基于工業(yè)微細(xì)粉塵的危害與有效捕集研究

吳昊

（重慶渝佳環(huán)保評估有限公司 重慶渝中 400042）

基于工業(yè)微細(xì)粉塵的危害與有效捕集研究

吳昊

（重慶渝佳環(huán)保評估有限公司 重慶渝中 400042）

工業(yè)生產(chǎn)造成的細(xì)微粉塵污染主要是PM2.5，此污染會加大患呼吸道疾病及各類癌癥的幾率，并且會嚴(yán)重影響大氣的可見度，并引起各種環(huán)境問題。本文對常規(guī)的除塵器工作方式及工作效率進(jìn)行分析，并據(jù)此給出電凝并、高頻電源、新型電廠、轉(zhuǎn)動極板、脈沖電源等自身構(gòu)造的完整性除塵策略。通過研究理論并聯(lián)系實(shí)際，能夠證明這種新型的除塵策略可以大幅度提高PM2.5的捕集效果，以后的工業(yè)除塵手段，將據(jù)此獲得巨大的發(fā)展。

工業(yè)細(xì)微粉塵；危害；PM2.5；捕集策略

我國的煤炭使用量巨大，煤炭燃燒的粉塵排放在整個工業(yè)粉塵排放中占到80%的比例。煤炭的消費(fèi)在2011年已經(jīng)達(dá)到了3.51×109t，重點(diǎn)工業(yè)的消費(fèi)量占到了3.21×109t，電力行業(yè)的消費(fèi)量占到了1.96×109t。工業(yè)在進(jìn)行治理時主要采取布袋除塵器、電除塵器以及電袋復(fù)合除塵器等方式，不過根據(jù)實(shí)際的除塵效果來看，這三類除塵器捕集PM2.5的效率并不高，這就使得我國的環(huán)境質(zhì)量大部分都處于難以達(dá)標(biāo)的狀態(tài)。2012年一月份發(fā)布了《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中具體明確了火力發(fā)電鍋的粉塵排放要求，即煙塵的最高排放濃度不得高于30mg/nm3，關(guān)鍵區(qū)域的最高煙塵排放濃度不得高于20mg/nm3，通過改造，能夠使94%的電除塵器達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過實(shí)踐，科學(xué)的整合、集成電凝并、高頻電源、新型電廠、轉(zhuǎn)動極板、脈沖電源等自身構(gòu)造的先進(jìn)技術(shù)，能夠大幅度提高捕集PM2.5的效率，并指導(dǎo)工業(yè)除塵向著先進(jìn)的道路邁進(jìn)。

1 工業(yè)細(xì)微粉塵的具體危害

大氣中的微細(xì)粉塵如果嚴(yán)重超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就會造成空氣質(zhì)量下降、大氣可見度降低、霧霾、有毒粉塵污染等一系列環(huán)境危害。尤其是亞微米粉塵PM2.5，其特點(diǎn)是表面活性大、比表面積大、對于毒害物質(zhì)的吸附能力比較強(qiáng)、在空氣中停留時間長，擴(kuò)散距離遠(yuǎn)，所以其對于自然環(huán)境以及人類的危害是相當(dāng)大的。科學(xué)研究表明，PM2.5一旦進(jìn)入人體，將很難排出體外，經(jīng)過長時間大量的吸入，將直接造成呼吸道、肺部的損傷，嚴(yán)重的還會引起肺癌、哮喘等疾病。PM2.5在大氣中的濃度每上升10μg/m3，死亡的總體概率就會提高4%，其中，因心臟問題造成死亡的概率提高6%，因肺部癌癥死亡的概率提高8%。不僅對人體造成嚴(yán)重的傷害，PM2.5還是霧霾現(xiàn)象的主要影響因素。以往我國發(fā)生霧霾天氣的頻率非常低，一年中只會有幾天是霧霾天氣，并且可見度只是略低于10km；但是當(dāng)今的工業(yè)迅速發(fā)展，除塵技術(shù)跟不上工業(yè)發(fā)展的步伐，使大氣中有害顆粒的含量急劇增加，一些城市地區(qū)的霧霾天氣平均每年都在150d左右，甚至?xí)撸⑶夷芤姸鹊椭?～2km，對人體的危害直線上升，嚴(yán)重威脅交通及動植物生長。所以，工業(yè)微細(xì)粉塵的威脅應(yīng)該得到充分的認(rèn)識，治理工作的優(yōu)化不能懈怠。[1]

2 微細(xì)粉塵的有效捕集方法

電袋復(fù)合除塵器及布袋除塵器進(jìn)行微細(xì)粉塵的捕集工作時能夠有比較好的效果，但是，隨著微細(xì)粉塵的排放速度和排放量的增加，這兩項(xiàng)捕集設(shè)備已經(jīng)不能滿足正常的捕集需要，并且存在捕集容量有限、阻力過大、數(shù)量少、濾袋破損率高，運(yùn)行成本偏高等現(xiàn)實(shí)問題。通過不斷升級電凝并、高頻電源、新型電廠、轉(zhuǎn)動極板、脈沖電源等技術(shù)，并且運(yùn)用這些技術(shù)來組建電除塵器，能夠輕易地達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)，代表了工業(yè)微細(xì)粉塵捕集的新思路。

2.1 雙極靜電凝聚除塵器

理論驅(qū)進(jìn)速率和荷電塵粒的半徑成正比例關(guān)系，荷電塵粒寬度及長度的變大依賴于的雙極靜電凝聚技術(shù)，進(jìn)一步提升微細(xì)粉塵的捕集效果。其運(yùn)用相反極性的放電致使微細(xì)粉塵相反電荷，并且在靜電力及渦流輸運(yùn)的相互影響下凝聚放大的技術(shù)，常規(guī)電除塵器及前置煙道凝聚器共同集成了雙極靜電凝聚器。雙極荷電區(qū)位于前置煙道凝聚器，并且允許氣流的通過，雙極荷電區(qū)具有正、負(fù)電暈放電相間的平行通道，雙極荷電區(qū)有粉塵經(jīng)過時，將粉塵變成了兩種極性，即正極和負(fù)極。粉塵繼續(xù)進(jìn)入凝聚區(qū)，攜帶正電荷的粒子及攜帶負(fù)電荷的粒子通過靜電力及湍流輸送相互工作，發(fā)生碰撞凝聚，使顆粒的大小發(fā)生變化，變?yōu)榇箢w粒，最后的收集工作由電除塵器來完成，通過這種技術(shù)有效的降低了粉塵的排放量。通過實(shí)驗(yàn)表明，科學(xué)利用雙極靜電凝聚電除塵器，能夠以80%的降低率來降低PM2.5的粉塵數(shù)量，捕集效率提升0.21～0.76%，排放濃度降低30～50%。

2.2 旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器

擊打清灰造成的二次揚(yáng)塵現(xiàn)象，很難通過傳統(tǒng)的電場來控制，同時還有煙氣漏風(fēng)、竄流、部分超高流速造成的揚(yáng)塵及大電流強(qiáng)電暈造成的揚(yáng)塵，反電暈和極板粘灰造成的捕集效率降低，根據(jù)這些問題給出了轉(zhuǎn)動極板技術(shù)。其工作原理是結(jié)合轉(zhuǎn)動電極及固定電極，形成靜電除塵技術(shù)，固定電極的安裝主要集中在粉塵濃度偏高的第一、二電場，把轉(zhuǎn)動電極電場的進(jìn)口濃度控制在1g/nm3以下，有效的延長轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的利用時長。轉(zhuǎn)動電機(jī)運(yùn)用在末級電場進(jìn)行粉塵的收集，有效的提升粉塵的除去效率。其首先改進(jìn)了傳統(tǒng)靜電除塵器的不足，即難以清除極細(xì)粉塵、高比電阻、強(qiáng)粘度粉塵、容易再次揚(yáng)塵等，其次又改進(jìn)了布袋除塵器的不足，即設(shè)備阻力強(qiáng)、平均維修任務(wù)重、執(zhí)行費(fèi)用高、高溫高濕粉塵難以清理等，并滿足環(huán)境保護(hù)及人身安全的相關(guān)需求。[2]

2.3 使用脈沖或者高頻電源原理的電除塵器

高頻電源能夠保持20～50kHz的工作頻率，功率因數(shù)能夠達(dá)到90%以上，轉(zhuǎn)化電能的的效率同樣可以達(dá)到90%，對于輸出電壓來說，紋波系數(shù)不低于0.2%，輸出電壓可以理想化為恒壓源，閃絡(luò)電壓得以有效的提升，峰值電壓和輸出電壓近似相同，并且持續(xù)逼近火花擊穿電壓，其峰值近似于工頻電源的輸出電壓。火花放電情況一旦在電場中出現(xiàn)，高頻電源能夠以極快的速度感應(yīng)火花，并且立即停止供電脈沖，這樣可以降低火花的能量，使電場快速的恢復(fù)，使電廠的平均電壓得以更有效的提高，平均電壓相比于工頻電源的電壓，高達(dá)1.3倍，峰值電暈電流相比于工頻電源的電流，高達(dá)2倍，所以除塵效果相對較好，使出口的粉塵排放濃度至少下降30%。除此之外，對于高比電阻的捕集，高頻電源可以把開通、斷開時間準(zhǔn)確的控制在有效范圍內(nèi)，以達(dá)到控制脈沖頻率、脈沖寬度、占空比的目的，進(jìn)而使二次電壓運(yùn)行在伏安特性曲線拐點(diǎn)以下，并且低于反電暈的臨界值，控制反電暈的產(chǎn)生，從而達(dá)到最優(yōu)的除塵結(jié)果，確保出口的粉塵濃度不高于30mg/nm3。[3]

2.4 整合各類先進(jìn)除塵技術(shù)

通過以上的分析可知，除塵效果受到多種條件的作用，不僅受到鍋爐負(fù)荷、煤炭種類、煙氣特征的影響，還和電場自身構(gòu)造、高低壓電源的控制能力、收塵板及放電極是否干凈有關(guān)聯(lián)，而且煙氣特征、鍋爐負(fù)荷、電場運(yùn)行參數(shù)、電極潔凈度、微細(xì)粉塵荷電率等均會隨著設(shè)備的運(yùn)行即時產(chǎn)生變化，降低了設(shè)備的持續(xù)工作時間。電除塵原理相當(dāng)復(fù)雜，并且實(shí)踐檢驗(yàn)的難度大，使很多技術(shù)人員及研究人員在不斷的尋找電除塵技術(shù)的升級途徑，來提高電除塵器的使用價值。[4]比如，微細(xì)粉塵的荷電難運(yùn)用電凝聚技術(shù)攻克，收塵極板的潔凈問題運(yùn)用旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)攻克，電暈功率以及電場工作電壓的提高運(yùn)用高頻電源實(shí)現(xiàn)，反電暈問題運(yùn)用脈沖電源解決，二次揚(yáng)塵問題運(yùn)用通透型收塵板克服。通過不斷的理論研究及具體實(shí)踐，認(rèn)為這些技術(shù)可以滿足正常的除塵需要，不過在平衡性、通用性、兼容性等方面存在一定的缺陷，還需要繼續(xù)完善。所以，根據(jù)技術(shù)整合的思路，把旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電凝并技術(shù)、高性能配置控制電源、新型本體構(gòu)型等技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的整合，合理的完善電源控制、鍋爐負(fù)荷、電場自身的兼容問題，使除塵工作中的大多數(shù)問題得以解決，通過有效的捕集粉塵，大大減少空氣中的微細(xì)粉塵含量，加快實(shí)現(xiàn)電力清潔的進(jìn)程。

3 結(jié)語

我國工業(yè)迅速發(fā)展的同時對環(huán)境及人體造成了不同程度的危害，尤其是微細(xì)粉塵，其在大氣中濃度的大幅上升會造成霧霾現(xiàn)象，增加人患呼吸道、肺部疾病的概率，嚴(yán)重時會導(dǎo)致癌癥等惡性疾病的出現(xiàn)。本文根據(jù)這些危害和相關(guān)傳統(tǒng)除塵技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用情況，提出了一些有效的捕集微細(xì)粉塵的方法，即采用雙極靜電凝聚除塵器、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器、脈沖或者高頻電源原理的電除塵器，并通過科學(xué)、合理的優(yōu)化集合，使這些除塵器的功能得以整合，實(shí)現(xiàn)微細(xì)粉塵的有效捕集。

[1]王成福.工業(yè)微細(xì)粉塵的危害與有效捕集研究[J].科技通報，2013，01：185～189.

[2]王成福.提高工業(yè)微細(xì)粉塵捕集效率研究[J].環(huán)境工程，2013，02：62～65+71.

[3]曹辰雨.火電廠燃煤粉塵在交流電場中凝并與脫除的實(shí)驗(yàn)研究[D].上海電力學(xué)院，2014.

[4]王成福.大氣微細(xì)粉塵污染綜合防治對策研究[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，06：31～36.

X701.2

A

1004-7344（2016）18-0336-02

2016-6-1

吳 昊（1984-），女，工程師，本科，主要從事環(huán)境工程方面的工作。