減小而增大，隨著顆粒增大、密度增大、濾速減小而增大，與纖維直與纖維直徑關(guān)系不大徑關(guān)系不大顆粒勻速沉降速度顆粒勻速沉降速度濾料對(duì)不同粒徑

13、顆粒過(guò)濾效率與捕獲機(jī)理的關(guān)系濾料對(duì)不同粒徑顆粒過(guò)濾效率與捕獲機(jī)理的關(guān)系最易穿透粒徑最易穿透粒徑過(guò)濾效率與顆粒直徑、濾速間的關(guān)系過(guò)濾效率與顆粒直徑、濾速間的關(guān)系塵餅形成過(guò)程中效率塵餅形成過(guò)程中效率ltvclpppl1/exp0011塵餅厚度與過(guò)濾效率的關(guān)系塵餅厚度與過(guò)濾效率的關(guān)系潔凈濾料阻力潔凈濾料阻力216fKdULP濾料阻力濾料阻力隨流體粘性增大、濾料密實(shí)度隨流體粘性增大、濾料密實(shí)度增大、厚度增大、濾速增大，增大、厚度增大、濾速增大，隨纖維直隨纖維直徑減小而快速增大徑減小而快速增大塵餅阻力塵餅阻力P: 塵餅阻力塵餅阻力L： 塵餅厚度塵餅厚度：孔隙率：孔隙率：氣體粘度：氣體粘度U： 濾速濾速d

14、p: 顆粒直徑顆粒直徑g：氣體密度：氣體密度 塵餅阻力塵餅阻力隨塵餅厚度增大、流體粘性增大、氣隨塵餅厚度增大、流體粘性增大、氣體密度增大而增大，體密度增大而增大，隨顆粒直徑減小而增大隨顆粒直徑減小而增大塵餅阻力與塵餅厚度塵餅阻力與塵餅厚度不同濾料清灰時(shí)塵餅脫落過(guò)程不同濾料清灰時(shí)塵餅脫落過(guò)程(v=3m/min,P=0.3MPa)濾料效率與阻力是相互制約的一對(duì)矛盾：濾料效率與阻力是相互制約的一對(duì)矛盾：要想提高過(guò)濾效率，需要把濾料做的厚而密實(shí)，要想提高過(guò)濾效率，需要把濾料做的厚而密實(shí)，會(huì)引起阻力增加；會(huì)引起阻力增加；要想降低濾料阻力，需要把濾料做的薄而疏松，要想降低濾料阻力，需要把濾料做的薄而疏松，

15、會(huì)引起濾料效率降低會(huì)引起濾料效率降低濾料需要在兩者間進(jìn)行平衡，可用濾料質(zhì)量系數(shù)綜合濾料需要在兩者間進(jìn)行平衡，可用濾料質(zhì)量系數(shù)綜合表示：阻力越低、效率越高，則質(zhì)量系數(shù)越大表示：阻力越低、效率越高，則質(zhì)量系數(shù)越大45內(nèi)容v 國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)v PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理v 濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制46濾料性能參數(shù)濾料性能參數(shù)v 織物與強(qiáng)力特性織物與強(qiáng)力特性 1)過(guò)濾介質(zhì)的厚度及其偏差； 2)過(guò)濾介質(zhì)每單位面積的重量及其偏差； 3)過(guò)濾介質(zhì)的透氣率及其偏差； 4)過(guò)濾介質(zhì)的強(qiáng)度特性，含經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率緯向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率 47濾料性能參數(shù)濾料性能參數(shù)v 耐熱特性耐熱特性 1)過(guò)濾介質(zhì)在高

16、溫（指定溫度）下24小時(shí)后的強(qiáng)度特性：經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和經(jīng)向伸長(zhǎng)率緯向斷裂強(qiáng)力和緯向伸長(zhǎng)率； 2)過(guò)濾介質(zhì)在常溫下及高溫（指定溫度）下24小時(shí)后的尺寸變化率（熱收縮率） 48濾料性能參數(shù)濾料性能參數(shù)v 耐腐性能 耐酸性能：60%硫酸 耐堿性能：40% NaOHv 疏水疏油性能v 抗靜電性能: 用于易燃粉塵捕集的場(chǎng)合 摩擦電位 半衰期 面電荷密度 表面電阻 體電阻 v 阻燃性能49濾料性能參數(shù)濾料性能參數(shù)v 過(guò)濾特性：過(guò)濾特性：效率與阻力效率與阻力 A過(guò)程:定壓過(guò)濾清灰30次；過(guò)濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化 B過(guò)程:強(qiáng)制5秒間隔萬(wàn)次清灰；阻力變化 C過(guò)程:定壓過(guò)濾清灰10次 D過(guò)程:定壓過(guò)

17、濾清灰30次；過(guò)濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化ABBD濾料標(biāo)準(zhǔn)濾料標(biāo)準(zhǔn)v GB12625-90袋式除塵器用濾料及濾袋技術(shù)條件，80年代末由勞動(dòng)部主持，袋委會(huì)組織v HJ/T 324-2006袋式除塵器用濾料，90年代由國(guó)家環(huán)保局主持制定認(rèn)定條件，后來(lái)轉(zhuǎn)為行標(biāo)v GB/T6719-2009袋式除塵器技術(shù)要求，由GB12625-90修訂之后的標(biāo)準(zhǔn)v ISO 11057-2011空氣質(zhì)量可清灰濾料過(guò)濾性能測(cè)試，由中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、日本、奧地利共同起草v ISO 16891 可清灰濾料性能衰變?cè)u(píng)價(jià)的測(cè)試方法以中國(guó)和日本為主正在起草濾料性能檢測(cè)濾料性能檢測(cè)v濾袋招標(biāo)前檢測(cè)：為用戶從技術(shù)上進(jìn)行把關(guān)

18、，確保在企業(yè)的特定工況下，找到最合適的濾袋v濾袋安裝中抽查檢測(cè)：為用戶從安裝質(zhì)量上把關(guān)，防止用戶招標(biāo)時(shí)和供貨時(shí)濾袋不一致v濾袋失效后仲裁檢測(cè)：找出事故的責(zé)任方，更重要的是找出濾袋失效的原因，提出改正措施v濾料壽命評(píng)估檢測(cè)：通過(guò)新舊濾袋的性能跟蹤對(duì)比，判斷濾料剩余壽命濾袋失效濾袋失效紅外分析和DSC電鏡分析1電鏡分析258纖維類型纖維類型v 天然纖維：棉、毛、麻v 有機(jī)纖維 常溫材料：滌綸、丙綸、維綸、腈綸 、錦綸、德拉綸、亞克力 高溫材料：Kermel、芳砜綸、芳綸(Nomex，Conex)、PPS（聚苯硫醚）、P84、PTFEv 無(wú)機(jī)纖維：玻璃纖維 、碳纖維 、玄武巖、金屬纖維59濾料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)步濾料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)步v機(jī)織729覆膜-表面滲膜v針刺氈-針刺氈覆膜-梯度氈-三梯度高密面層針刺氈v玻纖氈-玻纖氈覆膜v復(fù)合針刺氈v濾筒聚酯材料、玻纖濾紙材料60性能增強(qiáng)型濾料性能增強(qiáng)型濾料v 濾料效率進(jìn)一步提高,已經(jīng)在99.99%以上 潔凈濾料過(guò)濾：深層過(guò)濾，濾料得到充份容塵；阻力低，效率低 塵餅形成后過(guò)濾：表面過(guò)濾，效率高，阻力高61性能增強(qiáng)型濾料性能增強(qiáng)型濾料v 濾料的阻力得到進(jìn)一步優(yōu)化 濾料表面得到致密性處理（覆膜、燒毛、壓光、PTFE處理、高密面層），使阻力增長(zhǎng)過(guò)程減慢，清灰噴吹周期延長(zhǎng)；清灰更加容易，殘余阻力降低，粉塵剝離率提高62