典型滤料过滤PM2.5排放浓度实验

王小娜，陈小松，常德强，毛 宁，柳静献，孙 熙

（东北大学，沈阳 110004）

1 前言

近年来，经济不断发展，随之带来的环境问题也日益突出[1]，频发的环境问题也阻碍了经济的发展。大气污染是环境污染的一个重要方面。虽然细颗粒物（PM2.5）只是地球大气成分中含量很少的组分，但是细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。燃煤电厂是大气PM2.5的重要来源之一[2-5]。而袋式除尘器是烟尘、粉尘控制的重要途径，在实际的应用中，除尘效率达到99.99%以上[6-7]。而滤料是袋式除尘器的核心[8]，其性能优劣直接影响到袋式除尘系统的运行效率和功能。

本文通过实验的方式研究了滤料在实际的过滤及清灰过程中细颗粒物的排放规律。

2 实验方案

2.1 实验样品

本实验选取了4种滤料进行研究。滤料样品的性能参数见表1。滤料的电镜扫描图片见图1。实验采用中位径为1.0μm的氧化铝粉尘，其粒径分布见表2。

表1 测试的滤料样品规格

表2 实验用氧化铝粉尘的粒径分布

图1 滤料样品的电镜照片

2.2 实验装置

实验采用滤料动态性能检测装置（如图2所示）。通过该装置可以获得滤料的捕集效率、压力损失、清灰效率等数据。

图2 滤料效率测试装置

2.3 实验方法

本实验滤料的过滤风速都稳定在3m/min，粉尘浓度5g/m3。滤料的效率采用记重效率。该实验用智能粉尘测试仪测定下游粉尘浓度。实验流程如下：

（1）将滤料剪好，并做上标记（1、2、3、4）。

（2）称量放在滤盒中的滤膜的重量。

（3）连接好装置，检查装置的气密性。

（4）调节过滤风速及发尘量的大小。

（5）安装好滤料及滤膜。连接好粉尘测试仪，实验开始进行。实验开始后，滤料上的粉尘会增多，相应滤料的阻力会逐渐增大，信号输出微机会自动记录阻力值，当阻力达到1000Pa时，脉冲阀开始喷吹。喷吹周期为6次。记录每个喷吹周期内滤料下游PM2.5的浓度变化。

（6）实验结束后，称量滤膜的增重。（7）对实验数据进行分析。

3 数据分析

3.1 过滤过程阻力分析

4种典型滤料在6个过滤周期内的残余阻力如图3所示。

图3 滤料6个过滤周期的残余阻力

从图3可以看到，涤纶覆膜的残余阻力明显高于其他3种滤料，PPS水刺贴层的残余阻力要高于PPS针刺毡和P84水刺贴层。P84水刺贴层的残余阻力略高于PPS针刺毡。随着过滤的进行，四种滤料的残余阻力都有所升高，但是不明显。

图4是4种滤料6个过滤周期所需的时间（到达1000Pa所需时间）。

图4 滤料6个过滤周期所需时间

从图4可见，涤纶覆膜所需的时间最少。PPS水刺贴层所需的时间略高于P84水刺贴层，P84水刺贴层略高于PPS针刺毡。随着过滤的进行，PPS针刺毡、PPS水刺贴层和P84水刺贴层所需的时间减少的比较快，涤纶覆膜不明显。

3.2 过滤过程PM2.5浓度变化分析

实验中使用美国TSI Dustrak 8520记录滤料下游PM2.5的实时浓度，见图5～图8。

图5 涤纶覆膜滤料下游PM2.5浓度变化

图6 P84水刺贴层滤料下游PM2.5浓度变化

图7 PPS水刺贴层滤料下游PM2.5浓度变化

图8 PPS针刺毡滤料下游PM2.5浓度变化

从图5～图8可见，滤料在洁净状态时，PM2.5细颗粒物容易进入滤料孔隙并穿透滤料，下游浓度增高，随着过程的进行，孔隙被塞满，穿透率下降，形成第一个浓度高峰；之后，滤料在进行清灰时，由于高压空气的强力喷吹作用，使得滤料内塞满的细颗粒抖落出来，进入下游，出现浓度高峰，而且由于后续喷吹造成的高峰浓度都大于第一次的高峰值。因此脉冲清灰是造成PM2.5排放浓度高的重要原因之一。

图9是4种滤料在6个周期PM2.5浓度最大值的对比。通过比较可以发现，P84水刺贴层的下游的PM2.5浓度最大值最大，PPS针刺毡和PPS水刺贴层相近，都要小于P84水刺贴层，涤纶覆膜测试下游的PM2.5浓度最大值最小。

图9 4种滤料测试下游PM2.5浓度最大值对比

3.3 总效率

各滤料的过滤效率见表3。

表3 各滤料的过滤效率

从表3中可以看出，4种滤料的过滤效率都很高，都接近100%。其中最高的是涤纶覆膜，最低的是P84水刺贴层。

4 结论

通过对4种典型滤料过滤细颗粒物过程所做的实验，可得出以下结论：

（1）涤纶覆膜的残余阻力最大，其次是PPS水刺贴层，P84水刺贴层，PPS针刺毡。

（2）随着过滤过程的进行，4种滤料的过滤周期都逐渐减小，涤纶覆膜减少的不明显；PPS针刺毡、PPS水刺贴层和P84水刺贴层过滤周期减少的幅度相近。

（3）滤料开始使用时，下游会出现一个PM2.5浓度峰值，每一次脉冲喷吹时下游也对应一个PM2.5浓度峰值，喷吹所致的峰值明显高于滤料开始使用时的峰值。

（4）P84水刺贴层的下游PM2.5浓度最大值最大，PPS针刺毡和PPS水刺贴层相近，都要小于P84水刺贴层，涤纶覆膜测试下游的PM2.5浓度值最小。

（5）4种滤料的过滤效率都在99.9%以上，其中涤纶覆膜最高，P84水刺贴层最低。

[1]徐猛.我国环境污染损失研究[J].现代商贸工业，2010（08）：34-35.

[2]王铮，等.燃煤电厂PM2.5超细颗粒物排放测试方法研究[J].环境工程技术学报，2013，3（2）：134-138.

[3]朱先磊，张远航，曾立民等.北京市大气细颗粒物PM2.5的来源研究[J].环境科学研究，2005，18（5）：1-5.

[4]温新欣，崔兆杰，张桂芹.济南市PM2.5来源的解析[J].济南大学学报，2009， 23（3）：292-295.

[5]肖致美，毕晓辉，冯银厂，等.宁波市环境空气中PM10和PM2.5来源解析[J].环境科学研究，2012，25（5）：549-555.

[6]肖容绪.袋式除尘二十年[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集，2007（13）： 1-9.

[7]Buhre B J P， Hinkley J T. Fine ash formation during combustion of pulverised coal-coal property impact s [J].Fuel，2006，85（2）：185- 193.

[8]王金波， 孙熙， 柳静献，等.袋式除尘器滤料及配件手册（2版）[M]. 沈阳：东北大学出版社，2007：1-20.