搜索
凝并的定义凝并是微粒在外力作用下相互碰撞或黏附而聚结成较大颗粒的过程凝并降尘机理(1)凝并过程:由于颗粒粒径较小,细颗粒在气溶胶中的运动符合布朗运动,细颗粒在布朗力驱动下对抗重力作用或静电斥力作用相互碰撞并粘连在一起形成大颗粒,使得颗粒的数量减小,平均粒径增大。(2)捕集过程:部分细颗粒和粗颗粒碰撞后被粗颗粒捕集并附着在其上,随粒径增大重力作用占主导,最终颗粒物沉降而被去除。凝并作用分类1布朗运动作用增强法2扰动法3气溶胶颗粒物增加法1布朗运动作用增强法由于细微颗粒运动主要受布朗运动、重力、静电斥力作用。当布朗运动作用大于细微颗粒间静电斥力作用时发生碰撞,细微颗粒将更宜碰撞粘在一起,粒径增大后重力作用大于布朗运动作用出现凝并现象。此种方法主要有气溶胶升温法,根据布朗运动的机理,使气溶胶升温,从而达到增加颗粒运动速度的目的,同时可以引起气溶胶的密度、浓度等发生变化。由于这类方法需要给气体加温,因而适宜少量废气的处理,对工业中产生的大量废气较难实现加温,而且投资比较大,如果有适宜的热流体可以考虑热交换从而实现。2扰动法利用颗粒物粒径不同,及其在外加扰动作用下颗粒物之间的速度增量差异,促使颗粒物间发生相对运动,提高细微颗粒间发生碰撞并粘的几率。因此,在气溶胶管路中选取一段管路局部增加对气溶胶的扰动作用,使颗粒物间发生相对运动从而提高凝并作用效果。此类方法主要包括气溶胶升温法、声波凝并法、脉动排气法和电凝并法等。2.1声波凝并法声波凝并法就是利用声场中的声波带动空气振动,从而使粒径、密度等不同性质的颗粒发生不同振幅的振动,使得振幅幅度较大的小粒子与振幅较小的大粒子相互碰撞并发生凝并。此外,在声辐射压作用下,粒子还会在声驻波波腹上沉积凝并。此法适宜处理浓度较高且颗粒粒径较大的气体;但对低浓度、含呼吸性粉尘的气体,处理时间长、能耗大,且效率不高。细颗粒物声凝并的机理目前的研究认为声凝并机理除了颗粒凝并过程中普遍存在的布朗扩散、重力沉积外，还有同向运动、流体力学作用、声致湍流等重要机理。2.1.1同向运动根据声波夹带理论，处于声场中的细颗粒物受声波夹带作往复振动，粒径与密度较大的颗粒由于惯性较大，振幅较小；与此相反，粒径与密度较小的颗粒，振幅较大。这种由于声波对不同粒径和密度颗粒的夹带程度不同而引起的凝并，称为同向运动凝并。2.2.2流体力学作用流体力学作用是指由于流体力学作用力和颗粒周围流场的非对称性产生的颗粒相互作用。流体力学作用机理能够存在于间距大于声波夹带位移的颗粒之间，同时被认为是单分散颗粒凝并的主要原因，其又可分为声尾流机理和互辐射压力机理。①声尾流声尾流作用是由Ossen流中运动颗粒周围流场的非对称性引起的。两个距离较近的颗粒受声波夹带而发生运动时，前一颗粒之后形成尾流效应，后一颗粒受此影响速度增加，在往复运动中靠近、接触，进而凝并在一起。②互辐射压力声辐射压力是由于声波向颗粒传递动量对颗粒产生的非线性效应。在声辐射压力作用下，颗粒向驻波声场的波腹或波节点漂移，漂移方向取决于颗粒粒径和密度。互辐射压力是指由原入射波和散射波的非线性效应引起的相邻两颗粒的相互作用。由于互辐射压力使颗粒靠近并凝并在一起的机制被称为互辐射压力作用机理2.2.3.声致湍流当声场强度超过一定值之后，流场呈现剧烈的相对运动和高频脉动，这种由于强声波的非线性效应引起的流体湍动，使得细颗粒物之间相互靠近并发生凝并的相互作用机理称为声致湍流凝并机理。2.2脉动排气法脉动排气法是利用柴油机排气的脉动特点,气溶胶的脉动带动微粒也随之脉动,微粒粒径越大,则其脉动速度的幅值越小、相位滞后越多,而粒径越小,脉动速度的幅值越大、相位滞后越少,从而造成颗粒间相对运动,发生碰撞凝并。宁智等根据柴油机排气特点,建立了脉动排气中气固两相流动的微粒动力学方程。从方程中发现当微粒粒径差别越大,脉动速度的幅值和相位的差别越明显,加剧了微粒相互碰撞的机会,使得脉动排气中微粒的凝并成为可能。2.3电凝并法电凝并法是指使颗粒经异极性荷电后,引入到加有高压电场的凝并区中,荷电尘粒在交变电场力作用下产生往复振动(造成颗粒间的相对运动以及异性电荷的相互吸力)使得粒子相互碰撞、凝并。目前电凝并方法主要包括以下四种:直流电场中异极性荷电粉尘的凝并;直流电场中同极性荷电粉尘的凝并;交变电场中同极性荷电粉尘的凝并以及交变电场中异极性荷电粉尘的凝并,其中异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并是提高电凝并速率的有效方法,其装置结构如图1所示,凝并颗粒最后在收尘区被捕集下来。24双极荷电和静电凝并双极荷电和静电凝并装置的基本原理双极荷电装置设正极荷电通道和负极荷电通道，各通道相间而隔，使得通过其中的粉尘分别荷正电，荷正电荷尘和和荷负电荷粉尘，本身就具有相互吸引的库仑力作用，进入交变电场后，分别向各自极性相反的极板移动，这就烟气中荷电粉尘相互碰撞的几率进一步增加，使可吸入颗粒物凝并成大颗粒物，从而很好的进入电除尘器中进行捕集，降低可吸入颗粒物的排放水平，也提高了除尘效率。双极荷电和静电凝并装置主要由三大部分组成：一部分是荷电段的荷电本体系统，它是实现气体电离粉尘荷电的场所；另一部分是静电凝并段的本体系统，它是实现荷电粉尘相互凝并的场所；还有一部分是双极荷电和静电凝并装置的供电控制系统，是分别用于向荷电段电极提供高压脉冲直流电源，和向静电凝并段交变电场提供交变电压的系统。3气溶胶颗粒物增加法气溶胶颗粒物增加法是人为增加气溶胶中颗粒物的数量,减少气溶胶中颗粒物间的距离,以达到加大颗粒物间发生碰撞凝并机率的目的。增加的颗粒物按照粒径划分可分为两种:一、增加与污染物颗粒间有较好亲合性的小颗粒,污染物颗粒与小颗粒易发生成核作用结成大颗粒物;二、投加与污染物颗粒有较好亲合性的大颗粒,大颗粒吸附细小的污染颗粒物,吸附后还能起到对污染颗粒网捕作用。这类方法包括水雾法、投加大颗粒物法。颗粒凝并过程中需要考虑的几个因素1颗粒间彼此存在作用力情况下的凝并气溶胶颗粒在彼此的碰撞过程中,会受到颗粒之间的分子势力影响,尤其当气溶胶颗粒带电、带磁等情况,其彼此之间的电场力或磁场力会大大的影响颗粒之间的碰撞。2颗粒的回弹当固体颗粒彼此之间发生碰撞时,并不是所有发生碰撞的颗粒都会发生凝并现象。在碰撞过程中,颗粒的动能会逐渐转化成变形能(包括塑性变形能和弹性变形能)。当颗粒促使回弹的弹性变形能大于颗粒的粘着能时,颗粒就会发生回弹,最终彼此分开。3颗粒自身属性的影响在颗粒的凝并过程中,颗粒的自身属性也会很大地影响到颗粒的凝并。颗粒的碰撞频率函数只与颗粒的温度、体积、密度以及扩散系数等有关,而与颗粒的弹性模量、颗粒表面的粗糙程度、泊松比以及颗粒的表面能等参数无关。但是,在实际的凝并过程中,颗粒的弹性模量、表面粗糙度、表面能以及泊松比等因素都会对其产生很大的影响。