燃烧源可吸入颗粒物声波团聚研究进展与展望

燃烧过程是大气可吸入颗粒物PM10的重要来源,控制燃烧源PM10排放已引起广泛关注,目前技术发展的主要途径是设置预处理阶段使细颗粒凝并成较大颗粒后用常规除尘设备脱除,外加声场可使PM10团聚长大;从声波团聚的宏观效果及微观机理试验2个方面对可吸入颗粒物声波团聚研究现状进行了述评,分析了声波团聚存在的主要问题及其今后需继续进行的研究方向,并介绍了作者的初步研究结果。     

化学团聚促进电除尘脱除PM_(2.5)的实验研究

燃煤排放细颗粒物是大气环境PM2.5增加的重要来源。采用燃煤热态实验系统,进行了在电除尘器入口烟气添加化学团聚剂以及协同脱硫废水蒸发处理促进电除尘脱除PM2.5的实验研究。实验考察了团聚剂添加前后PM2.5浓度及其粒度分布的变化,以及团聚剂浓度、添加点烟温、团聚剂溶液pH、烟气量、雾滴粒径等对PM2.5脱除效果的影响。结果表明,添加化学团聚液后,通过润湿作用、液桥力和吸附架桥作用可增强PM2.5之间的接触并促进团聚长大,PM2.5增大到原先的4倍左右,典型工况下电除尘器出口PM2.5浓度降低40%以上。增加团聚液浓度可促进PM2.5的脱除;适当降低团聚液pH有利于PM2.5的团聚。喷脱硫废水,电除尘器出口PM2.5浓度变化不大,加团聚剂后出口细颗粒物浓度降低。     

声波与喷雾对于飞灰颗粒团聚的影响

为了研究声波团聚的影响因素,以燃煤飞灰细颗粒作为声波团聚的实验对象,使用光学颗粒物粒径谱仪测量颗粒的粒径分布与浓度,主要研究了声波频率与喷雾对声波团聚的影响。结果表明：在声波的作用下,细颗粒浓度显著减少,且声波团聚效果对频率较为敏感;无论在高声压还是低声压级下,1400Hz的频率下能获得最佳的团聚效果;在加入喷雾后,颗粒物浓度显著减小,且随着喷雾量增大,颗粒物浓度越小;分析了喷雾增强团聚效果的机理：在加入喷雾后,细颗粒间的相对运动增强;同时喷雾颗粒增大了颗粒浓度,增大了细颗粒碰撞概率;此外,喷雾改变燃煤飞灰细颗粒的表面特性,使颗粒的表面黏性增大,有助于团聚体形成。     

化学团聚作用对烧结微细粉尘除尘效率的影响

工业烟气中粒径10μm以下的微细颗粒物通过静电除尘器捕集效率较低,以烧结烟气中微细粉尘为研究对象,采用化学团聚协同作用提高静电除尘效率。选取聚丙烯酰胺(PAM)、葡甘露聚糖(KGM)和聚合氯化铝(PAC) 3种絮凝剂考察其团聚效果。结果表明,化学团聚作用显著增大了微细颗粒平均直径,其中PM10粒级的颗粒体积分数最高减少了75. 608%; 3种絮凝剂中KGM团聚效果最好,团聚前、后粉尘峰值粒径分别为11. 565、37. 825μm;在选取的浓度范围内,絮凝剂质量浓度越高团聚效果越好;烟气温度变化对PM2. 5级别颗粒团聚效果的影响不是很显著。通过正交试验分析得出,当入口烟温为100℃、絮凝剂KGM质量浓度为0. 1 g/L时,粉尘颗粒物峰值粒径达到40μm左右,除尘效果可达到97%以上。     

江汉大学校园典型室内空间空气质量分析

校园室内空气质量的好坏直接影响每一位师生的健康和正常的教学工作。研究选择江汉大学校园典型的室内空间,通过监测主要的空气质量指标:颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)及总挥发性有机物(TVOCs)等,综合评价空气质量状况,结果表明:大教室、电子阅览室和男生寝室等的日平均PM10、PM2.5的数值均超过我国室内空气质量的标准,监测点的TVOCs均达标。室内外空气质量分指数分析表明颗粒物浓度受室外的颗粒物浓度影响不明显;室内空气的颗粒物粒径分布受到污染源的影响较大。     

PM2.5的研究现状及健康效应

大气细颗粒物PM2.5是大气气溶胶的一部分,由于其粒径小以及可为毒性物质提供载体,对环境和人体健康产生很大的影响。文章总结了国内外有关细颗粒物PM2.5的研究现状,主要围绕PM2.5的物理化学特征、来源解析、健康效应、及其对能见度的影响等方面进行论述,并对其研究动向进行了展望。     

空气环境中PM2.5研究进展

大气细颗粒物PM2．5是大气气溶胶的一部分,由于其粒径小以及可为毒性物质提供载体,对环境和人体的健康产生很大的影响。本文总结了国内外有关细颗粒物PM2．5的研究现状,主要围绕细颗粒物PM2．5的基本污染特征与分析方法、健康效应、来源解析等方面进行了论述,并对其研究动向进行了展望。     

空气中超细颗粒物检测方法的研究进展

空气中存在的超细颗粒物会对人们的身体健康造成极大危害。近年来,人们对PM2.5等大颗粒物进行了大量的研究,确认了大颗粒物对人体健康造成危害的因果关系。但是,空气中的超细颗粒物粒径比PM2.5颗粒物更小,数量更多,其特点与对人体健康的影响仍不清楚,由于缺少统一的检测方法,在一定程度上影响了健康评估。本文将对国内外的检测方法、仪器及策略进行分析,探讨超细颗粒物浓度检测的影响因素。     

声波团聚中尾流效应的理论研究

声波团聚是一项非常有潜力的颗粒物排放控制技术,最近的实验表明声波尾流效应是其中的重要机理。研究建立了Oseen条件下声波团聚中的尾流效应理论模型,并采用数值方法进行求解。研究了颗粒夹角、粒径和频率对声波尾流效应下的聚合速度的影响。计算结果表明,颗粒与声场的夹角对聚合速度影响很大,存在吸引和排斥两个区域。当夹角为0°~50°时,颗粒间存在强吸引作用,颗粒与声场平行时,聚合速度达到最大值;当夹角为50°～90°时,颗粒间表现为弱排斥作用,颗粒与声场垂直时,排斥速度最大。聚合速度随频率的增大而增加,但当频率超过某一临界值时,聚合速度基本保持不变;颗粒粒径越大,该临界频率越低。随着颗粒粒径的增大,聚合速度基本呈线性增加。     

大气颗粒物PM2.5中重金属的研究进展

大气颗粒物,特别是可吸入颗粒物(PM2.5)中含有的重金属通过呼吸进入人体后,会造成各种人体机能障碍,影响身体健康。这篇文章综述了大气颗粒物PM2.5中重金属的检测方法、来源、分布特征和化学形态分析方面的研究进展,并且对以后的研究方向进行了展望。     

The effects of orthokinetic collision,acoustic wake,and gravity on acoustic agglomeration of polydisperse aerosols

A new concept of effective agglomeration length, which measures the maximum particle separation distance for effective collisions, is proposed for study of acoustic agglomeration of polydisperse aerosols with respect to the separate and combined effects of orthokinetic collision and acoustic wake in a horizontal acoustic wave when particle gravity is included. Particle gravity is found to be significant for the acoustic wake effect while the particle collision efficiency is important for the orthokinetic collision. Results indicate that orthokinetic collision dominates at low frequencies for intermediate size ratios while the acoustic wake effect is more significant at higher frequencies for all particles. The optimum frequency for orthokinetic collision is confirmed but shifts downward with the increase of sound power. For the acoustic wake effect, the agglomeration increases monotonically with sound frequency. Results also show that the orthokinetic collision is not effective for agglomeration of sub-micron particles because of low particle collision efficiency.     

Orthogonal design process optimization and single factor analysis for bimodal acoustic agglomeration

Acoustic agglomeration is proved as a promising pretreatment to control the emission of fine particles. As to removal of coal-fired fly ash particles (first mode), this paper investigates the combination of acoustic agglomeration with the addition of lime seed particles (second mode). The bimodal acoustic agglomeration can improve agglomeration efficiency significantly. Orthogonal designs are carried out for the first time to optimize the agglomeration conditions. The factors range as follows: acoustic frequency, f = 1000-1800 Hz; sound pressure level, SPL = 135-150 dB; residence time, t = 3-7 s, lime seed particle mass fraction, m_lime% = 30%-90%. The results of difference analysis and analysis of variance reveal that frequency is the dominant factor and the optimal conditions are: f = 1400 Hz, SPL = 150 dB, t = 4 s, m_lime% = 30%. In addition, the detailed influences of single factor on agglomeration efficiency are investigated.     

可吸入颗粒物声场团聚实验研究

在中等强度驻波声场中,对燃煤可吸入颗粒物进行团聚清除实验研究。系统研究声场频率、声压级、可吸入颗粒质量浓度及颗粒在声场中的停留时间对团聚清除效率的影响。实验结果表明:颗粒在声场中团聚的最佳声波频率为1 416 Hz;声压级越高越有利于颗粒的团聚,声压为128 dB时颗粒质量清除效率高达27.8%;可吸入颗粒质量浓度增大,颗粒清除效率降低;颗粒在声场停留时间为9—11 s时,团聚清除效率达到最大值。颗粒粒径影响声波团聚过程,粒径1.1μm与4.7—10μm颗粒的清除效率高于1.1—4.7μm颗粒的清除效率。     

燃煤飞灰低频下声波团聚的实验研究

通过实验研究了低频下燃煤飞灰的声波团聚。燃煤飞灰气溶胶在声波作用下粒径分布发生明显变化,大量细颗粒团聚产生粗颗粒,气溶胶浓度降低。在147 dB、1400 Hz时,气溶胶总浓度和PM_2.5浓度分别减少了68.4%和75.6%,达到很好的团聚效果。从扫描电镜照片中可以观察到声波团聚过程中产生了粒径大于10 μm的链状团聚体。在声波作用下,气溶胶总浓度随团聚时间呈指数衰减规律降低。实验证明了声波团聚中存在最佳频率,在此频率下团聚效果最好,偏离该值团聚效果急剧降低。另外,实验发现最佳频率随声压级的增大而轻微降低。同时,研究了声压级、停留时间和气溶胶初始浓度等参数对声波团聚的影响。     

燃煤细颗粒在过饱和氛围下声波团聚脱除的实验研究

在不同过饱和氛围下,建立了燃煤细颗粒在声波场中团聚长大脱除的实验装置,对细颗粒物在声波场和不同过饱和氛围下的团聚长大脱除特性进行了实验研究。结果表明：细颗粒在声波场中的夹带系数随过饱和度的增大而增加,相应的脱除效率也有所提高;在过饱和度低于1.0时,细颗粒的总脱除效率很低（约为10%）,且几乎不随过饱和度的增大而增加,而当过饱和度大于1.0后,细颗粒的脱除效率随过饱和度的增大而迅速提高,过饱和度从1.0增大到1.5,相应的脱除效率提高了近50%。细颗粒的脱除效率随声压级的增大而提高,在过饱和度为0.3时,细颗粒无法发生凝结长大,总脱除效率很低,低于20%。但当过饱和度达到1.2,细颗粒的脱除效率得到了大幅提升,声压级在130dB时,细颗粒的脱除效率达到了70％左右,表明在低声压级的情况下,利用蒸汽相变可有效提高细颗粒在声波场中的团聚脱除效率。     

喷雾对促进细颗粒物声波团聚的影响

以燃煤烟气为对象,实验研究了各参数对喷雾促进声波团聚的影响。结果表明,添加喷雾后,声波团聚效率提高了25%~40%。无论有无喷雾,声波团聚均存在相同的最佳频率,为1400 Hz左右。较低液气比时,团聚效率随液气比的增加而明显增大,但超过0.10后,团聚效率趋于稳定。添加喷雾时,团聚效率随停留时间的增加而提高,但达到4.2 s时基本达到最大值。分析了喷雾提高团聚效率的机理,在喷雾作用下,颗粒之间形成比范德华力更强的液桥力,增大了有效碰撞系数;同时,雾化液滴的加入为气溶胶团聚提供了种子颗粒,周围的细颗粒易与之发生碰撞团聚,使团聚效率提高。研究表明,喷雾方法可以大幅降低声波团聚工艺的操作能耗。     

细颗粒物凝并技术机理的研究进展

凝并技术是提高烟气中细颗粒物(PM2.5)去除效率的关键技术之一。凝并机理的研究有利于加深对细颗粒物凝并过程的理解,最大限度地提高PM2.5的凝聚速度,使PM2.5在较短的时间内团聚成大颗粒。本工作对电凝并、化学凝并和声凝并3种凝并效果显著的凝并技术机理进行概述,分别介绍了电凝并机理的核心电凝并系数方程,不同化学添加剂对颗粒的作用机制,同向运动、流体力学和声致湍流作用下的声凝并机理的发展现状。阐述了现有研究的不足,并提出在后续凝并机理的研究中,可利用高速显微摄像技术实时观测颗粒的凝并过程,对已有凝并机理进行验证及修正。同时还需考虑实际烟气成分对颗粒凝并的影响,进一步完善颗粒的凝并机理。     

Fluidization of fine particles in a sound field and identification of group C/A particles using acoustic waves

Effects of sound field on the fluidization of fine particles have been comprehensively examined by using fine powders (4.8-65 μm average in size) including Al₂O₃, TiO₂, glass beads and FCC catalyst. It is found that the fluidization quality of fine particles can be enhanced with the assistance of a sound field, resulting in higher pressure drops and a lower u_mf. The effect of sound on the fluidization of fine particles is strongly dependent on the particle properties (Geldart type and particle size) as well as the parameters of the sound field such as sound pressure level (or intensity) and frequency. Given a fixed sound frequency, the effect becomes more significant at a higher sound pressure level. For the present sound-aided fluidized bed system, there is a resonant frequency at about 100-110 Hz, at which the effectiveness of the sound wave in improving fluidization of fine particles is most remarkable. In addition, based on the different attenuation features of sonic waves in the gas-solid suspension of group C and A particles, a novel acoustic method is explored to distinguish group C from group A particles.     

Wavelet Analysis of Particle Concentration Signals in an Acoustic Bubbling Fluidized Bed

The time series of fluid catalytic cracking (FCC) particle concentrations were measured by an optical fiber probe under conditions of different sound pressure levels and sound frequencies in an acoustic bubbling fluidized bed (? 140 mm × 1600 mm). The results show that the minimum fluidization velocity had a minimum value when the sound wave frequency was 150 Hz. Under the same sound frequency, the fluidization velocity decreased as the sound pressure level increased. The particle concentration signals in an acoustic fluidized bed were also analyzed by means of wavelet analysis. On the basis of discrete wavelet transform, an original signal was resolved into five detailed scale signals. By using wavelet energy analysis, it was found that the peak frequency of the scale 3 or 4 detail wavelet signals represents the bubbling frequency and the peak amplitude for the bubble size. The results indicate that the bubbling frequency and bubble size decreased with increasing sound pressure level at a given frequency. In addition they decreased with increasing sound frequency ranging from 50–150 Hz, but further increased with increasing sound frequency ranging from 150–500 Hz.