化学活性剂与多级射流耦合作用下可吸入颗粒团聚清除机理

Inhalable particles in the urban air were the first contamination. The traditional precipitator methods failed to remove the ultrafine particles in industry processes. Our objection in this program aimed to improve the removal efficiency of inhalable particles.Chemical active agent was emitted into the agglomeration chamber by the multistage jet. Chemical active agent could change the surface properties of inhalable particle, and multistage jet could strenghen the collision of paticles. The combination of the two method could improve obviously the agglomeration of inhalable particles. Theory analysis, experimental study and numerical modelling were used to investigate the collision process. At the same time, the interaction and the micro fluidal texture between the particles or between the particle and chemical active agent or between the particle and agglomeration were researched to reveal the mechanism the agglomeration. The agglomeration and dis-sgglomeration equations were designed according to the above study. The successful completion of the program will help promote the removal technology of inhalalble particles, which contribute immensely to the progress of the urban atmospheric pollution.

大气可吸入颗粒物已经成为城市大气的首要污染物，但传统除尘器无法去除过程工业产生的超细可吸入颗粒。本项目以超细可吸入颗粒物为研究对象，提出利用多级射流管将化学活性剂溶液喷入到超细可吸入颗粒团聚装置中，利用化学活性剂改变可吸入颗粒的表面性能，增强颗粒间的粘附；合理的设计射流装置，射流管沿团聚装置构成多级射流区域，使可吸入颗粒在不同射流区域内连续团聚的创新研究思想。采用理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法，对团聚室内可吸入颗粒间碰撞粘附进行研究，探索颗粒之间、颗粒与活性剂之间、颗粒与团聚体之间的相互作用及其微观流动结构，揭示超细可吸入颗粒在化学活性剂与多级射流耦合作用下的团聚机理，建立超细可吸入颗粒团聚与团聚体解聚的动态速率方程。开发具有独立知识产权的超细可吸入颗粒团聚清除技术，该技术对我国治理大气环境污染具有重要应用价值。

细颗粒物污染已经成为我国大气污染的突出问题。团聚技术能够促进细颗粒粒径增大，提高现有除尘设备的效率。化学活性剂改变颗粒表面性能，而湍流能够增加流场中颗粒间的碰撞几率，两者耦合促进细颗粒团聚。.化学活性剂含有多种组分。非离子表面活性剂与絮凝剂复配的活性剂体系，能使燃煤飞灰细颗粒的清除效率达到33%；垃圾飞灰细颗粒减少57%。活性剂雾化直径及浓度增大，有利于细颗粒的团聚效率的增加。SEM照片显示活性剂作用后的细颗粒团聚体呈紧密结合状态。气固射流团聚过程中，有机粗颗粒能够有效促进燃煤细颗粒团聚，而无机粗颗粒对垃圾飞灰具有更好的团聚促进效率。气体射流团聚过程，燃煤PM10在单射流作用下仅减少21.9%，在双射流作用下却减少58%，异侧双射流的团聚清除率高于同侧双射流的清除效率。耦合团聚过程中，细颗粒的中位径由3.5μm增加到8.7μm。双射流与雾化耦合点为A-C’&A’时，细颗粒的清除效率达到最大值。单粒径颗粒质量清除率呈现U形分布，小粒径颗粒（<2 μm）和较大颗粒（5-10 μm）容易被捕获；中等粒径颗粒（2-5 μm）清除效率最低。这与颗粒群模拟计算结果一致。.DPM模拟研究双射流场中会形成多个射流涡旋区域，在双射流之间的区域会形成湍流度较高的区域，强化颗粒间的碰撞作用。而颗粒群模型对湍流团聚的模拟计算表明不同粒径颗粒在流场中的分布不同，小粒径颗粒主要分布于射流上游，而中大粒径颗粒则分布于涡旋形成的静压区。双射流湍流团聚计算表明颗粒峰值直径由2.7μm增加至4.3μm。团聚后，小粒径颗粒的体积分数减少，而中大粒径颗粒的体积分数则增多。团聚的温度与气氛对较大颗粒的清除率有影响，氮气气氛下细颗粒的清除效率最高；温度越高，细颗粒的清除率越高。.