国内外PM25控制现状和袋式除尘滤料对细颗粒物控制实验研究

1、国内外国内外PM2.5控制现状与袋式除尘滤料控制现状与袋式除尘滤料对细颗粒物控制实验研究对细颗粒物控制实验研究东北大学滤料检测中心东北大学滤料检测中心 柳静献柳静献 孙熙孙熙 毛宁毛宁 024- 024-836883272内容v 国内外PM2.5控制形势v PM2.5过滤捕集机理v 滤料发展趋势与PM2.5控制全球全球PM2.5浓度等值分布图浓度等值分布图NASA于于2010年年9月发布的卫星监测数据，月发布的卫星监测数据，2001-2006平均值。平均值。全球全球PM2.5浓度等值分布图浓度等值分布图中国华北、华东和华中中国华北、华东和华中PM2.5的浓度接近每立方米的浓度接近每立方米80微

2、克微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。，甚至超过了撒哈拉沙漠。 v 颗粒物仍是大气污染中的主要污染物，2010年粉尘排放821万吨，大部分为超细颗粒,除去青藏工业污染源少地区，相当于我国每平方公里国土面积上1吨粉尘v 工业烟尘排放:火电、水泥、钢铁、冶金、垃圾焚烧等v 国内现场测试表明：电除尘器排放粉尘中PM10占44%,PM2.5占16%；袋除尘粉尘排放中PM10占95%，PM2.5占33%；v 国外袋除尘器出口数据，总粉尘浓度可以控制在15mg以下，但微细颗粒比例较高： 案例一：PM10占80%，PM2.5占15%，PM1.0占5%； 案例二：10um占20%,PM10占80%，PM2.5占26.

3、7%PM2.5颗粒风险颗粒风险vWHO指出：当PM2.5年均浓度达35g时，人死亡风险比10g增加15；按此推论，中国80g浓度，死亡率增加35%以上;美国、日本有相似的研究结果v一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20克，中国和印度每年会有约34万人死亡；80g死亡100万人 PM2.5由于粒径小、漂浮性大，进入肺泡，使肺癌由于粒径小、漂浮性大，进入肺泡，使肺癌、心血管病激增，因此对人危害最严重、心血管病激增，因此对人危害最严重可吸入颗粒物质量可吸入颗粒物质量可入胸颗粒物质量可入胸颗粒物质量PM10可入肺颗粒物质量可入肺颗粒物质量 PM2.5直径直径穿穿透透率率有机

4、碳有机碳+水水土壤土壤+矿物质矿物质美国对美国对PM2.5颗粒控制颗粒控制v 美国1997年规定： 年均值PM2.5为15ug/m3，PM10为 50ug/m3 日均浓度限值为65ug/m3；v 2006年进行了修订， 年均标准值不变：15ug/m3 日均标准值降为：35ug/m3v 美国环保署制定出即将在2013年实施新标准，对于现存水泥窑固体颗粒物排放限值为0.04磅/吨熟料（0.04lb.=18g），大约相当于6mg/Nm3，对于新建水泥窑则为0.01磅/t熟料（大约为1.5mg/Nm3），并且要求30天以上的平均值。而我国当前的水泥窑固体颗粒物排放限值为150g/t熟料（50mg/m3

5、），可见美国的行业标准是非常苛刻的欧盟欧盟PM2.5颗粒控制颗粒控制v欧盟在其(1999/30/EC)环境空气质量指令中，也提出应当限制PM2.5的浓度，2005年规定PM2.5年均值40ug/m3v2010年将之修订为20ug/m3v当前正在修订的年均值：PM10为14ug/m3PM2.5为10ug/m3WHO对对PM2.5的标准的标准v WHO规定PM2.5年均浓度10g，日均浓度25gv WHO规定了PM2.5分4个级别： 准则值：年均浓度10g，日均浓度25g 过渡值-3：年均浓度15g，日均浓度37.5g 过渡值-2：年均浓度25g，日均浓度50g 过渡值-1：年均浓度35g，日均浓

6、度75g 过渡值-1指相对于准则值水平而言，在这个水平长期暴露会增加大约15%的死亡风险 过渡值-2比过渡值-1约降低6%的死亡风险 过渡值-3比过渡值-2约降低6%的死亡风险 对可吸入颗粒物长期暴露，准则值是一个最低水平，在这个水平，总死亡率、心肺病死亡率和肺癌的死亡率会增加v我国拟于我国拟于20162016年实施的新环年实施的新环境空气质量标准，与境空气质量标准，与WHOWHO过渡过渡期第期第1 1阶段目标值相同阶段目标值相同: : 年平均量年平均量35g/m 日平均量日平均量75g/mv20112011年年1212月月4 4日下午日下午1919时，美时，美国驻华使馆监测到北京的国驻华使馆

7、监测到北京的PM2.5PM2.5浓度为浓度为522522我国我国PM2.5形式形式车辆排放控制车辆排放控制车辆排放源控制车辆排放源控制v欧盟针对轻型汽油车和重型柴油车制定了排放标准： 标准针对固体颗粒为大于23纳米的颗粒 轻型汽油车，欧5b，2011年9月新设的计数标准值 6 x 1011 个颗粒/km传统的计重标准值4.5 mg/km 重型柴油车，欧 VI, 2013年1月计数标准值 6 x 1011 个颗粒/kWh(WHTC世界统一瞬态循环), 8 x 1011 个颗粒/kWh(WHSC世界统一稳态循环)传统的计重标准值 10 mg/kWh 在此浓度范围，计重测试的精确度很难满足要求了v美

8、国华盛顿地区从1999年-2005年间，其PM2.5的年均值在17.1-14.8g /m3，24小时均值45-37g /m3，逐年下降v蒙大拿州的米苏拉县11.1-8.2g /m3，24小时均值41-33g /m3之间GB13223-2011重点地区要求重点地区要求火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准v 随着经济发展及国内外各种形势变化，排放标准不断升级，给火电厂带来很大压力 GB13223-91: 1503300mg（根据灰分有所不同） GB13223-1996: 200mg （第三时段） GB13223-2003: 50mg（第三时段） GB13223-2011: 30mg（第

9、三时段）v 火电厂除尘技术与工程应用也呈现出快速进步21各国燃煤电厂烟尘排放标准比较各国燃煤电厂烟尘排放标准比较国家和地区国家和地区排放限值排放限值(mg/m(mg/m3 3) )国家和地区国家和地区排放限值排放限值(mg/m(mg/m3 3) )老标准老标准5050加拿大加拿大130130新标准新标准3030新西兰新西兰125125重点地区重点地区( (新标新标) )2020泰国泰国4040美国美国2020土耳其土耳其150150日本日本50-10050-100中国香港中国香港5050欧盟欧盟3030印尼印尼125125澳大利亚澳大利亚100100朝鲜朝鲜5050中国台湾中国台湾2929菲律

10、宾菲律宾160-220160-220中国城市中国城市PM10污染状态污染状态重度城市比例逐渐减少，但轻度污染城重度城市比例逐渐减少，但轻度污染城市比例依然严重市比例依然严重北京市北京市PM2.5颗粒来源构成颗粒来源构成电除尘器出口粉尘粒度构成电除尘器出口粉尘粒度构成袋式除尘器出口粉尘粒度构成袋式除尘器出口粉尘粒度构成26烟气除尘技术趋势烟气除尘技术趋势vPM2.5及30mg新标准给过滤行业带来有一个发展良机v过滤除尘效率高,尤其对PM2.5超细颗粒，又不受粉尘性质影响，在各行业已得到成功应用v实践证明：过滤除尘器是控制微细颗粒、尤其PM2.5的最有效设备，过滤材料是其中关键27内容v 国内外P

11、M2.5控制形势v PM2.5过滤捕集机理v 滤料发展趋势与PM2.5控制滤料过滤效率模型滤料过滤效率模型)1 (4exp1fdLEE：滤料的过滤效率：滤料的过滤效率：单纤维过滤效率：单纤维过滤效率： 滤料的密实度滤料的密实度L： 滤料的厚度滤料的厚度df: 纤维直径纤维直径E：提高：提高：提高：提高： 加大加大L： 加大加大df: 减小减小单纤维捕获颗粒机理单纤维捕获颗粒机理不同捕获机理与过滤效率的关系不同捕获机理与过滤效率的关系由布朗扩散引发的单纤维捕集效率由布朗扩散引发的单纤维捕集效率流体力学系数流体力学系数Peclet数数Peclet number，无量纲数值，用来表示，无量纲数值，用

12、来表示对流与扩散的相对比例。随着对流与扩散的相对比例。随着Pe数的增大，数的增大，输运量中扩散输运的比例减少，对流输运的输运量中扩散输运的比例减少，对流输运的比例增大。比例增大。扩散系数扩散系数扩散效应随颗粒直径增大、滤速增大而减弱，扩散效应随颗粒直径增大、滤速增大而减弱，与纤维直与纤维直径关系不大径关系不大由截留引发的单纤维捕集效率由截留引发的单纤维捕集效率化简式化简式截留捕集效率随截留捕集效率随R增大而增大，即：随着颗粒增大、增大而增大，即：随着颗粒增大、纤纤维直径减小而增大维直径减小而增大截留参数截留参数由惰性撞击引发的单纤维捕集效率由惰性撞击引发的单纤维捕集效率斯托克斯系数斯托克斯系数

13、惰性撞击捕集效率随惰性撞击捕集效率随Stk增大而增大，即：随着颗粒增增大而增大，即：随着颗粒增大、密度增大、滤速增大、大、密度增大、滤速增大、纤维直径减小而增大纤维直径减小而增大由颗粒重力沉降引发的单纤维捕集效率由颗粒重力沉降引发的单纤维捕集效率重力沉降系数重力沉降系数颗粒重力沉降引发的捕集效率随颗粒重力沉降引发的捕集效率随Gr增大而增大，即：增大而增大，即：随着颗粒增大、密度增大、滤速减小而增大，随着颗粒增大、密度增大、滤速减小而增大，与纤维直与纤维直径关系不大径关系不大颗粒匀速沉降速度颗粒匀速沉降速度滤料对不同粒径颗粒过滤效率与捕获机理的关系滤料对不同粒径颗粒过滤效率与捕获机理的关系最易穿

14、透粒径最易穿透粒径过滤效率与颗粒直径、滤速间的关系过滤效率与颗粒直径、滤速间的关系尘饼形成过程中效率尘饼形成过程中效率ltvclpppl1/exp0011尘饼厚度与过滤效率的关系尘饼厚度与过滤效率的关系洁净滤料阻力洁净滤料阻力216fKdULP滤料阻力滤料阻力随流体粘性增大、滤料密实度随流体粘性增大、滤料密实度增大、厚度增大、滤速增大，增大、厚度增大、滤速增大，随纤维直随纤维直径减小而快速增大径减小而快速增大尘饼阻力尘饼阻力P: 尘饼阻力尘饼阻力L： 尘饼厚度尘饼厚度：孔隙率：孔隙率：气体粘度：气体粘度U： 滤速滤速dp: 颗粒直径颗粒直径g：气体密度：气体密度 尘饼阻力尘饼阻力随尘饼厚度增大

15、、流体粘性增大、气随尘饼厚度增大、流体粘性增大、气体密度增大而增大，体密度增大而增大，随颗粒直径减小而增大随颗粒直径减小而增大尘饼阻力与尘饼厚度尘饼阻力与尘饼厚度不同滤料清灰时尘饼脱落过程不同滤料清灰时尘饼脱落过程(v=3m/min,P=0.3MPa)滤料效率与阻力是相互制约的一对矛盾：滤料效率与阻力是相互制约的一对矛盾：要想提高过滤效率，需要把滤料做的厚而密实，要想提高过滤效率，需要把滤料做的厚而密实，会引起阻力增加；会引起阻力增加；要想降低滤料阻力，需要把滤料做的薄而疏松，要想降低滤料阻力，需要把滤料做的薄而疏松，会引起滤料效率降低会引起滤料效率降低滤料需要在两者间进行平衡，可用滤料质量系

16、数综合滤料需要在两者间进行平衡，可用滤料质量系数综合表示：阻力越低、效率越高，则质量系数越大表示：阻力越低、效率越高，则质量系数越大45内容v 国内外PM2.5控制形势v PM2.5过滤捕集机理v 滤料发展趋势与PM2.5控制46滤料性能参数滤料性能参数v 织物与强力特性织物与强力特性 1)过滤介质的厚度及其偏差； 2)过滤介质每单位面积的重量及其偏差； 3)过滤介质的透气率及其偏差； 4)过滤介质的强度特性，含经向断裂强力和伸长率纬向断裂强力和伸长率 47滤料性能参数滤料性能参数v 耐热特性耐热特性 1)过滤介质在高温（指定温度）下24小时后的强度特性：经向断裂强力和经向伸长率纬向断裂强力和

17、纬向伸长率； 2)过滤介质在常温下及高温（指定温度）下24小时后的尺寸变化率（热收缩率） 48滤料性能参数滤料性能参数v 耐腐性能 耐酸性能：60%硫酸 耐碱性能：40% NaOHv 疏水疏油性能v 抗静电性能: 用于易燃粉尘捕集的场合 摩擦电位 半衰期 面电荷密度 表面电阻 体电阻 v 阻燃性能49滤料性能参数滤料性能参数v 过滤特性：过滤特性：效率与阻力效率与阻力 A过程:定压过滤清灰30次；过滤效率、清灰周期、粉尘剥离率及阻力变化 B过程:强制5秒间隔万次清灰；阻力变化 C过程:定压过滤清灰10次 D过程:定压过滤清灰30次；过滤效率、清灰周期、粉尘剥离率及阻力变化ABBD滤料标准滤料标

18、准v GB12625-90袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件，80年代末由劳动部主持，袋委会组织v HJ/T 324-2006袋式除尘器用滤料，90年代由国家环保局主持制定认定条件，后来转为行标v GB/T6719-2009袋式除尘器技术要求，由GB12625-90修订之后的标准v ISO 11057-2011空气质量可清灰滤料过滤性能测试，由中国、德国、美国、日本、奥地利共同起草v ISO 16891 可清灰滤料性能衰变评价的测试方法以中国和日本为主正在起草滤料性能检测滤料性能检测v滤袋招标前检测：为用户从技术上进行把关，确保在企业的特定工况下，找到最合适的滤袋v滤袋安装中抽查检测：为用户从安装

19、质量上把关，防止用户招标时和供货时滤袋不一致v滤袋失效后仲裁检测：找出事故的责任方，更重要的是找出滤袋失效的原因，提出改正措施v滤料寿命评估检测：通过新旧滤袋的性能跟踪对比，判断滤料剩余寿命滤袋失效滤袋失效红外分析和DSC电镜分析1电镜分析258纤维类型纤维类型v 天然纤维：棉、毛、麻v 有机纤维 常温材料：涤纶、丙纶、维纶、腈纶 、锦纶、德拉纶、亚克力 高温材料：Kermel、芳砜纶、芳纶(Nomex，Conex)、PPS（聚苯硫醚）、P84、PTFEv 无机纤维：玻璃纤维 、碳纤维 、玄武岩、金属纤维59滤料产品结构进步滤料产品结构进步v机织729覆膜-表面渗膜v针刺毡-针刺毡覆膜-梯度毡

20、-三梯度高密面层针刺毡v玻纤毡-玻纤毡覆膜v复合针刺毡v滤筒聚酯材料、玻纤滤纸材料60性能增强型滤料性能增强型滤料v 滤料效率进一步提高,已经在99.99%以上 洁净滤料过滤：深层过滤，滤料得到充份容尘；阻力低，效率低 尘饼形成后过滤：表面过滤，效率高，阻力高61性能增强型滤料性能增强型滤料v 滤料的阻力得到进一步优化 滤料表面得到致密性处理（覆膜、烧毛、压光、PTFE处理、高密面层），使阻力增长过程减慢，清灰喷吹周期延长；清灰更加容易，残余阻力降低，粉尘剥离率提高62高密面层滤料与普通滤料截面对比高密面层滤料与普通滤料截面对比 样品样品单位面积质量单位面积质量/g/m2厚度厚度/mm透气率透

21、气率/m/m2min纤维直径纤维直径/m国内国内PPS针刺毡针刺毡575.01.989.5511-22国外国外PPS针刺毡针刺毡547.62.027.4015-21PPS水刺水刺毡毡442.71.837.2417-24P84针刺毡针刺毡549.02.8020.8014-21PTFE水刺贴膜水刺贴膜776.51.176.715-12玻璃纤维针刺毡玻璃纤维针刺毡覆膜覆膜948.32.271.3318-32实验样品性能实验样品性能表1实验样品参数特性滤料洁净及老化后的阻力特性滤料洁净及老化后的阻力特性样品样品洁净滤料除尘效率洁净滤料除尘效率/%老化后滤料除尘效率老化后滤料除尘效率/%国内国内PPS针

22、刺毡针刺毡99.98599.992国外国外PPS针刺毡针刺毡99.97399.999PPS水刺中试料水刺中试料99.98499.999P84针刺毡针刺毡99.99099.999玻纤覆膜滤料玻纤覆膜滤料99.99999.999滤料在不同状态时的全尘效率滤料在不同状态时的全尘效率滤料在不同状态时的全尘效率滤料在不同状态时的全尘效率滤料计数效率滤料计数效率滤料对各粒径颗粒的计数效率滤料对各粒径颗粒的计数效率(%)PM2.5的计数效率在的计数效率在55%-93%之间之间1m1m2m2m3m3m5m5m10m10m国内国内PPSPPS滤料滤料19.7819.7852.352.368.768.787.1587.1595.0895.08国外国