關鍵詞：電袋復合除塵器 袋式除塵器 粉塵排放濃度

　　1 前言

　　隨著我國國民經濟的快速發展，大氣環境污染問題日益嚴峻，大中城市的霧霾、酸雨等災害性天氣頻發，嚴重影響了人們的身心健康和正常生活。燃煤電廠作為大氣污染物排放的重要污染源之一，一直都是人們關注的焦點。現在，燃煤電廠大氣污染物的“超低排放”已成熱點話題。

　　袋式與電袋復合除塵器的核心部件是濾料，在排放要求日益嚴格的今天，濾料的過濾效率受到人們極大的關注。但除塵器的最終排放濃度不僅僅取決于濾料本身的過濾效率，經過縫制后濾袋的過濾效率以及除塵器本體是否存在泄漏等因素，都將對除塵器的最終粉塵排放產生極大的影響。本文將通過大量濾料的實驗室試驗結果，以及CFD數值模擬計算，對影響除塵器粉塵排放諸因子進行了初略的定量分析，以期對袋式/電袋復合除塵器如何達到“超低排放”起到一定的指導作用。

　　2 影響除塵器粉塵排放的因素

　　2.1 濾料的過濾性能

　　2.1.1濾料的過濾性能及實驗室測試結果

　　濾料的過濾機制包括篩分、慣性碰撞、攔截、擴散和靜電吸引等作用。篩分作用是濾料的主要濾塵機制之一。

　　濾料根據其結構不同，主要可分為機織布、無紡布和覆膜濾料三類。對機織布而言，開始過濾后，由于黏附力的作用，在經、緯線的網孔之間產生了粉塵架橋現象，并很快在濾料表面形成一次粉塵層。由于粉塵粒徑一般都比纖維直徑小，所以其篩分作用也更強烈，除塵效率也可明顯提高。

　　與機織布相比，針刺氈濾料具有更細小、分布均勻且有一定縱深的孔隙結構，粉塵更不易穿過濾料，也更易在濾料表面形成一次粉塵層，所以可以獲得更好的除塵效率。

　　覆膜濾料是在機織布或針刺氈表面覆蓋具有大量微小孔隙的薄膜而成的濾料。薄膜孔徑小到幾乎可使所有粉塵都阻留在濾料表面，即直接靠濾料的作用捕集粉塵。既不依靠粉塵層的作用，又不讓顆粒進入濾料深層，在獲得更高除塵效率的同時，也使清灰變得容易，從而保持較低的壓力損失。

　　濾料動態過濾性能測試儀是我國國家標準GB/T 6719-2009及國際標準ISO 11057-2011、德國標準VDI/DIN 3926以及日、美相關標準均推薦用以測試濾料過濾性能的試驗設備。該測試儀可以通過反復的過濾—清灰過程來模擬現場條件下的除塵工藝，從而獲得濾料的過濾性能。

　　

　　測試儀結構

　　圖1 濾料動態過濾性能測試儀

　　測試儀由發塵、清灰、自控和記錄四部分組成。由發塵器定量供給的粉塵經壓縮空氣進行分散、混合后形成均勻、穩定的含塵氣流;含塵氣流經過濾料時，氣流中的絕大部分粉塵被截留于濾料表面，氣體得到過濾，而濾料的阻力由于粉塵的堆積而不斷增加;當濾料的阻力增加到某一設定值后，控制系統自動啟動脈沖噴吹程序，通過脈沖噴吹閥噴吹壓縮空氣清除濾料上堆積的粉塵，使得濾料的阻力立即降低，隨之又自動進行下一循環的過濾—清灰過程。

　　濾料性能測試需依次經過初始階段、老化階段、穩定化階段和老化后階段這樣4個階段。整個測試過程中，濾料兩側的阻力由系統自動記錄，透過濾料的微量粉塵為采樣器中的濾膜所捕獲，通過稱量濾膜的重量和系統記錄的過濾時間，得到濾料的排放濃度和除塵效率。

　　浙江菲達利用該測試儀，按VDI 3926標準，近年對國內主要濾料廠家的百余個濾料進行了過濾性能測試，掌握了大量的數據。表1給出了濾料性能測試的試驗基本條件，表2給出了100個試驗濾料在初始階段及老化后階段的粉塵排放統計結果。

　　從表2可見，在試驗條件下，濾料本身的粉塵排放濃度是極低的。初始階段(潔凈濾料，30個清灰周期)的平均排放濃度絕大部分濾料不到1.5mg/m3，老化試驗結束后，所有濾料的平均濃度不到0.5mg/m3，遠低于現場運行的袋式除塵器或電袋復合除塵器的排放濃度。

　　現場工況條件千差萬別，影響粉塵排放的主要因子如粉塵特性、運行條件(過濾速度、清灰頻率)等也與實驗室存在較大差異，要定量對這些因子的影響進行評價比較困難，但可依據一些試驗結果對其進行定性評判，以期對控制粉塵排放起到指導性的作用。

　　2.1.2粉塵粒徑的影響

　　粉塵粒徑大小，直接影響濾料的過濾效率。圖2給出了某種濾料在不同狀態下的分級過濾效率。由于除覆膜濾料外，一般濾料主要依靠表面粉塵層的過濾作用，所以隨著粉塵層在濾料表面堆積狀態的變化，濾料的過濾效率也有所不同，清潔濾料的除塵效率最低，粉塵層堆積后最高，清灰后有所下降。另外，對于粒徑為0.2~0.4μm左右的粉塵，在不同狀況下的過濾效率皆最低，這是因為這一粒徑范圍的粉塵正處于慣性碰撞和攔截作用范圍的下限，擴散作用范圍的上限。但無論是對于潔凈濾料，還是存在粉餅層的濾料，總的趨勢是相同的，就是濾料對大粒徑的粉塵有更好的過濾效率，粒徑大于0.5μm時，此趨向非常明顯。

1— 積塵后的濾料;2—振打后的濾料;3—清潔濾料

　　

　　圖2 濾料在不同狀況下的分級效率[1]

　　本文測試采用的標準粉塵中位徑是4.5μm，而電廠燃煤鍋爐飛灰的中位徑要遠大于這一數值，一般可達到數十μm。也就是說，在其他條件相同的情況下，實驗室的試驗條件更易造成粉塵的泄漏。

　　2.1.3過濾速度的影響

　　過濾速度是袋式除塵器/電袋復合除塵器設計中一個極其重要的參數，過濾速度對設備的阻力影響極大，同時也對設備的排放濃度有一定的影響。在機織布條件下，較小的過濾速度有助于建立粉塵層，從而明顯提高除塵效率(圖3)。

　　圖3 過濾速度與穿透率的關系[2]

　　當使用針刺氈或覆膜濾料時，過濾速度對除塵效率的影響雖不如機織布那么明顯，但隨著過濾速度的增加，粉塵更易穿透濾料，同時清灰頻率也將增加，而后者也是導致粉塵排放增加的一個因素。也就是說，不管采用何種濾料，過濾速度的增加都會造成粉塵排放的增加。

　　實驗室試驗時，標準規定的過濾速度是2m/min，要遠大于現場一般的1m/min~1.2m/min。從這一點看，在其他條件相同的情況下，也是實驗室的試驗條件更易造成粉塵泄漏。

　　2.1.4清灰周期的影響

　　一般濾料主要依賴于表面的粉餅層來起到過濾作用，但因每次清灰都會破壞表面的粉餅層，所以對一般濾料而言，清灰后粉塵的泄漏量是最大的，然后隨著過濾時間的增加，粉餅層得到修復，粉塵泄漏量迅速減小。

　　

　　圖4表示了在進行濾料動態過濾性能測試時，用粒子計數儀測到的穿透濾料的顆粒物數量與過濾過程的相關性。從圖中可見，在整個過濾過程中，粉塵的泄漏主要發生在清灰后一段不長的時間內。在一個清灰周期中，大部分時間內透過濾料的顆粒物幾乎為0。換言之，在其他條件相同的情況下，更多的清灰次數，或者說是更短的清灰周期，意味著更高的粉塵排放濃度。如表3所示的A廠濾料，在其他試驗條件完全相同的情況下，若將清灰設定阻力從1000Pa提高到1800Pa，清灰周期會隨之從206s延長到514s，粉塵排放則從0.081mg/m3降至0.027mg/m3。

　　大量實驗室試驗表明，在標準的試驗條件下，大部分濾料的清灰周期只有2~3分鐘，而現場袋式除塵器由于過濾速度較低，清灰周期一般都有數十分鐘，電袋復合除塵器甚至更長，實驗室試驗的清灰周期要大大短于現場的清灰周期。也就是說就清灰周期的角度來說，也是實驗室試驗條件會更易造成粉塵泄漏。

　　總述以上試驗結果，可以得到如下結論：盡管現場除塵器的運行條件與實驗室試驗條件存在差異，但因實驗室的試驗條件更有利于粉塵泄漏，所以可以認為由于濾料原因造成的粉塵泄漏，現場的實際排放量不會高于實驗室的試驗結果。

　　2.1.5粉塵濃度的影響

　　在廣為應用的各種工業除塵器中，一般來說，隨著除塵器入口粉塵濃度的增加，除塵器出口濃度也隨之增加。如電除塵器、旋風除塵器就是這樣的“恒定效率”除塵器。而像袋式除塵器或電袋復合除塵器是用濾料保證最終排放濃度的，一般認為是“恒定排放濃度”除塵器，即除塵器的排放濃度與除塵器的入口粉塵濃度無關或關系不大。為確定粉塵濃度對濾料排放濃度的影響，本文在其他條件完全相同的情況下，用粒子計數儀測試了不同粉塵濃度條件下濾料的粉塵泄漏量。

　　圖5給出了穿過濾料的粉塵泄漏量與時間的變化關系。由圖可見，當粉塵濃度從2.5mg/m3增加到7.5mg/m3后，清灰周期明顯縮短，粉塵泄漏的峰值有所增加。圖6給出的是對應于圖5的6個清灰周期，每個清灰周期中累計的粉塵排放量。由圖6可見，盡管粉塵濃度增加到原先的3倍，粉塵泄漏的峰值也有所增加，但1個清灰周期中，粉塵的累計泄漏量并沒有增加。這可理解為由于粉塵濃度的增加，由于清灰造成的一次粉塵層的破壞可以更快地得到修復，而一旦修復完成后，粉塵的泄漏量幾乎降至為0，因而，就一個清灰周期來說，粉塵的泄漏量不會增加。

　　就上述試驗結果可知，在其他條件相同的情況下，若粉塵濃度增加，會使濾料的清灰周期縮短從而造成排放濃度增加。即粉塵濃度對濾料的排放濃度造成的影響是由于清灰次數增多所造成的。雖然現場運行條件下，處理煙氣的煙塵濃度會遠大于試驗條件下的粉塵濃度，但如前所述，實驗室試驗的清灰頻率遠大于現場運行的袋式除塵器或電袋復合除塵器，所以從這一點來說，也是實驗室試驗條件更易造成粉塵泄漏。

　　2.2濾袋縫線對粉塵排放的影響

　　現場使用的濾袋與實驗室測試的濾料在過濾性能方面的差別在于前者有縫線而后者沒有，為了掌握縫線對濾袋過濾性能的影響，本文也采用濾料動態過濾性能測試儀對其進行了測試。

　　試驗選取了三個不同廠家生產的材質相同的濾袋進行過濾性能測試，并與其濾料(無縫線)的測試結果進行了對比。其中B廠濾袋的縫線處采用了涂膠封縫的方式來減少粉塵泄露，有縫線(機)表示采用機器涂膠方式，有縫線(手)表示采用手工涂膠方式。A、C濾袋的縫線處均沒有涂膠。

　　根據標準規定的試驗方法，濾料性能測試依次經過初始階段、老化階段、穩定化階段、老化后測試階段，這樣4個階段，老化后的粉塵排放測試結果如表3所示。C廠的濾料(有縫線)試樣，由于縫制問題(圖7)，針孔非常明顯，在試驗的初始階段，便由于粉塵穿透嚴重，導致采樣器的濾膜被堵塞，測試無法繼續進行，粉塵排放濃度是到該試驗結束時的平均值。

　　三個試樣無縫線時的測試結果差別不大，但有縫線后其測試結果大相徑庭。

　　從試驗結果看，A、B、C三個廠家的濾袋縫制，分別代表了優、良、差三個不同的層次， A廠家，有無縫線其排放濃度均相差不大，縫制工藝好;B廠家，采用機器進行涂層封縫的效果比較好，可以看到縫線沒有對粉塵排放造成額外的影響，但采用手工進行涂層封縫其效果卻不盡人意，縫線工藝有待改進;C廠家的濾袋縫合處針孔十分明顯，有縫線的排放濃度為無縫線的200多倍，即使將試驗的過濾速度從2m/min降至1m/mim，粉塵排放濃度依然達到47.1mg/m3，這樣的濾袋顯然是不合格的。

　　對于C廠濾料，在過濾速度2m/min的條件下，無縫線的排放濃度不到有縫線的0.5%，可以認為對有縫線試樣，粉塵基本上都是從縫線處泄漏的。若假定一條直徑Φ130mm的濾袋，其縫線具有與本次試樣相同的泄漏率，并忽略濾料部分的粉塵泄漏，可以計算出濾袋出口排放濃度達16.9 mg/m3。

　　本文的試驗結果表明，濾袋縫制質量對粉塵排放的影響遠大于濾料本身的影響，濾料廠家或制袋廠家應引起高度重視。

　　2.3 除塵器殼體漏焊的影響

　　影響除塵器的粉塵排放，除了從濾料本身透過的粉塵，從濾袋縫線處透過的粉塵，還包括除塵器內部一些應該密封但未密封處的泄漏。

　　假設除塵器花板處有一漏焊，其長度為1m，寬度為3mm，花板上下的壓差為1000Pa，根據CFD數值模擬計算可知，漏焊處的氣流速度可達35m/s。對于一臺入口濃度為20g/m3，煙氣量為2,000,000m3/h的袋式除塵器來說，這樣一處漏焊貢獻的粉塵量可使除塵器的粉塵排放濃度增加約3.8mg/m3。如該除塵器的某條濾袋上有1個直徑100mm的破洞，則其粉塵排放將因此破洞增加約10mg/m3，如折算到標況條件下，約可增加15mg/Nm3。

　　從上述粗略的計算可知，除塵器本體部分的泄漏可對粉塵排放造成極大的影響，除塵器廠家必須嚴把安裝質量關，更需防止破袋現象的發生。

　　3 結論

　　綜合以上研究結果，可得出如下結論：

　　1)針刺氈濾料具有很高的除塵效率，在實驗室條件下，大部分濾料經過老化后粉塵排放濃度小于0.5mg/m3，只有極個別濾料其粉塵排放濃度大于1mg/m3。

　　2)濾袋的縫制質量對粉塵排放有明顯的影響，縫制差的濾袋透過縫線處的粉塵泄漏遠大于濾料本身產生的泄漏。采用涂膠封縫方式對防止泄漏有較好的效果，但涂膠質量同樣對防泄漏效果有很大的影響，涂膠的耐久性也是值得關注的問題。

　　3)除塵器內部的泄漏可對粉塵排放產生顯著的影響。一條不大的縫隙，就可使除塵器的粉塵排放增加數mg/m3。

　　4)相對于濾料本身產生的粉塵泄漏量，濾袋縫線處與除塵器內部泄漏處的粉塵可能會大得多。要保證袋式除塵器或電袋復合除塵器的粉塵排放達到燃煤電廠“超低排放”要求，保證濾袋的縫制質量與除塵器本體的安裝質量是極其重要的。

　　參考文獻

　　[1]馬廣大，大氣污染控制工程(第二版)，中國環境科學出版社，2004

　　[2]大谷吉生、瀬戸章文，工業ナノ粒子のフィルタ性能試験に関する手順書，ver:1(2009.5.20)