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。煤炭的消費在2011年已經(jīng)達到了3.51×109t,重點工業(yè)的消費量占到了3.21×109t,電力行業(yè)的消費量占到了1.96×109t。工業(yè)在進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%的電除塵器達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過實踐,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)除塵向著先進的道路邁進。
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、在空氣中停留時間長,擴散距離遠(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)?,并且能見度低?~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]
電袋復(fù)合除塵器及布袋除塵器進行微細(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,運行成本偏高等現(xiàn)實問題。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),并且運用這些技術(shù)來組建電除塵器,能夠輕易地達到規(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),進一步提升微細(xì)粉塵的捕集效果。其運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。通過實驗表明,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塵及大電流強電暈造成的揚塵,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)動電機運用在末級電場進行粉塵的收集,有效的提升粉塵的除去效率。其首先改進了傳統(tǒng)靜電除塵器的不足,即難以清除極細(xì)粉塵、高比電阻、強粘度粉塵、容易再次揚塵等,其次又改進了布袋除塵器的不足,即設(shè)備阻力強、平均維修任務(wù)重、執(zhí)行費用高、高溫高濕粉塵難以清理等,并滿足環(huán)境保護及人身安全的相關(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)能夠達到90%以上,轉(zhuǎn)化電能的的效率同樣可以達到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1.3倍,峰值電暈電流相比于工頻電源的電流,高達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),以達到控制脈沖頻率、脈沖寬度、占空比的目的,進而使二次電壓運行在伏安特性曲線拐點以下,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,并且實踐檢驗的難度大,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)粉塵的荷電難運用電凝聚技術(shù)攻克,收塵極板的潔凈問題運用旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)攻克,電暈功率以及電場工作電壓的提高運用高頻電源實現(xiàn),反電暈問題運用脈沖電源解決,二次揚塵問題運用通透型收塵板克服。通過不斷的理論研究及具體實踐,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、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,加快實現(xiàn)電力清潔的進程。
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驗研究[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。