關(guān)鍵詞：電袋復(fù)合除塵器 袋式除塵器 粉塵排放濃度

　　1 前言

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大氣環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，大中城市的霧霾、酸雨等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響了人們的身心健康和正常生活。燃煤電廠作為大氣污染物排放的重要污染源之一，一直都是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。現(xiàn)在，燃煤電廠大氣污染物的“超低排放”已成熱點(diǎn)話題。

　　袋式與電袋復(fù)合除塵器的核心部件是濾料，在排放要求日益嚴(yán)格的今天，濾料的過(guò)濾效率受到人們極大的關(guān)注。但除塵器的最終排放濃度不僅僅取決于濾料本身的過(guò)濾效率，經(jīng)過(guò)縫制后濾袋的過(guò)濾效率以及除塵器本體是否存在泄漏等因素，都將對(duì)除塵器的最終粉塵排放產(chǎn)生極大的影響。本文將通過(guò)大量濾料的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果，以及CFD數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)影響除塵器粉塵排放諸因子進(jìn)行了初略的定量分析，以期對(duì)袋式/電袋復(fù)合除塵器如何達(dá)到“超低排放”起到一定的指導(dǎo)作用。

　　2 影響除塵器粉塵排放的因素

　　2.1 濾料的過(guò)濾性能

　　2.1.1濾料的過(guò)濾性能及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果

　　濾料的過(guò)濾機(jī)制包括篩分、慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散和靜電吸引等作用。篩分作用是濾料的主要濾塵機(jī)制之一。

　　濾料根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，主要可分為機(jī)織布、無(wú)紡布和覆膜濾料三類。對(duì)機(jī)織布而言，開始過(guò)濾后，由于黏附力的作用，在經(jīng)、緯線的網(wǎng)孔之間產(chǎn)生了粉塵架橋現(xiàn)象，并很快在濾料表面形成一次粉塵層。由于粉塵粒徑一般都比纖維直徑小，所以其篩分作用也更強(qiáng)烈，除塵效率也可明顯提高。

　　與機(jī)織布相比，針刺氈濾料具有更細(xì)小、分布均勻且有一定縱深的孔隙結(jié)構(gòu)，粉塵更不易穿過(guò)濾料，也更易在濾料表面形成一次粉塵層，所以可以獲得更好的除塵效率。

　　覆膜濾料是在機(jī)織布或針刺氈表面覆蓋具有大量微小孔隙的薄膜而成的濾料。薄膜孔徑小到幾乎可使所有粉塵都阻留在濾料表面，即直接靠濾料的作用捕集粉塵。既不依靠粉塵層的作用，又不讓顆粒進(jìn)入濾料深層，在獲得更高除塵效率的同時(shí)，也使清灰變得容易，從而保持較低的壓力損失。

　　濾料動(dòng)態(tài)過(guò)濾性能測(cè)試儀是我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6719-2009及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11057-2011、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI/DIN 3926以及日、美相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均推薦用以測(cè)試濾料過(guò)濾性能的試驗(yàn)設(shè)備。該測(cè)試儀可以通過(guò)反復(fù)的過(guò)濾—清灰過(guò)程來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)條件下的除塵工藝，從而獲得濾料的過(guò)濾性能。

　　

　　測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

　　圖1 濾料動(dòng)態(tài)過(guò)濾性能測(cè)試儀

　　測(cè)試儀由發(fā)塵、清灰、自控和記錄四部分組成。由發(fā)塵器定量供給的粉塵經(jīng)壓縮空氣進(jìn)行分散、混合后形成均勻、穩(wěn)定的含塵氣流;含塵氣流經(jīng)過(guò)濾料時(shí)，氣流中的絕大部分粉塵被截留于濾料表面，氣體得到過(guò)濾，而濾料的阻力由于粉塵的堆積而不斷增加;當(dāng)濾料的阻力增加到某一設(shè)定值后，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)脈沖噴吹程序，通過(guò)脈沖噴吹閥噴吹壓縮空氣清除濾料上堆積的粉塵，使得濾料的阻力立即降低，隨之又自動(dòng)進(jìn)行下一循環(huán)的過(guò)濾—清灰過(guò)程。

　　濾料性能測(cè)試需依次經(jīng)過(guò)初始階段、老化階段、穩(wěn)定化階段和老化后階段這樣4個(gè)階段。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，濾料兩側(cè)的阻力由系統(tǒng)自動(dòng)記錄，透過(guò)濾料的微量粉塵為采樣器中的濾膜所捕獲，通過(guò)稱量濾膜的重量和系統(tǒng)記錄的過(guò)濾時(shí)間，得到濾料的排放濃度和除塵效率。

　　浙江菲達(dá)利用該測(cè)試儀，按VDI 3926標(biāo)準(zhǔn)，近年對(duì)國(guó)內(nèi)主要濾料廠家的百余個(gè)濾料進(jìn)行了過(guò)濾性能測(cè)試，掌握了大量的數(shù)據(jù)。表1給出了濾料性能測(cè)試的試驗(yàn)基本條件，表2給出了100個(gè)試驗(yàn)濾料在初始階段及老化后階段的粉塵排放統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

　　從表2可見，在試驗(yàn)條件下，濾料本身的粉塵排放濃度是極低的。初始階段(潔凈濾料，30個(gè)清灰周期)的平均排放濃度絕大部分濾料不到1.5mg/m3，老化試驗(yàn)結(jié)束后，所有濾料的平均濃度不到0.5mg/m3，遠(yuǎn)低于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器的排放濃度。

　　現(xiàn)場(chǎng)工況條件千差萬(wàn)別，影響粉塵排放的主要因子如粉塵特性、運(yùn)行條件(過(guò)濾速度、清灰頻率)等也與實(shí)驗(yàn)室存在較大差異，要定量對(duì)這些因子的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)比較困難，但可依據(jù)一些試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行定性評(píng)判，以期對(duì)控制粉塵排放起到指導(dǎo)性的作用。

　　2.1.2粉塵粒徑的影響

　　粉塵粒徑大小，直接影響濾料的過(guò)濾效率。圖2給出了某種濾料在不同狀態(tài)下的分級(jí)過(guò)濾效率。由于除覆膜濾料外，一般濾料主要依靠表面粉塵層的過(guò)濾作用，所以隨著粉塵層在濾料表面堆積狀態(tài)的變化，濾料的過(guò)濾效率也有所不同，清潔濾料的除塵效率最低，粉塵層堆積后最高，清灰后有所下降。另外，對(duì)于粒徑為0.2~0.4μm左右的粉塵，在不同狀況下的過(guò)濾效率皆最低，這是因?yàn)檫@一粒徑范圍的粉塵正處于慣性碰撞和攔截作用范圍的下限，擴(kuò)散作用范圍的上限。但無(wú)論是對(duì)于潔凈濾料，還是存在粉餅層的濾料，總的趨勢(shì)是相同的，就是濾料對(duì)大粒徑的粉塵有更好的過(guò)濾效率，粒徑大于0.5μm時(shí)，此趨向非常明顯。

1— 積塵后的濾料;2—振打后的濾料;3—清潔濾料

　　

　　圖2 濾料在不同狀況下的分級(jí)效率[1]

　　本文測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)粉塵中位徑是4.5μm，而電廠燃煤鍋爐飛灰的中位徑要遠(yuǎn)大于這一數(shù)值，一般可達(dá)到數(shù)十μm。也就是說(shuō)，在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)條件更易造成粉塵的泄漏。

　　2.1.3過(guò)濾速度的影響

　　過(guò)濾速度是袋式除塵器/電袋復(fù)合除塵器設(shè)計(jì)中一個(gè)極其重要的參數(shù)，過(guò)濾速度對(duì)設(shè)備的阻力影響極大，同時(shí)也對(duì)設(shè)備的排放濃度有一定的影響。在機(jī)織布條件下，較小的過(guò)濾速度有助于建立粉塵層，從而明顯提高除塵效率(圖3)。

　　圖3 過(guò)濾速度與穿透率的關(guān)系[2]

　　當(dāng)使用針刺氈或覆膜濾料時(shí)，過(guò)濾速度對(duì)除塵效率的影響雖不如機(jī)織布那么明顯，但隨著過(guò)濾速度的增加，粉塵更易穿透濾料，同時(shí)清灰頻率也將增加，而后者也是導(dǎo)致粉塵排放增加的一個(gè)因素。也就是說(shuō)，不管采用何種濾料，過(guò)濾速度的增加都會(huì)造成粉塵排放的增加。

　　實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過(guò)濾速度是2m/min，要遠(yuǎn)大于現(xiàn)場(chǎng)一般的1m/min~1.2m/min。從這一點(diǎn)看，在其他條件相同的情況下，也是實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)條件更易造成粉塵泄漏。

　　2.1.4清灰周期的影響

　　一般濾料主要依賴于表面的粉餅層來(lái)起到過(guò)濾作用，但因每次清灰都會(huì)破壞表面的粉餅層，所以對(duì)一般濾料而言，清灰后粉塵的泄漏量是最大的，然后隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，粉餅層得到修復(fù)，粉塵泄漏量迅速減小。

　　

　　圖4表示了在進(jìn)行濾料動(dòng)態(tài)過(guò)濾性能測(cè)試時(shí)，用粒子計(jì)數(shù)儀測(cè)到的穿透濾料的顆粒物數(shù)量與過(guò)濾過(guò)程的相關(guān)性。從圖中可見，在整個(gè)過(guò)濾過(guò)程中，粉塵的泄漏主要發(fā)生在清灰后一段不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)。在一個(gè)清灰周期中，大部分時(shí)間內(nèi)透過(guò)濾料的顆粒物幾乎為0。換言之，在其他條件相同的情況下，更多的清灰次數(shù)，或者說(shuō)是更短的清灰周期，意味著更高的粉塵排放濃度。如表3所示的A廠濾料，在其他試驗(yàn)條件完全相同的情況下，若將清灰設(shè)定阻力從1000Pa提高到1800Pa，清灰周期會(huì)隨之從206s延長(zhǎng)到514s，粉塵排放則從0.081mg/m3降至0.027mg/m3。

　　大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，在標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件下，大部分濾料的清灰周期只有2~3分鐘，而現(xiàn)場(chǎng)袋式除塵器由于過(guò)濾速度較低，清灰周期一般都有數(shù)十分鐘，電袋復(fù)合除塵器甚至更長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的清灰周期要大大短于現(xiàn)場(chǎng)的清灰周期。也就是說(shuō)就清灰周期的角度來(lái)說(shuō)，也是實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件會(huì)更易造成粉塵泄漏。

　　總述以上試驗(yàn)結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：盡管現(xiàn)場(chǎng)除塵器的運(yùn)行條件與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件存在差異，但因?qū)嶒?yàn)室的試驗(yàn)條件更有利于粉塵泄漏，所以可以認(rèn)為由于濾料原因造成的粉塵泄漏，現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際排放量不會(huì)高于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果。

　　2.1.5粉塵濃度的影響

　　在廣為應(yīng)用的各種工業(yè)除塵器中，一般來(lái)說(shuō)，隨著除塵器入口粉塵濃度的增加，除塵器出口濃度也隨之增加。如電除塵器、旋風(fēng)除塵器就是這樣的“恒定效率”除塵器。而像袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器是用濾料保證最終排放濃度的，一般認(rèn)為是“恒定排放濃度”除塵器，即除塵器的排放濃度與除塵器的入口粉塵濃度無(wú)關(guān)或關(guān)系不大。為確定粉塵濃度對(duì)濾料排放濃度的影響，本文在其他條件完全相同的情況下，用粒子計(jì)數(shù)儀測(cè)試了不同粉塵濃度條件下濾料的粉塵泄漏量。

　　圖5給出了穿過(guò)濾料的粉塵泄漏量與時(shí)間的變化關(guān)系。由圖可見，當(dāng)粉塵濃度從2.5mg/m3增加到7.5mg/m3后，清灰周期明顯縮短，粉塵泄漏的峰值有所增加。圖6給出的是對(duì)應(yīng)于圖5的6個(gè)清灰周期，每個(gè)清灰周期中累計(jì)的粉塵排放量。由圖6可見，盡管粉塵濃度增加到原先的3倍，粉塵泄漏的峰值也有所增加，但1個(gè)清灰周期中，粉塵的累計(jì)泄漏量并沒有增加。這可理解為由于粉塵濃度的增加，由于清灰造成的一次粉塵層的破壞可以更快地得到修復(fù)，而一旦修復(fù)完成后，粉塵的泄漏量幾乎降至為0，因而，就一個(gè)清灰周期來(lái)說(shuō)，粉塵的泄漏量不會(huì)增加。

　　就上述試驗(yàn)結(jié)果可知，在其他條件相同的情況下，若粉塵濃度增加，會(huì)使濾料的清灰周期縮短從而造成排放濃度增加。即粉塵濃度對(duì)濾料的排放濃度造成的影響是由于清灰次數(shù)增多所造成的。雖然現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件下，處理煙氣的煙塵濃度會(huì)遠(yuǎn)大于試驗(yàn)條件下的粉塵濃度，但如前所述，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的清灰頻率遠(yuǎn)大于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器，所以從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，也是實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件更易造成粉塵泄漏。

　　2.2濾袋縫線對(duì)粉塵排放的影響

　　現(xiàn)場(chǎng)使用的濾袋與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的濾料在過(guò)濾性能方面的差別在于前者有縫線而后者沒有，為了掌握縫線對(duì)濾袋過(guò)濾性能的影響，本文也采用濾料動(dòng)態(tài)過(guò)濾性能測(cè)試儀對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。

　　試驗(yàn)選取了三個(gè)不同廠家生產(chǎn)的材質(zhì)相同的濾袋進(jìn)行過(guò)濾性能測(cè)試，并與其濾料(無(wú)縫線)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。其中B廠濾袋的縫線處采用了涂膠封縫的方式來(lái)減少粉塵泄露，有縫線(機(jī))表示采用機(jī)器涂膠方式，有縫線(手)表示采用手工涂膠方式。A、C濾袋的縫線處均沒有涂膠。

　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法，濾料性能測(cè)試依次經(jīng)過(guò)初始階段、老化階段、穩(wěn)定化階段、老化后測(cè)試階段，這樣4個(gè)階段，老化后的粉塵排放測(cè)試結(jié)果如表3所示。C廠的濾料(有縫線)試樣，由于縫制問(wèn)題(圖7)，針孔非常明顯，在試驗(yàn)的初始階段，便由于粉塵穿透嚴(yán)重，導(dǎo)致采樣器的濾膜被堵塞，測(cè)試無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，粉塵排放濃度是到該試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的平均值。

　　三個(gè)試樣無(wú)縫線時(shí)的測(cè)試結(jié)果差別不大，但有縫線后其測(cè)試結(jié)果大相徑庭。

　　從試驗(yàn)結(jié)果看，A、B、C三個(gè)廠家的濾袋縫制，分別代表了優(yōu)、良、差三個(gè)不同的層次， A廠家，有無(wú)縫線其排放濃度均相差不大，縫制工藝好;B廠家，采用機(jī)器進(jìn)行涂層封縫的效果比較好，可以看到縫線沒有對(duì)粉塵排放造成額外的影響，但采用手工進(jìn)行涂層封縫其效果卻不盡人意，縫線工藝有待改進(jìn);C廠家的濾袋縫合處針孔十分明顯，有縫線的排放濃度為無(wú)縫線的200多倍，即使將試驗(yàn)的過(guò)濾速度從2m/min降至1m/mim，粉塵排放濃度依然達(dá)到47.1mg/m3，這樣的濾袋顯然是不合格的。

　　對(duì)于C廠濾料，在過(guò)濾速度2m/min的條件下，無(wú)縫線的排放濃度不到有縫線的0.5%，可以認(rèn)為對(duì)有縫線試樣，粉塵基本上都是從縫線處泄漏的。若假定一條直徑Φ130mm的濾袋，其縫線具有與本次試樣相同的泄漏率，并忽略濾料部分的粉塵泄漏，可以計(jì)算出濾袋出口排放濃度達(dá)16.9 mg/m3。

　　本文的試驗(yàn)結(jié)果表明，濾袋縫制質(zhì)量對(duì)粉塵排放的影響遠(yuǎn)大于濾料本身的影響，濾料廠家或制袋廠家應(yīng)引起高度重視。

　　2.3 除塵器殼體漏焊的影響

　　影響除塵器的粉塵排放，除了從濾料本身透過(guò)的粉塵，從濾袋縫線處透過(guò)的粉塵，還包括除塵器內(nèi)部一些應(yīng)該密封但未密封處的泄漏。

　　假設(shè)除塵器花板處有一漏焊，其長(zhǎng)度為1m，寬度為3mm，花板上下的壓差為1000Pa，根據(jù)CFD數(shù)值模擬計(jì)算可知，漏焊處的氣流速度可達(dá)35m/s。對(duì)于一臺(tái)入口濃度為20g/m3，煙氣量為2,000,000m3/h的袋式除塵器來(lái)說(shuō)，這樣一處漏焊貢獻(xiàn)的粉塵量可使除塵器的粉塵排放濃度增加約3.8mg/m3。如該除塵器的某條濾袋上有1個(gè)直徑100mm的破洞，則其粉塵排放將因此破洞增加約10mg/m3，如折算到標(biāo)況條件下，約可增加15mg/Nm3。

　　從上述粗略的計(jì)算可知，除塵器本體部分的泄漏可對(duì)粉塵排放造成極大的影響，除塵器廠家必須嚴(yán)把安裝質(zhì)量關(guān)，更需防止破袋現(xiàn)象的發(fā)生。

　　3 結(jié)論

　　綜合以上研究結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

　　1)針刺氈濾料具有很高的除塵效率，在實(shí)驗(yàn)室條件下，大部分濾料經(jīng)過(guò)老化后粉塵排放濃度小于0.5mg/m3，只有極個(gè)別濾料其粉塵排放濃度大于1mg/m3。

　　2)濾袋的縫制質(zhì)量對(duì)粉塵排放有明顯的影響，縫制差的濾袋透過(guò)縫線處的粉塵泄漏遠(yuǎn)大于濾料本身產(chǎn)生的泄漏。采用涂膠封縫方式對(duì)防止泄漏有較好的效果，但涂膠質(zhì)量同樣對(duì)防泄漏效果有很大的影響，涂膠的耐久性也是值得關(guān)注的問(wèn)題。

　　3)除塵器內(nèi)部的泄漏可對(duì)粉塵排放產(chǎn)生顯著的影響。一條不大的縫隙，就可使除塵器的粉塵排放增加數(shù)mg/m3。

　　4)相對(duì)于濾料本身產(chǎn)生的粉塵泄漏量，濾袋縫線處與除塵器內(nèi)部泄漏處的粉塵可能會(huì)大得多。要保證袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器的粉塵排放達(dá)到燃煤電廠“超低排放”要求，保證濾袋的縫制質(zhì)量與除塵器本體的安裝質(zhì)量是極其重要的。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]大谷吉生、瀬戸章文，工業(yè)ナノ粒子のフィルタ性能試験に関する手順書，ver:1(2009.5.20)