脫除燃燒源PM2.5過程中蒸汽相變機理應用研究

馬 昱

（吉林省臨江市環境保護局 吉林臨江 134600）

PM2.5是空氣中顆粒污染物，不僅導致大氣能見度降低，還能導致致癌物、細菌微生物等侵入人體肺部。當今除塵技術中仍難以將其捕捉。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過程中蒸汽變相機理應用進行試驗，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 實驗應用研究

實驗裝置由煙氣濕度調節系統、檢測控制系統、PM2.5顆粒煙氣發生系統以及相變核化室等系統組成。從旋風式擴散除塵器脫除顆粒后進入濕度調節系統，在注入水蒸氣后降低煙氣溫度，進入相變核化室并用冷水焦文，當煙氣飽和后，水蒸氣能促使顆粒度增加，增加后再由旋風式擴散除塵器脫除。

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

2 結論與探討

2.1 相變核化室對實驗過程中的性能影響

當凝結所需超過飽和度時，通過調節冷水，使煙氣溫度以及飽和度相同。在實驗過程中，飽和度由Kelvin計算。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的值。同時，表面張力越小表面能量越小，臨界點飽和度也相對較小。當條件為同等蒸汽量時，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。從公式中可以計算出，顆粒徑越大，水蒸氣凝結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。也更容易被捕集。同時，顆粒碰撞與凝并長大有直接關聯，粒徑變大顆粒濃度變小，碰撞幾率下降。因此，當粒徑變大時捕集變慢。實驗過程中，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，增強水汽在顆粒表面凝結提高凝并長大效果。因此，采用高分子材料能起到耐腐蝕、促進變相效果等功效。

2.2 PM2.5霧化性質對脫出效果的影響

在相變凝結過程中，是水汽圍繞顆粒物質表面發生相變過程，從而起到凝結作用，促使其表面的凝結生長具有化學特性。當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效果有重大影響。

在實驗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，燃煤顆粒核化凝結的臨界點飽和度相對較低，當臨界點飽和度相同是燃煤顆粒凝結效果較高。采用了X射線、Washbum動態壓力滲透分析測試PM2.5的化學組成，燃油的PM2.5的主要組成成分C、O，屬于強憎水性有機顆粒，通常受水汽核化飽和度與顆粒徑以及顆粒潤濕性影響。潤濕性越差臨界點飽和度越大。而燃煤PM2.5的主要組成部分是硅鋁類礦物質，屬于中等憎水性顆粒。

2.3 相變脫除效果受過飽和度影響

實現水汽在顆粒表面凝結的關鍵在于過飽和環境，也是促進凝并長大的前提。凝并長大過程是固相與氣相間傳質、傳熱的過程。Kulmala方程過飽和度與顆粒凝并長大有關。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，修正系數分別是βm、βt。此公式可以計算飽和時凝結長大的顆粒情況也可以計算蒸汽凝結問題，當飽和度越大顆粒的凝結長大速度就越快，在實驗過程中，流體與流速的停留時間在核化室內相同，當飽和度越大的時候，顆粒徑就越大，有益于技術脫除效果。當可凝結蒸汽過多是，可以導致臨界粒徑減少，從而促進更多凝結長大。同時，顆粒表面蒸汽越多凝結長大后的粒徑越大，能有效捕集效率。

3 結語

綜上所述，脫除燃燒源PM2.5過程中蒸汽變相機理應用能促進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預調效果。由于不同化學物質間相差較大，造成燃燒源的拖出率有所不同，在實驗過程中燃煤的脫除效果明顯優越于燃油。當水汽飽和度增加時有利于脫除燃燒源PM2.5。

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

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