O/O2分析系統(tǒng)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化城市建設(shè)的推進(jìn)，空氣污染問(wèn)題引起了人們的廣泛關(guān)注。我國(guó)空氣污染已經(jīng)由傳統(tǒng)的煙煤型污染轉(zhuǎn)變?yōu)橐訮M2.5等為主的跨區(qū)域性、復(fù)合型污染。細(xì)顆粒物(fine particles，PM2.5)是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的固體顆粒物或液滴，也稱(chēng)可入肺顆粒物。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的顆粒物尺寸范圍可以從亞微米級(jí)的分子到毫米級(jí)的粗顆粒，其中PM2.5所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并不大，但數(shù)量比例卻可以占到總顆粒數(shù)的90%以上。由于細(xì)顆粒物的粒徑很小，傳統(tǒng)常規(guī)除塵設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)有效去除，因此在除塵設(shè)備之前增設(shè)預(yù)處理裝置，通過(guò)物理或者化學(xué)方法對(duì)細(xì)微顆粒物進(jìn)行團(tuán)聚，從而形成較大顆粒加以脫除的方法是當(dāng)前除塵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1 技術(shù)研究進(jìn)展
現(xiàn)有的單一團(tuán)聚技術(shù)包括化學(xué)團(tuán)聚技術(shù)、聲波團(tuán)聚技術(shù)、電團(tuán)聚技術(shù)、湍流團(tuán)聚技術(shù)、磁團(tuán)聚技術(shù)、光團(tuán)聚技術(shù)、熱團(tuán)聚技術(shù)和蒸汽相變團(tuán)聚技術(shù)等。但單一團(tuán)聚技術(shù)對(duì)細(xì)顆粒物的清除效率較低，且能耗較大。因此，有必要進(jìn)一步探索開(kāi)發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保型的細(xì)顆粒物復(fù)合團(tuán)聚脫除方法。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究并取得了一定成果，復(fù)合團(tuán)聚技術(shù)的細(xì)顆粒團(tuán)聚效果顯著高于單一團(tuán)聚效果，并能為PM2.5團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究及工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及新的研究方向。復(fù)合團(tuán)聚技術(shù)效果對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 復(fù)合團(tuán)聚技術(shù)效果對(duì)比
11.png
2 電場(chǎng)聯(lián)合其他方法團(tuán)聚
2.1 雙極靜電湍流團(tuán)聚技術(shù)
雙極靜電湍流團(tuán)聚技術(shù)是一種通過(guò)不同極性放電引起細(xì)顆粒物帶上正、負(fù)極性不同電荷，進(jìn)而在湍流運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生速度或方向差異而碰撞聚集的方法，這是一種典型的“荷電+湍流”共同作用下使顆粒物團(tuán)聚長(zhǎng)大的技術(shù)。
劉忠等建立了顆粒物雙極荷電湍流團(tuán)聚的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并基于FLUENT軟件對(duì)團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)裝置團(tuán)聚段的流場(chǎng)和顆粒軌跡進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)顆粒物容易受到渦片湍流擾動(dòng)的影響，不同粒徑的顆粒之間發(fā)生明顯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且荷電后正負(fù)荷電粒子相互吸引，粒子束流會(huì)有往中間趨進(jìn)的現(xiàn)象，粒子之間的交叉更多，粒子碰撞團(tuán)聚可能顯著增加。Asanakham等通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)分析了矩形管道中不同形狀的非流線體對(duì)煙氣細(xì)顆粒物團(tuán)聚的影響，非線性流體使煙氣在非等離子體場(chǎng)下產(chǎn)生渦旋脫落，增加了細(xì)顆粒物在離子場(chǎng)中充電和碰撞的幾率，增強(qiáng)了細(xì)顆粒物的團(tuán)聚效果，其中傾斜板的作用效果最好，脈沖電壓為35kV、10kHz的條件下，氣體流速為2m/s，煙氣中0.3~0.5μm的細(xì)顆粒物團(tuán)聚效率提高了27%。浙江大學(xué)和臺(tái)灣大學(xué)合作，在顆粒物集聚區(qū)使用多孔板代替?zhèn)鹘y(tǒng)交錯(cuò)排列的柱形擾片，設(shè)計(jì)了一套新型的“荷電+湍流”團(tuán)聚裝置，以優(yōu)化氣固兩相流的流動(dòng)混合，并促進(jìn)帶電粒子的碰撞和團(tuán)聚，湍流裝置如圖1所示。
12.png
圖1 新型多孔板“荷電+湍流”團(tuán)聚裝置示意圖
根據(jù)所提出的微粒荷電、團(tuán)聚和收集的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)具有適當(dāng)孔隙率的多孔板可影響放電電流和顆粒聚集，且9.4%的孔隙率能促使顆粒物平均粒徑增加39%，同時(shí)離子風(fēng)誘發(fā)的湍流顯著改善了帶正、負(fù)電粒子的碰撞，對(duì)于各種粒徑的顆粒收集效率可達(dá)96%~98%，總質(zhì)量收集效率也提高近12%。
