脱除燃烧源PM2.5过程中蒸汽相变机理应用研究

马 昱

（吉林省临江市环境保护局 吉林临江 134600）

PM2.5是空气中颗粒污染物，不仅导致大气能见度降低，还能导致致癌物、细菌微生物等侵入人体肺部。当今除尘技术中仍难以将其捕捉。因此，控制燃烧源PM2.5的排放是控制大气污染的重要手段。本文对脱除燃烧源PM2.5过程中蒸汽变相机理应用进行试验，考察相变核化室壁面性能以及蒸汽饱和度对脱除PM2.5效果的影响。

1 实验应用研究

实验装置由烟气湿度调节系统、检测控制系统、PM2.5颗粒烟气发生系统以及相变核化室等系统组成。从旋风式扩散除尘器脱除颗粒后进入湿度调节系统，在注入水蒸气后降低烟气温度，进入相变核化室并用冷水焦文，当烟气饱和后，水蒸气能促使颗粒度增加，增加后再由旋风式扩散除尘器脱除。

实验过程中采用聚四氟乙烯管和不锈钢作为相变凝结室的泠凝装置，用于考察相变核化室对实验过程中的性能影响。在线测试由电称低压冲击器实现，超细颗粒分布测试结果中，燃油颗粒直径为0.7μm，燃煤颗粒直径在0.1-0.2μm。

2 结论与探讨

2.1 相变核化室对实验过程中的性能影响

当凝结所需超过饱和度时，通过调节冷水，使烟气温度以及饱和度相同。在实验过程中，饱和度由Kelvin计算。即，

公式中蒸汽压力为P，蒸汽饱和度为P∞，颗粒温度为T，从公式中可以得出饱和度在临界点的值。同时，表面张力越小表面能量越小，临界点饱和度也相对较小。当条件为同等蒸汽量时，不锈钢相变核化室与聚四氟乙烯变相核化室的脱除效果测试。从图中可以看出，使用不锈钢变相核化室分级脱除燃煤PM2.5是随着颗粒径的变大而变慢的，而采用聚四氟乙烯核化室的效率高于前者。从公式中可以计算出，颗粒径越大，水蒸气凝结过程中的临界饱和越小。这也说明水蒸气容易在大粒径颗粒表面凝结。也更容易被捕集。同时，颗粒碰撞与凝并长大有直接关联，粒径变大颗粒浓度变小，碰撞几率下降。因此，当粒径变大时捕集变慢。实验过程中，在蒸汽加量相同、保持烟气温度等条件下，两组相变核化室内的贵饱和度相同。因此，聚四氟乙烯核化室的脱除效果更好。综上所述，由于壁面性能直接影响凝并长大，增强水汽在颗粒表面凝结提高凝并长大效果。因此，采用高分子材料能起到耐腐蚀、促进变相效果等功效。

2.2 PM2.5雾化性质对脱出效果的影响

在相变凝结过程中，是水汽围绕颗粒物质表面发生相变过程，从而起到凝结作用，促使其表面的凝结生长具有化学特性。当不同燃烧源排放过程中，颗粒吸入效果相差很大。所以，颗粒雾化对变相凝结效果有重大影响。

在实验过程中燃油脱除效果低于燃煤。由于燃煤颗粒比燃油颗粒大，因此，燃煤颗粒核化凝结的临界点饱和度相对较低，当临界点饱和度相同是燃煤颗粒凝结效果较高。采用了X射线、Washbum动态压力渗透分析测试PM2.5的化学组成，燃油的PM2.5的主要组成成分C、O，属于强憎水性有机颗粒，通常受水汽核化饱和度与颗粒径以及颗粒润湿性影响。润湿性越差临界点饱和度越大。而燃煤PM2.5的主要组成部分是硅铝类矿物质，属于中等憎水性颗粒。

2.3 相变脱除效果受过饱和度影响

实现水汽在颗粒表面凝结的关键在于过饱和环境，也是促进凝并长大的前提。凝并长大过程是固相与气相间传质、传热的过程。Kulmala方程过饱和度与颗粒凝并长大有关。其具体公式为：

公式中，颗粒半径表示为rp；饱和度是S，颗粒表面饱和度为Sa，修正系数分别是βm、βt。此公式可以计算饱和时凝结长大的颗粒情况也可以计算蒸汽凝结问题，当饱和度越大颗粒的凝结长大速度就越快，在实验过程中，流体与流速的停留时间在核化室内相同，当饱和度越大的时候，颗粒径就越大，有益于技术脱除效果。当可凝结蒸汽过多是，可以导致临界粒径减少，从而促进更多凝结长大。同时，颗粒表面蒸汽越多凝结长大后的粒径越大，能有效捕集效率。

3 结语

综上所述，脱除燃烧源PM2.5过程中蒸汽变相机理应用能促进水汽包围颗粒凝并长大，能有效脱除PM2.5燃烧源。相变核化室对脱除PM2.5的过程中有重要影响，可以抑制水汽在壁面凝结预调效果。由于不同化学物质间相差较大，造成燃烧源的拖出率有所不同，在实验过程中燃煤的脱除效果明显优越于燃油。当水汽饱和度增加时有利于脱除燃烧源PM2.5。

[1]杨林军,颜金培,沈湘林.蒸汽相变促进燃烧源PM2.5凝并长大的研究现状及展望[J].现代化工,2005(11).

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