PM表示“颗粒物”,英文全称为Particulate Matter。PM2.5是指空气动力学直径≤2.5微米(不到人的头发丝粗细的1/20)的颗粒物,也称为可入肺颗粒物。PM2.5是构成大气雾霾的主要因素之一。因其粒径小,比表面积大,容易富集大量有毒、有害物质且在大气中长时间停留、远距离输送,因而对人体健康和大气环境质量的影响极大。多年来,控制和治理PM2.5的呼声,已引起我国各界的高度重视和反响。
我国重新修订并于2012年1月1日起实施的GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中,燃煤电厂粉尘排放限值已由原来的50毫克/立方米下调到30毫克/立方米,重点地区则下调到20毫克/立方米(基准氧含量6%、干基、标况,下同);这还不够,2014年9月,国家发改委、环保部、能源局在“发改能源 [2014] 2093号,关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》的通知”中,进一步严控燃煤锅炉的大气污染物排放指标:烟尘≤10毫克/立方米、二氧化硫≤35毫克/立方米、氮氧化物≤50毫克/立方米。根据这一精神,我国不少地方(尤其是沿海省份等环境敏感地区)甚至还执行更为苛刻的烟尘≤5毫克/立方米的超低排放控制指标。
我国地域辽阔,各地矿煤种平均灰分高达32.03%,使得燃煤锅炉位于除尘器进口的烟气平均含尘浓度超过34000毫克/立方米。执行烟尘≤10毫克/立方米的最新排放指标,平均除尘效率必须达到99.97%以上。在对设置于常规除尘器之后的脱硫吸收塔入口烟尘进行采样分析,发现粒径分布在PM2.5的量约占PM10的82%。可见,为最终达到超低排放控制指标,寻求高效脱除PM2.5是个首要问题。为此,国内主要侧重研究改进静电除尘器(ESP)脱除PM2.5的技术:包括烟气调质、旋转电极、高频电源/三相电源/脉冲电源、凝并技术(电凝并、蒸汽凝并、磁凝并、声凝并等)、电袋及复合电袋、低低温电除尘、湿式电除尘器等。这些技术均有各自的特点,实际能成功付诸应用于工业化运行的技术类型不多。常规静电除尘器(ESP)的总除尘效率可达99%以上,但对PM2.5的捕集效果不佳;综合改进的电袋除尘器对粒径介于0.01~50微米的粉尘有99.98%以上的捕集效率,显然是最有希望高效脱除PM2.5的技术之一,目前已拥有一定的使用率。
石灰石-石膏湿法脱硫(WFGD)过程对烟尘有一定的协同脱除作用(总质量脱除率可达到50%~80%),但实际对PM2.5细颗粒物仅有18%左右的脱除效率,尤其对0.1~1.0微米粒径段细颗粒物脱除效率最低;WFGD虽有除雾装置,但其对粒径≥15微米的雾滴较为有效,使得工艺过程仍客观存在出口烟气夹带一定量的浆液雾滴现象(指标≤75毫克/立方米),系统出口的PM2.5(尤其亚微米级)微粒质量浓度反而还增加了20%~100%。在出口细颗粒中,燃煤飞灰约占40%、石膏组分约10%,其余约50%为脱硫过程中生成的硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸氢钙等物质形成的各种晶体固态微粒。除上述可过滤的无机盐微粒(一次PM2.5)外,WFGD运行过程中还因SO3而形成硫酸雾,增加了二次气溶胶微粒(二次PM2.5)。说明,安装WFGD系统的燃煤电厂,不仅需要控制燃煤飞灰颗粒物,还应控制脱硫过程中形成的无机盐气溶胶微粒WESP是“湿式电除尘器”的简称。实际上,国内外对WESP的研究已有30多年的历史,已有不少工业装置的运行实践证明该技术成熟可靠,且能同时脱除PM2.5、SO3气溶胶、含石膏等浆液雾滴,对Hg等重金属污染物也有一定的脱除作用。由此看来,权且在WFGD系统之后增设WESP,才能从“区位”设置上一并脱除上游工序“遗漏”的PM2.5等微尘,起到最终“精除尘”的把关作用。因为,业经热议的各种改进上游ESP之除尘技术,既便其除尘效率发挥到极至,对于在WFGD过程中新增的PM2.5也鞭长莫及或无能为力。因此,当前大多数企业在新建或改建装置中实施、增设WESP,当属正确选择。
WESP的主要工作原理与ESP基本相同,即烟气中的粉尘颗粒吸附负离子,通过电场力的作用,被吸附到集尘极上;与ESP通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是,WESP喷水至极板上将粉尘冲刷到灰斗中,由此可避免因振打而产生的二次扬尘。因阳极板材质的选取不同,WESP技术类型有三种:⑴柔性电极,⑵金属电极,⑶导电玻璃钢电极,它们在国内都有大型装置成功运行实例。但是,因被众多业界人士认定的各项优点相对更加突出、可靠,上述第⑶种(导电玻璃钢电极)WESP技术的使用频率正在递增。目前,鑫泽公司已陆续完成若干个项目的设计、施工安装任务,并正处调试、投运过程中,不日定将传来捷报!