去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供去除氣溶膠中的細(xì)顆粒物的方法和系統(tǒng)，利用包含相互平行的片狀構(gòu)件和片狀構(gòu)件之間的干擾物的細(xì)顆粒物捕獲裝置，使氣溶膠在片狀構(gòu)件之間的通道中形成湍流，利用湍流漲落、熱泳力和/或蒸汽壓梯度力的作用，使氣溶膠中的細(xì)顆粒物沉降到片狀構(gòu)件的外表面，同時(shí)使所述片狀構(gòu)件外表面上形成水膜，防止沉降的顆粒物被氣流二次攜帶。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以有效去除氣溶膠中的細(xì)顆粒物，特別是亞微米顆粒物，大幅降低其數(shù)濃度。
【專利說明】
去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)廢氣及空氣凈化領(lǐng)域，具體涉及去除氣溶膠，特別是含濕氣溶膠 中細(xì)顆粒物，特別是亞微米顆粒物的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002 ]氣溶膠(aero so 1)由固體或液體顆粒物分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散 體系，又稱氣體分散體系。其分散相為固體或液體顆粒物，其大小為0.001~1〇〇μπι(微米）， 分散介質(zhì)為氣體。對(duì)于氣溶膠，顆粒物的數(shù)目遠(yuǎn)比顆粒物的質(zhì)量對(duì)其特性影響更大，所以通 常按照單位體積內(nèi)顆粒物的數(shù)目來計(jì)算其濃度，簡(jiǎn)稱為數(shù)濃度。
[0003] 天空中的云、霧、塵埃，工業(yè)上和運(yùn)輸業(yè)上用的鍋爐和各種發(fā)動(dòng)機(jī)里未燃盡的燃料 所形成的煙氣，采礦、采石場(chǎng)磨材和糧食加工時(shí)所形成的含固體粉塵的廢氣，人造的掩蔽煙 幕和毒煙等都是氣溶膠的具體實(shí)例。
[0004] 霾是大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于IOkm的空氣普 遍混濁現(xiàn)象，這里的干塵粒指的是干氣溶膠粒子。一般情況下，當(dāng)能見度在1~IOkm時(shí)可能 既有干氣溶膠的影響（即霾的影響），也可能有水滴的貢獻(xiàn)(即輕霧的貢獻(xiàn)），且不易區(qū)分，所 以就被稱為"霧-霾"現(xiàn)象。如果大氣中沒有氣溶膠粒子作為云霧的凝結(jié)核(或冰核），則無法 形成霧，所以霧和霾的背后都與氣溶膠粒子有關(guān)。
[0005] 細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的固體顆粒物或液 滴(簡(jiǎn)稱ΡΜ2.5)。雖然ΡΜ2.5在大氣成分中含量很少，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見度等有重要的 影響。與較粗的大氣顆粒物相比，ΡΜ2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例 如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán) 境質(zhì)量的影響更大。
[0006] 亞微米顆粒物是指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于Ιμπι的固體顆?；?液滴(簡(jiǎn)稱PMl)。PMl粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距 離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。ΡΜ2.5可以進(jìn)入人的肺部，而PMl甚至可 以進(jìn)入人的血液。PMl在ΡΜ2.5中的質(zhì)量占比不高，但數(shù)濃度比卻接近90 %。
[0007] 工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的含濕氣溶膠(相對(duì)濕度80 %以上），此類氣溶膠中會(huì)含有 一定量的微細(xì)粉塵、可凝結(jié)顆粒物、小液滴等細(xì)顆粒物。常規(guī)的濕式除塵器，多是使含塵氣 體與液體(一般為水)密切接觸，利用水滴和顆粒的慣性碰撞或者利用水和粉塵的充分混合 作用，或使顆粒增大或留于固定容器內(nèi)達(dá)到水和粉塵分離效果，實(shí)際應(yīng)用表明此類技術(shù)對(duì) 于高濕度氣溶膠中的粗顆粒物去除效果較佳，對(duì)其中的細(xì)顆粒物去除效果不佳，難于滿足 日益提高的環(huán)保要求。
[0008] 當(dāng)前去除廢氣中的細(xì)顆粒物的主要技術(shù)為袋式除塵技術(shù)與靜電除塵技術(shù)，前者較 后者效率更高。袋式除塵技術(shù)在高濕度氣溶膠中應(yīng)用時(shí)，易出現(xiàn)粉塵層吸水板結(jié)問題，影響 正常清灰，不能連續(xù)運(yùn)行。靜電除塵技術(shù)中有一種濕電除塵技術(shù)，可用于處理高濕度氣溶 膠，近些年，一些企業(yè)開始應(yīng)用濕式電除塵器對(duì)高濕度氣溶膠進(jìn)行除塵處理，按質(zhì)量濃度 計(jì)，可達(dá)到70%左右的去除效率，但受荷電機(jī)制限制，粒子粒徑越小，荷電越困難，其對(duì)于含 濕氣溶膠中的亞微米粒子的去除效率并不高，按照數(shù)濃度計(jì)算的去除效率并不高，而且造 價(jià)昂貴、運(yùn)行成本高、設(shè)備腐蝕故障頻發(fā)，難于普遍推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供能有效去除氣溶膠中細(xì)顆粒物，特別是亞微米顆粒的系統(tǒng)和 方法。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法，包括:使氣溶膠通過 細(xì)顆粒物捕獲裝置，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu)件之間的干 擾物，所述片狀構(gòu)件基本上相互平行且基本上平行于氣溶膠的流動(dòng)方向，相鄰片狀構(gòu)件之 間形成通道，以使得氣溶膠在通道間形成湍流;并且使所述片狀構(gòu)件外表面上形成水膜；由 此使得所述細(xì)顆粒物沉降到所述片狀構(gòu)件的外表面上，并通過水膜流動(dòng)而被去除。
[0011] 在一些實(shí)施方案中，相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片狀構(gòu)件在氣溶膠流動(dòng)方向上的 長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。在優(yōu)選實(shí)施方案中，相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片狀構(gòu)件 在氣溶膠流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于2倍的湍流強(qiáng)度。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，氣溶膠的相對(duì)濕度在60%以上。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，氣溶膠 的相對(duì)濕度為飽和、近飽和或過飽和。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低2°C以上。在優(yōu) 選的實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低5°C以上。在更優(yōu)選的實(shí)施 方案中，所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低l〇°C以上。
[0014] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道，管道內(nèi)流通 冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。所述冷卻液可以是水、氟利昂、甲 醇、乙醇、丙酮、氨水等液體中的一種或多種的混合物。
[0015] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片 構(gòu)成所述片狀構(gòu)件，換熱器基管構(gòu)成所述干擾物。在一些實(shí)施方案中，翅片管換熱器是常規(guī) 管式換熱器。所述翅片管換熱器更優(yōu)選是翅片熱管換熱器。
[0016] 在另一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心管，實(shí)心管 外接冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，細(xì)顆粒物捕獲裝置由金屬材料，如鋁、銅和鋼中的一種或多種 復(fù)合制成。
[0018] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，細(xì)顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質(zhì)的金屬構(gòu)件經(jīng)防腐材 料噴涂處理或鈍化處理。
[0019] 在另一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì)顆粒物捕獲 裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物。氣溶膠在兩個(gè)半導(dǎo)體熱 電片的冷端之間的通道中形成湍流。
[0020] 在一些實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件外表面的溫度低于氣溶膠的溫度，使得氣溶膠 中的水分冷凝在所述片狀構(gòu)件的外表面形成水膜。
[0021] 在另一些實(shí)施方案中，向所述片狀構(gòu)件的外表面上噴水或水溶液，以在所述片狀 構(gòu)件的外表面形成水膜。
[0022] 在一些實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為在氣溶膠流動(dòng)方向的橫截面上并列 布置的一組細(xì)顆粒物捕獲裝置。
[0023] 在一些實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為沿氣溶膠流動(dòng)方向上布置的多組細(xì) 顆粒物捕獲裝置，每組細(xì)顆粒物捕獲裝置并列布置于氣溶膠流動(dòng)方向的一個(gè)橫截面上。相 鄰兩組細(xì)顆粒物捕獲裝置可以錯(cuò)排布置或順排布置。
[0024] 在一些實(shí)施方案中，在所述氣溶膠通過所述細(xì)顆粒物捕獲裝置之后，利用其它顆 粒物捕集裝置，例如除霧器或除塵器進(jìn)一步去除大粒徑液滴顆粒物。
[0025] 在一些實(shí)施方案中，在氣溶膠在通過細(xì)顆粒物捕獲裝置之前，進(jìn)行預(yù)處理，以提高 其相對(duì)濕度。
[0026]在一些實(shí)施方案中，氣溶膠在片狀構(gòu)件之間的流速優(yōu)選為2-20m/s。
[0027] 本發(fā)明中，所述氣溶膠包括但不限于高濕度煙氣，特別是經(jīng)過濕法脫硫處理的高 濕度煙氣。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)，包括:供氣溶膠流 動(dòng)的氣流通道，該氣流通道內(nèi)設(shè)有細(xì)顆粒物捕獲裝置，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩 個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu)件之間的干擾物，所述片狀構(gòu)件基本上相互平行且基本上平行于氣 流走向。
[0029] 在一些實(shí)施方案中，相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片狀構(gòu)件在氣溶膠流動(dòng)方向上的 長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片狀構(gòu) 件在氣溶膠流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于2倍的湍流強(qiáng)度。
[0030] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道，管道內(nèi)流通 冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。所述冷卻液可以是水、氟利昂、甲 醇、乙醇、丙酮、氨水等液體中的一種或多種的混合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物 捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片構(gòu)成所述片狀構(gòu)件，換熱器基管構(gòu)成所述干擾 物。所述翅片管換熱器可以是常規(guī)管式換熱器，更優(yōu)選是翅片熱管換熱器，更優(yōu)選是分離式 熱管換熱器。。
[0031] 在另一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心管，實(shí)心管 外接冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。
[0032] 在一些實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置由金屬材料，如鋁、銅和鋼中的一種或 幾種復(fù)合制成。
[0033] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，細(xì)顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質(zhì)的金屬構(gòu)件經(jīng)防腐材 料噴涂處理或鈍化處理。
[0034] 在另一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì)顆粒物捕獲 裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物。
[0035] 在一些實(shí)施方案中，在所述細(xì)顆粒物捕獲裝置的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置有噴淋裝置，用 于向所述片狀構(gòu)件的外表面上噴水或水溶液。
[0036] 在一些實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為在氣流通道的橫截面上并列布置的 一組細(xì)顆粒物捕獲裝置。
[0037] 在一些實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為沿著氣流通道走向上布置的多組細(xì) 顆粒物捕獲裝置，每組細(xì)顆粒物捕獲裝置并列布置于氣流通道的一個(gè)橫截面上。相鄰兩組 顆粒物捕獲裝置可以錯(cuò)排布置或順排布置。
[0038] 在一些實(shí)施方案中，在氣流通道中細(xì)顆粒物捕獲裝置之后，設(shè)置其它顆粒物捕集 裝置，例如除霧器或除塵器。
[0039] 在一些實(shí)施方案中，在氣流通道中細(xì)顆粒物捕獲裝置之前，設(shè)置用于提高氣溶膠 相對(duì)濕度的預(yù)處理裝置。
[0040] 本發(fā)明利用細(xì)顆粒物捕獲裝置處理高濕度氣溶膠，其結(jié)構(gòu)有利于形成湍流，借助 湍流漲落，可造成細(xì)顆粒物在平行壁面間的碰并沉降;而且金屬片狀構(gòu)件導(dǎo)熱性能強(qiáng)，作為 冷卻器時(shí)，可在翅片表面與氣溶膠間形成較大的溫度梯度，利用熱泳力推動(dòng)細(xì)顆粒物向翅 片表面移動(dòng);此外，對(duì)高濕度氣溶膠進(jìn)行降溫，會(huì)導(dǎo)致水蒸汽凝結(jié)，既可以在氣溶膠中產(chǎn)生 蒸汽壓梯度差，形成蒸汽壓梯度力，進(jìn)一步推動(dòng)細(xì)顆粒物向翅片表面移動(dòng)；同時(shí)在翅片管外 表面形成水膜，防止沉降的顆粒物被氣流二次攜帶。
[0041] 氣溶膠通過細(xì)顆粒物捕獲裝置降溫后，形成一定的蒸汽過飽和度，氣溶膠中逃逸 出的顆粒物在過飽和濕氣溶膠中作為凝結(jié)核，被凝結(jié)水包裹長(zhǎng)大，可進(jìn)一步在后面的除霧 器、濕電除塵器、文丘里除塵器等顆粒物捕集裝置中被去除。由此可實(shí)現(xiàn)高濕度氣溶膠中的 細(xì)顆粒物的高效去除，實(shí)現(xiàn)電力、鋼鐵、化工、木材加工等行業(yè)中的廢氣凈化及空氣凈化。 [0042]具體而言，本發(fā)明涉及以下方案：
[0043] 方案1.去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法，包括:使氣溶膠通過細(xì)顆粒物捕獲裝置，所 述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu)件之間的干擾物，所述片狀構(gòu)件基 本上相互平行且基本上平行于氣溶膠的流動(dòng)方向，相鄰片狀構(gòu)件之間形成通道，以使得氣 溶膠在通道間形成湍流;并且使所述片狀構(gòu)件外表面上形成水膜；由此使得所述細(xì)顆粒物 沉降到所述片狀構(gòu)件的外表面上，并通過水膜流動(dòng)而被去除。
[0044] 方案2.根據(jù)方案1的方法，其中相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與所述片狀構(gòu)件在氣溶 膠流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。
[0045] 方案3.根據(jù)方案1或2的方法，其中氣溶膠的相對(duì)濕度在60%以上。
[0046] 方案4.根據(jù)方案3的方法，其中氣溶膠的相對(duì)濕度為飽和、近飽和或過飽和。
[0047] 方案5.根據(jù)方案1-4任一項(xiàng)的方法，其中所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的 溫度低2°C以上。
[0048]方案6.根據(jù)方案5的方法，其中所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低5°C 以上。
[0049] 方案7.根據(jù)方案1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道， 管道內(nèi)流通冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。
[0050] 方案8.根據(jù)方案7的方法，其中所述冷卻液為水、氟利昂、甲醇、乙醇、丙酮、氨水等 液體中的一種或多種的混合物。
[0051 ]方案9.根據(jù)方案7或8的方法，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱 器上的翅片構(gòu)成所述片狀構(gòu)件，換熱器基管構(gòu)成所述干擾物。
[0052]方案10.根據(jù)方案9的方法，其中所述翅片管換熱器是翅片熱管換熱器。
[0053]方案11.根據(jù)方案1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心 管，實(shí)心管外接冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。
[0054]方案12.根據(jù)方案7-11任一項(xiàng)的方法，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置由金屬材料制 成。
[0055] 方案13.根據(jù)方案12的方法，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質(zhì)的金 屬構(gòu)件經(jīng)防腐材料噴涂處理或鈍化處理。
[0056] 方案14.根據(jù)方案1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì) 顆粒物捕獲裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物，氣溶膠在兩 個(gè)半導(dǎo)體熱電片的冷端之間的通道中形成湍流。
[0057]方案15.根據(jù)方案1-14任一項(xiàng)的方法，其中所述片狀構(gòu)件外表面的溫度低于氣溶 膠的溫度，使得氣溶膠中的水分冷凝在所述片狀構(gòu)件的外表面形成水膜。
[0058]方案16.根據(jù)方案1-14任一項(xiàng)的方法，其中向所述片狀構(gòu)件的外表面上噴水或水 溶液，以在所述片狀構(gòu)件的外表面形成水膜。
[0059] 方案17.根據(jù)方案1-16任一項(xiàng)的方法，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為在氣溶膠流 動(dòng)方向的橫截面上并列布置的一組細(xì)顆粒物捕獲裝置。
[0060] 方案18.根據(jù)方案1-16任一項(xiàng)的方法，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為沿氣溶膠流 動(dòng)方向上布置的多組細(xì)顆粒物捕獲裝置，每組細(xì)顆粒物捕獲裝置并列布置于氣溶膠流動(dòng)方 向的一個(gè)橫截面上。
[0061] 方案19.根據(jù)方案18的方法，其中相鄰兩組細(xì)顆粒物捕獲裝置錯(cuò)排布置或順排布 置。
[0062]方案20.根據(jù)方案1-19任一項(xiàng)的方法，其中在所述氣溶膠通過所述細(xì)顆粒物捕獲 裝置之后，利用其它顆粒物捕集裝置進(jìn)一步去除大粒徑液滴顆粒物。
[0063] 方案21.根據(jù)方案20的方法，其中所述其它顆粒物捕集裝置是除霧器或除塵器。
[0064] 方案22.根據(jù)方案1-21任一項(xiàng)的方法，其中在所述氣溶膠在通過細(xì)顆粒物捕獲裝 置之前，進(jìn)行預(yù)處理，以提高其相對(duì)濕度。
[0065]方案23.根據(jù)方案1-22任一項(xiàng)的方法，其中所述氣溶膠在片狀構(gòu)件之間的流速為 2_20m/s〇
[0066]方案24.去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)，包括:供氣溶膠流動(dòng)的氣流通道，該氣流 通道內(nèi)設(shè)有細(xì)顆粒物捕獲裝置，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu) 件之間的干擾物，所述片狀構(gòu)件基本上相互平行且基本上平行于氣流走向。
[0067]方案25.根據(jù)方案24的系統(tǒng)，其中相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與所述片狀構(gòu)件在氣 溶膠流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。
[0068]方案26.根據(jù)方案24或25的系統(tǒng)，其中所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道，管 道內(nèi)流通冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。
[0069] 方案27.根據(jù)方案26的系統(tǒng)，其中所述冷卻液為水、氟利昂、甲醇、乙醇、丙酮、氨水 等液體中的一種或多種的混合物。
[0070] 方案28.根據(jù)方案26或27的系統(tǒng)，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換 熱器上的翅片構(gòu)成所述片狀構(gòu)件，換熱器基管構(gòu)成所述干擾物。
[0071] 方案29.根據(jù)方案28的系統(tǒng)，其中所述翅片管換熱器是翅片熱管換熱器。
[0072]方案30.根據(jù)方案29的系統(tǒng)，其中所述熱管換熱器是分尚式熱管換熱器。
[0073]方案31.根據(jù)方案24或25的系統(tǒng)，其中所述干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心管， 實(shí)心管外接冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。
[0074] 方案32.根據(jù)方案26-31任一項(xiàng)的系統(tǒng)，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置由金屬材料制成。
[0075] 方案33.根據(jù)方案32的系統(tǒng)，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質(zhì)的金 屬構(gòu)件經(jīng)防腐材料噴涂處理或鈍化處理。
[0076] 方案34.根據(jù)方案24或25的系統(tǒng)，其中所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì)顆粒 物捕獲裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物。
[0077] 方案35.根據(jù)方案24-34任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中在所述細(xì)顆粒物捕獲裝置的一側(cè)或兩 側(cè)設(shè)置有噴淋裝置，用于向所述片狀構(gòu)件的外表面上噴水或水溶液。
[0078] 方案36.根據(jù)方案24-35任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為在氣流通道 的橫截面上并列布置的一組細(xì)顆粒物捕獲裝置。
[0079] 方案37.根據(jù)方案24-35任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為沿著氣流通 道走向上布置的多組細(xì)顆粒物捕獲裝置，每組細(xì)顆粒物捕獲裝置并列布置于氣流通道的一 個(gè)橫截面上。
[0080] 方案38.根據(jù)方案37的系統(tǒng)，其中相鄰兩組細(xì)顆粒物捕獲裝置錯(cuò)排布置或順排布 置。
[0081 ]方案39.根據(jù)方案24-38任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中在氣流通道中細(xì)顆粒物捕獲裝置之 后，設(shè)置其它顆粒物捕集裝置。
[0082]方案40.根據(jù)方案39的系統(tǒng)，其中所述其它顆粒物捕集裝置是除霧器或除塵器。 [0083]方案41.根據(jù)方案24-40任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中在氣流通道中細(xì)顆粒物捕獲裝置之 前，設(shè)置用于提高氣溶膠相對(duì)濕度的預(yù)處理裝置。
【附圖說明】
[0084] 圖1是本發(fā)明的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法的示意圖。
[0085] 圖2是以熱電片作為片狀構(gòu)件的細(xì)顆粒物捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0086] 圖3是一組細(xì)顆粒物捕獲裝置的排列方式示意圖。
[0087] 圖4是多組細(xì)顆粒物捕獲裝置的排列方式示意圖。
[0088] 圖5是翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0089] 圖6是本發(fā)明的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法的另一示意圖。
[0090] 圖7是本發(fā)明的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法的另一示意圖。
[0091] 圖8是本發(fā)明的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法的另一示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0092]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參 照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本 發(fā)明的概念。
[0093]根據(jù)氣溶膠力學(xué)分析，粒子尺寸在IOMi以下時(shí)，跟粒子慣性迀移相關(guān)的力多小于 粘性曳力，粒子在氣體中的跟隨性很好，難于分離。本發(fā)明借助湍流漲落和/或小空間尺度 中熱泳力、蒸氣壓梯度等微觀力的作用結(jié)合使細(xì)顆粒物沉降在壁面上，并藉由壁面上的水 膜帶走細(xì)顆粒物，從而達(dá)到去除細(xì)顆粒物的效果。
[0094]如圖1所示，本發(fā)明的去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法包括:使氣溶膠通過細(xì)顆粒物 捕獲裝置1，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件2以及片狀構(gòu)件之間的干擾物3， 所述片狀構(gòu)件基本上相互平行且基本上平行于高濕度氣溶膠的流動(dòng)方向，相鄰片狀構(gòu)件之 間形成通道，以使得氣溶膠在通道間形成湍流;并且使所述片狀構(gòu)件外表面上形成水膜；由 此使得所述細(xì)顆粒物沉降到所述片狀構(gòu)件的外表面上，并通過水膜流動(dòng)而被去除。
[0095]以下理論可用于解釋本發(fā)明。
[0096] -方面，當(dāng)氣溶膠在相互平行的片狀構(gòu)件形成的通道中形成湍流時(shí)，湍流漲落可 造成細(xì)顆粒物在片狀構(gòu)件的外表面間碰撞和沉淀，強(qiáng)化細(xì)顆粒物向片狀構(gòu)件外表面的沉 降。片狀構(gòu)件外表面上存在的水膜對(duì)沉降的細(xì)顆粒物產(chǎn)生吸附力，避免沉降的細(xì)顆粒物被 高濕度氣溶膠二次攜帶走，并可以通過水膜流動(dòng)將細(xì)顆粒物排出。
[0097]湍流又稱紊流，是一種不規(guī)則流動(dòng)現(xiàn)象，流體在流道中的流速增大到一定的數(shù)值 后，流體的流動(dòng)狀態(tài)即由層流變?yōu)橥牧?。流?dòng)氣體處于層流還是湍流，通常用其雷諾數(shù)(Re) 進(jìn)行判斷。雷諾數(shù)是在流動(dòng)條件下流體的慣性力與粘性力的無量綱比值。雷諾數(shù)可以表征 流體流動(dòng)特性（即層流或湍流）。雷諾數(shù)的計(jì)算和流體流動(dòng)狀態(tài)的確定在本領(lǐng)域技術(shù)人員掌 握的技術(shù)之內(nèi)。
[0098]雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式為：
[0100] 式中:P是流體密度，V是流體流速，μ是=流體粘度，L是特征長(zhǎng)度。
[0101] 術(shù)語"特征長(zhǎng)度"是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。例如，當(dāng)氣體流過圓形管道時(shí)，術(shù)語 "特征長(zhǎng)度"為管道的當(dāng)量直徑。當(dāng)流體流過平板時(shí)，術(shù)語"特征長(zhǎng)度"為自板端向后流過的 距離。
[0102] 研究表明，當(dāng)流體在平面上流動(dòng)，雷諾數(shù)大于500000時(shí)，方為湍流，當(dāng)流體繞干擾 物流動(dòng)，雷諾數(shù)大于5000時(shí)，就可形成湍流(參見《邊界層理論》，德國(guó)，h.史里希廷，徐燕侯 翻譯，科學(xué)出版社，1991年2月）。因此在本發(fā)明中，在片狀構(gòu)件之間設(shè)置干擾物，使得氣溶膠 形成對(duì)干擾物的繞流，以利于產(chǎn)生端流。以氣體流速I Om/ S，在外徑6 5mm，基管外徑2 5mm的翅 片管間流動(dòng)為例，如果氣體在同等尺寸的平板間流動(dòng)，雷諾數(shù)約為30000，為層流;而在翅片 管的情況下，由于基管的存在，氣體繞基管流動(dòng)，雷諾數(shù)約為13000,為湍流，因此，在片狀構(gòu) 件之間設(shè)置干擾物更有利于湍流的形成。
[0103] "湍流漲落"是指在湍流中，存在和氣流方向相垂直的氣流分速度的現(xiàn)象。依據(jù)氣 溶膠力學(xué)理論，細(xì)顆粒物在層流中主要靠推動(dòng)力較弱的分子熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))進(jìn)行擴(kuò)散， 細(xì)顆粒物向片狀構(gòu)件外表面沉降的幾率很小。但如果氣流在片狀構(gòu)件之間形成湍流，由于 湍流漲落，和氣流方向相垂直的分速度可以攜帶細(xì)顆粒物向片狀構(gòu)件外表面沉降。
[0104] 氣流湍流漲落的強(qiáng)弱通常用湍流強(qiáng)度來表征，湍流強(qiáng)度為湍流分速度與平均速度 的比值，其計(jì)算公式為：
[0106]式中I是湍流強(qiáng)度，Re是雷諾數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)在5000-20000范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)應(yīng)的湍流強(qiáng) 度為0.055-0.046。
[0107] 為了達(dá)到去除細(xì)顆粒物的效果，相鄰片狀構(gòu)件形成的通道在氣流流動(dòng)方向上的長(zhǎng) 度應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)，片狀構(gòu)件之間的間距應(yīng)當(dāng)足夠小。氣流在通道中停留時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)顆粒沉降 的效果越好。
[0108] 片狀構(gòu)件外表面上水膜的形成對(duì)于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)是必要的。氣體流動(dòng)會(huì)對(duì)所接觸 的顆粒物形成粘性曳力，粘性曳力的大小與流速的平方成正比，與顆粒物直徑的平方成正 比。對(duì)于直徑為IMi的顆粒物，當(dāng)其沉降在干燥壁面時(shí)，2m/s以上的風(fēng)速所形成的粘性曳力 會(huì)大于細(xì)顆粒物自身重力，細(xì)顆粒物重新被攜帶回氣流內(nèi)部。所以在干燥壁面上，即使有細(xì) 顆粒物的沉降，也很容易被經(jīng)過的氣流二次攜帶走，去除效果不理想。如果壁面上形成水 膜，水的表面張力約為〇.〇7N/m，會(huì)對(duì)浸潤(rùn)其中的顆粒物形成吸附力，此情況下，假定該直徑 為IMi的顆粒物一半浸入水中，水的表面張力乘以粒子周長(zhǎng)，為克服粘性曳力的吸附力，此 時(shí)顆粒物如要被二次攜帶，所需氣流流速要達(dá)到400m/s，考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)氣流流速不會(huì) 超過30m/s，所有沉降到水膜上的細(xì)顆粒物全被捕捉去除。所以壁面是否濕潤(rùn)，對(duì)細(xì)顆粒物 的去除效率影響很大。
[0109] 片狀構(gòu)件外表面上的水膜可以是氣溶膠中水蒸氣凝結(jié)形成，也可以通過外部噴淋 水或水溶液形成。如通過氣溶膠中水蒸氣凝結(jié)形成水膜，則需要片狀構(gòu)件外表面的溫度低 于氣溶膠的溫度，氣溶膠濕度越大，形成水膜所需的溫差越小，反之，氣溶膠濕度越小，形成 水膜所需的溫差越大。通常，當(dāng)氣溶膠相對(duì)濕度為約60%時(shí)，形成凝結(jié)水膜所需的溫差為至 少8-HTC，當(dāng)氣溶膠相對(duì)濕度為約80%時(shí)，形成凝結(jié)水膜所需的溫差為至少4-5°C，當(dāng)氣溶 膠相對(duì)濕度為約90%時(shí)，僅需要2°C的溫差就可以形成凝結(jié)水膜。本發(fā)明的氣溶膠優(yōu)選是濕 度較高(相對(duì)濕度超過60 % )的氣溶膠，更優(yōu)選相對(duì)濕度超過80 %。
[0110] 另一方面，當(dāng)片狀構(gòu)件外表面與氣流存在溫差時(shí)，在片狀構(gòu)件外表面與氣流之間 會(huì)形成溫度梯度，形成推動(dòng)氣流中顆粒物向冷壁運(yùn)動(dòng)的熱泳力，溫度梯度越高，熱泳力越 大。
[0111] 熱泳效應(yīng)是指顆粒物在具有溫度梯度的流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于冷熱區(qū)分子與其碰撞 時(shí)傳遞的動(dòng)量不同，而在總體上表現(xiàn)為受到與溫度梯度方向相反的力（即熱泳力）的作用， 使顆粒物產(chǎn)生與溫度梯度相反的運(yùn)動(dòng)速度，并沉積于低溫表面上的過程。由于溫度梯度存 在于冷壁面的邊界層內(nèi)，熱泳效應(yīng)是短程效應(yīng)，僅在壁面邊界層中發(fā)生。
[0112] 熱泳力的計(jì)算公式(參見《氣溶膠力學(xué)》，科學(xué)出版社，1960年)為：
[0114]式中F是熱泳力，Xa是氣體導(dǎo)熱系數(shù)，Xi是顆粒物導(dǎo)熱系數(shù)，η是氣體粘性系數(shù)，R是 顆粒物半徑，Γ a是溫度梯度，p是氣體密度，T是氣體溫度。由于溫度梯度存在于邊界層內(nèi)， 溫差越大，邊界層厚度越小，則溫度梯度越大。
[0115]根據(jù)流體力學(xué)理論，粘性曳力的計(jì)算公式為：
[0117]式中：F是粘性曳力，ξ是曳力系數(shù)，JiR2-顆粒物投影面積，P-氣體密度，U-氣體流 速。
[0118] 由熱泳力的計(jì)算公式可知，熱泳力大小與溫度梯度成正比，與顆粒物直徑的一次 方成正比，而粘性曳力的大小與顆粒物直徑的平方成正比，因此在相同條件下，顆粒物直徑 越小，熱泳力相對(duì)粘性曳力的比值越大，利用熱泳力實(shí)現(xiàn)沉降的效果越明顯。因此，本發(fā)明 方法對(duì)于氣溶膠中粒徑更小的亞微米顆粒物的去除效率更高，可實(shí)現(xiàn)很高的顆粒物數(shù)濃度 去除效率。
[0119] 邊界層是高雷諾數(shù)繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動(dòng)薄層，又稱流動(dòng)邊界 層、附面層，通常認(rèn)為溫度梯度、流速梯度主要存在在邊界層內(nèi)，邊界層以上的流體流動(dòng)可 看作同溫同流速的。邊界層厚度的計(jì)算公式為：
[0121] 其中Θ是邊界層厚度，L是特征長(zhǎng)度，Re是雷諾數(shù)。雷諾數(shù)越大邊界層厚度越小。當(dāng) 流體流過平板時(shí)，術(shù)語"特征長(zhǎng)度"為自板端向后流過的距離。
[0122] 再一方面，當(dāng)氣溶膠濕度較高，例如達(dá)到飽和(或近飽和)或過飽和時(shí)，氣溶膠在片 狀構(gòu)件外表面上凝結(jié)形成水膜后，在片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間會(huì)產(chǎn)生蒸汽壓梯度差，細(xì) 顆粒物會(huì)受到指向片狀構(gòu)件外表面的蒸汽壓梯度力，此力可以推動(dòng)細(xì)顆粒物沉降到片狀構(gòu) 件外表面上。
[0123] 術(shù)語"蒸汽壓梯度力"應(yīng)當(dāng)理解為，高濕氣體中的水分在發(fā)生冷凝時(shí)，會(huì)引起氣流 與冷凝壁面間的蒸汽壓梯度，并形成向著冷凝壁面的氣體分子流，造成氣體對(duì)其中的顆粒 物相對(duì)兩面的分子碰撞不同并致使顆粒物迀移，其運(yùn)動(dòng)方向指向冷凝面。與熱泳力一樣，蒸 汽壓梯度力也是微觀力，蒸汽壓梯度主要存在于冷壁面的邊界層內(nèi)。蒸汽壓梯度力的計(jì)算 較為復(fù)雜，可以看做介于不考慮其他氣體成分分壓，僅存在水蒸氣壓力梯度時(shí)，所產(chǎn)生的氣 壓梯度力，與假定氣體總氣壓不變，水蒸氣分壓變化時(shí)產(chǎn)生的斯蒂芬流的推動(dòng)力這兩個(gè)計(jì) 算數(shù)值之間的一個(gè)數(shù)值。簡(jiǎn)單地說，蒸汽壓梯度力大小與蒸汽壓梯度成正比，與顆粒物直徑 的三次方成正比。氣體相對(duì)濕度越大，邊界層厚度越小，蒸汽壓梯度越大。要利用蒸汽壓梯 度力，需要?dú)怏w本身的相對(duì)濕度較高(最好是近飽和、飽和或過飽和氣體）。
[0124] 在滿足條件的情況下，蒸汽壓梯度力可與熱泳力疊加，共同推動(dòng)細(xì)顆粒物沉降到 片狀構(gòu)件外表面上。此時(shí)，氣溶膠中的細(xì)顆粒物在湍流漲落強(qiáng)化沉降的同時(shí)，在熱泳力和蒸 汽壓梯度力的作用下克服粘性曳力的阻礙，沉降于片狀構(gòu)件外表面。片狀構(gòu)件外表面上形 成的水膜可以保證沉淀的細(xì)顆粒物不會(huì)被氣流再次攜帶走。
[0125] 上述因素(湍流漲落、熱泳力，蒸汽壓梯度力）可推動(dòng)細(xì)顆粒物向片狀構(gòu)件外表面 沉降，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致氣溶膠中不同粒徑的粒子產(chǎn)生速度差，促進(jìn)顆粒物間的碰并，兩者的效 果都會(huì)導(dǎo)致氣溶膠中細(xì)顆粒物的數(shù)濃度的降低。
[0126] 本發(fā)明的細(xì)顆粒物捕獲裝置中，片狀構(gòu)件為至少兩個(gè)，即可以是兩個(gè)或更多個(gè)，例 如三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)。多個(gè)片狀構(gòu)件可以通過增加與氣流接觸的外表面面積增加向 其外表面沉降的細(xì)顆粒物的數(shù)量。
[0127] 本發(fā)明的"片狀構(gòu)件"是指基本上為片狀的構(gòu)件，該構(gòu)件的外表面可以具有一定的 弧度或角度，只要整體上大體是片狀的即可。例如，為了使細(xì)顆粒物捕獲裝置整體上穩(wěn)固， 可以使片狀構(gòu)件與干擾物相接處略厚，遠(yuǎn)離干擾物的自由端略薄。
[0128] 當(dāng)使用本發(fā)明的裝置捕獲氣溶膠中的細(xì)顆粒物時(shí)，所述裝置放置的位置應(yīng)當(dāng)使得 平行構(gòu)件基本上平行于氣流走向。
[0129] 本發(fā)明中所述的"基本上平行"并不排除相互平行的線和/或面上存在弧度或相對(duì) 呈一定角度，僅要求形成它們之間有大致相同的距離，總的來說，"基本上平行"包括完全平 行的狀態(tài)和并非完全平行但基本上平行的狀態(tài)，在該并非完全平行但基本上平行的狀態(tài)， 基本上可以獲得期望的效果。具體地，術(shù)語"基本上平行"包括線和面或者面和面完全平行 的狀態(tài)，以及它們從完全平行狀態(tài)相對(duì)移動(dòng)0°至10°的情況。
[0130] 為了達(dá)到去除細(xì)顆粒物的效果，片狀構(gòu)件在氣流流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)， 以使得氣流通過片狀構(gòu)件的停留時(shí)間足夠長(zhǎng)。片狀構(gòu)件在氣流流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度優(yōu)選為至 少45mm，更優(yōu)選為至少60mm。相鄰片狀構(gòu)件之間的間距應(yīng)當(dāng)足夠小，相同時(shí)間內(nèi)，增大片狀 構(gòu)件間顆粒物運(yùn)動(dòng)到片狀構(gòu)件表面的幾率。相鄰片狀構(gòu)件之間的間距優(yōu)選為15mm以下，更 優(yōu)選為8mm以下。為了使細(xì)顆粒物在氣流流過通道的時(shí)間內(nèi)足以大量沉降在片狀構(gòu)件的外 表面上，優(yōu)選相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片狀構(gòu)件在氣流流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于4 倍的湍流強(qiáng)度，更優(yōu)選小于2倍的湍流強(qiáng)度。進(jìn)一步優(yōu)選地，相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與片 狀構(gòu)件在氣流流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于0.22、小于0.184、小于0.11、或小于0.092。相 鄰片狀構(gòu)件之間的間距可以是相鄰片狀構(gòu)件的中心線之間的間距;也可以是相鄰片狀構(gòu)件 的相鄰?fù)獗砻嬷g的間距，例如上部片狀構(gòu)件的下表面與下部片狀構(gòu)件的上表面之間的間 距（當(dāng)片狀構(gòu)件上下相鄰放置時(shí)），或者前部片狀構(gòu)件的后表面與后部片狀構(gòu)件的前表面之 間的間距(當(dāng)片狀構(gòu)件前后相鄰放置時(shí)）。
[0131] 為了使氣溶膠在流過片狀構(gòu)件間通道時(shí)形成湍流，在片狀構(gòu)件之間設(shè)置干擾物。 干擾物可以貫穿所有片狀構(gòu)件，優(yōu)選垂直貫穿所有片狀構(gòu)件。干擾物的形狀可以是任意適 合的形狀。
[0132] 在優(yōu)選的方案中，干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的空心管，管內(nèi)通入冷卻液(如水、氟利 昂、甲醇、乙醇、丙酮、氨水等），用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。
[0133] 在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心管，實(shí)心管外接 冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。
[0134] 由于金屬材料的導(dǎo)熱能力高于非金屬材料，為了保證較大的溫差，以利于熱泳效 應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，細(xì)顆粒物捕獲裝置優(yōu)選為金屬材料，例如由鋁、銅和鋼中的一種或幾種復(fù)合制 成。
[0135] 為了進(jìn)一步提高金屬構(gòu)件的使用壽命，還可對(duì)金屬構(gòu)件作專門的防腐處理。如對(duì) 鋼、銅、鋁等材質(zhì)的金屬構(gòu)件作防腐材料噴涂處理或鈍化處理。
[0136] 在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì)顆粒物捕獲 裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物。如圖2所示，所述細(xì)顆粒 物捕獲裝置包括上部半導(dǎo)體熱電片7和下部半導(dǎo)體熱電片10,利用上部電源6在上部半導(dǎo)體 熱電片7中接通直流電源后，形成上部熱端9和上部冷端8,利用下部電源13在下部半導(dǎo)體熱 電片10中接通直流電源后，形成下部熱端12和下部冷端11，上部冷端8和下部冷端11之間形 成通道，并具有干擾物3，氣溶膠在該通道中形成湍流。
[0137] 術(shù)語"半導(dǎo)體熱電片"也叫半導(dǎo)體制冷片。它是以帕爾帖效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種制冷技 術(shù)。它的簡(jiǎn)單工作原理是：當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對(duì)時(shí)，在 這個(gè)電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸 收熱量，成為冷端；由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。半導(dǎo)體制冷片冷熱 端的溫差可以達(dá)到40~65°C之間，如果通過主動(dòng)散熱的方式來降低熱端溫度，那冷端溫度 也會(huì)相應(yīng)的下降，從而達(dá)到更低的溫度。當(dāng)兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片處于工作狀態(tài)時(shí)， 使氣溶膠流過兩個(gè)半導(dǎo)體熱電片的冷端之間的通道，氣溶膠與冷端接觸并與冷端之間形成 溫差。
[0138] 在片狀構(gòu)件外表面和度氣溶膠之間形成溫差的其它方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知 的。
[0139] 本發(fā)明的去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法中，當(dāng)氣量較大時(shí)，可以在氣溶膠流動(dòng)方 向的橫截面上，并列布置多個(gè)細(xì)顆粒物捕獲裝置(又稱為一組細(xì)顆粒物捕獲裝置，其中多個(gè) 細(xì)顆粒物捕獲裝置彼此隔開適當(dāng)?shù)木嚯x），如圖3所示?？紤]到一組細(xì)顆粒物捕獲裝置的捕 獲效果有限，可沿著氣溶膠流動(dòng)方向布置多組細(xì)顆粒物捕獲裝置，每組細(xì)顆粒物捕獲裝置 位于氣溶膠流動(dòng)方向的一個(gè)橫截面上，相鄰兩組細(xì)顆粒物捕獲裝置可以順排布置，也可以 錯(cuò)排布置(如圖4所示），以強(qiáng)化煙氣的湍流。
[0140] 當(dāng)使用多個(gè)細(xì)顆粒物捕獲裝置時(shí)，針對(duì)每個(gè)細(xì)顆粒物捕獲裝置單獨(dú)計(jì)算雷諾數(shù)、 湍流強(qiáng)度、邊界層厚度、熱泳力和粘性曳力。
[0141]在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置為翅片管換熱器，如圖5所示。 翅片管換熱器的翅片即為所述的片狀構(gòu)件，翅片外徑D相應(yīng)于片狀構(gòu)件長(zhǎng)度。換熱器基管構(gòu) 成所述干擾物。為了便于測(cè)量和計(jì)算，在使用翅片管換熱器時(shí)，可以用翅片節(jié)距代表片狀構(gòu) 件外表面之間的間距。翅片節(jié)距t優(yōu)選為小于15mm，更優(yōu)選為小于8mm。翅片高h(yuǎn)優(yōu)選為大于 1〇_，更優(yōu)選為大于18_。翅片節(jié)距t與翅片外徑D的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度，更優(yōu)選小于2 倍的湍流強(qiáng)度。
[0142] "翅片管換熱器"是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。翅片管又稱鰭片管或肋片管，通常 由基管和其表面上增加的翅片組合而成，使得基管表面得到擴(kuò)展，管內(nèi)、外流體通過管壁及 翅片進(jìn)行熱交換，由于翅片擴(kuò)大了傳熱面積，從而提高了換熱效率。基管通常為圓管，也可 以是扁平管或橢圓管。翅片形狀可以是任何適合的形狀，翅片可以裝設(shè)在管內(nèi)側(cè)和/或管外 偵L取決于換熱器應(yīng)用的場(chǎng)合以及換熱器基管內(nèi)外的具體流體種類。翅片管換熱器的基管 中可通入冷卻液，氣溶膠在管外翅片間流動(dòng)，氣溶膠的熱量經(jīng)過翅片、管壁傳給管內(nèi)的冷卻 液，從而實(shí)現(xiàn)了翅片管內(nèi)外的熱量交換。
[0143] 更優(yōu)選地，在本發(fā)明中，所采用的翅片管換熱器是翅片熱管換熱器。熱管又稱"封 閉兩相傳熱系統(tǒng)"，即在一個(gè)封閉體系內(nèi)，依靠流體的相態(tài)變化(液相變成汽相和汽相變成 液相)傳遞熱量的裝置。熱管由于靠工質(zhì)的相變傳熱，具有優(yōu)異的傳熱特性。熱管的相當(dāng)導(dǎo) 熱系數(shù)比銅鋁高出幾十甚至上百倍，因而有超導(dǎo)熱體之稱。與外形尺寸完全相同的普通翅 片管換熱器相比，傳遞相同的功率時(shí)，熱管具有良好的軸向等溫性，可形成更大的傳熱溫 差。典型的熱管換熱器由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成一定負(fù)壓后充以適量的工作 液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加 熱段），另一端為冷凝段(冷卻段），根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端 受熱時(shí)毛紉芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體， 液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至 另一端。本發(fā)明中，優(yōu)選使用分離式熱管換熱器。
[0144] 片狀構(gòu)件外表面上的水膜可以是氣溶膠中水蒸氣凝結(jié)形成。如通過氣溶膠中水蒸 氣凝結(jié)形成水膜，則需要片狀構(gòu)件外表面上的溫度低于氣溶膠的溫度，氣溶膠濕度越大，形 成水膜所需的溫差越小，反之，氣溶膠濕度越小，形成水膜所需的溫差越大。通常，當(dāng)氣溶膠 濕度為大約60%時(shí)，形成水膜所需的溫差為至少8-10°C，當(dāng)氣溶膠濕度為大約80%時(shí)，形成 水膜所需的溫差為至少4-5°C，當(dāng)氣溶膠濕度為大約90%時(shí)，僅需要2°C的溫差就可以形成 水膜。
[0145] 片狀構(gòu)件外表面上的水膜也可以通過外部噴淋水或水溶液形成，如圖6所示，可以 在細(xì)顆粒物捕獲裝置的一側(cè)設(shè)置噴淋裝置，向其外表面噴水或水溶液確保其濕潤(rùn)，以保證 形成足夠的水膜，同時(shí)對(duì)片狀構(gòu)件的外表面有沖洗作用，防止壁面結(jié)垢。在一些實(shí)施方案 中，可以在細(xì)顆粒物捕獲裝置兩側(cè)都設(shè)置噴淋裝置。
[0146] 氣溶膠經(jīng)過細(xì)顆粒物捕獲裝置后，逃逸的顆粒物可作為凝結(jié)核吸濕長(zhǎng)大，因此，在 一些實(shí)施方案中，在細(xì)顆粒物捕獲裝置之后還可以設(shè)置其它顆粒物捕集裝置，如除霧器、濕 式除塵器等，對(duì)長(zhǎng)大的液滴再次捕集，如圖7所示。所述濕式除塵器例如可以是濕電除塵器 或文丘里除塵器。
[0147] 在一些實(shí)施方案中，可以在細(xì)顆粒物捕獲裝置的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置噴淋裝置，同時(shí) 在細(xì)顆粒物捕獲裝置之后設(shè)置其它顆粒物捕集裝置，如圖8所示。
[0148] 本發(fā)明中，氣溶膠的流速優(yōu)選為2_20m/s。
[0149] 本發(fā)明中所述的氣溶膠例如可以是燃煤鍋爐脫硫后凈煙氣，天然氣燃燒后的高濕 煙氣，木材處理車間所排放的高濕度廢氣及含有霧霾的空氣等。本發(fā)明的氣溶膠包括但不 限于高濕度煙氣，特別是經(jīng)過濕法脫硫處理的高濕度煙氣。
[0150] 如氣溶膠的相對(duì)濕度不夠高，不能在換熱器內(nèi)快速形成蒸汽凝結(jié)時(shí)，可通過預(yù)處 理提高其含濕率(加蒸汽，預(yù)降溫，噴水等等），再通過細(xì)顆粒物捕獲裝置。例如可以在細(xì)顆 粒物捕獲裝置前增設(shè)噴嘴，噴入蒸汽或水，對(duì)氣溶膠增濕;也可在細(xì)顆粒物捕獲裝置前增設(shè) 預(yù)換熱器，對(duì)氣溶膠進(jìn)行預(yù)降溫，提高氣溶膠的相對(duì)濕度。預(yù)換熱器形式可以是任何形式的 換熱器，例如普通光管換熱器。
[0151] 本發(fā)明中所使用的術(shù)語"細(xì)顆粒物"指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于 2.5μπι的固體顆粒物或液滴(簡(jiǎn)稱PM2.5)。本發(fā)明中所使用的術(shù)語"亞微米顆粒物"指環(huán)境空 氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于Uim的固體顆?；蛞旱?簡(jiǎn)稱ΡΜ1)。
[0152] 實(shí)施例1
[0153] 一臺(tái)300MW燃煤鍋爐，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過濕法脫硫后成為近飽和濕煙氣（相對(duì)濕度 95%以上），煙氣量120萬m 3/h，煙溫降到45-50°C左右，其中含有顆粒物30mg/Nm3,主要為粉 塵及可凝結(jié)顆粒物，粒徑分布主要在〇.2-1μπι，屬于典型的高濕度氣溶膠。
[0154]與脫硫塔相連的凈煙道內(nèi)設(shè)有多組細(xì)顆粒物捕獲裝置，此細(xì)顆粒物捕獲裝置形式 為:金屬翅片管換熱器，冷卻液為水，翅片管為金屬復(fù)合材質(zhì)，翅片節(jié)距為5mm，翅片高20mm， 翅片管外徑65_，濕煙氣與翅片溫差在5°C以上。
[0155] 細(xì)顆粒物捕獲裝置兩側(cè)還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。
[0156] 翅片管換熱器換走濕煙氣中部分熱量，實(shí)現(xiàn)濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細(xì)顆粒 物在湍流漲落、熱泳力、蒸汽壓梯度力的推動(dòng)下，沉降到翅片管外表面，以數(shù)濃度計(jì)算，去除 效率在70%以上。
[0157] 高濕煙氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來，優(yōu)先凝結(jié)在 濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進(jìn)這些顆粒物的長(zhǎng)大，這些顆粒物液滴最終經(jīng)過碰撞、凝并可 達(dá)到粒徑15_20μπι以上。
[0158] 細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過15μπι的大部分液滴，被除霧器去 除，保證煙塵濃度低于3mg/Nm3，液滴逃逸濃度低于20mg/Nm 3。
[0159] 實(shí)施例2
[0160] -臺(tái)30t燃煤鍋爐，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過濕法脫硫后成為飽和濕煙氣，煙氣量為4萬 NmVh，煙溫降到45-50 °C左右，其中含有顆粒物30mg/Nm3，主要為粉塵及可凝結(jié)顆粒物，最大 濃度粒徑為Iwn。
[0161]與脫硫塔相連的凈煙道內(nèi)設(shè)有多組細(xì)顆粒物捕獲裝置，此細(xì)顆粒物捕獲裝置形式 為:翅片熱管換熱器，飽和濕煙氣所在側(cè)為蒸發(fā)段，環(huán)境空氣所在側(cè)為冷凝段，熱管工質(zhì)為 氟利昂134A，蒸發(fā)段翅片管為金屬復(fù)合乳制，翅片節(jié)距為5mm，翅片高20mm，翅片管外徑 65mm，翅片與煙氣溫差在5°C以上。
[0162] 冷凝段(凈煙道內(nèi)）兩側(cè)還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。
[0163] 熱管換熱器換走濕煙氣中部分熱量，實(shí)現(xiàn)濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細(xì)顆粒物 在湍流漲落、熱泳力、蒸汽壓梯度力的推動(dòng)下，沉降到翅片管外表面，以數(shù)濃度計(jì)算，去除效 率在70%以上。
[0164] 飽和濕煙氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來，優(yōu)先凝結(jié) 在濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進(jìn)這些顆粒物的長(zhǎng)大，這些顆粒物液滴最終經(jīng)過碰撞、凝并 可達(dá)到粒徑15-20μηι以上。
[0165] 細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過15μπι的大部分液滴，被除霧器去 除，保證煙塵濃度低于3mg/Nm3，液滴逃逸濃度低于20mg/Nm 3。
[0166] 實(shí)施例3
[0167] -臺(tái)燃?xì)忮仩t，所排放的燃燒后的煙氣為近飽和濕煙氣（相對(duì)濕度90%以上），煙 溫約80°C，其中含有N0 x100mg/Nm3,另有可凝結(jié)顆粒物(主要為硝酸鹽)及重金屬顆粒物，粒 徑范圍為0.2-1μπι，雖然質(zhì)量濃度不超過10mg/Nm 3，但是數(shù)濃度巨大。
[0168] 煙道內(nèi)設(shè)有細(xì)顆粒物捕獲裝置，此細(xì)顆粒物捕獲裝置形式為:普通翅片管式換熱 器，濕煙氣側(cè)為吸熱段，環(huán)境空氣側(cè)為散熱段，熱管工質(zhì)為水。蒸發(fā)段為金屬復(fù)合乳制翅片 管，翅片節(jié)距為5mm，翅片高15mm，翅片管外徑55mm，翅片與煙氣溫差在10°C以上。
[0169] 換熱器換走濕煙氣中部分熱量，實(shí)現(xiàn)濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細(xì)顆粒物以數(shù) 濃度計(jì)算，去除效率在70%以上。
[0170] 濕煙氣降溫后形成水蒸汽過飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來，優(yōu)先凝結(jié)在 濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進(jìn)這些顆粒物的長(zhǎng)大，這些顆粒物液滴最終經(jīng)過碰撞、凝并可 達(dá)到粒徑15_20μπι以上。
[0171 ]此外，凝結(jié)水能夠吸收煙氣中的NOx，特別是其中的NO2，具備一定的脫硝能力。
[0172] 細(xì)顆粒物捕獲裝置兩側(cè)還布置有噴淋水裝置，噴淋水為普通工藝水，加入適量 Na2CO3或NaOH，用于沖洗翅片管和維護(hù)翅片管表面的水膜，并可提高凝結(jié)水的堿性，以利于 對(duì)NO x的吸收。
[0173] 細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過15μπι的大部分液滴，被除霧器去 除，保證液滴逃逸濃度低于20mg/Nm3。
[0174] 實(shí)施例4
[0175] -家木材加工工廠，所排廢氣含有大量水蒸氣，廢氣溫度50-60°C，有機(jī)酸濃度 30mg/Nm 3,粉塵約33mg/Nm3,有機(jī)碳43mg/Nm3。當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求其粉塵（含有機(jī)碳）排放降到 15mg/Nm 3,該工況下，傳統(tǒng)的袋式除塵器、靜電除塵器都難于應(yīng)用。
[0176] 在車間出口與煙囪之間的煙道內(nèi)設(shè)有細(xì)顆粒物捕獲裝置，此細(xì)顆粒物捕獲裝置形 式為:熱管換熱器，濕煙氣側(cè)為蒸發(fā)段，環(huán)境空氣側(cè)為冷凝段，熱管工質(zhì)為氟利昂134A。蒸發(fā) 段為金屬復(fù)合乳制翅片管，翅片節(jié)距為5mm，翅片高15mm，翅片管外徑55mm，翅片與煙氣溫差 在5°C以上。
[0177] 熱管換熱器蒸發(fā)段一側(cè)還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。
[0178] 換熱器換走高濕度廢氣中部分熱量，實(shí)現(xiàn)高濕度廢氣降溫，高濕度廢氣中的細(xì)顆 粒物去除效率在60%以上(數(shù)濃度）。
[0179] 廢氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來，優(yōu)先凝結(jié)在濕煙 氣中逃逸的顆粒物上，促進(jìn)這些顆粒物的長(zhǎng)大，這些顆粒物液滴最終經(jīng)過碰撞、凝并可達(dá)到 粒徑15-20μπι以上。
[0180] 細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過15μπι的大部分液滴，被除霧器去 除，保證粉塵濃度低于l〇mg/Nm3，液滴逃逸濃度低于20mg/Nm 3。
[0181]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的 原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨 在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修 改例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的方法，包括:使氣溶膠通過細(xì)顆粒物捕獲裝置，所述細(xì)顆粒 物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu)件之間的干擾物，所述片狀構(gòu)件基本上相互 平行且基本上平行于氣溶膠的流動(dòng)方向，相鄰片狀構(gòu)件之間形成通道，以使得氣溶膠在通 道間形成湍流;并且使所述片狀構(gòu)件外表面上形成水膜；由此使得所述細(xì)顆粒物沉降到所 述片狀構(gòu)件的外表面上，并通過水膜流動(dòng)而被去除。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與所述片狀構(gòu)件在氣溶膠流 動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中氣溶膠的相對(duì)濕度在60%以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中所述片狀構(gòu)件外表面的溫度比氣溶膠的溫度 低2°C以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道，管道 內(nèi)流通冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。6. 去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)，包括:供氣溶膠流動(dòng)的氣流通道，該氣流通道內(nèi)設(shè)有 細(xì)顆粒物捕獲裝置，所述細(xì)顆粒物捕獲裝置包括至少兩個(gè)片狀構(gòu)件以及片狀構(gòu)件之間的干 擾物，所述片狀構(gòu)件基本上相互平行且基本上平行于氣流走向。7. 根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中相鄰片狀構(gòu)件之間的間距與所述片狀構(gòu)件在氣溶膠流 動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的比值小于4倍的湍流強(qiáng)度。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，其中所述干擾物是貫穿片狀構(gòu)件的空心管道，管道內(nèi)流 通冷卻液，用于維持片狀構(gòu)件外表面與氣溶膠間的溫度差。9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，其中所述干擾物為貫穿片狀構(gòu)件的導(dǎo)熱實(shí)心管，實(shí)心管 外接冷源，通過熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，其中所述片狀構(gòu)件是半導(dǎo)體熱電片，所述細(xì)顆粒物捕獲 裝置包括兩個(gè)冷端相對(duì)的半導(dǎo)體熱電片以及熱電片之間的干擾物。
【文檔編號(hào)】B01D50/00GK105920960SQ201610424648
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】高境, 王杰民, 柴發(fā)合, 李艷萍, 趙傳峰, 高迪
【申請(qǐng)人】高境, 王杰民