脫除燃燒源PM2.5過程中蒸汽相變機(jī)理應(yīng)用研究

馬 昱

（吉林省臨江市環(huán)境保護(hù)局 吉林臨江 134600）

PM2.5是空氣中顆粒污染物，不僅導(dǎo)致大氣能見度降低，還能導(dǎo)致致癌物、細(xì)菌微生物等侵入人體肺部。當(dāng)今除塵技術(shù)中仍難以將其捕捉。因此，控制燃燒源PM2.5的排放是控制大氣污染的重要手段。本文對脫除燃燒源PM2.5過程中蒸汽變相機(jī)理應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)，考察相變核化室壁面性能以及蒸汽飽和度對脫除PM2.5效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用研究

實(shí)驗(yàn)裝置由煙氣濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)、PM2.5顆粒煙氣發(fā)生系統(tǒng)以及相變核化室等系統(tǒng)組成。從旋風(fēng)式擴(kuò)散除塵器脫除顆粒后進(jìn)入濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在注入水蒸氣后降低煙氣溫度，進(jìn)入相變核化室并用冷水焦文，當(dāng)煙氣飽和后，水蒸氣能促使顆粒度增加，增加后再由旋風(fēng)式擴(kuò)散除塵器脫除。

實(shí)驗(yàn)過程中采用聚四氟乙烯管和不銹鋼作為相變凝結(jié)室的泠凝裝置，用于考察相變核化室對實(shí)驗(yàn)過程中的性能影響。在線測試由電稱低壓沖擊器實(shí)現(xiàn)，超細(xì)顆粒分布測試結(jié)果中，燃油顆粒直徑為0.7μm，燃煤顆粒直徑在0.1-0.2μm。

2 結(jié)論與探討

2.1 相變核化室對實(shí)驗(yàn)過程中的性能影響

當(dāng)凝結(jié)所需超過飽和度時(shí)，通過調(diào)節(jié)冷水，使煙氣溫度以及飽和度相同。在實(shí)驗(yàn)過程中，飽和度由Kelvin計(jì)算。即，

公式中蒸汽壓力為P，蒸汽飽和度為P∞，顆粒溫度為T，從公式中可以得出飽和度在臨界點(diǎn)的值。同時(shí)，表面張力越小表面能量越小，臨界點(diǎn)飽和度也相對較小。當(dāng)條件為同等蒸汽量時(shí)，不銹鋼相變核化室與聚四氟乙烯變相核化室的脫除效果測試。從圖中可以看出，使用不銹鋼變相核化室分級(jí)脫除燃煤PM2.5是隨著顆粒徑的變大而變慢的，而采用聚四氟乙烯核化室的效率高于前者。從公式中可以計(jì)算出，顆粒徑越大，水蒸氣凝結(jié)過程中的臨界飽和越小。這也說明水蒸氣容易在大粒徑顆粒表面凝結(jié)。也更容易被捕集。同時(shí)，顆粒碰撞與凝并長大有直接關(guān)聯(lián)，粒徑變大顆粒濃度變小，碰撞幾率下降。因此，當(dāng)粒徑變大時(shí)捕集變慢。實(shí)驗(yàn)過程中，在蒸汽加量相同、保持煙氣溫度等條件下，兩組相變核化室內(nèi)的貴飽和度相同。因此，聚四氟乙烯核化室的脫除效果更好。綜上所述，由于壁面性能直接影響凝并長大，增強(qiáng)水汽在顆粒表面凝結(jié)提高凝并長大效果。因此，采用高分子材料能起到耐腐蝕、促進(jìn)變相效果等功效。

2.2 PM2.5霧化性質(zhì)對脫出效果的影響

在相變凝結(jié)過程中，是水汽圍繞顆粒物質(zhì)表面發(fā)生相變過程，從而起到凝結(jié)作用，促使其表面的凝結(jié)生長具有化學(xué)特性。當(dāng)不同燃燒源排放過程中，顆粒吸入效果相差很大。所以，顆粒霧化對變相凝結(jié)效果有重大影響。

在實(shí)驗(yàn)過程中燃油脫除效果低于燃煤。由于燃煤顆粒比燃油顆粒大，因此，燃煤顆粒核化凝結(jié)的臨界點(diǎn)飽和度相對較低，當(dāng)臨界點(diǎn)飽和度相同是燃煤顆粒凝結(jié)效果較高。采用了X射線、Washbum動(dòng)態(tài)壓力滲透分析測試PM2.5的化學(xué)組成，燃油的PM2.5的主要組成成分C、O，屬于強(qiáng)憎水性有機(jī)顆粒，通常受水汽核化飽和度與顆粒徑以及顆粒潤濕性影響。潤濕性越差臨界點(diǎn)飽和度越大。而燃煤PM2.5的主要組成部分是硅鋁類礦物質(zhì)，屬于中等憎水性顆粒。

2.3 相變脫除效果受過飽和度影響

實(shí)現(xiàn)水汽在顆粒表面凝結(jié)的關(guān)鍵在于過飽和環(huán)境，也是促進(jìn)凝并長大的前提。凝并長大過程是固相與氣相間傳質(zhì)、傳熱的過程。Kulmala方程過飽和度與顆粒凝并長大有關(guān)。其具體公式為：

公式中，顆粒半徑表示為rp；飽和度是S，顆粒表面飽和度為Sa，修正系數(shù)分別是βm、βt。此公式可以計(jì)算飽和時(shí)凝結(jié)長大的顆粒情況也可以計(jì)算蒸汽凝結(jié)問題，當(dāng)飽和度越大顆粒的凝結(jié)長大速度就越快，在實(shí)驗(yàn)過程中，流體與流速的停留時(shí)間在核化室內(nèi)相同，當(dāng)飽和度越大的時(shí)候，顆粒徑就越大，有益于技術(shù)脫除效果。當(dāng)可凝結(jié)蒸汽過多是，可以導(dǎo)致臨界粒徑減少，從而促進(jìn)更多凝結(jié)長大。同時(shí)，顆粒表面蒸汽越多凝結(jié)長大后的粒徑越大，能有效捕集效率。

3 結(jié)語

綜上所述，脫除燃燒源PM2.5過程中蒸汽變相機(jī)理應(yīng)用能促進(jìn)水汽包圍顆粒凝并長大，能有效脫除PM2.5燃燒源。相變核化室對脫除PM2.5的過程中有重要影響，可以抑制水汽在壁面凝結(jié)預(yù)調(diào)效果。由于不同化學(xué)物質(zhì)間相差較大，造成燃燒源的拖出率有所不同，在實(shí)驗(yàn)過程中燃煤的脫除效果明顯優(yōu)越于燃油。當(dāng)水汽飽和度增加時(shí)有利于脫除燃燒源PM2.5。

[1]楊林軍,顏金培,沈湘林.蒸汽相變促進(jìn)燃燒源PM2.5凝并長大的研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代化工,2005(11).

[2]顏金培,楊林軍,鮑靜靜,蔣振華,黃永剛,沈湘林.濕法脫硫協(xié)同蒸汽相變脫除燃煤PM2.5的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程,2009(01).