國(guó)內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀和袋式除塵濾料對(duì)細(xì)顆粒物控制實(shí)驗(yàn)研究

國(guó)內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀與袋式除塵濾料對(duì)細(xì)顆粒物控制實(shí)驗(yàn)研究東北大學(xué)濾料檢測(cè)中心柳靜獻(xiàn)孫熙毛寧82003@126.com024-836883272內(nèi)容國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制全球PM2.5濃度等值分布圖NASA于2010年9月發(fā)布的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2001-2006平均值。全球PM2.5濃度等值分布圖中國(guó)華北、華東和華中PM2.5的濃度接近每立方米80微克，甚至超過(guò)了撒哈拉沙漠。

顆粒物仍是大氣污染中的主要污染物，2010年粉塵排放821萬(wàn)噸，大部分為超細(xì)顆粒,除去青藏工業(yè)污染源少地區(qū)，相當(dāng)于我國(guó)每平方公里國(guó)土面積上1噸粉塵工業(yè)煙塵排放:火電、水泥、鋼鐵、冶金、垃圾焚燒等國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明：電除塵器排放粉塵中PM10占44%,PM2.5占16%；袋除塵粉塵排放中PM10占95%，PM2.5占33%；國(guó)外袋除塵器出口數(shù)據(jù)，總粉塵濃度可以控制在15mg以下，但微細(xì)顆粒比例較高：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26.7%PM2.5顆粒風(fēng)險(xiǎn)WHO指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)35μg時(shí)，人死亡風(fēng)險(xiǎn)比10μg增加15％；按此推論，中國(guó)80μg濃度，死亡率增加35%以上;美國(guó)、日本有相似的研究結(jié)果一份來(lái)自聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的報(bào)告稱，PM2.5每立方米的濃度上升20μ克，中國(guó)和印度每年會(huì)有約34萬(wàn)人死亡；80μg死亡100萬(wàn)人

PM2.5由于粒徑小、漂浮性大，進(jìn)入肺泡，使肺癌、心血管病激增，因此對(duì)人危害最嚴(yán)重

可吸入顆粒物質(zhì)量可入胸顆粒物質(zhì)量PM10可入肺顆粒物質(zhì)量PM2.5直徑穿透率有機(jī)碳+水土壤+礦物質(zhì)美國(guó)對(duì)PM2.5顆粒控制美國(guó)1997年規(guī)定：年均值PM2.5為15ug/m3，PM10為50ug/m3日均濃度限值為65ug/m3；2006年進(jìn)行了修訂，年均標(biāo)準(zhǔn)值不變：15ug/m3日均標(biāo)準(zhǔn)值降為：35ug/m3美國(guó)環(huán)保署制定出即將在2013年實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于現(xiàn)存水泥窯固體顆粒物排放限值為0.04磅/噸熟料（0.04lb.=18g），大約相當(dāng)于6mg/Nm3，對(duì)于新建水泥窯則為0.01磅/t熟料（大約為1.5mg/Nm3），并且要求30天以上的平均值。而我國(guó)當(dāng)前的水泥窯固體顆粒物排放限值為150g/t熟料（50mg/m3），可見(jiàn)美國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是非?？量痰臍W盟PM2.5顆粒控制歐盟在其(1999/30/EC)《環(huán)境空氣質(zhì)量指令》中，也提出應(yīng)當(dāng)限制PM2.5的濃度，2005年規(guī)定PM2.5年均值40ug/m32010年將之修訂為20ug/m3當(dāng)前正在修訂的年均值：PM10為14ug/m3PM2.5為10ug/m3WHO對(duì)PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)WHO規(guī)定PM2.5年均濃度10μg，日均濃度25μgWHO規(guī)定了PM2.5分4個(gè)級(jí)別：準(zhǔn)則值：年均濃度10μg，日均濃度25μg過(guò)渡值-3：年均濃度15μg，日均濃度37.5μg過(guò)渡值-2：年均濃度25μg，日均濃度50μg過(guò)渡值-1：年均濃度35μg，日均濃度75μg過(guò)渡值-1指相對(duì)于準(zhǔn)則值水平而言，在這個(gè)水平長(zhǎng)期暴露會(huì)增加大約15%的死亡風(fēng)險(xiǎn)過(guò)渡值-2比過(guò)渡值-1約降低6%的死亡風(fēng)險(xiǎn)過(guò)渡值-3比過(guò)渡值-2約降低6%的死亡風(fēng)險(xiǎn)對(duì)可吸入顆粒物長(zhǎng)期暴露，準(zhǔn)則值是一個(gè)最低水平，在這個(gè)水平，總死亡率、心肺病死亡率和肺癌的死亡率會(huì)增加我國(guó)擬于2016年實(shí)施的新環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與WHO過(guò)渡期第1階段目標(biāo)值相同:

年平均量35μg/m3

日平均量75μg/m32011年12月4日下午19時(shí)，美國(guó)駐華使館監(jiān)測(cè)到北京的PM2.5濃度為522我國(guó)PM2.5形式車(chē)輛排放控制車(chē)輛排放源控制歐盟針對(duì)輕型汽油車(chē)和重型柴油車(chē)制定了排放標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)固體顆粒為大于23納米的顆粒輕型汽油車(chē)，歐5b，2011年9月新設(shè)的計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

6x1011

個(gè)顆粒/km傳統(tǒng)的計(jì)重標(biāo)準(zhǔn)值4.5mg/km重型柴油車(chē)，歐VI,2013年1月計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值6x1011

個(gè)顆粒/kWh(WHTC世界統(tǒng)一瞬態(tài)循環(huán)),8x1011

個(gè)顆粒/kWh(WHSC世界統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)循環(huán))傳統(tǒng)的計(jì)重標(biāo)準(zhǔn)值

10mg/kWh在此濃度范圍，計(jì)重測(cè)試的精確度很難滿足要求了美國(guó)華盛頓地區(qū)從1999年-2005年間，其PM2.5的年均值在17.1-14.8μg/m3，24小時(shí)均值45-37μg/m3，逐年下降蒙大拿州的米蘇拉縣11.1-8.2μg/m3，24小時(shí)均值41-33μg/m3之間GB13223-2011重點(diǎn)地區(qū)要求火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)內(nèi)外各種形勢(shì)變化，排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，給火電廠帶來(lái)很大壓力GB13223-91:150—3300mg（根據(jù)灰分有所不同）GB13223-1996:200mg（第三時(shí)段）GB13223-2003:50mg（第三時(shí)段）GB13223-2011:30mg（第三時(shí)段）火電廠除塵技術(shù)與工程應(yīng)用也呈現(xiàn)出快速進(jìn)步21各國(guó)燃煤電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)比較中國(guó)城市PM10污染狀態(tài)重度城市比例逐漸減少，但輕度污染城市比例依然嚴(yán)重北京市PM2.5顆粒來(lái)源構(gòu)成電除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成袋式除塵器出口粉塵粒度構(gòu)成26煙氣除塵技術(shù)趨勢(shì)PM2.5及30mg新標(biāo)準(zhǔn)給過(guò)濾行業(yè)帶來(lái)有一個(gè)發(fā)展良機(jī)過(guò)濾除塵效率高,尤其對(duì)PM2.5超細(xì)顆粒，又不受粉塵性質(zhì)影響，在各行業(yè)已得到成功應(yīng)用實(shí)踐證明：過(guò)濾除塵器是控制微細(xì)顆粒、尤其PM2.5的最有效設(shè)備，過(guò)濾材料是其中關(guān)鍵27內(nèi)容國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制濾料過(guò)濾效率模型E：濾料的過(guò)濾效率η：?jiǎn)卫w維過(guò)濾效率α：濾料的密實(shí)度L：濾料的厚度df:纖維直徑E：提高η：提高α：加大L：加大df:減小單纖維捕獲顆粒機(jī)理不同捕獲機(jī)理與過(guò)濾效率的關(guān)系由布朗擴(kuò)散引發(fā)的單纖維捕集效率流體力學(xué)系數(shù)Peclet數(shù)Pecletnumber，無(wú)量綱數(shù)值，用來(lái)表示對(duì)流與擴(kuò)散的相對(duì)比例。隨著Pe數(shù)的增大，輸運(yùn)量中擴(kuò)散輸運(yùn)的比例減少，對(duì)流輸運(yùn)的比例增大。擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散效應(yīng)隨顆粒直徑增大、濾速增大而減弱，與纖維直徑關(guān)系不大由截留引發(fā)的單纖維捕集效率化簡(jiǎn)式截留捕集效率隨R增大而增大，即：隨著顆粒增大、纖維直徑減小而增大截留參數(shù)由惰性撞擊引發(fā)的單纖維捕集效率斯托克斯系數(shù)惰性撞擊捕集效率隨Stk增大而增大，即：隨著顆粒增大、密度增大、濾速增大、纖維直徑減小而增大由顆粒重力沉降引發(fā)的單纖維捕集效率重力沉降系數(shù)顆粒重力沉降引發(fā)的捕集效率隨Gr增大而增大，即：隨著顆粒增大、密度增大、濾速減小而增大，與纖維直徑關(guān)系不大顆粒勻速沉降速度濾料對(duì)不同粒徑顆粒過(guò)濾效率與捕獲機(jī)理的關(guān)系最易穿透粒徑過(guò)濾效率與顆粒直徑、濾速間的關(guān)系塵餅形成過(guò)程中效率塵餅厚度與過(guò)濾效率的關(guān)系潔凈濾料阻力濾料阻力隨流體粘性增大、濾料密實(shí)度增大、厚度增大、濾速增大，隨纖維直徑減小而快速增大塵餅阻力ΔP:塵餅阻力L：塵餅厚度ε：孔隙率μ：氣體粘度U：濾速dp:顆粒直徑ρg：氣體密度塵餅阻力隨塵餅厚度增大、流體粘性增大、氣體密度增大而增大，隨顆粒直徑減小而增大塵餅阻力與塵餅厚度不同濾料清灰時(shí)塵餅脫落過(guò)程(v=3m/min,P=0.3MPa)濾料效率與阻力是相互制約的一對(duì)矛盾：要想提高過(guò)濾效率，需要把濾料做的厚而密實(shí)，會(huì)引起阻力增加；要想降低濾料阻力，需要把濾料做的薄而疏松，會(huì)引起濾料效率降低濾料需要在兩者間進(jìn)行平衡，可用濾料質(zhì)量系數(shù)綜合表示：阻力越低、效率越高，則質(zhì)量系數(shù)越大45內(nèi)容國(guó)內(nèi)外PM2.5控制形勢(shì)PM2.5過(guò)濾捕集機(jī)理濾料發(fā)展趨勢(shì)與PM2.5控制46濾料性能參數(shù)織物與強(qiáng)力特性1)過(guò)濾介質(zhì)的厚度及其偏差；2)過(guò)濾介質(zhì)每單位面積的重量及其偏差；3)過(guò)濾介質(zhì)的透氣率及其偏差；4)過(guò)濾介質(zhì)的強(qiáng)度特性，含經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率緯向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率47濾料性能參數(shù)耐熱特性

1)過(guò)濾介質(zhì)在高溫（指定溫度）下24小時(shí)后的強(qiáng)度特性：經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和經(jīng)向伸長(zhǎng)率緯向斷裂強(qiáng)力和緯向伸長(zhǎng)率；2)過(guò)濾介質(zhì)在常溫下及高溫（指定溫度）下24小時(shí)后的尺寸變化率（熱收縮率）48濾料性能參數(shù)耐腐性能耐酸性能：60%硫酸耐堿性能：40%NaOH疏水疏油性能抗靜電性能:用于易燃粉塵捕集的場(chǎng)合摩擦電位半衰期面電荷密度表面電阻體電阻

阻燃性能49濾料性能參數(shù)過(guò)濾特性：效率與阻力

A過(guò)程:定壓過(guò)濾清灰30次；過(guò)濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化B過(guò)程:強(qiáng)制5秒間隔萬(wàn)次清灰；阻力變化C過(guò)程:定壓過(guò)濾清灰10次D過(guò)程:定壓過(guò)濾清灰30次；過(guò)濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化ABBD濾料標(biāo)準(zhǔn)GB12625-90《袋式除塵器用濾料及濾袋技術(shù)條件》，80年代末由勞動(dòng)部主持，袋委會(huì)組織HJ/T324-2006《袋式除塵器用濾料》，90年代由國(guó)家環(huán)保局主持制定認(rèn)定條件，后來(lái)轉(zhuǎn)為行標(biāo)GB/T6719-2009《袋式除塵器技術(shù)要求》，由GB12625-90修訂之后的標(biāo)準(zhǔn)ISO11057-2011《空氣質(zhì)量—可清灰濾料過(guò)濾性能測(cè)試》，由中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、日本、奧地利共同起草ISO16891《可清灰濾料性能衰變?cè)u(píng)價(jià)的測(cè)試方法》以中國(guó)和日本為主正在起草濾料性能檢測(cè)濾袋招標(biāo)前檢測(cè)：為用戶從技術(shù)上進(jìn)行把關(guān)，確保在企業(yè)的特定工況下，找到最合適的濾袋濾袋安裝中抽查檢測(cè)：為用戶從安裝質(zhì)量上把關(guān)，防止用戶招標(biāo)時(shí)和供貨時(shí)濾袋不一致濾袋失效后仲裁檢測(cè)：找出事故的責(zé)任方，更重要的是找出濾袋失效的原因，提出改正措施濾料壽命評(píng)估檢測(cè)：通過(guò)新舊濾袋的性能跟蹤對(duì)比，判斷濾料剩余壽命濾袋失效紅外分析和DSC電鏡分析1電鏡分析258纖維類(lèi)型天然纖維：棉、毛、麻有機(jī)纖維常溫材料：滌綸、丙綸、維綸、腈綸、錦綸、德拉綸、亞克力高溫材料：Kermel、芳砜綸、芳綸(Nomex，Conex)、PPS（聚苯硫醚）、P84、PTFE無(wú)機(jī)纖維：玻璃纖維、碳纖維、玄武巖、金屬纖維59濾料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)步機(jī)織729—>覆膜->表面滲膜針刺氈->針刺氈覆膜->梯度氈->三梯度高密面層針刺氈玻纖氈->玻纖氈覆膜復(fù)合針刺氈濾筒聚酯材料、玻纖濾紙材料60性能增強(qiáng)型濾料濾料效率進(jìn)一步提高,已經(jīng)在99.99%以上潔凈濾料過(guò)濾：深層過(guò)濾，濾料得到充份容塵；阻力低，效率低塵餅形成后過(guò)濾：表面過(guò)濾，效率高，阻力高61性能增強(qiáng)型濾料濾料的阻力得到進(jìn)一步優(yōu)化濾料表面得到致密性處理（覆膜、燒毛、壓光、PTFE處理、高密面層），使阻力增長(zhǎng)過(guò)程減慢，清灰噴吹周期延長(zhǎng)；清灰更加容易，殘余阻力降低，粉塵剝離率提高62高密面層濾料與普通濾料截面對(duì)比工況條件：粉塵名稱：碳素車(chē)間石油焦粉末實(shí)驗(yàn)樣品性能表1實(shí)驗(yàn)樣品參數(shù)特性濾料潔凈及老化后的阻力特性濾料在不同狀態(tài)時(shí)的全塵效率濾料在不同狀態(tài)時(shí)的全塵效率濾料計(jì)數(shù)效率濾料對(duì)各粒徑顆粒的計(jì)數(shù)效率(%)PM2.5的計(jì)數(shù)效率在55%-93%之間濾料計(jì)數(shù)效率分粒徑計(jì)數(shù)效率：分粒徑計(jì)數(shù)效率：71濾料研發(fā)方向?yàn)V料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化：高效、低阻、易清灰超細(xì)纖維采用：以提高PM2.5過(guò)濾效率濾料性能增強(qiáng)：化學(xué)耐久性提高：耐高溫、耐腐蝕、耐水解、耐氧化等機(jī)械耐久性提高：耐拉伸、耐磨損、抗疲勞功能差別化濾料：特殊場(chǎng)所的專用濾料，高強(qiáng)低伸、抗靜電濾料、