團聚劑性能研究及其在布袋除塵器中的應用

趙健飛　董淑玲

摘要：文章對燃煤煙氣中的細顆粒物在化學團聚劑作用下的團聚行為進行了實驗研究，檢驗了團聚劑種類、團聚劑濃度、溫度等因素對其團聚性能的影響。結果表明：非離子型的團聚劑KGM和LBG對燃煤顆粒團聚效果顯著，團聚劑濃度越大、溫度越高，對顆粒物的團聚作用越強，布袋除塵器濾塵效果越好。

關鍵詞：燃煤電廠；細顆粒物；布袋除塵器；化學團聚劑；團聚行為 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2016）07-0074-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.038

PM2.5是導致霧霾天氣的主要原因，已經成為我國主要的大氣環境問題。PM2.5的面積大、顆粒細微、難以捕集。有數據統計表明，國內大氣檢測中懸浮顆粒物質約有40%是源于電廠燃煤。雖然現有除塵技術及設備的除塵效率相當優異，能夠實現99%以上的除塵，但大部分的細顆粒物質（即PM1、PM2.5）還是沒有被去除，而是直接排放入大氣中。這些細顆粒物質通常攜帶有各種重金屬及化學致癌物質，現有的除塵設備及技術不能對其有效控制，它們很容易被人體攝入后累積，從而嚴重損害健康，導致腫瘤及癌癥等疾病高發。當然，毋庸置疑，這些細顆粒物質也是致使全球氣候變異、煙霧災害事件頻發和臭氧層空洞擴大等嚴重的環境危機的重要因素。

經過一些嘗試及借鑒國際上發達國家的經驗，現行的控制燃煤燃燒所產生的細顆粒物質排放技術有很多，化學團聚技術就是其中之一，且表現較為優異。它的優勢在于，既不需要大規模重新部署設計現有設備，又不需要改變現有生產條件及除塵設備操作的技術參數，就能夠非常有效地促使燃煤細顆粒物質團聚，達到多種污染物質協同被去除的目的。

化學團聚技術的基本原理及核心是，在燃區的后區在除塵設備前投入團聚劑，噴入的團聚劑液滴和細顆粒物質之間自然產生的碰撞、吸附搭橋等多種形式，進而促使細顆粒物質凝聚變大，這樣現有設備及技術就能99%以上有效去除細顆粒物（即PM1、PM2.5）。本篇文章針對細顆粒物質的特性，研究了團聚劑的不同種類、團聚劑含量、溫度等多方面對細顆粒物質進行團聚的不同影響，以期尋找出適合在布袋除塵器上運用的化學團聚劑。

1 實驗方法

首先：（1）采集燃煤電廠中的靜電除塵器的灰斗中的細顆粒物質樣品，并采用密封的方式保存備用；（2）選用使用頻率較高的4種有機高分子化合物團聚劑，即KC（相對分子質量20萬以上）、XTG（相對分子質量為2×106～2×107）、LBG（相對分子質量約為30萬）和KGM（水凝膠狀多糖、非離子型、高分子量），摻雜一定量活性劑物質，配制成為溶液備用。

其次：（1）混合：混合細顆粒物質（收集自燃煤排放物）與預熱的空氣，以模擬煙氣的方式輸送到團聚室；（2）噴入，即把平均直徑25μm左右的霧滴噴入到團聚室，霧滴是由團聚劑、溶液通過加壓空氣作用霧化而成；（3）團聚反應，即團聚劑與細顆粒物質在模擬煙道環境中發生相互作用；（4）去除，即細顆粒物質在團聚劑作用下變大，進而被當前的布袋除塵系統輕松捕獲。

最后，對除塵布袋中采集到的顆粒物的樣品，進行一般外觀顯微特征觀察，進一步使用煙氣專用分析儀分析除塵后的煙氣排放濃度。

2 結果與分析

2.1 細顆粒物微觀研究

試驗中所收集到電廠的細顆粒物質樣品所含化學成分如表1（其中總含量之和大于70%的是SiO2、Fe2O3和Al2O3，這是常見的飛灰F類）所示：

由圖1可見，大部分飛灰顆粒球形度較圓滑，粒度分散不均，較小值介于1～10μm范圍內。經研究得出，粒徑不超過4.5μm的顆粒，外形大致為球形。這樣，即使靜電除塵設備除塵效率高達99%，但其對PM2.5吸附的效率也只有90%，其他除塵器的效果更差，所以飛灰含有的球形細顆粒物質是團聚技術脫除的重點目標之一。

2.2 團聚技術在不同溫度下的效果

由于在團聚反應過程中，團聚劑水滴被煙氣預熱，溫度逐步上升，所以我們必須考慮到溫度因素對飛灰團聚結果的干擾。

由圖2可知，當溫度從60℃逐漸上升到80℃時，飛灰的顆粒直徑排布未產生顯著變化；但當溫度由80℃增加到100℃時，小于PM10的小顆粒物質含量從最大值1.9%下降到1.5%，同時200μm大小的大顆粒物質占有量最大值從4.8%增加到5.2%。

由圖3可見，在誤差在不大的范圍內，隨著加熱團聚劑溫度從60℃增加至100℃時，PM2.5的單位體積含量先下降然后又增加，PM10的體積含量是逐漸減少的。由此可見，溫度增加后，KC的活性增強，導致團聚劑液滴和細粒物質的凝聚力變大，KC對細粒物質整體的凝聚效果增大，但其對PM2.5和PM10影響不大。

2.3 團聚劑的濃度對飛灰顆粒的影響

團聚劑濃度對煤炭燃燒的飛灰顆粒凝聚性能有較大的影響。

從圖4可見，飛灰顆粒隨KC濃度的增大，峰值在200μm左右大顆粒比例漸漸增加，但是小于PM10的小顆粒卻逐漸減小。KC的濃度分別為0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L時，較大顆粉塵物質峰值依次分別為3.8%、4.6%和5.2%。KC的含有量變多，團聚劑與飛灰顆粒接觸的幾率就大，進而比較容易使較多小顆粒凝聚成為大顆粒。

從圖5可見，當KC的含量增加時，PM2.5及PM10占有量就顯著變少；但當KC的濃度從0.2g/L增加到0.3g/L時，PM2.5及PM10的含量就稍有增加。總而言之，KC的含量越多，促使細顆粒物質凝聚的效果就越加顯著。當然，出于成本的考慮，實際工程應用時肯定要考慮最經濟的團聚劑濃度。

2.4 不同類型團聚劑的效果

由于其分子鏈結構及效果不一樣，不同類型的高分子化合物團聚劑對于燃燒產生的顆粒物也有著不同的團聚作用。

通過圖6可以看出，在團聚劑質量濃度為0.2g/L的條件下，未加團聚劑時，顆粒物質式樣在水中表現為雙峰分布，最大值分別位于3μm和20μm，放入不同團聚劑后，顆粒直徑有明顯變化，峰值粒徑顯著增高。兩種團聚劑KC和XTG，其直徑的分布依舊為雙峰分布，但兩個最大值的粒徑分別增加到10μm和300μm左右；關于團聚劑KGM和LBG，凝聚后顆粒直徑的分布僅出現了單個峰值，在70μm左右。

通過圖7可見，添加多種團聚劑后，飛灰粒物中PM2.5和PM10分別都有不同程度的減少，其中團聚劑LBG效果較顯著，團聚劑KGM其次。

3 結語

（1）相同條件下，隨著溫度的升高，團聚劑團聚細微顆粒的效果越好；（2）相同條件下，隨著濃度增大，團聚劑吸附細微顆粒的的效果越好；（3）相同條件下，團聚劑KGM和LBG對PM2.5和PM10的團聚效果較好，用于布袋除塵中能增強對PM2.5的過濾能力。

參考文獻

[1] 隋建才，徐明厚，丘紀華，等.燃煤可吸入顆粒的物理化學特性及形成機理[J].化工學報，2006，（7）.

[2] 趙永椿.煤燃燒礦物組合演化及其與重金屬相互作用機制的研究[D].華中科技大學，2008.

[3] 劉建忠，張光學，周俊虎，等.燃煤細灰的形成及微觀形態特征[J].化工學報，2006，（12）.

作者簡介：趙健飛（1972-），男，北京赫宸環境工程股份有限公司工程師，研究方向：大氣污染治理和規劃設計；董淑玲（1975-），女，北京赫宸環境工程股份有限公司高級工程師，研究方向：機械自動化。

（責任編輯：王 波）