霧化除塵技術(shù)在治理城市PM2.5中的應(yīng)用

高 博，曾毅夫，葉明強(qiáng)，劉勝強(qiáng)

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

?

霧化除塵技術(shù)在治理城市PM2.5中的應(yīng)用

高 博，曾毅夫，葉明強(qiáng)，劉勝強(qiáng)

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

摘 要：綜述了霧化技術(shù)對PM2.5的治理機(jī)理及特點(diǎn)，分析了PM2.5治理領(lǐng)域主要霧化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出霧化技術(shù)治理PM2.5顆粒物的有效性及對城市PM2.5治理的意義。

關(guān)鍵詞：PM2.5；霧化技術(shù)；細(xì)顆粒物

近年來，我國城市霧霾天氣越來越嚴(yán)重，對公眾健康和生活造成了嚴(yán)重的影響，PM2.5含量過高是導(dǎo)致霧霾天氣的主要原因。PM2.5污染已成為城市突出的大氣環(huán)境問題，城市PM2.5治理刻不容緩。

長期以來，有效治理PM2.5的防塵方法一直是一道難題。目前，濕法除塵在適用環(huán)境、壓損、運(yùn)行費(fèi)用等方面有明顯優(yōu)勢，較為通用［1］。而霧化除塵技術(shù)又是濕法除塵的重要及有效技術(shù)。霧化技術(shù)是通過產(chǎn)生1～100μm的超細(xì)水霧充分增加與粉塵顆粒的接觸面積，水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞并凝聚形成團(tuán)聚物，團(tuán)聚物不斷變大變重，直至最后自然沉降，達(dá)到消除粉塵的目的；所產(chǎn)生的水霧顆粒中30%～40%粒徑在2.5μm以下，對大氣細(xì)微顆粒污染的防治效果明顯。

1 霧化技術(shù)治理PM2.5的機(jī)理及特點(diǎn)

1.1 霧化技術(shù)除塵的機(jī)理

在PM2.5除塵抑塵中，當(dāng)水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時，吸附、過濾、凝結(jié)的機(jī)率最大。即當(dāng)空氣中有與PM2.5顆粒大小相近的水霧顆粒時，PM2.5的濃度將會降至最低，這就是霧化除塵技術(shù)的應(yīng)用基本原理。水通過霧化形成顆粒微小、尺寸均勻的液霧，增加液體與粉塵之間的接觸面積，促進(jìn)粉塵凝變，從而達(dá)到降塵的目的。

用具體的數(shù)據(jù)方面來說，PM2.5是指直徑小于等于2.5微米的顆粒物，而霧化除塵技術(shù)是將水珠分解成10微米以下的水霧顆粒，使水霧顆粒與PM2.5在相遇時，水霧顆粒能將PM2.5包裹，進(jìn)而凝聚成團(tuán)、降落。

1.2 霧化除塵技術(shù)特點(diǎn)

（1）環(huán)保

霧化除塵技術(shù)使用少量的水就可達(dá)到較好的降塵效果，且在整個過程中，無需添加任何化學(xué)物質(zhì)，在保證解決去除PM2.5顆粒時，不會對環(huán)境造成其他污染。

（2）大幅降低除塵能耗和運(yùn)營成本

節(jié)能減排、耗水量小，與物料重量比僅0.02%～0.05%，是傳統(tǒng)除塵耗水量的1/100～1/10。同時，使用全自動PLC控制，省去了傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、除塵器、通風(fēng)管、噴灑泵房、灑水槍等。其運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用較低，從而節(jié)約了治理成本。

（3）性能高，效果好

霧化除塵技術(shù)可針對2.5～10μm以下可吸入肺的粉塵，除塵效果高達(dá)96%以上，任何揚(yáng)塵顆粒均可被密密麻麻的霧滴包圍，沒有逃逸的機(jī)會。

2 高壓霧化除塵技術(shù)

可應(yīng)用于PM2.5治理領(lǐng)域具有代表性的霧化技術(shù)主要有高壓霧化、介質(zhì)霧化及超聲波霧化技術(shù)。其中高壓霧化及超聲波霧化技術(shù)因動力源要求簡單、設(shè)備成本等優(yōu)點(diǎn)，尤其被越來越多的人所關(guān)注。

高壓噴霧降塵技術(shù)是一種新型降塵技術(shù)，其原理是利用高壓泵將水加壓至50～70公斤，經(jīng)高壓管路送至高壓噴嘴霧化，形成飄飛的水霧，由于水霧顆粒是微米級的，非常細(xì)小，能夠吸附空氣中雜質(zhì)，營造良好清新的空氣，達(dá)到降塵、加濕等多重功效。高壓噴霧除塵系統(tǒng)造價低，運(yùn)行維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人自動控制［2］。

2.1 高壓霧化技術(shù)的基本理論

所謂高壓霧化是指在外加能量的作用下，液體在氣體環(huán)境中變成液霧或其它小霧滴的物理過程［3］。對于其霧化機(jī)理，已經(jīng)有了多種解釋，如空氣動力干擾說、壓力震蕩說、湍流擾動說、空氣擾動說、邊界條件突變說等。

（1）空氣動力干擾說

Castleman最早提出了空氣動力干擾說，他認(rèn)為，由于射流與周圍氣體間的氣動干擾作用，使射流表面產(chǎn)生不穩(wěn)定波動。隨速度增加，不穩(wěn)定波所作用的表面長度越來越短，直至微米量級，射流即散布成霧狀。

（2）壓力振蕩說

壓力振蕩說是觀察到液體供給技術(shù)壓力振蕩對霧化過程有一定影響。由此根據(jù)一般噴射技術(shù)中普遍存在壓力振蕩，因此認(rèn)為它對霧化起重要作用。

（3）湍流擾動說

湍流擾動說認(rèn)為射流霧化過程發(fā)生在噴嘴內(nèi)部，而流體本身的湍流度可能起著重要作用。也有人認(rèn)為作為湍流管流運(yùn)動的噴嘴內(nèi)流體的徑向分速度會在噴嘴出口處立即引起擾動，從而產(chǎn)生霧化。

（4）空氣擾動說

空氣擾動說對湍流擾動說持相反態(tài)度，認(rèn)為噴油技術(shù)內(nèi)穴蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的大振幅壓力擾動是產(chǎn)生霧化的原因。

（5）邊界條件突變說

邊界條件突變說認(rèn)為噴嘴出口處，液體的邊界條件（內(nèi)應(yīng)力）發(fā)生突變；或者是層流射流突然失去噴嘴壁面約束，使截面內(nèi)速度分布驟然改變而產(chǎn)生霧化。

2.2 高壓霧化過程及方法

噴射霧化過程通常分為三個階段：1）液體在噴嘴內(nèi)部流動階段；2）液體噴出后由液柱分裂為霧滴的階段；3）霧滴在氣體中進(jìn)一步破碎階段。其中第二階段是主要的，可以用空氣動力干擾說解釋［4］。

高壓霧化主要是靠液體在壓力差作用下產(chǎn)生的高速射流使其得到霧化，其又可細(xì)分為直射式、離心式和旋轉(zhuǎn)式霧化。

直射式霧化和離心式霧化可統(tǒng)稱為壓力霧化。由于直射式主要依液體的噴射達(dá)到霧化的目的，因此對液體的要求較高，而且噴孔直徑越大霧化越粗，故噴孔直徑不能太大，流量調(diào)節(jié)范圍比較小［5］。離心式霧化是利用高壓液體經(jīng)旋流裝置產(chǎn)生的離心力產(chǎn)生液膜，被空氣破碎而霧化。離心式霧化的效果優(yōu)于直射式霧化，但是它同樣需要較高壓力。

3 介質(zhì)霧化技術(shù)

介質(zhì)霧化根據(jù)介質(zhì)不同又可分為蒸氣霧化、空氣霧化，根據(jù)霧化方式的不同又分為氣動霧化和氣泡霧化。氣動霧化依靠一定壓力的氣體形成高速氣流，使氣體與液體之間形成很高的相對速度以達(dá)到霧化的目的。其優(yōu)點(diǎn)是可以在較低的供油壓力下獲得良好的霧化效果及霧化質(zhì)量，并且工作狀況可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

氣泡霧化是20 世紀(jì)80 年代初由A. H. Lefebvre提出的一種新型氣動霧化方式，其是將壓縮空氣以某種適當(dāng)?shù)姆绞阶⑷氲揭后w中，并使兩者在噴嘴混合室內(nèi)形成穩(wěn)定的泡狀兩相流動，在離開噴嘴出口極短的距離內(nèi)由于氣泡內(nèi)外壓差的劇烈變化，促使其急劇膨脹直至破裂，從而將包裹在其周圍的液膜進(jìn)一步破碎成為更加細(xì)微的液霧顆粒。由于氣泡霧化的耗氣量少、霧化質(zhì)量高、霧化液滴直徑小，因此比較適合去除PM2.5的工作場合。

4 超聲波霧化技術(shù)

超聲波霧化也稱為超聲振蕩霧化，其霧化機(jī)理比較復(fù)雜，有關(guān)人士認(rèn)為超聲波霧化的原理是：超聲波氣流進(jìn)入諧振腔產(chǎn)生高頻壓力波，該波傳到液體表面引起振動產(chǎn)生超聲波，由振動振幅所造成的波峰把液滴從表面分離和破碎［6］。隨著超聲波頻率的增加霧化液滴越來越細(xì)，一般在超聲波的振動頻率作用下可獲得微米級的霧滴。由于超聲波的霧化性能一般要優(yōu)于其它霧化方式，其霧化液滴直徑較小（100μm 以下），霧滴的均勻性也比較好，尺寸分布均勻指數(shù)為2。因此，超聲波霧化技術(shù)在PM2.5的治理方法中得到越來越廣泛關(guān)注與重視。

5 霧化除塵技術(shù)展望

隨著社會的發(fā)展，如不加以控制，PM2.5的濃度勢必越來越高，對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懸苍絹碓酱?，甚至引發(fā)新的呼吸道、肺部疾病。霧化技術(shù)應(yīng)用于城市PM2.5治理領(lǐng)域已成為一個主要發(fā)展方向，除塵效果與霧化質(zhì)量有著直接聯(lián)系。相信通過霧化技術(shù)的不斷發(fā)展，必然會讓PM2.5遠(yuǎn)離人群。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 盧鑒章.我國煤礦粉塵防治技術(shù)的新進(jìn)展［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1996，24 （7）：1-5.

［2］ 劉鴻，王家驊.超聲波霧化噴嘴的試驗(yàn)研究［J］.江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，17 （1）：32.

［3］ 張安明，郭社科.高壓噴霧的原理及其應(yīng)用［J］.煤礦安全， 1998（4）：2-5.

［4］ 侯凌云，侯曉春.噴嘴技術(shù)手冊［M］.北京：中國石化出版社，2002.

［5］ 冉景煜.漸擴(kuò)切向槽角度對低壓燃油霧化噴嘴流動特性影響的數(shù)值研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（1）：46-50.

［6］ 梁榮.超聲波霧化噴嘴的設(shè)計(jì)［J］.上海有色金屬，2006，27（4）：15-17.

中圖分類號：X701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）06-0029-03

Application of Atomization Dust Removal Technology in Treatment of City PM2.5

GAO Bo， ZENG Yi-fu， YE Ming-qiang， LIU Sheng-qiang
（Kaitian Environmental Sciences &Technology Co.， Ltd， Changsha 410100， China）

Abstract：This paper summarizes the treatment mechanism and characteristic of atomization technology in PM2.5， analyzes the application status of the main atomization technology in treatment of PM2.5， and points out that the atomization technology shows the valid in treatment of PM2.5particulate matters and has the significance for urban PM2.5treatment.

Keywords：PM2.5； atomization technology； fine particulate matter