國內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀和袋式除塵濾料對細顆粒物控制實驗研究

國內(nèi)外PM2.5控制現(xiàn)狀與袋式除塵濾料對細顆粒物控制實驗研究東北大學濾料檢測中心柳靜獻孫熙毛寧82003@126.com024-836883272內(nèi)容國內(nèi)外PM2.5控制形勢PM2.5過濾捕集機理濾料發(fā)展趨勢與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)測數(shù)據(jù)，2001-2006平均值。全球PM2.5濃度等值分布圖中國華北、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821萬噸，大部分為超細顆粒,除去青藏工業(yè)污染源少地區(qū)，相當于我國每平方公里國土面積上1噸粉塵工業(yè)煙塵排放:火電、水泥、鋼鐵、冶金、垃圾焚燒等國內(nèi)現(xiàn)場測試表明：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顆粒風險WHO指出：當PM2.5年均濃度達35μg時，人死亡風險比10μg增加15％；按此推論，中國80μg濃度，死亡率增加35%以上;美國、日本有相似的研究結(jié)果一份來自聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的報告稱，PM2.5每立方米的濃度上升20μ克，中國和印度每年會有約34萬人死亡；80μg死亡100萬人

PM2.5由于粒徑小、漂浮性大，進入肺泡，使肺癌、心血管病激增，因此對人危害最嚴重

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直徑穿透率有機碳+水土壤+礦物質(zhì)美國對PM2.5顆?？刂泼绹?997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年進行了修訂，年均標準值不變：15ug/m3日均標準值降為：35ug/m3美國環(huán)保署制定出即將在2013年實施新標準，對于現(xiàn)存水泥窯固體顆粒物排放限值為0.04磅/噸熟料（0.04lb.=18g），大約相當于6mg/Nm3，對于新建水泥窯則為0.01磅/t熟料（大約為1.5mg/Nm3），并且要求30天以上的平均值。而我國當前的水泥窯固體顆粒物排放限值為150g/t熟料（50mg/m3），可見美國的行業(yè)標準是非常苛刻的歐盟PM2.5顆?？刂茪W盟在其(1999/30/EC)《環(huán)境空氣質(zhì)量指令》中，也提出應當限制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當前正在修訂的年均值：PM10為14ug/m3PM2.5為10ug/m3WHO對PM2.5的標準WHO規(guī)定PM2.5年均濃度10μg，日均濃度25μgWHO規(guī)定了PM2.5分4個級別：準則值：年均濃度10μg，日均濃度25μg過渡值-3：年均濃度15μg，日均濃度37.5μg過渡值-2：年均濃度25μg，日均濃度50μg過渡值-1：年均濃度35μg，日均濃度75μg過渡值-1指相對于準則值水平而言，在這個水平長期暴露會增加大約15%的死亡風險過渡值-2比過渡值-1約降低6%的死亡風險過渡值-3比過渡值-2約降低6%的死亡風險對可吸入顆粒物長期暴露，準則值是一個最低水平，在這個水平，總死亡率、心肺病死亡率和肺癌的死亡率會增加我國擬于2016年實施的新環(huán)境空氣質(zhì)量標準，與WHO過渡期第1階段目標值相同:

年平均量35μg/m3

日平均量75μg/m32011年12月4日下午19時，美國駐華使館監(jiān)測到北京的PM2.5濃度為522我國PM2.5形式車輛排放控制車輛排放源控制歐盟針對輕型汽油車和重型柴油車制定了排放標準：

標準針對固體顆粒為大于23納米的顆粒輕型汽油車，歐5b，2011年9月新設的計數(shù)標準值

6x1011

個顆粒/km傳統(tǒng)的計重標準值4.5mg/km重型柴油車，歐VI,2013年1月計數(shù)標準值6x1011

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

個顆粒/kWh(WHSC世界統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)循環(huán))傳統(tǒng)的計重標準值

10mg/kWh在此濃度范圍，計重測試的精確度很難滿足要求了美國華盛頓地區(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小時均值41-33μg/m3之間GB13223-2011重點地區(qū)要求火電廠大氣污染物排放標準隨著經(jīng)濟發(fā)展及國內(nèi)外各種形勢變化，排放標準不斷升級，給火電廠帶來很大壓力GB13223-91:150—3300mg（根據(jù)灰分有所不同）GB13223-1996:200mg（第三時段）GB13223-2003:50mg（第三時段）GB13223-2011:30mg（第三時段）火電廠除塵技術(shù)與工程應用也呈現(xiàn)出快速進步21各國燃煤電廠煙塵排放標準比較中國城市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重北京市PM2.5顆粒來源構(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PM2.5及30mg新標準給過濾行業(yè)帶來有一個發(fā)展良機過濾除塵效率高,尤其對PM2.5超細顆粒，又不受粉塵性質(zhì)影響，在各行業(yè)已得到成功應用實踐證明：過濾除塵器是控制微細顆粒、尤其PM2.5的最有效設備，過濾材料是其中關(guān)鍵27內(nèi)容國內(nèi)外PM2.5控制形勢PM2.5過濾捕集機理濾料發(fā)展趨勢與PM2.5控制濾料過濾效率模型E：濾料的過濾效率η：單纖維過濾效率α：濾料的密實度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理不同捕獲機理與過濾效率的關(guān)系由布朗擴散引發(fā)的單纖維捕集效率流體力學系數(shù)Peclet數(shù)Pecletnumber，無量綱數(shù)值，用來表示對流與擴散的相對比例。隨著Pe數(shù)的增大，輸運量中擴散輸運的比例減少，對流輸運的比例增大。擴散系數(shù)擴散效應隨顆粒直徑增大、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不同粒徑顆粒過濾效率與捕獲機理的關(guān)系最易穿透粒徑過濾效率與顆粒直徑、濾速間的關(guān)系塵餅形成過程中效率塵餅厚度與過濾效率的關(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塵餅脫落過程(v=3m/min,P=0.3MPa)濾料效率與阻力是相互制約的一對矛盾：要想提高過濾效率，需要把濾料做的厚而密實，會引起阻力增加；要想降低濾料阻力，需要把濾料做的薄而疏松，會引起濾料效率降低濾料需要在兩者間進行平衡，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)容國內(nèi)外PM2.5控制形勢PM2.5過濾捕集機理濾料發(fā)展趨勢與PM2.5控制46濾料性能參數(shù)織物與強力特性1)過濾介質(zhì)的厚度及其偏差；2)過濾介質(zhì)每單位面積的重量及其偏差；3)過濾介質(zhì)的透氣率及其偏差；4)過濾介質(zhì)的強度特性，含經(jīng)向斷裂強力和伸長率緯向斷裂強力和伸長率47濾料性能參數(shù)耐熱特性

1)過濾介質(zhì)在高溫（指定溫度）下24小時后的強度特性：經(jīng)向斷裂強力和經(jīng)向伸長率緯向斷裂強力和緯向伸長率；2)過濾介質(zhì)在常溫下及高溫（指定溫度）下24小時后的尺寸變化率（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)過濾特性：效率與阻力

A過程:定壓過濾清灰30次；過濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化B過程:強制5秒間隔萬次清灰；阻力變化C過程:定壓過濾清灰10次D過程:定壓過濾清灰30次；過濾效率、清灰周期、粉塵剝離率及阻力變化ABBD濾料標準GB12625-90《袋式除塵器用濾料及濾袋技術(shù)條件》，80年代末由勞動部主持，袋委會組織HJ/T324-2006《袋式除塵器用濾料》，90年代由國家環(huán)保局主持制定認定條件，后來轉(zhuǎn)為行標GB/T6719-2009《袋式除塵器技術(shù)要求》，由GB12625-90修訂之后的標準ISO11057-2011《空氣質(zhì)量—可清灰濾料過濾性能測試》，由中國、德國、美國、日本、奧地利共同起草ISO16891《可清灰濾料性能衰變評價的測試方法》以中國和日本為主正在起草濾料性能檢測濾袋招標前檢測：為用戶從技術(shù)上進行把關(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：為用戶從安裝質(zhì)量上把關(guān)，防止用戶招標時和供貨時濾袋不一致濾袋失效后仲裁檢測：找出事故的責任方，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估檢測：通過新舊濾袋的性能跟蹤對比，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纖維類型天然纖維：棉、毛、麻有機纖維常溫材料：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無機纖維：玻璃纖維、碳纖維、玄武巖、金屬纖維59濾料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進步機織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->玻纖氈覆膜復合針刺氈濾筒聚酯材料、玻纖濾紙材料60性能增強型濾料濾料效率進一步提高,已經(jīng)在99.99%以上潔凈濾料過濾：深層過濾，濾料得到充份容塵；阻力低，效率低塵餅形成后過濾：表面過濾，效率高，阻力高61性能增強型濾料濾料的阻力得到進一步優(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），使阻力增長過程減慢，清灰噴吹周期延長；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比工況條件：粉塵名稱：碳素車間石油焦粉末實驗樣品性能表1實驗樣品參數(shù)特性濾料潔凈及老化后的阻力特性濾料在不同狀態(tài)時的全塵效率濾料在不同狀態(tài)時的全塵效率濾料計數(shù)效率濾料對各粒徑顆粒的計數(shù)效率(%)PM2.5的計數(shù)效率在55%-93%之間濾料計數(shù)效率分粒徑計數(shù)效率：分粒徑計數(shù)效率：71濾料研發(fā)方向濾料結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化：高效、低阻、易清灰超細纖維采用：以提高PM2.5過濾效率濾料性能增強：化學耐久性提高：耐高溫、耐腐蝕、耐水解、耐氧化等機械耐久性提高：耐拉伸、耐磨損、抗疲勞功能差別化濾料：特殊場所的專用濾料，高強低伸、抗靜電濾料、