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O/O2分析系統(tǒng)

 

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代化城市建設(shè)的推進，空氣污染問題引起了人們的廣泛關(guān)注。我國空氣污染已經(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)是指空氣動力學(xué)直徑≤2.5μm的固體顆粒物或液滴，也稱可入肺顆粒物。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的分子到毫米級的粗顆粒，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，通過物理或者化學(xué)方法對細(xì)微顆粒物進行團聚，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。

1 技術(shù)研究進展

現(xiàn)有的單一團聚技術(shù)包括化學(xué)團聚技術(shù)、聲波團聚技術(shù)、電團聚技術(shù)、湍流團聚技術(shù)、磁團聚技術(shù)、光團聚技術(shù)、熱團聚技術(shù)和蒸汽相變團聚技術(shù)等。但單一團聚技術(shù)對細(xì)顆粒物的清除效率較低，且能耗較大。因此，有必要進一步探索開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保型的細(xì)顆粒物復(fù)合團聚脫除方法。目前，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的實驗研究并取得了一定成果，復(fù)合團聚技術(shù)的細(xì)顆粒團聚效果顯著高于單一團聚效果，并能為PM2.5團聚實驗研究及工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及新的研究方向。復(fù)合團聚技術(shù)效果對比見表1。

表1 復(fù)合團聚技術(shù)效果對比

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2 電場聯(lián)合其他方法團聚

2.1 雙極靜電湍流團聚技術(shù)

雙極靜電湍流團聚技術(shù)是一種通過不同極性放電引起細(xì)顆粒物帶上正、負(fù)極性不同電荷，進而在湍流運輸過程中產(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聚長大的技術(shù)。

劉忠等建立了顆粒物雙極荷電湍流團聚的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并基于FLUENT軟件對團聚實驗裝置團聚段的流場和顆粒軌跡進行了數(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的影響，不同粒徑的顆粒之間發(fā)生明顯的相對運動，且荷電后正負(fù)荷電粒子相互吸引，粒子束流會有往中間趨進的現(xiàn)象，粒子之間的交叉更多，粒子碰撞團聚可能顯著增加。Asanakham等通過計算流體力學(xué)(CFD)分析了矩形管道中不同形狀的非流線體對煙氣細(xì)顆粒物團聚的影響，非線性流體使煙氣在非等離子體場下產(chǎn)生渦旋脫落，增加了細(xì)顆粒物在離子場中充電和碰撞的幾率，增強了細(xì)顆粒物的團聚效果，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)顆粒物團聚效率提高了27%。浙江大學(xué)和臺灣大學(xué)合作，在顆粒物集聚區(qū)使用多孔板代替?zhèn)鹘y(tǒng)交錯排列的柱形擾片，設(shè)計了一套新型的“荷電+湍流”團聚裝置，以優(yōu)化氣固兩相流的流動混合，并促進帶電粒子的碰撞和團聚，湍流裝置如圖1所示。

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圖1 新型多孔板“荷電+湍流”團聚裝置示意圖

根據(jù)所提出的微粒荷電、團聚和收集的實驗研究，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，對于各種粒徑的顆粒收集效率可達96%~98%，總質(zhì)量收集效率也提高近12%。