國(guó)內(nèi)外細(xì)顆粒物控制技術(shù)的研究進(jìn)展

1、可吸入顆粒物控制技術(shù)可吸入顆粒物控制技術(shù)1一、大氣顆粒物一、大氣顆粒物二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三、細(xì)顆粒物對(duì)大氣環(huán)境和人體健康的影響三、細(xì)顆粒物對(duì)大氣環(huán)境和人體健康的影響四、固定源、移動(dòng)源細(xì)顆粒物排放及其影響四、固定源、移動(dòng)源細(xì)顆粒物排放及其影響五、五、 現(xiàn)有污染控制設(shè)施脫除細(xì)顆粒物的性能現(xiàn)有污染控制設(shè)施脫除細(xì)顆粒物的性能 六、六、 超細(xì)顆粒物控制技術(shù)的發(fā)展方向超細(xì)顆粒物控制技術(shù)的發(fā)展方向七、七、 近期國(guó)際國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)近期國(guó)際國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)八、聲波團(tuán)聚技術(shù)八、聲波團(tuán)聚技術(shù)九、九、 磁團(tuán)聚與磁分離技術(shù)磁團(tuán)聚與磁分離技術(shù) 十、十、 電凝并技術(shù)電凝并技術(shù) 十一、十一、 化學(xué)及其他團(tuán)聚促進(jìn)技術(shù)化

2、學(xué)及其他團(tuán)聚促進(jìn)技術(shù)十二、十二、 電袋復(fù)合除塵器電袋復(fù)合除塵器十三、十三、 柴油車微物排放控制技術(shù)柴油車微物排放控制技術(shù)一、大氣顆粒物顆粒物顆粒物可懸浮于空氣中可懸浮于空氣中的固態(tài)和液態(tài)的微粒的固態(tài)和液態(tài)的微粒 PM10：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于小于或等于10微米的顆微米的顆粒物；粒物； PM2.5：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于徑小于或等于2.5微米的微米的顆粒物。顆粒物。顆粒物源細(xì)顆粒物（可吸入顆粒物）的來(lái)源包括自然源和人為源：l 自然源：自然源：植物花粉和孢子、土壤揚(yáng)塵、海鹽、森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等；l 人為源：人為源：又可分為固定源和移動(dòng)源，前者如

3、燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，后者如交通運(yùn)輸?shù)?。l l 大氣顆粒物的來(lái)源和發(fā)生量會(huì)因不同國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、工藝方法以及管理水平的不同而存在很大的差別。顆粒物源一次顆粒物一次顆粒物 天然污染源和人為污染源釋放。二次顆粒物二次顆粒物 大氣污染氣體組分(如二氧化硫、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏?之間，或與大氣中的正常組分(如氧氣)之間通過(guò)光化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)或其它化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物。 表1.1 不同城市PM10的源解析城市 主要排放源對(duì)PM10貢獻(xiàn)率% 燃煤塵建筑塵土壤塵冶煉塵其他源 合計(jì)撫順44.50.535.08.311.7100杭州26.222.56.43.841.1100銀川

4、29.310.135.55.319.8100濟(jì)南26.012.034.017.011.0100重慶36.44.222.428.09.0100武漢20.022.040.05.013.0100近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)撫順、杭州、銀川、濟(jì)南、重慶、武漢等城市的大氣顆粒物進(jìn)行了源解析研究，其結(jié)果見表1.1；可知，燃煤煙塵是各城市PM10的主要來(lái)源之一，其對(duì)PM10的貢獻(xiàn)率為20.0%44.5%。二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)- WHO24小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)年平均標(biāo)準(zhǔn)年平均標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)為美國(guó)為35美國(guó)為美國(guó)為15:且為且為3年平均年平均7傳統(tǒng)污染物：傳統(tǒng)污染物：PM、SO2、O3和和NO2其他污染物：其他污染物

5、：2000歐洲空氣質(zhì)量準(zhǔn)則歐洲空氣質(zhì)量準(zhǔn)則規(guī)定規(guī)定PM10、PM2.5和和O3過(guò)渡期過(guò)渡期目標(biāo)值目標(biāo)值傳統(tǒng)污染物：傳統(tǒng)污染物：SO2、NO2、O3、PM有機(jī)物：苯等有機(jī)物：苯等16種種無(wú)機(jī)物：無(wú)機(jī)物：As等等12種種傳統(tǒng)污染物：傳統(tǒng)污染物：SO2、NO2、O3、PM有機(jī)物：苯等有機(jī)物：苯等16種種無(wú)機(jī)物：無(wú)機(jī)物：As等等11種種顆粒物：顆粒物：濃度健康反應(yīng)關(guān)系曲線濃度健康反應(yīng)關(guān)系曲線O3僅給出了濃度范圍；僅給出了濃度范圍；PM包包括括TSP和和TPWHO環(huán)境空氣質(zhì)量準(zhǔn)則修訂過(guò)程8我國(guó)我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)修訂過(guò)程修訂過(guò)程一類區(qū)：一類區(qū)：自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地

6、區(qū)。自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)。二類區(qū)：二類區(qū)：城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三類區(qū)：三類區(qū)：特定工業(yè)區(qū)。特定工業(yè)區(qū)。一類區(qū)：一類區(qū)：國(guó)家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽區(qū)、名勝古跡和療養(yǎng)國(guó)家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽區(qū)、名勝古跡和療養(yǎng)地等。地等。二類區(qū)：二類區(qū)：城市規(guī)劃中確定的居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化城市規(guī)劃中確定的居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、名勝古跡和廣大農(nóng)村等。區(qū)、名勝古跡和廣大農(nóng)村等。三類區(qū)：三類區(qū)：大氣污染程度比較重的城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)以及城市

7、交通樞紐、大氣污染程度比較重的城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)以及城市交通樞紐、干線干線等等。1 1、為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分功能區(qū)制定；、為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分功能區(qū)制定；2 2、逐、逐漸縮小三類區(qū)，擴(kuò)大二類區(qū)；漸縮小三類區(qū)，擴(kuò)大二類區(qū)；3 3、局地污染物，由地方制定標(biāo)準(zhǔn)。、局地污染物，由地方制定標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為二級(jí)，分別針對(duì)不同的功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分為二級(jí)，分別針對(duì)不同的功能區(qū)環(huán)境空氣功能區(qū)分為二類：環(huán)境空氣功能區(qū)分為二類：一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護(hù)的區(qū)域；護(hù)的區(qū)域；二類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工二

8、類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。一類區(qū)適用一級(jí)濃度限值，二類區(qū)適用二級(jí)濃度限值。一類區(qū)適用一級(jí)濃度限值，二類區(qū)適用二級(jí)濃度限值?；卷?xiàng)目的濃度限值序號(hào)污染物項(xiàng)目平均時(shí)間濃度限值單位一級(jí)二級(jí)1二氧化硫（SO2）年平均2060微克/立方米24小時(shí)平均501501小時(shí)平均1505002二氧化氮（NO2）年平均404024小時(shí)平均80801小時(shí)平均2002003一氧化碳（CO）24小時(shí)平均4.04.0毫克/立方米1小時(shí)平均10.010.04臭氧（O3）日最大8小時(shí)平均100160微克/立方米1小時(shí)平均1602005顆粒物（粒徑小于等于10微米）（PM10）年

9、平均407024小時(shí)平均501506顆粒物（粒徑小于等于2.5微米）（PM2.5）年平均153524小時(shí)平均3575加嚴(yán)三三、細(xì)顆粒物對(duì)大氣環(huán)境和人體健康的影響對(duì)人體健康的影響l細(xì)顆粒物能長(zhǎng)期懸浮于大氣環(huán)境，具有很大的比表面積，易于富集多環(huán)芳香烴、多環(huán)苯類、病毒和細(xì)菌等有毒物質(zhì)，以及痕量有毒元素；l PM2.5又稱為可入肺顆粒物，能夠進(jìn)入人體肺泡甚至血液循環(huán)系統(tǒng)，一旦在人體呼吸系統(tǒng)沉積將產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。 l對(duì)大氣環(huán)境的影響l是導(dǎo)致大氣能見度降低、灰霾天氣和全球氣候變化等重大環(huán)境問(wèn)題的重要因素。 一 大氣顆粒物還是氣候效應(yīng)的主要參與者，其中硫酸鹽、有機(jī)碳和礦物質(zhì)類顆粒物具有冷卻效應(yīng)，而黑碳顆粒物

10、具有溫室效應(yīng)。 (a) CPM2.5=8 g/m3 (b) CPM2.5=40 g/m3圖1.1 細(xì)顆粒物對(duì)大氣能見度影響示意圖我國(guó)城市大氣嚴(yán)重污染。例：2007年大氣質(zhì)量達(dá)到優(yōu)的只占2.4%， 而三級(jí)以上的達(dá)到39.5%首要污染物：可吸入顆粒物（PM10）細(xì)顆粒物（PM2.5）在PM10中質(zhì)量濃度超過(guò)50% 數(shù)量濃度超過(guò)90%以工業(yè)為主的固定源（燃煤）和以交通為主的移動(dòng)源（汽車）圖1.2 1990-2005年全國(guó)人為源大氣顆粒物排放量細(xì)顆粒物是區(qū)域大氣復(fù)合污染的核心污染物細(xì)顆粒物是區(qū)域大氣復(fù)合污染的核心污染物050100150200250300350400135791113151719212

11、325272931日期API武漢南京合肥上海050100150200250300350400135791113151719212325272931日期API北京天津石家莊0.00.10.10.20.20.30.31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31日期（2002年1月）PM10 Concentration (mg/m3)ZhuhaiGuangzhouShenzhen首要污染物頻度細(xì)顆粒物不僅本身嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)還在復(fù)合污染形成的非均相反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。DPF移動(dòng)源

12、（汽車）固定源（燃煤電廠）大氣環(huán)境(成核、聚并、長(zhǎng)大)形成形成- -排放排放- -影響影響- -控制控制四、固定源、移動(dòng)源細(xì)顆粒物排放及其影響四、固定源、移動(dòng)源細(xì)顆粒物排放及其影響健康、環(huán)境、氣候煙氣脫硫煙氣脫硫煙氣煙氣脫硝脫硝固定源排放以粒徑小于固定源排放以粒徑小于2.5微米甚至亞微米級(jí)微米甚至亞微米級(jí)的細(xì)顆粒為主，以數(shù)量的細(xì)顆粒為主，以數(shù)量計(jì)可達(dá)到顆粒物總數(shù)的計(jì)可達(dá)到顆粒物總數(shù)的90%以上；以上；細(xì)顆粒物的捕獲率低細(xì)顆粒物的捕獲率低： 現(xiàn)有除塵裝置的除塵效現(xiàn)有除塵裝置的除塵效率可高達(dá)率可高達(dá)99%以上，但以上，但這些除塵器這些除塵器對(duì)細(xì)顆粒物對(duì)細(xì)顆粒物的捕獲率較低。的捕獲率較低。0.010

13、.1110-20246810121416 McElroy, 1982 Ensor, 1983 Mohr SA, 1996 Mohr CO, 1996 Ylatalo, 1998 Yi (II), 2006 Yi (III), 2006 Yue, 2007 穿透率, %空氣動(dòng)力學(xué)直徑, m圖1.3 現(xiàn)有各種除塵設(shè)備中細(xì)顆粒的穿透率五、五、 現(xiàn)有污染控制設(shè)施脫除細(xì)顆粒物的性能現(xiàn)有污染控制設(shè)施脫除細(xì)顆粒物的性能 六、六、 超細(xì)顆粒物控制技術(shù)的發(fā)展方向超細(xì)顆粒物控制技術(shù)的發(fā)展方向1）燃燒前對(duì)煤的性質(zhì)控制2）燃燒過(guò)程中減少細(xì)顆粒物的生成3）燃燒后控制通過(guò)不同技術(shù)途徑使細(xì)顆粒物長(zhǎng)大后采用傳統(tǒng)除塵技術(shù)脫除；

14、結(jié)合現(xiàn)有污染物控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化以及多場(chǎng)協(xié)同作用提高對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果。1）燃燒前控制）燃燒前控制煤種選擇無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的成分、外部礦物質(zhì)和內(nèi)部礦物質(zhì)的含量、煤粉的孔結(jié)構(gòu)、煤粉中元素的賦存形式等礦物構(gòu)成決定灰分的多少灰分高，顆粒物排放濃度高煤粒加工煤粉越細(xì)，形成的顆粒物越多，顆粒物中攜帶的重金屬量越大2）燃煤）燃煤中中減少細(xì)顆粒物生成的減少細(xì)顆粒物生成的途徑途徑煤煤+煤煤煤煤+生物質(zhì)生物質(zhì)吸附劑吸附劑添加劑添加劑細(xì)微顆粒細(xì)微顆粒重金屬重金屬O2/CO2溫度溫度氧含量氧含量燃燒氣氛燃燒氣氛2）燃油中降低）燃油中降低碳質(zhì)顆粒物形成碳質(zhì)顆粒物形成、強(qiáng)化后期、強(qiáng)化后期氧氧化化的的途徑途徑柴油機(jī)柴油機(jī)

15、傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)燃燒方式，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)燃燒方式，燃燒后期碳煙顆粒氧化燃燒后期碳煙顆粒氧化速率大幅度降低，強(qiáng)化速率大幅度降低，強(qiáng)化后期氧化，可大幅度降后期氧化，可大幅度降低顆粒物排放低顆粒物排放21汽油汽油機(jī)機(jī)(GDI)擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒 -100102030400.00.20.40.60.8PM/DS/SOF mass/(mg/cycle) PM DS SOFPcr=90MPaCrank angle /CA ATDC3）燃燒后控制）燃燒后控制通過(guò)不同技術(shù)途徑使細(xì)顆粒物長(zhǎng)大后采用傳統(tǒng)除塵技術(shù)脫除利用電場(chǎng)、聲場(chǎng)、磁場(chǎng)等外場(chǎng)作用及在煙氣中噴入少量化學(xué)團(tuán)聚劑等措施增進(jìn)細(xì)顆粒物間的有效碰撞接觸，促進(jìn)其碰撞團(tuán)聚

16、長(zhǎng)大，以及利用過(guò)飽和水汽在細(xì)顆粒物表面核化凝結(jié)的凝并長(zhǎng)大等。 結(jié)合現(xiàn)有污染物控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化以及多場(chǎng)協(xié)同作用提高對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果采用復(fù)合式除塵器與傳統(tǒng)除塵器的改進(jìn)；前者將不同的除塵機(jī)理有機(jī)結(jié)合，使它們共同作用以提高對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果，其中多數(shù)復(fù)合除塵器是利用靜電力作用，如電袋復(fù)合除塵器；后者主要通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)除塵器的結(jié)構(gòu)以提高其對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果，如濕式靜電除塵器。 美國(guó)能源部的燃燒源控制計(jì)劃：國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主持，和哈佛大學(xué)、卡耐基-梅隆大學(xué)、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)界研發(fā)機(jī)構(gòu)等24家單位參與 美國(guó)NSF資助的移動(dòng)源和固定源礦物燃料燃燒產(chǎn)生的細(xì)顆粒物的分子結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的研究

17、歐盟組織了歐洲協(xié)作顆粒物排放清單研究計(jì)劃(CEPMEIP)等項(xiàng)目 日本啟動(dòng)了PM2.5和柴油機(jī)顆粒物的研究計(jì)劃七、七、 近期國(guó)際國(guó)內(nèi)研究近期國(guó)際國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)熱點(diǎn) 國(guó)際上各個(gè)國(guó)家都將顆粒物作為大氣環(huán)境污染和控制研究的重點(diǎn) 美國(guó)、歐州、日本、澳大利亞等都長(zhǎng)期支持相關(guān)的研究工作 973計(jì)劃：首都北京及周邊地區(qū)大氣、水、土環(huán)境污染機(jī)理及調(diào)控原理（1999）燃燒源可吸入顆粒物的形成與控制技術(shù)基礎(chǔ)研究 （2002）中國(guó)大氣氣溶膠及其氣候效應(yīng)的研究（2006） 其他重點(diǎn)研究：排放特征：源解析、排放清單等環(huán)境影響：能見度、區(qū)域大氣復(fù)合污染等健康影響：呼吸道系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等1.監(jiān)測(cè)與控制：區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)等八、聲

18、波團(tuán)聚技術(shù)八、聲波團(tuán)聚技術(shù)引言引言聲波團(tuán)聚是利用高強(qiáng)度聲場(chǎng)使氣溶膠中微米和亞微米級(jí)細(xì)顆粒物發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并進(jìn)而提高它們的碰撞團(tuán)聚速率，使細(xì)顆粒物在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移，顆粒數(shù)目濃度減少。超細(xì)顆粒聲波團(tuán)聚長(zhǎng)大示意圖聲波輔助除塵過(guò)程的示意圖，主要包括聲波發(fā)生器、團(tuán)聚室和顆粒分離器等。聲波發(fā)生器通常是電動(dòng)或者氣動(dòng)式喇叭，頻率為數(shù)千赫茲，如果需要更高的頻率，則需采用壓電陶瓷換能器或磁致伸縮換能器；聲場(chǎng)強(qiáng)度要達(dá)到140-150dB以上；團(tuán)聚室的尺寸要保證聲波對(duì)顆粒有一定的作用時(shí)間（2-5秒）。 圖3.2 聲波輔助除塵裝置示意圖 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀l國(guó)外主要研究機(jī)構(gòu)有

19、美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)、美國(guó)紐約Buffalo州立大學(xué)、西班牙馬德里聲學(xué)研究所、德國(guó)聯(lián)合研究中心等。l美國(guó)賓夕法尼亞州大學(xué)主要針對(duì)頻率6kHz的低頻聲波團(tuán)聚技術(shù)，涉及聲波團(tuán)聚的操作參數(shù)影響規(guī)律、團(tuán)聚后微粒的堅(jiān)固性、雙模態(tài)團(tuán)聚等方面的研究；美國(guó)紐約Buffalo州立大學(xué)在冷態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)操作參數(shù)的影響規(guī)律作了較系統(tǒng)地研究。l西班牙馬德里聲學(xué)研究所、德國(guó)聯(lián)合研究中心主要針對(duì)高頻聲波團(tuán)聚技術(shù)的研究，自上世紀(jì)70年代以來(lái)，前者一直致力于高頻聲源（頻率1020kHz）的開發(fā)研制工作，并于上世紀(jì) 90年代進(jìn)行了高頻聲波團(tuán)聚微粒的中試研究。東南大學(xué)采用實(shí)際燃燒源煙氣對(duì)聲波及其與外加種子顆粒聯(lián)合作用下的宏觀

20、團(tuán)聚效果進(jìn)行了較系統(tǒng)深入的研究，取得了一些有工業(yè)應(yīng)用前景的研究成果；浙江大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位采用模擬煙氣對(duì)煤飛灰微粒的聲波團(tuán)聚進(jìn)行了研究。外加聲場(chǎng)下細(xì)顆粒物的運(yùn)動(dòng)特性外加聲場(chǎng)下細(xì)顆粒物的運(yùn)動(dòng)特性（a） 多分散石英顆粒 （dp50m) （b）單分散玻璃微珠 （dp8.1m） （c）燃煤飛灰 （dp2.4m） 圖3.3 外加聲場(chǎng)下顆粒物的運(yùn)動(dòng)軌跡 聲波團(tuán)聚類型聲波團(tuán)聚類型聲波團(tuán)聚類型：按所用聲源頻率及有無(wú)外加種子顆粒可分為3類：低頻聲波團(tuán)聚：主要以電聲喇叭、汽笛等為聲源，頻率大多56kHz，由于產(chǎn)生高頻聲波換能器的特性阻抗很難與氣體阻抗匹配，致使高頻聲波在氣體中穿透深度很小，而低頻聲

21、源容易實(shí)現(xiàn)且易產(chǎn)生高強(qiáng)度聲強(qiáng)；高頻聲波團(tuán)聚：主要以壓電陶瓷換能器為聲源，頻率10kHz，與低頻聲源相比，不會(huì)產(chǎn)生噪音，易實(shí)現(xiàn)在高溫環(huán)境下使用；1. 雙模態(tài)聲波團(tuán)聚：團(tuán)聚室內(nèi)加入一定濃度、適當(dāng)大?。s幾十微米）的種子顆粒，利用種子顆粒的幾乎不發(fā)生聲波夾帶與細(xì)顆粒的充分夾帶，進(jìn)而提高碰撞團(tuán)聚效率。缺點(diǎn)缺點(diǎn)聲波團(tuán)聚技術(shù)研究已有近百年歷史，但目前能夠投入工程應(yīng)用的幾乎沒(méi)有，存在的主要問(wèn)題是：能耗過(guò)高，缺乏適宜在高溫含塵環(huán)境中長(zhǎng)期使用的聲源；1. 缺乏深層次的理論探究，無(wú)法提供有效的理論指導(dǎo)，且在一些關(guān)鍵性問(wèn)題上未能取得一致結(jié)論。 九、九、 磁團(tuán)聚與磁分離技術(shù)磁團(tuán)聚與磁分離技術(shù) 引言應(yīng)用外加磁場(chǎng)控制燃燒

22、源細(xì)顆粒物可通過(guò)兩種途徑：（1）磁團(tuán)聚技術(shù)l 磁團(tuán)聚是指被磁化的顆粒物、磁性粒子在磁偶極子力、磁場(chǎng)梯度力等作用下，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而碰撞團(tuán)聚在一起，使其粒度增大；有研究表明，燃煤細(xì)顆粒具有鐵磁特性，-Fe2O3和Fe3O4的存在是產(chǎn)生鐵磁特性的主要原因。高梯度磁分離器示意圖 l高梯度磁分離技術(shù)是指在磁場(chǎng)力的作用下實(shí)現(xiàn)氣固的分離；磁介質(zhì)（如不銹鋼毛）磁化后自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，與外加磁場(chǎng)相互疊加，在磁介質(zhì)的周圍形成較高的磁場(chǎng)梯度，磁化后的顆粒受到磁場(chǎng)梯度力的作用而被磁介質(zhì)直接捕集。（2）高梯度磁分離技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1） 磁團(tuán)聚研究現(xiàn)狀 磁團(tuán)聚研究主要針對(duì)液體中磁性粒子的團(tuán)聚，如采用磁團(tuán)聚的方式，將

23、鋼鐵企業(yè)排放的污水中細(xì)微顆粒物團(tuán)聚在一起，團(tuán)聚后的大顆粒團(tuán)在重力作用下沉降。 東南大學(xué)趙長(zhǎng)遂等進(jìn)行了外加均勻磁場(chǎng)、梯度磁場(chǎng)、均勻磁場(chǎng)添加磁種、梯度磁場(chǎng)添加磁種4種類型下的燃煤PM10團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究，均勻磁場(chǎng)由電磁鐵產(chǎn)生，梯度磁場(chǎng)由鐵氧體永磁環(huán)產(chǎn)生，磁種為Fe3O4和-Fe2O3。（2）高梯度磁分離技術(shù)研究現(xiàn)狀 高梯度磁分離技術(shù)在除塵方面的應(yīng)用首先是用于煉鋼過(guò)程產(chǎn)生的煙道氣塵粒，美國(guó)Gooding等人采用高梯度磁分離技術(shù)對(duì)鋼鐵廠氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和電弧煉鋼爐產(chǎn)生的煙道氣塵粒進(jìn)行了凈化實(shí)驗(yàn)，捕集效率最高可達(dá)99以上。 廣東工業(yè)大學(xué)顏幼平等研究表明，磁分離除塵效果與塵粒磁性、磁場(chǎng)強(qiáng)度、聚磁介質(zhì)（鋼毛）填充率

24、等有密切聯(lián)系；對(duì)于磁性塵粒，脫除效率可達(dá)99以上，對(duì)非磁性燃煤粉塵上磁后，也能獲得90%以上的脫除效率。 東南大學(xué)趙長(zhǎng)遂等進(jìn)行了高梯度磁場(chǎng)捕集燃煤PM10的研究。1壓縮氮?dú)猓?高效微?？諝膺^(guò)濾器；3流量計(jì)；4飛灰氣溶膠發(fā)生器；5磁種氣溶膠發(fā)生器；6氣溶膠混合器；7粒子通道；8永磁環(huán)；9采樣頭；10旋風(fēng)分離器；11稀釋器；12ELPI；13數(shù)據(jù)采集PC圖4.4 梯度磁場(chǎng)燃煤PM10磁（種）團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 2514333681 11 097652 （a）團(tuán)聚前 （b）團(tuán)聚后 飛灰團(tuán)聚前后微觀形貌 缺點(diǎn)缺點(diǎn)燃煤PM10磁團(tuán)聚及磁分離研究為燃煤細(xì)顆粒物的排放控制提供了一種新的技術(shù)途徑，但試驗(yàn)得到的

25、效果還不是很理想，離工業(yè)應(yīng)用尚有不少距離。 燃油、天然氣、垃圾及生物質(zhì)等產(chǎn)生的細(xì)顆粒物，因其Fe3O4、-Fe2O3等磁性物質(zhì)含量極低，不適合采用磁團(tuán)聚與磁分離方法。十、十、 電凝并技術(shù)電凝并技術(shù) 引言引言電凝并是通過(guò)使細(xì)顆粒荷電，促進(jìn)細(xì)顆粒以電泳方式到達(dá)其他細(xì)顆粒表面，從而增強(qiáng)顆粒間的凝并效應(yīng)；電凝并的效果取決于粒子的濃度、粒徑、電荷的分布以及外電場(chǎng)的強(qiáng)弱。 目前，大多數(shù)研究將電凝并技術(shù)與靜電除塵器相結(jié)合，采用ESP捕集電凝并長(zhǎng)大后的顆粒。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電凝并技術(shù)也已有較長(zhǎng)的研究歷史，上世紀(jì)90年代，日本W(wǎng)atanabe等提出的同極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中凝并的三區(qū)式靜電凝并除

26、塵器引起了除塵領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。近幾年來(lái)，歐美、日本、韓國(guó)及國(guó)內(nèi)武漢科技大學(xué)、浙江大學(xué)等在應(yīng)用電凝并收集亞微米粉塵方面取得了顯著進(jìn)展。電凝并研究主要可概括為三方面：異極性荷電粉塵的庫(kù)侖凝并；同極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并；異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并；其中，異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并是電凝并除塵技術(shù)的發(fā)展方向。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)細(xì)顆粒難以有效荷電，開展了采用脈沖、介質(zhì)阻擋放電（DBD）等荷電方式以增加細(xì)顆粒的荷電量，進(jìn)而提高其脫除效果的研究。 l粉塵在預(yù)荷電區(qū)中荷以異極性電荷后進(jìn)入凝并區(qū)，荷電粉塵在凝并區(qū)靠庫(kù)侖引力凝聚成較大顆粒，然后在收塵區(qū)中被捕集。 lKanazawa等采用圖5.

27、1 所示的電凝并除塵技術(shù)收集香煙煙霧（粒徑dp 0.5m），除塵效率可達(dá)80 %。Eliasson等實(shí)驗(yàn)得出，亞微米粒子的電凝并速率可比中性粒子的熱凝并速率高102104倍。圖 電凝并除塵裝置的結(jié)構(gòu)形式示意圖異極性荷電粉塵的庫(kù)侖凝并異極性荷電粉塵的庫(kù)侖凝并同極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并 粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以同極性電荷，進(jìn)入到加有交流高壓電場(chǎng)的凝并區(qū)中，荷電塵粒在交變電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，發(fā)生相互碰撞而凝聚，最后在收塵區(qū)中被捕集。荷電塵粒在交變電場(chǎng)力作用下存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或速度差，以及粒子的荷電量或粒子表面電荷分布不均勻，使得粒子相互碰撞而凝并，最后在收塵區(qū)中被捕集。 圖5.2 同極性荷電粉塵在

28、交變電場(chǎng)中的凝并除塵原理 20世紀(jì)九十年代中期，日本京都大學(xué)Watanabe等研究表明，采用電凝并時(shí)，1m以下的塵粒重量百分比減少了20%，平均粒徑增大4倍；處理濃度7g/m3、粒徑0.06m12 m的飛灰，采用電凝并技術(shù)，除塵效率可望由95.1%增至98.1%。 芬蘭Hautanen等（1995）采用亞微米油霧微粒進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)濃度平均可減少5%左右。 異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并 粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷，進(jìn)入加有交流高壓電場(chǎng)的凝并區(qū)中，荷電塵粒在交變電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，發(fā)生相互碰撞而凝并，最后在收塵區(qū)中被捕集。收塵區(qū)預(yù)荷電區(qū)、凝并區(qū)（a）三區(qū)式 （b）雙區(qū)式圖5.3 異極

29、性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并除塵原理芬蘭Hautanen進(jìn)行了交變電場(chǎng)中異極性荷電亞微米油霧顆粒的凝并性能研究；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.11.0m的粒子數(shù)量濃度可減少17 %19 %；向曉東在平均場(chǎng)強(qiáng)為4kV/cm 時(shí)，處理中位徑為2m的粉塵，雙區(qū)式電凝并除塵效率可達(dá)98%。 圖5.4 電凝并除塵效率和電除塵效率的比較異極性荷電粉塵在直流電場(chǎng)中的凝并 顆粒首先在雙級(jí)電暈荷電段荷電，然后進(jìn)入外加直流電場(chǎng)的電凝并段，異極性荷電顆粒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、碰撞、凝并長(zhǎng)大，進(jìn)而提高后續(xù)常規(guī)ESP的除塵效率。清華大學(xué)譚百賀等研究發(fā)現(xiàn)，外加直流電場(chǎng)僅能使亞微米級(jí)顆粒數(shù)濃度減少率提高510%左右。 圖5.5 雙極荷電顆粒在外加

30、直流電場(chǎng)中的電凝并原理缺點(diǎn)缺點(diǎn)電凝并是一種可使細(xì)顆粒長(zhǎng)大的重要預(yù)處理手段，在聲、磁、電、熱、化學(xué)等多種團(tuán)聚促進(jìn)技術(shù)中，不少學(xué)者認(rèn)為電凝并是最為可行的凝并方式；將其和現(xiàn)有靜電除塵器結(jié)合可望顯著提高對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果，具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景。目前除了利用雙級(jí)靜電凝并技術(shù)的Indigo凝聚器有工程應(yīng)用實(shí)例外，電凝并技術(shù)研究總體上還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。 十一、 化學(xué)及其他團(tuán)聚促進(jìn)技術(shù)引言化學(xué)團(tuán)聚是一種添加化學(xué)團(tuán)聚劑（吸附劑、粘結(jié)劑）促進(jìn)細(xì)顆粒物脫除的預(yù)處理方法，主要通過(guò)物理吸附和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)的；根據(jù)化學(xué)團(tuán)聚劑加入位置的不同，又可分為燃燒中化學(xué)團(tuán)聚和燃燒后化學(xué)團(tuán)聚，主要針對(duì)燃煤細(xì)顆粒物的

31、控制。燃燒中化學(xué)團(tuán)聚燃燒中化學(xué)團(tuán)聚 燃燒中化學(xué)團(tuán)聚是指在燃燒室中注入高溫條件下能夠穩(wěn)定存在的固相或氣相吸附劑，通過(guò)為氣態(tài)細(xì)顆粒物前驅(qū)物提供凝結(jié)基核或與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而抑制細(xì)顆粒物的形成，并增大燃煤顆粒物的粒度；在燃燒室內(nèi)加入吸附劑除了可抑制細(xì)顆粒物生成外，還可同時(shí)捕獲金屬元素。Zhuang等（2003）及華中科技大學(xué)在滴管爐上做了類似試驗(yàn)，吸附劑使用氧化鈦蒸汽；結(jié)果均表明在燃燒系統(tǒng)中加入氣態(tài)吸附劑可以改變細(xì)顆粒的成核方式，進(jìn)而可有效抑制細(xì)顆粒的生成。 燃后區(qū)化學(xué)團(tuán)聚燃后區(qū)化學(xué)團(tuán)聚 燃燒后化學(xué)團(tuán)聚是指通過(guò)在煙氣噴入少量團(tuán)聚促進(jìn)劑，利用絮凝理論增加細(xì)顆粒之間的液橋力和固橋力，促使細(xì)顆粒物團(tuán)聚長(zhǎng)

32、大，進(jìn)而提高后續(xù)常規(guī)除塵設(shè)備的脫除效率?；瘜W(xué)團(tuán)聚劑添加系統(tǒng)主要由團(tuán)聚劑貯槽、團(tuán)聚液配制槽、團(tuán)聚液霧化系統(tǒng)等組成。該技術(shù)與在煙氣進(jìn)入靜電除塵設(shè)施前噴NH3、SO3、H2O等物質(zhì)的煙氣調(diào)節(jié)措施有些相似，但其主要用以調(diào)節(jié)粉塵比電阻和煙溫，無(wú)法促使細(xì)顆粒物團(tuán)聚長(zhǎng)大。圖6.1 化學(xué)團(tuán)聚劑添加系統(tǒng)（a）未加團(tuán)聚劑 （b）PAM （c）XTG 超細(xì)顆粒團(tuán)聚前后微觀形貌變化優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)燃燒中化學(xué)團(tuán)聚技術(shù)，只是提供了一種有可能促進(jìn)細(xì)顆粒脫除的技術(shù)途徑，離實(shí)際應(yīng)用還有較長(zhǎng)距離，其最大好處在于可同時(shí)控制痕量重金屬元素排放； 燃后區(qū)化學(xué)團(tuán)聚技術(shù)，既不改變正常生產(chǎn)條件，也不改變現(xiàn)有的除塵設(shè)備和操作參數(shù)，就可促使細(xì)顆粒物

33、的有效團(tuán)聚長(zhǎng)大，從而提高后續(xù)常規(guī)除塵設(shè)備對(duì)細(xì)顆粒的脫除效率，具有一定的應(yīng)用前景；除聲團(tuán)聚、磁團(tuán)聚、電凝并、化學(xué)團(tuán)聚外，應(yīng)用熱、湍流邊界層、光等技術(shù)也可不同程度地促進(jìn)細(xì)顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大，但存在較大局限性，目前工業(yè)應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較小。 十二、十二、 電袋復(fù)合除塵器電袋復(fù)合除塵器l 電袋復(fù)合除塵器是一種綜合了靜電除塵和布袋除塵兩種成熟的除塵技術(shù)而提出的一種新型除塵設(shè)備。采用常規(guī)靜電除塵的第一電場(chǎng)作為一級(jí)除塵單元，除去煙氣中的粗顆粒煙塵，然后利用布袋作為二級(jí)除塵單元除去剩余的微細(xì)顆粒。圖 電袋復(fù)合除塵器工作原理煙氣的流過(guò)路徑：進(jìn)口煙道進(jìn)口煙箱靜電除塵區(qū)布袋除塵區(qū)凈氣室出口煙道風(fēng)機(jī)。 技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)

34、上世紀(jì)七十年代，美國(guó)精密工業(yè)公司就設(shè)計(jì)了把靜電應(yīng)用于織物過(guò)濾的裝置，并將該典型裝置模型定為“阿匹特?。ˋpitron）”。上世紀(jì)九十年代，美國(guó)電力研究所開發(fā)了靜電和布袋串連的緊湊型混合顆粒收集器（COHPAC）。美國(guó)北達(dá)科他（North Dakota）大學(xué)能源與環(huán)境研究中心（EERC）開發(fā)了更緊湊的先進(jìn)混合型除塵器（AHPC），實(shí)現(xiàn)了電除塵與布袋除塵的協(xié)同作用，并進(jìn)行了工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)；靜電除塵器：除塵性能受粉塵物理和化學(xué)特性影響很大，對(duì)于高比阻粉塵、細(xì)粉塵及高粘性粉塵等應(yīng)用效果不理想，特別是在0.11m的粒徑區(qū)間內(nèi)存在一個(gè)顆粒物穿透窗口，在這一區(qū)間的平均捕集效率低于90%。除塵效率與集塵面積大

35、體呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，要達(dá)到較高的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須大幅度增大集塵面積，造成投資不經(jīng)濟(jì)。氣流的沖刷和清灰過(guò)程中引起的粉塵飛揚(yáng)使電除塵器實(shí)際除塵性能下降。布袋除塵器： 運(yùn)行阻力大；特別是處理高濃度大風(fēng)量的含塵氣體時(shí)，系統(tǒng)壓力降往往很大，造成除塵器后的引風(fēng)機(jī)功率大，運(yùn)行費(fèi)用高；濾袋壽命有限，更換濾袋費(fèi)用高，工作量大； 化學(xué)纖維濾袋不能承受高溫?zé)煔?，?duì)煙氣中的水分含量和油性含量有較嚴(yán)格的要求。電袋復(fù)合除塵器需解決的關(guān)鍵問(wèn)題靜電除塵單元和布袋除塵單元之間的結(jié)合形式、結(jié)合間煙氣分配的均勻性問(wèn)題；供電條件和電極配置結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化； 布袋單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)；針對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣特性，建立靜電布袋復(fù)合除塵器的控制與運(yùn)行模式。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 十三、 柴油車微物排放控制技術(shù) 引言引言柴油機(jī)排氣微?？刂萍夹g(shù)：機(jī)內(nèi)凈化：著重于從改善燃燒角度來(lái)降低微粒排放。 機(jī)外凈化：主要指排氣后處理，是將柴油機(jī)尾氣引入專門的后處理裝置中，清除其中的有害成分后再排