(大连市环境监测中心，辽宁 116023)

1 引 言

近年来，我国很多城市及其周边地区灰霾频发。2013年1月29日环境保护部通报，我国中东部地区受灰霾天气影响，多个城市空气质量重度污染或严重污染，全国灰霾面积约130万平方公里。目前灰霾已成为困扰居民生产以及生活的重大大气环境问题。

灰霾是一种天气现象，是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气混浊现象。而大气能见度的降低，主要是颗粒物对光的吸收和散射造成的。在颗粒物粒子中，PM2.5的消光作用最强。很多科学研究表明，PM2.5是引发城市大气酸雨、光化学烟雾和灰霾的重要因素，对人体健康会产生严重危害，对气候会产生重要影响。

2 除尘设备技术特点分析

2.1 PM2.5来源

经研究发现，PM2.5主要来源于工业部门煤炭燃烧产生的烟尘废气、机动车排放的尾气、金属冶炼过程中金属蒸汽的冷凝聚结等[1]。随着空气污染问题日益突出，世界各国高度重视，并相继研究和开发出了PM2.5的检测设备、测试系统和控制技术。我国在这方面虽然起步较晚，但也出台了相应的政策，采取了控制大气环境污染的多项措施，修改大气污染物排放浓度限值以及除尘设备的排放标准，研发了新的技术设备。国家环保部于2012年初将PM2.5也纳入环境空气质量监测项目中，目前全国有74个城市实时发布PM2.5的监测结果。

随着工业的高速发展，能源的消耗，越来越多的烟尘废气排放到大气中。工业烟气中的粉尘颗粒物的控制主要是通过除尘设备来实现的，见图1。常规的除尘设备对于粒径小于2.5微米的细颗粒(PM2.5)不能有效捕集，因此在没有新的高效收集PM2.5的技术情况下，就必须进一步提高现有除尘器的除尘效率，相应减少PM2.5的排放。

图1 工业生产流程中的粉尘控制

2.2 常规除尘设备

2.2.1布袋式除尘器

布袋式除尘器是一种干式滤尘装置。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤。当含尘气体进入袋式除尘器地，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料的孔隙时，粉尘被阻留，使气体得到净化。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，见图2。

图2 布袋式除尘器工作原理

优点：去除大颗粒粉尘效率高，一般在99%以上；结构简单，维护操作方便，造价低廉；对粉尘特性不敏感，不受粉尘及电阻影响。缺点：大多数滤料的材质都是易燃烧、磨擦易产生积聚静电的，在处理燃烧气体或高温气体时，常常有未完全燃烧的粉尘、火星、有燃烧和爆炸性气体等进入系统之中，存在着发生燃烧、爆炸事故的危害；对去除PM2.5(细颗粒物)效果不明显。

2.2.2旋风式除尘器

旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力，将尘粒从含尘气体中分离出来的除尘装置。当含尘气体由进气口进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下，朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁面落下，进入排灰口，见图3。

图3 旋风式除尘器工作原理

优点：结构简单，体积较小，不需要特殊的附属设备；造价较低，阻力中等；器内无运动部件，操作维修方便。缺点：捕集微粒小于5微米的颗粒物(细颗粒物)效率不高。

2.2.3 静电式除尘器

静电除尘器的工作原理是利用强电场电晕极放电电离气体，使含尘空气中的颗粒物在电场力的作用下与气流分离，吸附到集尘极，达到净化的目的。负极由金属导线制成，叫电晕极。正极由金属板制成，叫集尘极，见图4。

图4 静电式除尘器工作原理

优点：阻力损失小，耗能相对较少；除尘效率高，处理烟气量大，而且可用于烟气温度高，压力大的场合。

缺点：对粉尘比电阻有一定要求。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降[2]；一次投资较大，设备比较复杂，要求设备调运和安装以及维护管理水平高。

2.3 常规除尘设备存在的问题

由于行业不同，生产工艺的不同，在生产过程中所产生的污染物的尺寸范围很大，涵盖了微米级到毫米级微粒，所以现有的新、老除尘设备很难达到新的排放标准。布袋式除尘器和旋风式在正常运行工况下除尘效率很高，但是对于粒径为0.1～2.5微米的细粒子不能有效捕集，仍有高达10%左右的颗粒会离开除尘器排入大气。静电除尘器主要是靠电荷吸附颗粒物，从而达到除尘效果，但是粒径在1微米附近的颗粒物处在场荷电和扩散荷电混合区，其荷电能力很差，从而难以去除[3]，这样会导致一些细小颗粒进入大气，其中影响最为严重的就是环境和健康问题[4]。

2.4 提高除尘器去除PM2.5的方法

就目前国内外研究情况来看，最有效的解决方法是使用混合除尘器、凝并等方式去除烟尘废气中的PM2.5。针对不同行业，不同工艺原理，不同污染成份，选择不同的混合方式和凝并方式。

2.4.1 电袋式混合除尘器

电袋式除尘器的基本原理是基于静电除尘技术-袋除尘技术相结合的混合型除尘器，使用高压电极放电让粉尘颗粒带电，用滤袋代替收尘极板。

静电-布袋串联式：国外叫Compact Hybrid Particulate Collector紧缩混合型除尘器，就是在原有电除尘器后串联一台袋式除尘器，用来捕集电除尘器未能捕集的细颗粒物(粒径小于2.5微米)。

静电-布袋并联式：国外叫Advanced Hybrid Particulate Collector先进混合型除尘器，是由一行电除尘器部件和一行滤袋相间排列而构成，滤袋在电除尘的粉尘收集板之间。

经过大量的中试和现场实验证实这两种除尘器技术已成熟可靠，对细颗粒物(粒径小于2.5微米)的捕集效率达到99.9%以上[5]。

2.4.2 静电旋风式混合除尘器

静电旋风式除尘器的基本原理是以旋风除尘器外筒体作为集尘极，并在筒体内布置电晕极，由此在旋风除尘器中附加一个高压静电场，构成综合离心分离和静电分离作用的混合型除尘器。

2.4.3 湿式电除尘器的功能及特点

湿式电除尘器拥有捕集微细粉尘的功能，对细微、潮湿、黏性或者高比电阻粉尘的捕集效果都很理想。湿式电除尘器不存在粉尘收集后的再飞扬，这是由于被捕集的粉尘和水之间有黏着力的结果。由于湿式电除尘器能提供几倍于干式电除尘器的电晕功率，这就大大提高了对PM2.5的捕集效率，湿式电除尘器通过对流冷却降低烟气温度、促进冷凝，也能对酸雾进行捕集。

湿式电除尘器收集粉尘的机理与干式电除尘器的机理一样，差别是收集粉尘后的清灰方式：干式电除尘器是通过锤击振打清灰使粉尘脱离电极，而湿式电除尘器则是通过水冲洗电极使粉尘剥离。

由于清灰的方式不同，湿式电除尘器较干式电除尘器有一下优点：①收集粉尘不受粉尘比电阻的限制；②清灰时粉尘不产生二次扬尘；③对可吸入粉尘(PM2.5)颗粒的去除效率很高；④没有运转部件，设备可靠性高。

2.4.4 凝并器

微细颗粒物通过不同的方式相对运动，彼此间发生碰撞接触结合成为较大颗粒的过程成为凝并。在一些特点条件下，凝并对除尘设备有着重要的意义，因为小颗粒凝并成大颗粒后，更容易被除尘器捕集，可以节省能源，也可以减少设备的投资。凝并技术有机械、化学、声学和静电技术，其中静电凝并已取得实用成果[6]。

3 结 论

近十年来，随着我国工业化和城镇化进程的加快，烟粉尘排放量不断增长，我国的颗粒物污染问题日益凸显，受影响范围和污染程度逐渐扩大，大气环境形势不容乐观。如何有效控制颗粒物排放、推动空气质量显著改善是我国亟待突破的环境问题，除了做好顶层政策设计、制定科学的控制路线图外，选择有效的技术手段尤为关键，是推动颗粒物污染治理有效开展的重要的不可或缺的途径。本文通过对不同的常规除尘设备的工作原理以及除尘性能进行研究，重点分析了电袋式混合除尘器、静电旋风式混合除尘器以及湿式电除尘器三种混合除尘器的技术特点，指出混合除尘器和凝并器能有效提高除尘器去除PM2.5的效率，以期为我国工业领域颗粒物防治提供技术参考。

研究表明，从我国目前大气颗粒物污染防治要求和工业烟尘污染态势看，常规除尘器已不能满足新的排放标准要求。通过对国内外研究情况分析，针对不同行业使用不同的混合除尘器或凝并方式是提高去除工业烟尘废气中PM2.5效率的最有效的解决方法，对在工业领域有效减少大气污染具有重要意义。

参考文献：

[1]尚伟，黄超，王菲.超细颗粒物PM2.5控制技术综述.环境科技，2008，12.

[2]David J.Bayless.Kinetics of low-temperature homogenous SO3formation for use in flue gas conditioning for improved electrostatic precipitator performance [C]/ /Proceedings of the Combustion Institute.2000，28：2499-2505.

[3]MCELROY M W，CARR R C，ENSOR D S，et al.Size distribution of fine coal combustion [J].AAAs Sci，1982(4528)：13-19.

[4]赵爽.电凝并脱除可吸入颗粒物的实验研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[5]尹晓萍，徐平安.国外电袋混合除尘器技术的发展及现状.中国硅酸盐学会环境保护分会学术年会论文集[R]，2009.

[6]向晓东.电凝并理论及在除尘应用中的新进展[J].通风除尘，1994，(4)：28-42