国内外PM2.5控制现状和袋式除尘滤料对细颗粒物控制实验研究

国内外PM2.5控制现状与袋式除尘滤料对细颗粒物控制实验研究东北大学滤料检测中心柳静献孙熙毛宁82003@126.com024-836883272内容国内外PM2.5控制形势PM2.5过滤捕集机理滤料发展趋势与PM2.5控制全球PM2.5浓度等值分布图NASA于2010年9月发布的卫星监测数据，2001-2006平均值。全球PM2.5浓度等值分布图中国华北、华东和华中PM2.5的浓度接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。

颗粒物仍是大气污染中的主要污染物，2010年粉尘排放821万吨，大部分为超细颗粒,除去青藏工业污染源少地区，相当于我国每平方公里国土面积上1吨粉尘工业烟尘排放:火电、水泥、钢铁、冶金、垃圾焚烧等国内现场测试表明：电除尘器排放粉尘中PM10占44%,PM2.5占16%；袋除尘粉尘排放中PM10占95%，PM2.5占33%；国外袋除尘器出口数据，总粉尘浓度可以控制在15mg以下，但微细颗粒比例较高：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颗粒风险WHO指出：当PM2.5年均浓度达35μg时，人死亡风险比10μg增加15％；按此推论，中国80μg浓度，死亡率增加35%以上;美国、日本有相似的研究结果一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20μ克，中国和印度每年会有约34万人死亡；80μg死亡100万人

PM2.5由于粒径小、漂浮性大，进入肺泡，使肺癌、心血管病激增，因此对人危害最严重

可吸入颗粒物质量可入胸颗粒物质量PM10可入肺颗粒物质量PM2.5直径穿透率有机碳+水土壤+矿物质美国对PM2.5颗粒控制美国1997年规定：年均值PM2.5为15ug/m3，PM10为50ug/m3日均浓度限值为65ug/m3；2006年进行了修订，年均标准值不变：15ug/m3日均标准值降为：35ug/m3美国环保署制定出即将在2013年实施新标准，对于现存水泥窑固体颗粒物排放限值为0.04磅/吨熟料（0.04lb.=18g），大约相当于6mg/Nm3，对于新建水泥窑则为0.01磅/t熟料（大约为1.5mg/Nm3），并且要求30天以上的平均值。而我国当前的水泥窑固体颗粒物排放限值为150g/t熟料（50mg/m3），可见美国的行业标准是非常苛刻的欧盟PM2.5颗粒控制欧盟在其(1999/30/EC)《环境空气质量指令》中，也提出应当限制PM2.5的浓度，2005年规定PM2.5年均值40ug/m32010年将之修订为20ug/m3当前正在修订的年均值：PM10为14ug/m3PM2.5为10ug/m3WHO对PM2.5的标准WHO规定PM2.5年均浓度10μg，日均浓度25μgWHO规定了PM2.5分4个级别：准则值：年均浓度10μg，日均浓度25μg过渡值-3：年均浓度15μg，日均浓度37.5μg过渡值-2：年均浓度25μg，日均浓度50μg过渡值-1：年均浓度35μg，日均浓度75μg过渡值-1指相对于准则值水平而言，在这个水平长期暴露会增加大约15%的死亡风险过渡值-2比过渡值-1约降低6%的死亡风险过渡值-3比过渡值-2约降低6%的死亡风险对可吸入颗粒物长期暴露，准则值是一个最低水平，在这个水平，总死亡率、心肺病死亡率和肺癌的死亡率会增加我国拟于2016年实施的新环境空气质量标准，与WHO过渡期第1阶段目标值相同:

年平均量35μg/m³

日平均量75μg/m³2011年12月4日下午19时，美国驻华使馆监测到北京的PM2.5浓度为522我国PM2.5形式车辆排放控制车辆排放源控制欧盟针对轻型汽油车和重型柴油车制定了排放标准：

标准针对固体颗粒为大于23纳米的颗粒轻型汽油车，欧5b，2011年9月新设的计数标准值

6x1011

个颗粒/km传统的计重标准值4.5mg/km重型柴油车，欧VI,2013年1月计数标准值6x1011

个颗粒/kWh(WHTC世界统一瞬态循环),8x1011

个颗粒/kWh(WHSC世界统一稳态循环)传统的计重标准值

10mg/kWh在此浓度范围，计重测试的精确度很难满足要求了美国华盛顿地区从1999年-2005年间，其PM2.5的年均值在17.1-14.8μg/m3，24小时均值45-37μg/m3，逐年下降蒙大拿州的米苏拉县11.1-8.2μg/m3，24小时均值41-33μg/m3之间GB13223-2011重点地区要求火电厂大气污染物排放标准随着经济发展及国内外各种形势变化，排放标准不断升级，给火电厂带来很大压力GB13223-91:150—3300mg（根据灰分有所不同）GB13223-1996:200mg（第三时段）GB13223-2003:50mg（第三时段）GB13223-2011:30mg（第三时段）火电厂除尘技术与工程应用也呈现出快速进步21各国燃煤电厂烟尘排放标准比较中国城市PM10污染状态重度城市比例逐渐减少，但轻度污染城市比例依然严重北京市PM2.5颗粒来源构成电除尘器出口粉尘粒度构成袋式除尘器出口粉尘粒度构成26烟气除尘技术趋势PM2.5及30mg新标准给过滤行业带来有一个发展良机过滤除尘效率高,尤其对PM2.5超细颗粒，又不受粉尘性质影响，在各行业已得到成功应用实践证明：过滤除尘器是控制微细颗粒、尤其PM2.5的最有效设备，过滤材料是其中关键27内容国内外PM2.5控制形势PM2.5过滤捕集机理滤料发展趋势与PM2.5控制滤料过滤效率模型E：滤料的过滤效率η：单纤维过滤效率α：滤料的密实度L：滤料的厚度df:纤维直径E：提高η：提高α：加大L：加大df:减小单纤维捕获颗粒机理不同捕获机理与过滤效率的关系由布朗扩散引发的单纤维捕集效率流体力学系数Peclet数Pecletnumber，无量纲数值，用来表示对流与扩散的相对比例。随着Pe数的增大，输运量中扩散输运的比例减少，对流输运的比例增大。扩散系数扩散效应随颗粒直径增大、滤速增大而减弱，与纤维直径关系不大由截留引发的单纤维捕集效率化简式截留捕集效率随R增大而增大，即：随着颗粒增大、纤维直径减小而增大截留参数由惰性撞击引发的单纤维捕集效率斯托克斯系数惰性撞击捕集效率随Stk增大而增大，即：随着颗粒增大、密度增大、滤速增大、纤维直径减小而增大由颗粒重力沉降引发的单纤维捕集效率重力沉降系数颗粒重力沉降引发的捕集效率随Gr增大而增大，即：随着颗粒增大、密度增大、滤速减小而增大，与纤维直径关系不大颗粒匀速沉降速度滤料对不同粒径颗粒过滤效率与捕获机理的关系最易穿透粒径过滤效率与颗粒直径、滤速间的关系尘饼形成过程中效率尘饼厚度与过滤效率的关系洁净滤料阻力滤料阻力随流体粘性增大、滤料密实度增大、厚度增大、滤速增大，随纤维直径减小而快速增大尘饼阻力ΔP:尘饼阻力L：尘饼厚度ε：孔隙率μ：气体粘度U：滤速dp:颗粒直径ρg：气体密度尘饼阻力随尘饼厚度增大、流体粘性增大、气体密度增大而增大，随颗粒直径减小而增大尘饼阻力与尘饼厚度不同滤料清灰时尘饼脱落过程(v=3m/min,P=0.3MPa)滤料效率与阻力是相互制约的一对矛盾：要想提高过滤效率，需要把滤料做的厚而密实，会引起阻力增加；要想降低滤料阻力，需要把滤料做的薄而疏松，会引起滤料效率降低滤料需要在两者间进行平衡，可用滤料质量系数综合表示：阻力越低、效率越高，则质量系数越大45内容国内外PM2.5控制形势PM2.5过滤捕集机理滤料发展趋势与PM2.5控制46滤料性能参数织物与强力特性1)过滤介质的厚度及其偏差；2)过滤介质每单位面积的重量及其偏差；3)过滤介质的透气率及其偏差；4)过滤介质的强度特性，含经向断裂强力和伸长率纬向断裂强力和伸长率47滤料性能参数耐热特性

1)过滤介质在高温（指定温度）下24小时后的强度特性：经向断裂强力和经向伸长率纬向断裂强力和纬向伸长率；2)过滤介质在常温下及高温（指定温度）下24小时后的尺寸变化率（热收缩率）48滤料性能参数耐腐性能耐酸性能：60%硫酸耐碱性能：40%NaOH疏水疏油性能抗静电性能:用于易燃粉尘捕集的场合摩擦电位半衰期面电荷密度表面电阻体电阻

阻燃性能49滤料性能参数过滤特性：效率与阻力

A过程:定压过滤清灰30次；过滤效率、清灰周期、粉尘剥离率及阻力变化B过程:强制5秒间隔万次清灰；阻力变化C过程:定压过滤清灰10次D过程:定压过滤清灰30次；过滤效率、清灰周期、粉尘剥离率及阻力变化ABBD滤料标准GB12625-90《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》，80年代末由劳动部主持，袋委会组织HJ/T324-2006《袋式除尘器用滤料》，90年代由国家环保局主持制定认定条件，后来转为行标GB/T6719-2009《袋式除尘器技术要求》，由GB12625-90修订之后的标准ISO11057-2011《空气质量—可清灰滤料过滤性能测试》，由中国、德国、美国、日本、奥地利共同起草ISO16891《可清灰滤料性能衰变评价的测试方法》以中国和日本为主正在起草滤料性能检测滤袋招标前检测：为用户从技术上进行把关，确保在企业的特定工况下，找到最合适的滤袋滤袋安装中抽查检测：为用户从安装质量上把关，防止用户招标时和供货时滤袋不一致滤袋失效后仲裁检测：找出事故的责任方，更重要的是找出滤袋失效的原因，提出改正措施滤料寿命评估检测：通过新旧滤袋的性能跟踪对比，判断滤料剩余寿命滤袋失效红外分析和DSC电镜分析1电镜分析258纤维类型天然纤维：棉、毛、麻有机纤维常温材料：涤纶、丙纶、维纶、腈纶、锦纶、德拉纶、亚克力高温材料：Kermel、芳砜纶、芳纶(Nomex，Conex)、PPS（聚苯硫醚）、P84、PTFE无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩、金属纤维59滤料产品结构进步机织729—>覆膜->表面渗膜针刺毡->针刺毡覆膜->梯度毡->三梯度高密面层针刺毡玻纤毡->玻纤毡覆膜复合针刺毡滤筒聚酯材料、玻纤滤纸材料60性能增强型滤料滤料效率进一步提高,已经在99.99%以上洁净滤料过滤：深层过滤，滤料得到充份容尘；阻力低，效率低尘饼形成后过滤：表面过滤，效率高，阻力高61性能增强型滤料滤料的阻力得到进一步优化滤料表面得到致密性处理（覆膜、烧毛、压光、PTFE处理、高密面层），使阻力增长过程减慢，清灰喷吹周期延长；清灰更加容易，残余阻力降低，粉尘剥离率提高62高密面层滤料与普通滤料截面对比工况条件：粉尘名称：碳素车间石油焦粉末实验样品性能表1实验样品参数特性滤料洁净及老化后的阻力特性滤料在不同状态时的全尘效率滤料在不同状态时的全尘效率滤料计数效率滤料对各粒径颗粒的计数效率(%)PM2.5的计数效率在55%-93%之间滤料计数效率分粒径计数效率：分粒径计数效率：71滤料研发方向滤料结构设计与优化：高效、低阻、易清灰超细纤维采用：以提高PM2.5过滤效率滤料性能增强：化学耐久性提高：耐高温、耐腐蚀、耐水解、耐氧化等机械耐久性提高：耐拉伸、耐磨损、抗疲劳功能差别化滤料：特殊场所的专用滤料，高强低伸、抗静电滤料、