一种有效减少PM25排放的微粒聚合器的试验研究

1、一种有效减少PM2.5排放的微粒聚合器的试验研究摘 要：微细颗粒物尤其是PM2.5对人和自然环境的危害日益严重，受到社会的广泛关注。常规静电除尘器对PM2.5粒子的去除效果不理想，双极微粒聚合器可有效减少此类粉尘的排放。本文通过模拟实际工况条件，建立试验平台，对该聚合器进行了大量实验研究。实验结果表明：双极电晕荷电能使粉尘聚合效果明显增大，聚合器投运后PM2.5质量浓度下降15.9%，数量浓度下降20.8%，实现了电除尘器的提效和减排。关键词：聚合器；PM2.5；双极荷电；静电除尘器Experimental Study of Bipolar-charged Fluid Mixing Agglo

2、merator on Reducing the Emission of PM2.5WANG Jianbo，CHEN Zhaomei，YIN Deshi (Zhejiang Feida environmental science & technology CO.,LTD, Zhuji,311800)Abstract：Fine particles especially the hazards of PM2.5 on human and natural environment is increasingly serious,which is widely concerned all over

3、 the world.While the collection efficiency of conventional electrostatic precipitator on PM2.5 is not ideal, the bipolar-charged fluid mixing agglomerator can reduce the emission of PM2.5 effectively. By simulating the actual working conditions and establish the test platform, a number of experiment

4、al study on this aggregator has carried out. Experimental results were obtained as follow：Bipolar corona charge can significantly increased dust aggregation effect; when the agglomerator put into operation, the mass concentration of PM2.5 decreased by 15.9%, the number concentration decreased by 20.

5、8%. These results show that the agglomerator has realized high efficiency and low emission of electrostatic precipitator.Key words：agglomerator; PM2.5; bipolar-charged; electrostatic precipitator1 引言近来，国内多个地区出现了持续的雾霾和灰霾天气，作为灰霾重要指标，PM2.5进入公众的视野。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5m的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小

6、，含大量的有毒、有害物质可以被血液和人体组织吸收，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1。目前，静电除尘器对10m以上的粒子可以达到99.9%的除尘效率，但对PM10、PM2.5的收尘效果并不理想2。随着人们环保意识的不断增强，国家对火电厂烟尘排放标准要求日益严格。新的火电厂大气污染物排放标准已于2012年1月1日起实施，新标准的实施提高了火电行业的准入门槛，对燃煤电厂粉尘排放限值提高至30mg/m3，重点地区提高至20mg/m33。为此，静电除尘器必须采取新的技术，既要提高除尘效率，又能高效的控制微细粒子特别是PM2.5的排放。菲达环保对静电凝聚和湍流凝

7、聚做了深入研究，成功研制出了一种新型微粒聚合装置“双极异距微粒聚合器”（简称聚合器），现已掌握其核心技术，并获得了8项国家专利。该设备能促进不同粒径的粉尘有效聚合，从而提高电除尘器的除尘效率，减少PM10、PM2.5的排放，同时提高对汞、砷等有毒重金属的去除率4。2 聚合器工作原理荷正电微粒荷负电微粒中性微粒123聚合区荷电区GAS1-负放电极 2-正放电极 3-极地极 图1 聚合器工作原理图图1是聚合器的工作原理示意图。该聚合器主要包括荷电区和混合凝聚区，含尘气体进入除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，再通过混合凝聚区扰流作用，使带异性电荷的粗细粉

8、尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备。经过上述过程，粒子由小颗粒变成大颗粒，粗大的粒子便于在除尘器内收集，这样便减少了细微颗粒的排放5。该聚合器通常安装在除尘器进口烟道内，采用了该凝聚技术的新型静电除尘器的结构形式一般为前置烟道聚合器+常规静电除尘器。3 聚合器性能试验3.1 电压极性对粉尘聚合影响的实验为研究电压极性对粉尘聚合的影响，菲达环保与浙江大学合作的省科技课题中对聚合后的微粒除尘效率进行了实验测试分析，结果如图2所示。 图2 测试结果实验结果表明：1）双极电晕荷电使粉尘聚合效果明显增大，粉尘的去除率明显比单极电晕荷电时大；2）正、负电晕电极的击穿电压不同，负电晕电极的击穿电压比正电晕

9、电极的要高，因此适当增加正放电通道宽度，来获取较高的平均电场强度，从而提高粒子的荷电效果。3.2 压力损失数值模拟实验通过计算流体动力学(CFD)的方法，对聚合器进行数值模拟试验，试算聚合器的压力损失，并估算聚合器压力损失的阻力系数。实验结果为： 1）聚合器结构的压力损失阻力系数估算值为2.34；2）在聚合器入口流速为10m/s15m/s的条件下，压力损失约为100Pa225Pa；3）若速度分布不均匀，则聚合器压力损失有所不同，故应尽量保证速度分布均匀。3.3 聚合器对电除尘器的提效实验根据聚合器的工作原理，建立中试平台，对聚合器进行试验研究。该试验在菲达环保国家工程实验室内进行，该实验室是目

10、前亚洲最大的除尘热态实验室，可模拟静电除尘器实际工况，烟气温度在60200范围内可调，最大烟气量为30000m3/h，实验过程中采用静电低压撞击仪（ELPI）测试了使用聚合器前后电除尘器出口不同粒径粉尘数量浓度、质量浓度的变化。实验室的总体布置如图3所示，实验室聚合器安装位置如图4所示，ELPI外观结构如图5所示。234561控制室1、加料系统 2、燃油热风炉 3、聚合器 4、双室四电场电除尘器5、旋转电极式电场 6、布袋除尘器图3 实验室总体布置图 图4 实验室聚合器 图5 ELPI外观结构 聚合器参数 实验室聚合器安装在电除尘器进口水平烟道内，基本参数如表1所示。表1 聚合器基本参数序号名

11、称参数1有效尺寸1.6m(长)×1m(宽)×0.7m(高)2有效流通面积0.7m23供电方式正、负高压同时供电4放电极型式芒刺型5高压电源72kv(正、负各1台)3.3.2 测试方法及试验条件实验中测试仪器为静电低压冲击仪（ELPI）及相关附属设备。ELPI是用于实时测量微细粉尘数量浓度及质量浓度的仪器，外观结构如图5所示，其主要部件有电晕荷电器、低压串级冲击仪和多通道静电计等。ELPI能够瞬态记录每级粉尘数量和质量，清楚反应聚合器对粉尘的凝聚效果。试验时，当样气经过电晕荷电器时，电晕放电产生的离子使样气中的粉尘带电。之后，低压冲击仪将带电粉尘根据其空气动力学直径进行分级。

12、冲击仪各级之间绝缘，每一级单独连接一个静电电流放大器。收集在各冲击仪级中的带电粉尘会产生一个电流，由相应通道的静电计测量并记录。本实验的试验条件为：实验中风量25100m3/h，入口粉尘浓度10.4g/m3（工况），出口温度105，电除尘器仅第三电场投运。ELPI的操作界面及实时数据显示如图6所示。图6 ELPI操作界面及实时数据显示3.3.3 试验结果聚合器投运前后，电除尘器出口粉尘质量浓度、数量浓度如表2所示。表2 聚合器投运前后电除尘器出口粉尘数量浓度、质量浓度粉尘使用聚合器前使用聚合器后下降率数量浓度（N/cm3）质量浓度(mg/m3)数量浓度（N/cm3）质量浓度(mg/m3)数量浓

13、度（N/cm3）质量浓度(mg/m3)PM10291252588.9230649502.0220.8%14.75%PM2.5288333250.1228333210.320.8%15.9%PM126533353.520866644.721.4%16.45%通过对聚合器投运前后电除尘器出口粉尘质量浓度、数量浓度进行比较，PM10、PM2.5、PM1质量浓度分别下降14.75%、15.9%、16.45%，数量浓度分别下降20.8%、20.8%、21.4%。这说明聚合器对微细粉尘的凝聚效果非常明显。但由于实验中采用的粉尘为热电厂除尘设备中收集的粉尘，且存在实验误差及实验次数较少等因素，聚合器的聚合效

14、果仍需作进一步深入研究。4 结论通过对聚合器性能试验结果分析，可得出以下结论：（1）双极电晕荷电使粉尘聚合效果明显增大，粉尘的去除率明显比单极电晕荷电时大；（2）计算流体力学模拟聚合器的压力损失，得出其压力损失在125Pa左右；（3）在模拟工况条件下，使用聚合器后，PM10质量浓度下降14.75%，数量浓度下降20.8%，PM2.5质量浓度下降15.9%，数量浓度下降20.8%，PM1质量浓度下降16.45%，数量浓度下降21.4%，表明聚合器对微细粉尘的聚合效果明显，能有效减少微细粉尘的排放，具有广阔的工业应用前景。参 考 文 献1 郝吉明，马光大.大气污染控制工程M.北京：高等教育出版社，2002：12-15.2 RODNEY TRUCE, JOHN WILKINS,李定富.INDI