典型濾料過濾PM2.5排放濃度實驗

王小娜，陳小松，常德強(qiáng)，毛 寧，柳靜獻(xiàn)，孫 熙

（東北大學(xué)，沈陽 110004）

1 前言

近年來，經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，隨之帶來的環(huán)境問題也日益突出[1]，頻發(fā)的環(huán)境問題也阻礙了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。大氣污染是環(huán)境污染的一個重要方面。雖然細(xì)顆粒物（PM2.5）只是地球大氣成分中含量很少的組分，但是細(xì)顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。燃煤電廠是大氣PM2.5的重要來源之一[2-5]。而袋式除塵器是煙塵、粉塵控制的重要途徑，在實際的應(yīng)用中，除塵效率達(dá)到99.99%以上[6-7]。而濾料是袋式除塵器的核心[8]，其性能優(yōu)劣直接影響到袋式除塵系統(tǒng)的運行效率和功能。

本文通過實驗的方式研究了濾料在實際的過濾及清灰過程中細(xì)顆粒物的排放規(guī)律。

2 實驗方案

2.1 實驗樣品

本實驗選取了4種濾料進(jìn)行研究。濾料樣品的性能參數(shù)見表1。濾料的電鏡掃描圖片見圖1。實驗采用中位徑為1.0μm的氧化鋁粉塵，其粒徑分布見表2。

表1 測試的濾料樣品規(guī)格

表2 實驗用氧化鋁粉塵的粒徑分布

圖1 濾料樣品的電鏡照片

2.2 實驗裝置

實驗采用濾料動態(tài)性能檢測裝置（如圖2所示）。通過該裝置可以獲得濾料的捕集效率、壓力損失、清灰效率等數(shù)據(jù)。

圖2 濾料效率測試裝置

2.3 實驗方法

本實驗濾料的過濾風(fēng)速都穩(wěn)定在3m/min，粉塵濃度5g/m3。濾料的效率采用記重效率。該實驗用智能粉塵測試儀測定下游粉塵濃度。實驗流程如下：

（1）將濾料剪好，并做上標(biāo)記（1、2、3、4）。

（2）稱量放在濾盒中的濾膜的重量。

（3）連接好裝置，檢查裝置的氣密性。

（4）調(diào)節(jié)過濾風(fēng)速及發(fā)塵量的大小。

（5）安裝好濾料及濾膜。連接好粉塵測試儀，實驗開始進(jìn)行。實驗開始后，濾料上的粉塵會增多，相應(yīng)濾料的阻力會逐漸增大，信號輸出微機(jī)會自動記錄阻力值，當(dāng)阻力達(dá)到1000Pa時，脈沖閥開始噴吹。噴吹周期為6次。記錄每個噴吹周期內(nèi)濾料下游PM2.5的濃度變化。

（6）實驗結(jié)束后，稱量濾膜的增重。（7）對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 過濾過程阻力分析

4種典型濾料在6個過濾周期內(nèi)的殘余阻力如圖3所示。

圖3 濾料6個過濾周期的殘余阻力

從圖3可以看到，滌綸覆膜的殘余阻力明顯高于其他3種濾料，PPS水刺貼層的殘余阻力要高于PPS針刺氈和P84水刺貼層。P84水刺貼層的殘余阻力略高于PPS針刺氈。隨著過濾的進(jìn)行，四種濾料的殘余阻力都有所升高，但是不明顯。

圖4是4種濾料6個過濾周期所需的時間（到達(dá)1000Pa所需時間）。

圖4 濾料6個過濾周期所需時間

從圖4可見，滌綸覆膜所需的時間最少。PPS水刺貼層所需的時間略高于P84水刺貼層，P84水刺貼層略高于PPS針刺氈。隨著過濾的進(jìn)行，PPS針刺氈、PPS水刺貼層和P84水刺貼層所需的時間減少的比較快，滌綸覆膜不明顯。

3.2 過濾過程PM2.5濃度變化分析

實驗中使用美國TSI Dustrak 8520記錄濾料下游PM2.5的實時濃度，見圖5～圖8。

圖5 滌綸覆膜濾料下游PM2.5濃度變化

圖6 P84水刺貼層濾料下游PM2.5濃度變化

圖7 PPS水刺貼層濾料下游PM2.5濃度變化

圖8 PPS針刺氈濾料下游PM2.5濃度變化

從圖5～圖8可見，濾料在潔凈狀態(tài)時，PM2.5細(xì)顆粒物容易進(jìn)入濾料孔隙并穿透濾料，下游濃度增高，隨著過程的進(jìn)行，孔隙被塞滿，穿透率下降，形成第一個濃度高峰；之后，濾料在進(jìn)行清灰時，由于高壓空氣的強(qiáng)力噴吹作用，使得濾料內(nèi)塞滿的細(xì)顆粒抖落出來，進(jìn)入下游，出現(xiàn)濃度高峰，而且由于后續(xù)噴吹造成的高峰濃度都大于第一次的高峰值。因此脈沖清灰是造成PM2.5排放濃度高的重要原因之一。

圖9是4種濾料在6個周期PM2.5濃度最大值的對比。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，P84水刺貼層的下游的PM2.5濃度最大值最大，PPS針刺氈和PPS水刺貼層相近，都要小于P84水刺貼層，滌綸覆膜測試下游的PM2.5濃度最大值最小。

圖9 4種濾料測試下游PM2.5濃度最大值對比

3.3 總效率

各濾料的過濾效率見表3。

表3 各濾料的過濾效率

從表3中可以看出，4種濾料的過濾效率都很高，都接近100%。其中最高的是滌綸覆膜，最低的是P84水刺貼層。

4 結(jié)論

通過對4種典型濾料過濾細(xì)顆粒物過程所做的實驗，可得出以下結(jié)論：

（1）滌綸覆膜的殘余阻力最大，其次是PPS水刺貼層，P84水刺貼層，PPS針刺氈。

（2）隨著過濾過程的進(jìn)行，4種濾料的過濾周期都逐漸減小，滌綸覆膜減少的不明顯；PPS針刺氈、PPS水刺貼層和P84水刺貼層過濾周期減少的幅度相近。

（3）濾料開始使用時，下游會出現(xiàn)一個PM2.5濃度峰值，每一次脈沖噴吹時下游也對應(yīng)一個PM2.5濃度峰值，噴吹所致的峰值明顯高于濾料開始使用時的峰值。

（4）P84水刺貼層的下游PM2.5濃度最大值最大，PPS針刺氈和PPS水刺貼層相近，都要小于P84水刺貼層，滌綸覆膜測試下游的PM2.5濃度值最小。

（5）4種濾料的過濾效率都在99.9%以上，其中滌綸覆膜最高，P84水刺貼層最低。

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