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1 大气颗粒物PM2.5 来源及其环境影响 1.1 大气颗粒(2)

2013-07-04 01:07
　　
　　2 国内外研究与PM2.5 的控制技术
　　
　　2.1 国内外研究现状
　　我国对大气颗粒物的研究仍主要集中于总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物(PM10)，而对PM2.5 的研究甚少。同时，我国城市PM2.5 的污染问题正引起越来越多的关注，有关部门正在开展或计划开展这方面的研究工作。
　　20 世纪90 年代，美国和一些欧洲开展了大规模的PM2.5 研究，主要涉及PM2.5 质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及PM2.5 对大气能见度和人体健康影响等方面[7]。
　　美国加州地区是进行细微颗粒物研究最多的地方，研究表明：PM2.5 浓度取决于源排故、化学变化以及气象条件、地理条件等复杂因素的交织作用；在某一地区，PM2.5 及其二次粒子的前体物的浓度主要受地区性和区域 性的源排放与气象条件的影响；城区一次颗粒物(元素碳、有机碳) 的浓度要高于周围农村地区，而二次颗粒物在地区性的空间分布上则相对均匀；PM2.5 的浓度具有周期性的日变化且随季节不同而有所不同。PM2.5 与PM10 的质量浓度比率通常在1/2～4/5 之间。不同地区可能有所不同：就季节而言，这一比率在秋季要高于夏季。
　　
　　2.2 常规除尘器存的局限性
　　目前，国内传统的除尘方法采用电除尘和布袋除尘等，尤其以电除尘为主。2004 年我国实施新的《火电厂大气污染物排放标准》，烟尘最高允许排放质量浓度为50 mg/m3，但由于工业生产过程中产生的粉尘颗粒的尺寸范围很大，涵盖了从亚微米的分子簇到易于沉降的毫米级微粒。所以现有的新、老电除尘器绝大多数难以达到新的排放标准30 mg/m3。
　　首先，从原理上来说，静电除尘器主要是靠颗粒荷电被吸附而脱除，但是1 μm 附近的颗粒由于处在场荷电和扩散荷电混合区，其荷电能力很差，从而很难脱除。
　　布袋除尘器主要靠惯性碰撞、拦截和扩散脱除，同样，由于1 μm 附近的颗粒正好处于惯性和扩散控制混合区，布袋对其脱除效率同样很低。即便采用的覆膜滤料，对PM2.5 的拦截作用显著增强了，也未能达到期望水平。
　　再者，从运行方面而言，由于静电除尘的二次扬尘和布袋除尘的清灰产生的效率降低很难避免，尽管总的脱除效率很高，但PM2.5 仍难得到控制。随着人们对PM2.5 危害性的认识，国内严格的控制法规已经出台，国内外许多研究人员已经开始对PM2.5 脱除从机理和运行工艺上进行研究，开发高效除尘技术[8]。
　　
　　2.3 混合除尘系统
　　国内外许多研究人员已经开始对PM2.5 脱除从机理和运行工艺上进行研究，其中，通过静电和其他方式结合的的复合除尘技术研究受到了广泛的重视[9]。
　　2.3.1 静电+旋风
　　旋风除尘器是一种传统的除尘设备，主要靠高速旋转运动的气流产生的离心力对颗粒进行分离，具有结构简单、造价低廉等特点[10]。但其对细粒的控制作用较弱。静电增强旋风分离器的基本思想就是在旋风分离器空腔主轴上加入电晕极，在其周围能产生较高的电子密度Ni 和较强的电场力E，若近似地把其看作是串联，那么在下行流区旋风分离起主要作用，脱除掉较大的颗粒，未能分离的小颗粒将随气流进入上行区，上行区离电晕极较近，这将使其受到更强的电场力而径向运动到下行流区直至撞到壁面被捕获。由于下行流区同样受静电力的作用，对大颗粒的分级效率也将提高。国内已有研究人员开始研究在系统中使用脉冲供电技术[11]。所谓脉冲供电技术就是在向除尘器提供的基础电压上叠加一定重复频率、宽度很窄而电压峰值很高的脉冲电压。颗粒荷电决定于电子密度和荷电时间，脉冲电压能在短时间内产生高密度电子使颗粒荷电饱和，不仅提高了颗粒荷电，节约电能；同时能避免出现高比电阻粉尘形成的反电晕现象[12]。

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　　2.3.2 静电+布袋
　　静电和布袋除尘是现在电厂利用最多的两种除尘方式。为了高效脱除PM2.5，经过研究和开发，逐步将二者结合起来，达到很好的效果[13]。