1 PM2.5治理的意义  
  PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5µm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。而在城市空气质量日报或周报中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是人们较为熟悉的两种大气污染物。可吸入颗粒物又称为PM10，指直径等于或小于10µm，可以进入人的呼吸系统的颗粒物；总悬浮颗粒物也称为PM100，即直径小于和等于100µm的颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但其对空气质量和能见度等有重要的影响。研究表明，PM10和PM2.5两种颗粒相比较，后者有机提取物的毒性要大于前者，可致哺乳动物细胞发生恶性转化，引起细胞DNA断裂、染色体损伤、细胞间通讯抑制，因此可以认为，颗粒物可损害呼吸功能，引起炎症、哮喘等呼吸系统疾病，使心脏病的患病率与死亡率增加，并具有潜在的致癌性。因而  对人体健康和大气环境质量的影响更大。  
  2010年，两位加拿大科学家利用卫星测量数据和计算机模拟信息制作的地图，展示了2001年至2006年全球平均PM2.5分布情况，提供了迄今为止最全面的细颗粒物质分布情况。根据该地图显示，全球PM2.5含量最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。世界卫生组织（WHO）认为，PM2.5小于10mg/m3是安全值，我国各地区的PM2.5含量全部高于50mg/m3接近80mg/m3，比撒哈拉沙漠还要高很多。 
  2009年，我国的环保部门曾对灰霾天进行了试点监测，结果显示，当年1月1日至12月31日，各试点城市发生灰霾的天数在51～211天；其中天津灰霾天达到51天，深圳为115天，重庆133天，上海134天，苏州169天。而我国细颗粒物污染在全球范围内的横向对比同样不容乐观。 
  目前我国的日常空气污染指数中，PM2.5污染物尚未被包括在内，但国家环保部已正式宣布，将开始监测臭氧和PM2.5这两种空气污染物，继而采取治理措施。PM2.5是导致环境污染、能见度下降、城市阴霾天的“罪魁祸首”，同时也是大气污染物中损害人体健康的“元凶”，所以对PM2.5的治理迫在眉睫。 
  2 国内外研究情况与现有除尘技术的局限 
  2.1 国内外研究情况 
  PM2.5的形成主要有两个途径：1）各种工业过程（燃煤、冶金、化工、内燃机等）直接排放的超细颗粒物；2）大气中二次形成的超细颗粒物与气溶胶等。其中，第一种途径是PM2.5的主要形成源，也是PM2.5污染控制的重要对象。 
  以煤炭利用领域为例。我国一次能源以煤炭为主，大量煤炭燃烧已对生态环境造成严重危害，并影响到资源与环境的可持续发展。除控制SO2和NOx的排放外，PM2.5悬浮颗粒物的排放亦不容忽视。据统计，目前全国粉煤灰的排放量已达1.5亿t，虽然现有除尘装置的除尘效率普遍可高达99%以上，但现有的除尘设备对超细飞灰的捕获率相对较低，约有1%的飞灰进入大气，构成大气气溶胶的主要部分。这部分飞灰以粒径小于2.5微米甚至亚微米级超细颗粒为主，其数量可达到飞灰总数的90%以上，且表面往往富集煤中微量重金属元素及有机污染物，危害极大。另外，超细飞灰的形成也导致锅炉内炉壁的结垢与沾污程度的增加，影响锅炉的安全经济运行。因此，研究燃煤过程中超细飞灰的形成机制，降低其形成与排放量，意义重大。 
  20世纪70年代以来，鉴于世界各国燃煤吨位的剧增，煤炭燃烧过程中无机组分的转化过程及其对锅炉设备和环境的影响受到普遍关注，有关燃煤飞灰的物理化学特性、形成机制及其利用途径，国内外已进行了不同程度的研究，但对于超细飞灰的形成机制，尚无定论。而对燃煤烟气中PM2.5超细颗粒排放的控制，目前国内外尚无成熟的技术，因此开发实用的PM2.5超细飞灰脱除技术，是国内外正待加强研究的课题，我国作为燃煤大国，则更显紧迫。 
  2.2 火电厂现有除尘技术的局限 
  目前，国内火电厂的除尘仍是以采用电除尘技术为主，以及少量的袋式除尘器。由于锅炉和工业窑炉等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。静电除尘器主要是靠颗粒荷电被吸附而脱除，对于收集尺寸超过10µm的大颗粒粉尘是非常高效的（＞99.9%），但是对于尺寸小于2µm的粉尘，静电除尘器的效率就会急剧下降。对于0.5~2µm的粉尘，最差时效率会低于50%，一般的效率也会低于90%。所以常规电除尘器很难脱除PM2.5超细颗粒。 
  另外，袋式除尘器主要靠惯性碰撞、拦截和扩散脱除。由于PM2.5超细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。即便采用覆膜滤料对PM2.5的拦截作用有所增强，但也无法达到预期水平。此外，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，但对于PM2.5仍难以得到控制。随着人们对PM2.5危害的认识，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，开发了一些新型高效的除尘技术。 
  3 针对火电厂PM2.5治理技术的研究 
  3.1 机电多复式双区电除尘技术的研究 
  机电多复式双区电除尘技术是将粉尘的荷电与收尘分成两个区段进行，可极大改善常规单区电除尘技术荷电和收尘在同一区域完成，而无法兼顾荷电和收尘都达到最佳状态的问题。双区电除尘技术早期主要用于空气调节系统的进气净化方面，例如日本就将其用于隧道除尘，从其早期的主要用途就能说明其对细微颗粒的收尘作用。 
  机电多复式双区电除尘技术研发的初衷，是为了能够减少细微粉尘颗粒的逃逸，从而达到粉尘总体低排放的目标。该技术不仅能将荷电区与收尘区分开，而且采用了连续的多个分区复式配置，特别对荷电区与收尘区采用不同等级的电源独立供电，使各区段的电气运行条件最佳化，能适应高、低比电阻粉尘收集，防止高比电阻粉尘反电晕的发生和低比电阻粉尘的反弹，从而提高除尘效率。目前，双区电场已应用于末电场，作为细微颗粒的把关电场。 
  双区电除尘技术对PM2.5有效捕集的原理是：常规电除尘器需要兼顾荷电与收尘，电晕极与收尘极之间施加足够高的电压，两极间产生极不均匀的电场，这不可避免的会产生较强的电风，使得细微颗粒难以吸附到收尘极板上。而对于双区电除尘技术，由于收尘区的电晕极采用的是圆管式辅助电极，其与收尘极板形成的电场，放电柔和，板电流密度均匀，电晕电流小，不会产生电风作用，保证了细微颗粒的收集。另外，由于圆管式辅助电极表面积较大又可以收集荷正电的微细粉尘，以及低比电阻易反弹的微细粉尘。 
  当然，仅凭借双区的收尘机理仍然很难解决PM2.5的捕集。众所周知，微细粉尘的很难荷电的问题与振打清灰带来的二次扬尘都会极大地影响到双区对PM2.5的有效捕集。 
  （1）为强化微细粉尘颗粒的荷电能力，可采取以下措施： 
  1） 在除尘器之前增设烟气余热利用装置以降低烟气温度，从而降低粉尘比电阻，大多数微细粉尘颗粒都属于高比电阻物质。对于燃煤锅炉而言，烟气温度在140℃~170℃时，其飞灰比电阻最高。当烟气温度在100℃时，不仅烟气的体积量会减小，而且此时飞灰比电阻会显著降低，比电阻的降低有利于增强微细粉尘的荷电能力。 
  2）采用高频电源供电，提供更大的输出电流、更高的输出电压，从而增强微细粉尘的荷电能力。 
  （2）针对振打带来的二次扬尘问题，可采取以下措施： 
  1） 在振打方式上，采用断电振打技术来保证清灰的彻底； 
  2）对于末电场而言，需要采用有针对性的振打策略。即延长振打的间隔期，保证粉尘能够黏结足够厚度，振打时再配合使用断电振打功能，结合顶部电磁锤振打周期短的特点，连续振打2~3个周期，保证清灰彻底，并使得扬尘总量得到有效控制，从而减小二次扬尘带来的PM2.5的逃逸。 
  目前，该双区电除尘技术已被定名为“机电多复式双区技术”。至今已有近百台双区除尘器投入工业使用，最大的已应用于600MW机组。而且相应增强荷电能力的烟气余热利用技术、高频电源以及断电振打等技术也都选择性地应用于国内最新开发的BEH高效节能型电除尘器。该综合技术的应用，对于烟尘的低排放和PM2.5微细粉尘的收集起到了巨大的作用。  
  3.2 湿式电除尘技术的研究 
  湿式电除尘技术的捕集机理与干式电除尘相同，但在捕集粉尘的清除方式上与干式电除尘器有别，前者采用冲刷液冲洗电极，使粉尘呈泥浆状清除，后者则采用机械振打等方式清除电极上的积灰，因此，它们在结构和除尘特性等方面都有明显的差异。 
  由于清灰技术的改进，湿式电除尘没有因振打、电风和气流等因素造成粉尘的二次飞扬，不仅保证了低排放，特别是对PM2.5的微细颗粒、SOx、二英、重金属和碱性氯化物颗粒都能有效捕集。随着各国对环保要求的提高，美国、日本和德国等发达国家对微细粉尘、SO3酸雾等污染物治理力度的加大，湿式电除尘器的研制和应用也成为除尘行业的发展方向。 
  目前，日本某重工有限公司的湿式电除尘器在钢铁、煤气、化工等行业被广泛应用，累积约有360台套。该公司的湿式电除尘器一般设置在湿法脱硫设备的后部，其不仅可以脱除逃逸的PM2.5微细颗粒，还可以脱除湿法脱硫产生的SOx雾滴等有害物质。从该公司产品在日本的应用情况来看，烟尘的排放水平普遍降低到5mg/m3以下，同时SO3的脱除效率达90%以上，有效降低了烟囱出口酸雾和微细颗粒物排放。虽然我国即将出台的《火电厂大气污染物排放标准》已经明确提出了重点地区的烟尘排放要小于20mg/m3的要求，北京等大城市的地方标准甚至提高到10mg/m3以下，但是此类标准却缺乏对PM2.5的排放指标的要求。当排放指标小于20mg/m3甚至10mg/m3时，如若没有对PM2.5有效的治理措施，则这样的指标必将无法实现。尽管湿式除尘器由于材质等原因造价高昂，但在一些重点地区，必须在烟尘治理系统中增设湿式除尘器，使烟尘的排放指标落到实处，同时有效去除对环境及公众健康最大的隐患。 
  3.3 其它技术的研究 
  电凝聚技术是近年来提出的一种利用不同极性放电导致粉尘颗粒荷不同电荷，进而在湍流输运和静电力共同作用下凝聚变大的技术。电凝聚技术的工作原理即放置电极同时并列有正、负两种，亦即电场中（电场后）的颗粒会部分荷正电、部分荷负电，荷异性电荷的粉尘颗粒会在适当的流场速度、流场湍流度下发生有效凝聚，从而使细微颗粒的粒径变大，增大驱进速度，利于被除去。 
  近些年国内一些厂家与科研院所合作，根据凝聚器的实验原理，建立了中试试验平台，对凝聚器进行试验研究，对各工况（不同煤灰、风速、温度、极配形式、电源等）进行了大量的试验研究，取得突破性进展，具备了一定的工业应用条件。 
  此外，近年来国内对于PM2.5的治理技术，还有多个课题以及研发方向都取得了一定的成果。如，筛网式除尘技术、气流转向技术、双极性荷电技术等。同时，一些环保企业也在结合原有污染物单一的治理模式，展开了集成系统的控制方案和控制策略，以现有的除尘、脱硫、脱硝等污染控制技术为核心，结合煤预处理技术、燃烧过程中污染物控制技术，形成了从源头到终端控制的一个完整的污染物控制链。集成控制系统的目标是在节约能耗的同时降低各污染物的排放，其中关于PM2.5的控制治理就是集成控制系统中的研发方向之一。 
  4 结语 
  相比欧、美、日等发达国家和地区对PM2.5治理技术的研究，我国起步较晚，对PM2.5的治理技术尚未形成高层次、大规模的系统性研究，是目前国内大气污染研究中的薄弱环节。但是，PM2.5对我们的生存环境和自身健康却产生了巨大威胁。因此，加强对PM2.5治理技术的研究，以及对PM2.5控制技术的开发探讨，均具有重大意义。