【技术汇】细颗粒物PM2.5复合团聚技术的研究进展-第2页-北极星大气网

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2.2 “电场+离子体”团聚技术

王少雷将离子源和荷电凝并装置放置在烟道中，采用“电场+离子体”的联合方法对细颗粒物团聚进行了研究，实验结果表明，微细粉尘在交变电场中与离子碰撞荷电凝并成大粒径粉尘，中位径为0.2μm的颗粒物中的粒径<0.2μm的质量占有率为71%，凝并后降至53%，质量变化率下降了25.4%;粒径为5~10μm颗粒物质量变化率增加了1.62倍，质量除尘效率相应提高了27.6%。Gu等选用RE-W材料作为ESP的阴极，开发了一种基于热离子发射的新型静电除尘器(ESP)，研究发现热电子在高温实验条件下从阴极表面发射并与气体分子相撞产生热离子，稳定充足的热离子流附着在细微颗粒表面，通过库仑力碰撞团聚并向极板运动，实现烟气中较大颗粒在RE-W阴极的有效收集，且随着温度逐渐升高RE-W阴极的收集效率增加。Thonglek等提出了一种脉冲电晕激发产生非热等离子体场的线板型静电除尘器(ESP)，并建立了一套实验室规模的试验系统，研究了从柴油燃烧中排放出的尺寸范围为0.3~5.0μm的亚微米颗粒的团聚特征和去除效率，实验发现随着脉冲峰值电压、脉冲频率和气体流速的增加，颗粒去除效率逐渐提高，在峰值电压、脉冲频率和气体流速分别为45kV、20kHz和1m/s的条件下，非热等离子体ESP中所有粒径的亚微米颗粒的去除效率均超过了90%。近期，美国华盛顿大学Wang等更深入地研究了燃烧过程中产生的热离子对细微颗粒在荷电条件下凝结团聚的影响，在这项研究中，通过Fuchs充电理论与单分散粒子动力学模型相结合，在各种温度下模拟纳米颗粒的同时充电和凝结，实验装置如图2所示。

模拟结果表明，在火焰合成和固体燃料燃烧中，当离子浓度与颗粒浓度相当或高于颗粒浓度时，充电对颗粒生长动力学的影响十分突出，但单极离子环境强烈地抑制了颗粒的凝结。“电场+离子体”中的颗粒物荷电情况会对颗粒物团聚效果产生直接影响，荷电停留时间较短，颗粒物充电不足，颗粒之间虽存在一些碰撞，但彼此不能实现黏附团聚。因此，在荷电的同时引入湍流或者化学团聚技术会使这种复合团聚方法的团聚效果进一步加强。

2.3 “荷电+液体”团聚技术

李林等研究了荷电水雾脱除超细颗粒物的作用机理和影响因素，对“荷电+水雾”促进燃煤烟气超细颗粒物团聚的作用进行了实验，发现电荷库仑力的作用和水雾的增湿作用均能够促进超细颗粒物的团聚，同时实现电环境下硫氧化物和氮氧化物的联合脱除，燃煤烟气得到进一步清洁。Wang等通过搭建颗粒物脱除实验平台，研究了热电泳、蒸汽和水膜对湿式静电除尘器收集效率的影响，研究表明热电泳有利于去除细颗粒，去除效率提升约4%，但在强电场中促进作用不明显;蒸汽作用可以将细颗粒的收集效率提高20%~30%，但对大颗粒的去除影响不大;在热泳、蒸汽和水冲洗的综合作用下，在收集电极表面形成的水膜增加了颗粒物的团聚，大大促进了亚微米颗粒的收集和粗颗粒的去除，两者收集效率分别提升了30%~60%和8%。波兰科学院、英国布鲁内尔大学和意大利那不勒斯菲里德里克第二大学联合研制了2种通过感应充电产生带电喷雾的压力雾化器，并提出了开发组合静电洗涤和等离子体装置来减少各种来源的亚微米颗粒排放的空气污染控制技术。Di等基于上述技术，用一种新颖的实验方法研究了亚微米颗粒在湿式静电洗涤器中的团聚去除机理，实验系统由湿式静电洗涤室、带电液滴发生装置和粒子充电发生装置组成，如图3所示。

图3 湿式静电洗涤实验的设备布局

1—注射泵;2—流量表;3—高压发生器;4—喷嘴;5—粒度分析仪(TSI 3340);6—风速计;7—湿式静电洗涤室(有机玻璃圆筒);8—湿度计;9—粒子发生器;10—粒子充电单元;11—取样管(虚线代表水回路，连续线是气体回路，点划线是抽样和再循环回路)

研究过程由充电发生装置产生带电荷或不带电荷的颗粒，电喷雾组件产生均匀尺寸的带电雾滴，如图4所示。

图4 电喷雾组件

两者分别被鼓入洗涤室中相互作用，通过粒度分析仪(TSI 3340)检测颗粒粒度大小、颗粒电荷以及颗粒凝结等物理特性，分析颗粒物的去除效率。实验测试表明，在带电液滴和颗粒不带电荷的情况下，颗粒清除系数非常小，但用与带电液滴极性相反的颗粒所得的实验清除系数高于不带电颗粒测试的清除系数，且远高于对于亚微米颗粒的常规湿式洗涤器的清除系数。因此，在喷雾液滴和颗粒均荷电的情况下，库仑静电相互作用是亚微米颗粒物团聚及捕获清除的主要机制。

原标题：细颗粒物PM2.5复合团聚技术的研究进展

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