燃煤电厂烟气排放PM2.5的危害及解决方法的探究
摘要：PM2.5污染已成为我国突出的大气环境问题，其中，燃煤电厂是引起我国大气环境中PM2.5含量增加的主要原因之一。本文主要探讨了燃煤电厂烟气中PM2.5的危害及解决方法。
关键词：燃煤电厂；PM2.5；危害；解决方法
1引言
大气颗粒物，即大气气溶胶体系中分散的各种粒子。根据空气动力学等效直径大小，可将其分为总悬浮颗粒物（total suspended particles，TSP）、可吸入颗粒物和超细颗粒物。TSP指的是粒径<100μm的所有颗粒物。可吸入颗粒物是指粒径<10μm的颗粒物，用 PM10表示，超细颗粒物是指粒径≤2.5μm的一类颗粒物，用 PM2.5表示。颗粒物越细即粒径越小，分散度越高，在空气中稳定性越好，越难以沉降。PM2.5 在大气中的停留时间为7~30d，不易扩散，可以远距离传输，成为导致环境恶化的重要因素。同时，由于PM2.5的比表面积大，表面活性强，吸附性强，很易于富集空气中的有毒重金属、酸性氧化物及有机污染物等，其对人体健康的危害远比空气动力学直径在2.5～10μm之间的粒子大。
燃煤排放PM2.5不同于来源于自然的尘土等颗粒物，通常富集各种重金属元素（如As、Se、Pb和Cr等）和PAHs、VOCs等有机污染物，煤中所含有的微量元素可在燃烧产物上进一步迁移或富集于这些细粒子上，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。
2 PM2.5的危害
2.1 PM2.5对人类健康的影响
目前，已知的细微颗粒物对人体健康的影响，主要包括：增加重症病和慢性病患者的死亡率；使呼吸系统、心脏系统疾病恶化；改变肺功能及其结构；.改变免疫功能；患癌率增加。大气颗粒物对人体的危害程度主要取决于其成分、浓度和粒径。颗粒物的成分是主要的致病因子，决定是否有害和引起何种疾病；颗粒物的浓度和暴露时间决定了吸入剂量，颗粒物的浓度越高、暴露时间越长，则危害越大。
PM2.5能长期悬浮于空气中，不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，进入血液循环，损伤肺部组织，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。
2.2 PM2.5对大气能见度的影响
大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的。空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距(极限能见度)为100~300km(具体数值与光的波长有关)。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值。在影响大气能见度的粒子中，PM2.5占有极其重要的主导地位。大气灰霾现象主要是PM2.5的消光作用造成的。
大气能见度的降低主要是由于物体和环境之间失去了对比度，以及大气细颗粒和气体污染物对光的吸收和散射减弱了光信号。PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑(也称元素碳)和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的碳黑仅占人为颗粒物排放量的1.1%~2.5%和全部颗粒物排放量的0.2%~1.0%。但其引起的消光效应却要高得多，在某
些地方甚至可以使能见度降低一半以上。
3燃煤电厂烟气中PM2.5的解决方法
3.1 声波团聚技术
声波团聚主要是利用高强度声场对不同大小颗粒夹带程度的不同，使大小不同的颗粒物发生相对运动进而提高它们的碰撞团聚速率，实现颗粒物团长大。通常，按所用声源频率及有无外加种子颗粒可分为3类：
1）低频声波团聚：主要以电声喇叭、汽笛等为声源，频率大多≤6kHz；2）高频声波团聚：主要以压电陶瓷换能器为声源，频率≥10kHz；3）双模态声波团聚：团聚室内加入一定浓度、适当大小（约几十微米）的种子颗粒，利用种子颗粒几乎不发生声波夹带与细颗粒的充分夹带，进而提高碰撞团聚效率。
3.2 电凝并技术
电凝并是通过提高细颗粒物的荷电能力，促进细颗粒以电泳方式到达飞灰颗粒表面的数量，从而增强颗粒间的凝并效应。电凝并的效果取决于粒子的浓度、粒径、电荷的分布以及外电场的强弱，不同粒子的不同运动速率和方向导致了细颗粒物间的碰撞和凝并。
电凝并是一种可使细颗粒长大的重要预处理手段，在声、磁、电、热、化学等多种外场促进技术中，电凝并被认为是最为可行的方式，将其和现有电除尘器结合可望显著提高对细颗粒物的脱除效果，具有重要的工业应用前景。
3.3化学团聚技术
化学团聚是一种通过添加团聚剂（吸附剂、黏结剂）促进细颗粒物脱除的预处理方法。根据化学团聚剂加入位置的不同，又可分为燃烧中化学团聚和燃后区化学团聚。该技术是通过向烟气中喷入少量团聚促进剂，利用絮凝作用增加细颗粒之间的液桥力和固桥力，促使细颗粒物团聚长大，进而提高后续现有常规除尘设备的脱除效率，具有改造简单、投资运行费用较低等特点。该技术与在电除尘器入口烟道喷NH3、SO3等物质的烟气调质措施有些相似，但后者主要用以降低粉尘比电阻，无法促使细颗粒物团聚长大。
3.4水汽相变技术
在利用外场作用促进PM2.5的脱除中，基于过饱和水汽在微粒表面凝结特性的水汽相变技术是一种重要手段。其促进细颗粒长大的机理是：在过饱和水汽环境中，水汽以细颗粒为凝结核发生相变，并同时产生热泳和扩散泳作用，促使细颗粒迁移运动，相互碰撞接触，使颗粒质量增加、粒度增大；特别适合于烟气中水汽含量较高的过程。
3.5高效除尘技术
利用高效除尘技术脱除PM2.5，主要包括电袋复合除尘器、湿式静电除尘器及新型电除尘器等。
3.5.1电袋复合除尘器
电袋复合除尘器是一种新型除尘设备，其综合了静电除尘和袋除尘两种成熟的除尘技术特点。通常，常规电除尘器的第一电场除尘量大，能除去烟气中80%-90%的粉尘，剩下的10%-20%的粉尘则由剩余电场去除。电袋除尘器充分利用了电除尘器的这一特性，只采用第一电场，余下的细微粉尘由袋除尘脱除，使袋除尘单元的除尘负荷显著降低，这
样一方面可以选择更高的过滤速度，并使除尘压降大大减小，同时，还发挥了袋除尘器对超细粉尘除尘效率高的特点，从而大大提高了对PM2.5的捕集效率。
3.5.2湿式静电除尘器(WESP)
WESP对粉尘的捕集原理与干式ESP基本相同，都是采用电晕放电的方法，使气体发生电离，产生正离子和自由电子，在放电极和集尘极间形成稳定的电晕，使该区域的粉尘颗粒荷电，最终被集尘极捕集。但在捕集粉尘的清灰方式上，WESP采用冲刷液冲洗集尘极，使粉尘呈泥浆状清除，也可通过冷却集尘极板促使烟气中水汽在集尘极表面凝结形成一层液膜，进而清除捕集的粉尘颗粒。干法 ESP则主要采用机械振打的方式清除集尘极上的积灰。因此，颗粒的重新携带和由于振打带来的损失对于干式ESP来说是需要考虑的，而WESP需关注的主要问题是使集尘极表面的水膜均匀稳定，不产生断流和干区，以及集尘极的防腐等。与干式ESP相比，WESP特别适合于以下场合：1)烟气含湿量高，烟温接近露点温度；2)烟气中含有豁性颗粒和雾滴(如硫酸雾)；3)需要有效捕集亚微米细颗粒。因此，目前WESP常与湿法烟气脱硫系统结合，设置于脱硫塔塔顶或塔出口，用于捕集脱硫净化湿烟气中的细粉尘、酸雾及汞等。使用WESP最大的优点是不但可以脱除燃煤飞灰，还可有效脱除湿法烟气脱硫过程中形成的细颗粒及酸雾。
3.5.3 新型电除尘器
电除尘器是目前治理工业粉尘污染的主要设备，90%～95%的燃煤电厂采用的都是电除尘器。针对影响电除尘效率的主要因素，对传统电除尘器加以升级改造，提高其对PM2.5的脱除效果，是降低PM2.5排放的重要技术途径。通常，影响电除尘器捕集PM2.5性能的因素主要有：1）振打清灰引起的二次扬尘；2）微细粉尘荷电不充分；3）电极结构和形状、电除尘器内气体流动方式等。
4结语
大气颗粒物特别是超细颗粒物PM2.5对人体健康及环境会产生很大危害， 燃煤电厂是超细颗粒物的重要排放源。目前，多数燃煤电厂均采用了较为先进的除尘设备和湿法烟气脱硫设施，这些措施几乎能全部除去烟尘颗粒物中的粗粒子，但对细粒子的脱除能力则很弱。对燃煤电厂超细颗粒物的排放控制应根据实际情况，在现有除尘器及湿法脱硫设施的基础上，采用更加先进的混合除尘技术。鉴于超细颗粒物难以有效去除，在传统除尘器前设置团聚预处理环节使之成为较大颗粒后加以清除将成为除尘技术发展的趋势，超细颗粒物团聚的研究与应用将具有特别重要的意义。
参考文献
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