不同濾料對PM2.5粉塵過濾性能的比較試驗

蔡偉龍，羅祥波，胡恭任

（1.華僑大學化工學院，福建 廈門 361021；2.廈門三維絲環保股份有限公司，福建 廈門 361101）

近年來，PM2.5污染問題日益受到各界關注，大氣污染治理已成為環保的焦點。2012年下半年全國主要城市開始相繼公布了PM2.5數據，而在同年12月，北京、石家莊等城市的一些PM2.5監測儀器甚至出現“爆表”，多地最高值逼近1000μg/m3，較平時增長數十倍。據研究，構成北京等地PM2.5污染的主要原因是揚塵、燃煤、二次硫酸鹽和硝酸鹽及機動車排放等，其中燃煤和機動車排放等是核心因素。

我國是一個以燃煤為主要能源的國家，作為粉塵污染大戶的燃煤電廠在控制顆粒物排放上面臨著巨大的壓力。袋式除塵器是依靠濾料自身固有的以及附著在濾料表面的粉塵層的過濾特性，截留煙氣中一定顆粒度的粉塵[1]。這種機理決定了其具有對煙氣和粉塵物理特性的不敏感、除塵效率高等突出特點，因此能夠解決電除塵器無法實現的30mg/Nm3（甚至10mg/Nm3）以下的排放濃度和對PM2.5微細粒子的捕集等問題。

濾料作為袋式除塵器的核心部件，其特性指標直接影響了整個袋式除塵系統的優劣，隨著環保要求的日趨嚴格及袋式除塵器大型化的發展，對濾料的可靠性、高效性、安全性提出了更高的要求。雖然目前市場上濾料的種類繁多，但價格、質量卻是參差不齊，究竟哪種濾料能更加有效地去除PM2.5已成為業界討論和研究的熱點。本文選取不同配方、標重、工藝的3種濾料為研究對象，參照ASTM D6830和VDI/DIN3926[2]測試標準為測試依據，以中位徑d（0.5）約2.6μm為試驗粉塵，對3種濾料整體過濾性能及對PM2.5過濾效率進行比較，為用戶合理選型提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

三氧化二鋁粉末；3種不同配方及工藝（見表1）；PPS類濾料，各2m2。

表1 試驗樣品及工藝

1.2 主要儀器

馬爾文MS2000E激光粒度分析儀（英國）；1-AT型VDI濾料模擬測試裝置（德國）。

1.3 試驗方法

市購若干不同粒徑三氧化二鋁粉末，采用高速混合機進行混合，利用馬爾文MS2000E激光粒度分析儀選擇三氧化二鋁粉末中位徑d（0.5）為2.6μm作為試驗粉塵；過濾性能參照ASTM D6830和VDI/DIN3926進行。

2 結果與討論

2.1 中位徑d（0.5）為2.5μm試驗粉塵配制

要檢驗濾料對PM2.5粉塵的過濾情況，最好選擇中位徑d（0.5）等于或接近2.5μm的粉塵作為試驗粉塵。圖1為經過多次混合配制的試驗粉塵粒徑分布圖，表2為試驗粉塵低位徑、中位徑、高位徑具體數值，經多次測試結果重現性較好，因此將該混合粉塵作為不同濾料過濾性能對比研究的試驗粉塵。

圖1 試驗粉塵粒徑分布

表2 三氧化二鋁試驗粉塵粒徑分布

2.2 不同濾料表面對PM2.5粉塵形成粉餅過程的差異

過濾性能測試過程中，老化階段是一個很重要的過程，即模擬“粉餅”形成的過程，采用間隔5s噴吹，共噴吹10,000次，在老化過程中，比較各樣品形成“粉餅”的能力及阻力特性。由圖2可知，PPS-O阻力曲線上升趨勢最為明顯，表明該濾料清灰性能較差，粉塵容易滲入濾料深層，導致阻力上升速度較快，PPS-M次之，說明添加一定比例超細纖維可改善濾料密實度，減少粉塵滲入，適當降低阻力，PPS-S阻力曲線最為平緩，反映了成氈工藝對濾料曲線的影響，高壓水刺技術可以有效控制不同細度纖維的纏結，使混紡超細結構得到完美發揮。

圖2 3種濾料老化階段壓差曲線

2.3 不同濾料經老化后，6h定壓清灰過程阻力曲線的差異

老化后，3種樣品在定壓（1000Pa）下進行6h過濾與清灰的過程，由圖3可知，PPS-S壓差最低且最為平緩，而兩個針刺樣品相當，PPS-M因添加了超細纖維，阻力略低一些，由此對比也可證明成氈工藝對阻力具有明顯的影響，高壓水刺工藝使濾料更加密實，孔隙率更高，因此，有效防止了微細粉塵的滲入，突破了傳統的“深層過濾”機理，形成了“類表面過濾”機理的特征，這在過濾理論上應該算是一種質的飛躍。

圖3 3種濾料老化后6h定壓清灰過程壓差曲線

2.4 不同濾料經老化后，6h定壓清灰清灰周期的差異

由圖4可進一步證實高壓水刺PPS-S濾料的易清灰性，清灰周期明顯優于針刺工藝的兩類產品，由于針刺濾料存在較多的“針眼”，隨著過濾時間的延長，這些“針眼”逐漸被微細粉塵填充，導致孔隙減少、阻力上升更快、清灰周期縮短。

圖4 3種濾料老化后6h定壓清灰過程清灰周期曲線

2.5 不同濾料經老化后，6h定壓清灰排放濃度的差異

經老化后，濾料表面已形成“穩定”的粉餅層，排放濃度的差異可以進一步反映粉餅層的質量，由圖5可知，高密實度水刺濾料PPS-S具有優異的過濾微細粉塵的能力，而針刺濾料排放濃度相對較大。

3 結語

圖5 3種濾料老化后6h定壓清灰過程排放濃度對比

綜上，3種濾料樣品對PM2.5粉塵過濾性能的對比，結果表明高壓水刺技術生產的新型濾料具有密實度高、孔隙率高、孔徑小、表面光滑等有利于過濾微細粉塵的內在特性，實現了傳統針刺濾料“深層過濾”向“類表面過濾”的轉變，可廣泛應用于各種除塵工況，滿足更加嚴格的排放需求，特別是對PM2.5控制，具有極大的推廣與應用價值。

[1]蔡偉龍，鄭錦森，鄭智宏，洪麗美.PPS系列針剌氈過濾性能對比分析[C].全國袋式除塵技術研討會論文集，2009：463-465.

[2]VDI/DIN Richtlinie 3926， Teil 2： “Prüfung von Filtermedien unter anwendungstechnischen Bedingungen”，Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN， Postfach 1139，D-4000 Düsseldorf， 1994.