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      電袋復(fù)合除塵器脫除細(xì)顆粒物的效率影響因素研究*

      2022-12-26 01:11:48朱召平
      環(huán)境污染與防治 2022年12期
      關(guān)鍵詞:電袋濾袋煙塵

      朱召平

      (福建龍凈環(huán)保股份有限公司,國家環(huán)境保護(hù)電力工業(yè)煙塵治理工程技術(shù)中心,福建 龍巖 364000)

      細(xì)顆粒物(PM2.5)易于富集空氣中的有毒重金屬、酸性氧化物及有機污染物等,又因其具有可吸入肺的特性,所以對人體健康的危害極大[1-3]。雖然我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)對PM2.5進(jìn)行了限定,但對燃燒源的PM2.5排放未有相關(guān)限制標(biāo)準(zhǔn),但必將對燃燒源的PM2.5排放進(jìn)行限制[4]。除塵技術(shù)是目前脫除燃燒源顆粒物的重要途徑,已從最初的靜電除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)逐步發(fā)展到了電袋復(fù)合除塵技術(shù)等。電袋復(fù)合除塵技術(shù)[5-6]采用靜電+袋式耦合的方式,一定程度上解決了靜電除塵器脫除PM2.5效果差、袋式除塵器運行阻力大的問題[7],逐漸成為了除塵行業(yè)的主流技術(shù),但由于電袋復(fù)合除塵器發(fā)展時間較短[8-9],對提高其脫除PM2.5的效率還有較大研究空間。

      工程上濾袋通常由聚苯硫醚(PPS)和聚四氟乙烯(PTFE)組成,其中PPS纖維有常規(guī)纖維和超細(xì)纖維之分[10]。濾袋材質(zhì)和后處理工藝都會對除塵效率造成影響[11-12],本研究選取了工程上常見的6種典型濾袋材質(zhì),對比了涂層、浸漬、覆膜3種后處理工藝。過濾風(fēng)速和運行阻力也都是影響電袋復(fù)合除塵器除塵效率的重要參數(shù)[13],工程上過濾風(fēng)速一般選擇0.8~2.0 m/min[14],本研究選取1.3、1.5、1.7 m/min進(jìn)行實驗。電袋復(fù)合除塵器的運行阻力一般≤1 200 Pa[15],本研究選取650、800、1 000 Pa進(jìn)行實驗。針刺線、芒刺線等常用于靜電除塵[16],因此比較了工程上廣泛應(yīng)用的CS10A針刺線和RS芒刺線的除塵效率。增強電袋復(fù)合除塵器是一種新型的電袋復(fù)合除塵器,通過增強“電”與“袋”的耦合作用強化PM2.5凝并以提高對其捕集效率[17],因此本研究對比了增強電袋復(fù)合除塵器和常規(guī)電袋復(fù)合除塵器的性能。

      1 材料與方法

      1.1 實驗裝置

      在自行搭建的電袋復(fù)合除塵器實驗平臺上開展相關(guān)實驗,實驗平臺主體結(jié)構(gòu)如圖1所示,濾袋規(guī)格為Φ160 mm×8 500 mm,總過濾面積為44 m2,入口煙塵質(zhì)量濃度約為20 g/m3,設(shè)計出口煙塵排放質(zhì)量濃度<10 mg/m3。

      1—進(jìn)口喇叭;2—灰斗;3—樓梯走道;4—殼體;5—電袋區(qū);6—頂室;7—陽極系統(tǒng);8—陰極系統(tǒng);9—檢測裝置;10—清灰系統(tǒng)圖1 電袋復(fù)合除塵器實驗平臺Fig.1 Experimental platform of electrostatic-fabric integrated precipitator

      常規(guī)電袋復(fù)合除塵器采用電區(qū)+袋區(qū)結(jié)構(gòu),利用其研究不同后處理工藝、濾袋材質(zhì)、運行阻力、過濾風(fēng)速、極配形式對脫除PM2.5的效率影響。濾袋材質(zhì)包括100%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)PPS常規(guī)纖維+PTFE基布常規(guī)型(A型)、50% PPS常規(guī)纖維+50% PTFE纖維+PTFE基布混紡型(B型)、70%PPS常規(guī)纖維+30% PPS超細(xì)纖維+PTFE基布混紡型(C型)、70% PPS常規(guī)纖維+30% PPS超細(xì)纖維+PTFE基布梯度型(D型)、100% PPS常規(guī)纖維+PTFE基布覆膜型(E型)、50% PPS常規(guī)纖維+50% PTFE纖維+PTFE基布覆膜梯度型(F型)6種。然后將常規(guī)電袋復(fù)合除塵器改造成增強電袋復(fù)合除塵器,在電袋區(qū)保留原電區(qū)不變,將袋區(qū)改造成“電”與“袋”的混合區(qū),即采用電區(qū)+混合區(qū)結(jié)構(gòu),用以對比研究不同電袋結(jié)構(gòu)對脫除PM2.5效率的影響。

      1.2 測試方法及儀器

      本研究根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的標(biāo)準(zhǔn)方法[18]采用芬蘭Dekati公司的荷電低壓撞擊器(ELPI)對PM2.5脫除效率和煙塵總脫除效率進(jìn)行測試。

      1.3 實驗工況設(shè)計

      分別控制后處理工藝、濾袋材質(zhì)、運行阻力、過濾風(fēng)速、極配形式、電袋結(jié)構(gòu)進(jìn)行單因素實驗設(shè)計,具體實驗工況設(shè)計見表1。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 后處理工藝對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      從圖2可以看出,涂層、浸漬和覆膜3種后處理工藝對煙塵總脫除效率相差不大,分別為99.997 0%、99.996 1%、99.999 0%,其中覆膜比涂層高0.002 0百分點,比浸漬高0.002 9百分點,與寇婉婷等[19]、劉興成等[20]發(fā)現(xiàn)的覆膜優(yōu)于涂層、涂層優(yōu)于浸漬的結(jié)果相符。涂層、浸漬和覆膜3種后處理工藝對PM2.5脫除效率分別為99.901 3%、99.967 4%、99.992 0%,差異較大,覆膜比涂層高0.090 7百分點,比浸漬高0.024 6百分點。不同后處理工藝后主要改變的是濾袋材質(zhì)的孔徑,而濾袋的過濾性能很大程度上取決于濾袋材質(zhì)的孔徑大小,孔徑越小,一般對顆粒物的收集效率越高。因此,濾袋后處理工藝宜選用覆膜后處理工藝。

      2.2 濾袋材質(zhì)對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      從圖3可知,A~F型6種濾袋材質(zhì)對煙塵總脫除效率分別為99.997 0%、99.996 9%、99.991 1%、99.998 8%、99.999 7%、99.999 5%,對PM2.5脫除效率分別為99.901 3%、99.912 8%、99.870 0%、99.968 5%、99.998 3%、99.998 1%??梢钥闯?,覆膜型濾袋材質(zhì)對提高煙塵總脫除效率和PM2.5脫除效率都最好。覆膜型濾袋材質(zhì)的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非覆膜型濾袋材質(zhì)[21]。濾袋的過濾方式分為深層過濾和表面過濾。當(dāng)含塵氣體通過濾袋時,非覆膜型濾袋材質(zhì)先以深層過濾方式過濾,即通過濾料纖維間孔隙將粉塵攔截,隨著過濾時間延長,濾料表面孔隙變小才形成了表面過濾,除塵效率才增大[22]。而覆膜型濾袋材質(zhì)利用微孔薄膜的篩濾作用,始終是真正的表面過濾[23]。因此,濾袋材質(zhì)建議選用E型。

      表1 實驗工況設(shè)計Table 1 Experimental conditions design

      圖2 不同后處理工藝對過濾效率的影響Fig.2 The influence of different post-treatment processes on filtration efficiency

      圖3 不同濾袋材質(zhì)對過濾效率的影響Fig.3 The influence of different filter material qualities on filtration efficiency

      2.3 運行阻力對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      由圖4可以看出,隨著運行阻力增大,電袋復(fù)合除塵器的煙塵總脫除效率和PM2.5脫除效率提高,但由于煙塵總脫除效率總體已超過99.9%所以提高幅度不大,而對PM2.5的脫除效率提高較為明顯。原因是隨著運行阻力增加,即清灰周期延長,濾袋表面形成的粉餅層變厚,可以更有效地攔截顆粒粉塵,提高電袋復(fù)合除塵器對PM2.5的脫除效率。當(dāng)運行阻力從650 Pa增加到800 Pa時,電袋復(fù)合除塵器對PM2.5脫除效率提高了0.119 0百分點;當(dāng)運行阻力從800 Pa增加到1 000 Pa時,電袋復(fù)合除塵器對PM2.5的脫除效率又提高了0.067 0百分點。因此,運行阻力選擇1 000 Pa為宜。

      圖4 不同運行阻力對過濾效率的影響Fig.4 The influence of different running resistance on filtration efficiency

      2.4 過濾風(fēng)速對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      由2.1節(jié)至2.3節(jié)可以清楚地看到,電袋復(fù)合除塵器的煙塵總脫除效率已相當(dāng)高,因此2.4節(jié)和2.5節(jié)就暫不考慮煙塵總脫除效率。由圖5可以看出,電袋復(fù)合除塵器對PM2.5脫除效率隨過濾風(fēng)速增大而下降,過濾風(fēng)速從1.3 m/min提高到1.5 m/min,電袋復(fù)合除塵器對PM2.5脫除效率下降了0.008 0百分點,過濾風(fēng)速從1.5 m/min提高到1.7 m/min,電袋復(fù)合除塵器對PM2.5脫除效率又下降了0.008 0百分點。根據(jù)濾袋材質(zhì)的過濾機理可知,過濾風(fēng)速越大,煙塵的動能越大,越難被濾料纖維和濾料表面形成的塵膜截留。有研究發(fā)現(xiàn),煙塵排放濃度與過濾風(fēng)速的平方成正比[24]。因此,過濾風(fēng)速宜選擇1.3 m/min。

      圖5 不同過濾風(fēng)速對過濾效率的影響Fig.5 The influence of different filtration wind speeds on filtration efficiency

      2.5 極配形式對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      由圖6可以看出,在入口煙塵質(zhì)量濃度分別約為10、20、30 g/m3的條件下均發(fā)現(xiàn)芒刺線對PM2.5脫除效率比針刺線高,分別高0.010 0百分點、0.048 0百分點、0.023 0百分點。因此,采用芒刺線時,電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5效率優(yōu)于針刺線。

      圖6 不同極配形式對過濾效率的影響Fig.6 The influence of different pole configurations on filtration efficiency

      2.6 電袋結(jié)構(gòu)對電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5的影響

      從表2可以看出,全運行時,常規(guī)電袋復(fù)合除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度是增強電袋復(fù)合除塵器的2.6倍,煙塵總脫除效率降低了0.026 9百分點;電區(qū)停運時,常規(guī)電袋復(fù)合除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度是增強電袋復(fù)合除塵器的2.4倍,煙塵總脫除效率降低了0.020 5百分點。

      此外,全運行時,常規(guī)電袋復(fù)合除塵器出口PM2.5質(zhì)量濃度是增強電袋復(fù)合除塵器的1.6倍,PM2.5脫除效率降低了0.134 4百分點;電區(qū)停運時,常規(guī)電袋復(fù)合除塵器出口PM2.5質(zhì)量濃度是增強電袋復(fù)合除塵器的1.5倍,PM2.5脫除效率降低了0.201 4百分點。由此說明,增強電袋復(fù)合除塵器過濾效率更高,更有利于捕集PM2.5,而且增強電袋復(fù)合除塵器的出口煙塵排放濃度符合設(shè)計要求,而常規(guī)電袋復(fù)合除塵器達(dá)不到。比較全運行和電區(qū)停運的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),混合區(qū)對脫除煙塵和PM2.5效果起到至關(guān)重要的作用。

      相比常規(guī)電袋復(fù)合除塵器,增強電袋復(fù)合除塵器的結(jié)構(gòu)特點決定了其荷電顆粒到達(dá)濾袋表面的時間更短,荷電量衰減更小。因此,增強電袋復(fù)合除塵器在脫除煙塵,尤其是脫除PM2.5上更有優(yōu)勢。

      3 結(jié) 論

      增強“電”與“袋”耦合作用強化PM2.5凝并以提高對其捕集效率的增強電袋復(fù)合除塵器在脫除煙塵,尤其是脫除PM2.5上比常規(guī)電袋復(fù)合除塵器更有優(yōu)勢,建議選用100% PPS常規(guī)纖維+PTFE基布覆膜型濾袋材質(zhì),濾袋后處理工藝用覆膜,運行阻力選擇1 000 Pa,過濾風(fēng)速選擇1.3 m/min,極配形式用RS芒刺線。

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