刘锡尧，陆春媚，陈勇，杨丁，黄金菊

1.龙岩市产品质量检验所，国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心(福建)，福建 龙岩 364000 2.福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000



低低温电除尘器脱除微细颗粒物和粉尘的试验研究

刘锡尧1，陆春媚1，陈勇2，杨丁2，黄金菊1

1.龙岩市产品质量检验所，国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心(福建)，福建 龙岩 364000 2.福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000

在模拟工况条件下，使用多功能试验除尘器、电称低压冲击系统(ELPI)等对PM10、PM2.5、PM1.0等微细颗粒物和粉尘进行低低温电除尘技术的试验研究。结果表明：在低入口烟气温度下(67～68 ℃)，试验除尘器对微细颗粒物和粉尘的脱除效率显著高于高入口烟气温度(86～89 ℃)。在低入口烟气温度下，降低入口风量，微细颗粒物和粉尘脱除效率提高的程度更为显著。因为入口风量降低后，电场风速更低，微细颗粒物和粉尘在电场的停留时间更长，更有利于低低温电除尘器对微细颗粒物和粉尘的捕集。

低低温；电除尘；微细颗粒物；粉尘；脱除效率；PM10；PM2.5；PM1.0

可吸入颗粒物(PM10)是反映环境空气质量的重要指标，它能通过鼻、嘴进入人体呼吸道。可入肺颗粒物(PM2.5)，也称细颗粒物，因其形态、成分复杂，富含重金属、多环芳烃等有毒有害物质，易沉降在呼吸道，能进入人体肺泡甚至血液系统，且能导致大气能见度降低，产生重污染天气，近年来倍受关注[1-2]。2012年发布的《环境空气质量标准》[3]，首次将PM2.5纳入常规空气质量评价标准。超细颗粒物(PM1.0)是空气动力学直径小于1.0 μm的颗粒物，其比表面积更大，活性更强，能进入人体血液甚至神经系统。

工业烟尘排放是大气颗粒态污染物的重要来源，也是PM10、PM2.5和PM1.0等微细颗粒物的重要来源。近年来，我国对工业烟尘排放的控制标准越来越严格，如火电厂烟尘最高允许排放浓度限值[4-6]，从GB 13223—1996《火电厂大气污染物排放标准》的150或200 mg/m3降至GB 13223—2011的30 mg/m3，重点地区甚至为5 mg/m3，给工业除尘技术带来了挑战。近几年，低低温电除尘技术发展迅速、应用较多，它是在电除尘器上游添置热回收装置以降低入口烟气温度，从而减少烟气量，降低烟气流速，增加粉尘在除尘器的停留时间；同时降低粉尘比电阻，提高比集尘面积，进而提高除尘效率[7]。目前低低温电除尘技术提高PM10、PM2.5和PM1.0等微细颗粒物脱除效率的试验研究较少。笔者采用多功能除尘试验台，开展除尘器入口烟气温度变化对PM10、PM2.5和PM1.0脱除效率影响的试验研究，探讨低低温电除尘提高微细颗粒物脱除效率的机理，以期为低低温电除尘技术的应用和后续深入研究提供基础。

1 试验与方法

1.1 试验装置和检测仪器

多功能试验除尘器如图1和图2所示。其主要包含电除尘器、袋式除尘器等单元，以及高低压电源、粉尘、烟气温度、烟气湿度、烟气流量等控制系统。

图1 多功能试验除尘器示意Fig.1 Schematic diagram for a multi-functional testing dust remover

图2 多功能试验除尘器实物Fig.2 Photo of a multi-functional testing dust remover

检测仪器：自动烟尘(气)测试仪〔青岛崂应3012H系列(09代)〕检测烟气流速、本体漏风率、除尘效率等[8]；ELPI(电称低压冲击系统，芬兰Dekati公司)配备相应的采样枪、伴热管、干燥器(除湿)、切割器、气体连接管(硅胶管)，实时检测试验除尘器入口和出口的PM10、PM2.5和PM1.0浓度。

1.2 试验方法

保持其他试验条件如除尘器入口粉尘浓度、烟气湿度等相对恒定，设置不同的入口烟气温度和流量，测定除尘器对PM10、PM2.5、PM1.0以及粉尘的脱除效率，对比入口烟气温度变化对脱除效率的影响，并分析其影响因素。

1.3 结果计算

微细颗粒物和粉尘脱除效率计算公式：

η=(Ci-Co)Ci×100%

(1)

式中：η为脱除效率，%；Ci和Co分别为入口和出口的污染物(PM10、PM2.5、PM1.0及粉尘)浓度，mgm3。

利用SPSS 10.0软件，采用秩相关分析(Spearman correlation analysis)的统计分析方法，判断除尘器除尘效率随入口烟气流量变化的趋势。

2 结果与讨论

2.1 高入口烟气温度

由表1和图3可见，当控制试验除尘器入口烟气温度为86～89 ℃时，粉尘脱除效率随入口风量增加而降低(相关系数r为0.985，P=0.05)。而PM10、PM2.5和PM1.0的脱除效率均在入口风量为4 419 m3h时最高，在3 400 m3h时最低。在相同入口风量下，粉尘、PM10、PM2.5、PM1.0脱除效率基本呈依次降低趋势，表明颗粒物粒径越小，脱除效率越低，这是因为颗粒物粒径越小，越难以荷电，电迁移速率也越低，颗粒物脱除效率就越低[9]。

表1 高入口烟气温度下试验结果

注：试验结果均为重复测量平均值(n≥3)。

注：烟气温度为86～89 ℃图3 高入口烟气温度下各粒径颗粒物脱除效率Fig.3 Removal efficiencies of particles for different size at higher temperature for inlet flue gas

2.2 低入口烟气温度

由表2和图4可见，当控制试验除尘器入口烟气温度为67～68 ℃时，与高入口烟气温度下试验结果一致，粉尘脱除效率随入口风量增加而降低(相关系数r为0.986，P=0.005)。PM10、PM2.5和PM1.0的脱除效率在入口风量为3 522和4 527 m3h时相差不大(≤2.12%)，在6 009 m3h时最低。在相同入口风量下，粉尘、PM10、PM2.5、PM1.0脱除效率依次降低，表明颗粒物粒径越小，脱除效率越低。

表2 低入口烟气温度下试验结果

注：试验结果均为重复测量平均值(n≥3)。

注：烟气温度为67～68 ℃图4 低入口烟气温度下各粒径颗粒物脱除效率Fig.4 Removal efficiencies of particles for different size at lower temperature for inlet flue gas

2.3 对比分析

高、低入口烟气温度下试验除尘器的粉尘、PM10、PM2.5和PM1.0脱除效率对比如图5所示。由图5可知，入口风量较低时，低入口烟气温度下微细颗粒物和粉尘的脱除效率显著高于高入口烟气温度，充分证实了试验除尘器可有效提高微细颗粒物和粉尘的脱除效率，与文献[10]报道的低低温电除尘极大提升粒径为0.1～1 μm细微颗粒物脱除能力的结果相近。

当入口风量为3 500 m3h时，低入口烟气温度下粉尘脱除效率提高约1.25%(试验结果修正计算值，下同)，PM10脱除效率提高15.01%，PM2.5脱除效率提高15.51%，PM1.0脱除效率提高11.18%；入口风量为4 500 m3h时，粉尘、PM10、PM2.5和PM1.0脱除效率分别提高6.54%、7.75%、5.89%和1.81%；入口风量为5 500 m3h时，粉尘、PM10、PM2.5和PM1.0脱除效率分别提高8.98%、4.75%、3.22%和2.46%。可见，入口风量越低，入口烟气温度低能更大程度地提高微细颗粒物和粉尘的脱除效率。

图5 高、低入口烟气温度下颗粒物脱除效率对比Fig.5 Comparison of particle removal efficiency at higher, lower temperature

研究表明[11-13]，当烟气温度从约90 ℃降低至约70 ℃时，粉尘比电阻将从1012～1013Ω·cm降至1010～1011Ω·cm，一方面粉尘荷电性能提高，另一方面粉尘比电阻正好处在反电晕临界值内，电除尘器运行时产生反电晕的概率降低；同时烟气体积流量减少约10%，风速降低，粉尘在电除尘器的停留时间延长[9]，粉尘、微细颗粒物脱除效率得到提高。烟气温度降低后，一方面粉尘和气体分子热运动能力减弱，另一方面气体黏滞性降低，粉尘的电迁移速度增大，即荷电粉尘驱进速度变快，也有利于提高粉尘、微细颗粒物的脱除效率[14-15]。

在低入口烟气温度下，随着入口风量降低，微细颗粒物和粉尘脱除效率提高的程度更为显著。可见，入口风量降低后，电场风速更低，微细颗粒物和粉尘在电场的停留时间延长，更有利于低低温电除尘器对其的捕集。

研究表明[13]，在实际工况条件下，应用低低温电除尘器，将入口烟气温度降至酸露点以下，烟气中的SO3易与水蒸汽结合形成硫酸雾，并被飞灰颗粒吸附后一起脱除，从而有效减少了湿法脱硫工艺SO3的腐蚀问题。但SO3凝结成硫酸雾黏附在飞灰上，收集的粉尘流动性变差，故灰斗因结露易引起堵塞、腐蚀。灰硫比是影响低温腐蚀的重要因素，当灰硫比大于100，低低温电除尘器均无腐蚀问题[13]。另外美国南方电力公司研究发现：当锅炉燃煤含硫量为2.5%，灰硫比为50～100时可避免腐蚀，当燃煤含硫量更高时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200[16]。

3 结论

(1)在标态、干态及风量接近的条件下进行量化试验研究，结果表明在低入口烟气温度下(67～68 ℃)，除尘器的粉尘、PM10、PM2.5和PM1.0的脱除效率显著高于高入口烟气温度(86～87 ℃)。

(2)随着入口风量的降低，低入口烟气温度下，微细颗粒物和粉尘脱除效率提高的程度更为显著。可见，入口风量降低后，电场风速更低，微细颗粒物和粉尘在电场的停留时间延长，更有利于低低温电除尘器对其的捕集。

(3)在实际工况条件下，应用低低温电除尘器，应考虑除尘器灰斗因结露引起的堵塞、腐蚀问题，充分考察灰硫比对低温腐蚀的影响。

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Experimental study on fine particle and dust removal efficiency influenced by low-low temperature electrostatic precipitator

LIU Xiyao1, LU Chunmei1, CHEN Yong2, YANG Ding2, HUANG Jinju1

1.National Quality Supervision and Inspection Center for Air Pollution Control Equipments(Fujian), Longyan Institute of Quality Inspection for Products, Longyan 364000, China 2.Fujian Longking Co. Ltd., Longyan 364000, China

Under simulated operating conditions, new multi-functional testing dust remover and electrical low pressure impactor (ELPI), etc. were used to conduct experiment study on the low-low temperature electrostatic precipitator (ESP) technology for the fine particle (such as PM10, PM2.5, PM1.0) and dust. The results showed that PM10, PM2.5, PM1.0and dust removal efficiencies were significantly higher at lower inlet flue gas temperatures (67-68 ℃)than that at higher inlet flue gas temperatures (86-89 ℃). At lower inlet flue gas temperatures, as the inlet flue gas flow rate decreased, the extent of increased fine particle and dust removal efficiencies was more significant, which indicated that as inlet flue gas flow rate decreased, the residence time of fine dust in the electrical field extended, thus more convenient to collecting fine particle and dust for low-low ESP.

low-low temperature;electrostatic precipitation(ESP);fine particle;dust;removal efficiency;PM10;PM2.5;PM1.0

2016-09-23

福建省质量技术监督局科技项目(FJQI2014014)

刘锡尧(1985—)，男，高级工程师，博士，主要从事空气污染治理设备产品质量检验及相关标准化、研发工作，18950819365@189.cn

X513

1674-991X(2017)03-0388-05

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.03.054

刘锡尧，陆春媚，陈勇，等.低低温电除尘器脱除微细颗粒物和粉尘的试验研究[J].环境工程技术学报,2017,7(3):388-392.

LIU X Y, LU C M, CHEN Y, et al.Experimental study on fine particle and dust removal efficiency influenced by low-low temperature electrostatic precipitator[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(3):388-392.