溫高森,凡鳳仙 (上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200093)

蒸汽相變促進(jìn)可溶PM2.5凝結(jié)增長(zhǎng)的數(shù)值分析

溫高森,凡鳳仙*(上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200093)

為利用蒸汽相變?cè)泶龠M(jìn)氨法脫硫系統(tǒng)排放細(xì)顆粒物(PM2.5)的脫除,建立多分散顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型,利用數(shù)值模擬方法研究了可溶硫酸銨顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)規(guī)律,并將典型粒徑可溶與不可溶顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析.結(jié)果表明:不同粒徑硫酸銨顆粒的增長(zhǎng)速率相近,等溫系統(tǒng)的凝結(jié)增長(zhǎng)效果優(yōu)于絕熱系統(tǒng);對(duì)于同一初始粒徑分布下的可溶和不可溶顆粒,微米尺度可溶顆粒的增長(zhǎng)速率始終大于不可溶顆粒,亞微米尺度可溶顆粒的增長(zhǎng)速率先大于而后小于不可溶顆粒,使得二者的增長(zhǎng)曲線(xiàn)存在一個(gè)交叉點(diǎn);蒸汽飽和度增大能顯著促進(jìn)硫酸銨顆粒的增長(zhǎng);等溫系統(tǒng)中溫度對(duì)硫酸銨顆粒的增長(zhǎng)影響顯著,絕熱系統(tǒng)中溫度的影響較弱.

細(xì)顆粒物(PM2.5)；硫酸銨；可溶顆粒；相變凝結(jié)；增長(zhǎng)

PM2.5已成為我國(guó)城市大氣的首要污染物[1-2].PM2.5污染引起我國(guó)大中城市灰霾事件頻發(fā),對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害.2012年,我國(guó)首次將 PM2.5納入環(huán)境污染物清單中加以控制[3].PM2.5污染與電站和工業(yè)生產(chǎn)燃煤密切相關(guān).由于 PM2.5粒徑細(xì)微、數(shù)量眾多,常規(guī)除塵器難以經(jīng)濟(jì)、高效地將其脫除.目前,正在研究的控制PM2.5排放的技術(shù)途徑主要是通過(guò)外加條件(聲場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、過(guò)飽和蒸汽場(chǎng),等)作用促進(jìn)PM2.5凝并長(zhǎng)大為粒徑較大的顆粒,再利用常規(guī)除塵設(shè)備加以清除.其中,過(guò)飽和蒸汽場(chǎng)中,蒸汽以 PM2.5為凝結(jié)核發(fā)生相變凝結(jié),促進(jìn)微粒成長(zhǎng)為粒徑較大的含塵液滴(或溶液滴)的預(yù)處理技術(shù)被稱(chēng)為蒸汽相變凝并,該項(xiàng)技術(shù)在煙氣含濕量較高時(shí)具有優(yōu)勢(shì).目前燃煤鍋爐普遍安裝有濕法脫硫系統(tǒng),其中氨法脫硫相對(duì)于鈣法脫硫具有投資少、占地小、脫硫副產(chǎn)品能夠完全資源化的優(yōu)點(diǎn),在化工行業(yè)燃煤小鍋爐上已有廣泛應(yīng)用,并逐步在大型燃煤電站鍋爐上得到推廣[4-6].氨法脫硫的原理是噴淋氨水和煙氣中的 SO2反應(yīng),從而將SO2脫除.氨法脫硫工藝中,脫硫塔出口煙氣溫度一般在 40～60℃,煙氣中水分和顆粒物含量高.楊林軍等[7-9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)氨法脫硫后排放的顆粒物集中在亞微米范圍,主要含有硫酸銨((NH4)2SO4)、亞硫酸銨((NH4)2SO3)和亞硫酸氫銨(NH4HSO3)等組分;同時(shí),利用數(shù)值模擬方法,研究了蒸汽相變過(guò)程中顆粒平均粒徑隨時(shí)間的變化情況,但缺乏對(duì)顆粒粒徑分布的揭示.氨法脫硫系統(tǒng)排放的銨鹽微粒在蒸汽相變過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榱捷^大的溶液滴,這些溶液滴可由高效除霧器通過(guò)慣性碰撞等作用捕集,除霧器的捕集效率與溶液滴的粒徑分布直接相關(guān).本文建立綜合考慮相變凝結(jié)系統(tǒng)熱質(zhì)傳遞的多分散顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型,采用數(shù)值模擬方法,對(duì)過(guò)飽和蒸汽場(chǎng)中硫酸銨顆粒在不同操作條件下的粒徑分布演變規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè),以期為蒸汽相變脫除氨法脫硫系統(tǒng)排放PM2.5的實(shí)際應(yīng)用提供參考.1 數(shù)學(xué)模型

1.1 簡(jiǎn)化假設(shè)

過(guò)飽和蒸汽場(chǎng)中,蒸汽在顆粒表面發(fā)生相變促進(jìn)顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的同時(shí),還伴隨擴(kuò)散泳、熱泳等作用,也將使顆粒進(jìn)一步發(fā)生碰并增長(zhǎng).為建模方便,提出如下簡(jiǎn)化假設(shè):

(1) 為著重研究凝結(jié)增長(zhǎng)特性,忽略顆粒之間的碰并作用;

(2) 由于液滴尺寸很小,液滴內(nèi)的溫度梯度可以忽略不計(jì),認(rèn)為整個(gè)液滴處于同一溫度;

(3) 由于液滴間距遠(yuǎn)大于液滴自身的尺寸,可認(rèn)為液滴之間氣相主體區(qū)域的蒸汽濃度和溫度是均勻的,只有在液滴表面鄰近的氣膜層內(nèi)存在濃度梯度和溫度梯度;

(4) 相變凝結(jié)所述及的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過(guò)程.

1.2 單顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)

一定環(huán)境蒸汽飽和度條件下,液滴的增長(zhǎng)取決于液滴表面平衡蒸汽壓.當(dāng)環(huán)境蒸汽飽和度大于平衡蒸汽壓時(shí),蒸汽發(fā)生相變凝結(jié),液滴增長(zhǎng);當(dāng)環(huán)境蒸汽飽和度小于平衡蒸汽壓時(shí),液滴發(fā)生蒸發(fā),粒徑減小;在平衡蒸汽壓下,液滴粒徑保持不變.對(duì)于不可溶顆粒形成的含塵液滴,平衡蒸汽壓和粒徑的關(guān)系由Kelvin方程給出

式中,pva為液滴表面平衡蒸汽壓,Pa;ps為飽和蒸汽壓,Pa,它是 Tl的函數(shù);Tl為液滴溫度,K;σl為液滴的表面張力,N/m;Ml為液滴的摩爾質(zhì)量,kg/mol;R為理想氣體常數(shù),R=8.314J/(mol·K),dp為液滴直徑,m;ρl為液滴密度,kg/m3.

對(duì)于可溶顆粒形成的溶液滴,液滴表面平衡蒸汽壓與液滴粒徑的關(guān)系除取決于 Kelvin效應(yīng)外,還取決于溶液中水的活度.此時(shí),液滴表面平衡蒸汽壓由下式給出

式中,aw為液滴中水的活度;vw為液滴中水的偏摩爾體積,m3/mol.

飽和蒸汽壓可由如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[10]

蒸汽向液滴表面擴(kuò)散的質(zhì)量通量 I(kg/s)可表示為[11]

式中,Mv為蒸汽摩爾質(zhì)量,kg/mol;Dv為蒸汽在氣相主體中的擴(kuò)散系數(shù),m2/s;pv∞為氣相主體蒸汽壓,Pa;Knv為Knusen數(shù),Knv=2lv/dp;lv為蒸汽分子平均自由程,m.

根據(jù)質(zhì)量守恒定律,顆粒直徑的增長(zhǎng)速率為

式中,t為時(shí)間,s.

1.3 多分散顆粒的等溫增長(zhǎng)和絕熱增長(zhǎng)

在研究多分散顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)時(shí),還需考慮顆粒對(duì)蒸汽的競(jìng)爭(zhēng),以及相變凝結(jié)系統(tǒng)與周?chē)h(huán)境的熱量交換.等溫增長(zhǎng)和絕熱增長(zhǎng)是 2種常見(jiàn)的顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)情況.

若蒸汽相變凝結(jié)過(guò)程中氣相的溫度保持不變,則可認(rèn)為相變系統(tǒng)為等溫系統(tǒng),此時(shí)顆粒發(fā)生等溫增長(zhǎng).在這種情況下,凝結(jié)過(guò)程釋放的相變潛熱通過(guò)熱傳導(dǎo)的形式傳遞給液滴,使液滴溫度升高,根據(jù)能量守恒定律,可得液滴表面溫度

式中,T∞為氣相主體溫度,K;L為相變潛熱,J/kg;λ為氣相導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);Kng為 Knusen數(shù),Kng=2lg/dp;lg為氣相分子平均自由程,m.

為確定蒸汽相變凝結(jié)過(guò)程中氣相主體蒸汽壓的變化,將顆粒按粒徑分成n個(gè)連續(xù)的區(qū)間,利用各區(qū)間粒徑上限和下限的幾何平均值對(duì)顆粒粒徑進(jìn)行離散化處理,在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi),基于式(5)求解離散顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng),根據(jù)質(zhì)量守恒定律,氣相主體蒸汽壓變化速率為

式中,c為顆粒數(shù)目濃度,個(gè)/m3;下標(biāo)i代表第i個(gè)粒徑區(qū)間.

經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)后,氣相主體蒸汽壓可由式(7)求出.在已知液滴粒徑和氣相主體蒸汽壓的基礎(chǔ)上,進(jìn)行下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算,直到氣相主體蒸汽壓與液滴表面平衡蒸汽壓相等為止.

當(dāng)相變體系為絕熱系統(tǒng)時(shí),顆粒發(fā)生絕熱增長(zhǎng),除液滴表面溫度、氣相主體蒸汽壓發(fā)生變化外,氣相主體溫度也會(huì)發(fā)生變化,根據(jù)能量守恒定律,氣相主體溫度變化速率為

式中,p∞為氣相主體總壓,Pa;Mg為氣相主體中不可凝組分的摩爾質(zhì)量,kg/mol;cpg為氣相主體中不可凝組分的定壓比熱,J/(kg·K);cpv為蒸汽定壓比熱,J/(kg·K).

1.4 活度和表面張力

溶液中水的活度和溶質(zhì)濃度有關(guān),且不同溶質(zhì)條件下水的活度也各不相同.在蒸汽相變時(shí),最初由于凝結(jié)液較少,液滴為飽和溶液;隨著時(shí)間的延長(zhǎng),凝結(jié)液增多,液滴由飽和溶液向稀溶液轉(zhuǎn)變.因而,蒸汽相變凝結(jié)過(guò)程中,液滴中水的活度和液滴表面張力將隨著液滴的增長(zhǎng)而發(fā)生變化.

硫酸銨溶液中水的活度可按下式計(jì)算[12]

式中,a1、a2、a3、a4為常數(shù),a1=-2.715×10-3, a2=3.113×10-5,a3=-2.336×10-6,a4=1.412×10-8;xs為 溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

硫酸銨溶液的表面張力為[13]

式中,σw為相同溫度下純水的表面張力,N/m;Ms為溶質(zhì)的摩爾濃度,mol/L;B為常數(shù),B=2.17×10-3(N/m)/(mol /L).

2 結(jié)果與討論

數(shù)值計(jì)算中采用的硫酸銨顆粒初始粒徑分布情況如圖1所示,顆粒呈單峰分布,粒徑集中在0.07～1.84μm 之間,選取顆?？倲?shù)目濃度為 2.0×105個(gè)/cm3.

圖1 硫酸銨顆粒粒徑分布Fig.1 Ammonium sulfate particle size distribution

2.1 可溶顆粒粒徑演變及與不可溶顆粒的對(duì)比

由于凝結(jié)增長(zhǎng)過(guò)程發(fā)生在數(shù)十 ms時(shí)間范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)中受測(cè)量?jī)x器的限制,難以捕捉到顆粒粒徑演變過(guò)程的細(xì)節(jié)信息.數(shù)值模擬在探討微尺度顆粒行為規(guī)律的細(xì)節(jié)問(wèn)題上具有優(yōu)勢(shì),可作為實(shí)驗(yàn)研究的有力補(bǔ)充.為展現(xiàn)顆粒增長(zhǎng)過(guò)程,圖2給出了等溫和絕熱2種條件下典型硫酸銨顆粒的粒徑演變.計(jì)算時(shí),初始飽和度取為

1.2,初始溫度取為50℃.由圖2可知,顆粒增長(zhǎng)迅速,幾 ms時(shí)間內(nèi)顆粒粒徑即已發(fā)生了從亞微米尺度向微米尺度的轉(zhuǎn)變,之后隨著飽和度的減小,顆粒增長(zhǎng)趨于平緩,直至停止.對(duì)比不同粒徑顆粒的增長(zhǎng)速率可以發(fā)現(xiàn),同一系統(tǒng)中顆粒的增長(zhǎng)速率接近.為解釋這一現(xiàn)象,將式(4)代入式(5),并將式(5)寫(xiě)為

圖2 典型硫酸銨顆粒的粒徑隨時(shí)間的演變Fig.2 Evolution of diameters of typical ammonium sulfate particles with time

可見(jiàn),顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)速率不僅取決于顆粒粒徑,還取決于顆粒表面平衡蒸汽壓 pva、以及Knusen數(shù)Knv.由圖3可見(jiàn), pva隨粒徑的增加而減小,F(Knv)隨粒徑的增加而增大.由于粒徑、平衡飽和度和Knusen數(shù)的共同影響,使得不同初始粒徑硫酸銨顆粒的增長(zhǎng)速度相差不多.

由圖 2還可以看出,等溫和絕熱系統(tǒng)中顆粒的增長(zhǎng)速率存在顯著差別.初始粒徑相同的顆粒在等溫情況下增長(zhǎng)更為迅速,增長(zhǎng)經(jīng)歷的時(shí)間更長(zhǎng),因而顆粒的最終穩(wěn)定粒徑更大.這是由于氣相主體蒸汽壓高于顆粒表面平衡蒸汽壓是凝結(jié)增長(zhǎng)的原因,增長(zhǎng)速率與上述兩蒸汽壓之差成正比.絕熱增長(zhǎng)過(guò)程中,一方面,和等溫增長(zhǎng)一致,氣相蒸汽含量不斷減少使得氣相主體蒸汽壓降低;另一方面,由于相變潛熱的不斷釋放導(dǎo)致氣相主體溫度升高,也將使得顆粒表面平衡蒸汽壓升高,阻礙了顆粒的增長(zhǎng).

圖3 平衡蒸汽壓與F(Knv)隨粒徑的變化關(guān)系Fig.3 Dependence of equilibrium vapor pressure and F(Knv) on diameter

在相同氣相條件下,對(duì)粒徑分布及數(shù)目濃度與硫酸銨顆粒完全相同的不可溶顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,以展現(xiàn)可溶與不可溶顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的差異.如圖4所示,對(duì)于微米尺度顆粒,在凝結(jié)增長(zhǎng)的全過(guò)程中,可溶顆粒的增長(zhǎng)速率始終大于不可溶顆粒;而對(duì)于亞微米顆粒,在凝結(jié)增長(zhǎng)的起始階段,可溶顆粒的增長(zhǎng)速度大于不可溶顆粒,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),可溶與不可溶顆粒的增長(zhǎng)速率都下降,但是可溶顆粒增長(zhǎng)速率下降更快,導(dǎo)致 2類(lèi)顆粒的增長(zhǎng)曲線(xiàn)存在一個(gè)交叉點(diǎn),并且顆粒初始粒徑越小,交叉點(diǎn)出現(xiàn)得越早.對(duì)于微米尺度可溶顆粒,蒸汽相變形成的凝結(jié)液滴內(nèi)溶質(zhì)濃度在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可以維持在較高的水平,由于溶液滴具有比純水滴低的平衡蒸汽壓,蒸汽在溶液滴表面發(fā)生相變凝結(jié)的推動(dòng)力更大,因而可溶顆粒的增長(zhǎng)更為迅速.對(duì)于亞微米可溶顆粒,在蒸汽相變開(kāi)始后的極短時(shí)間內(nèi),凝結(jié)液滴形成飽和溶液,由于溶液滴表面蒸汽相變的推動(dòng)力大于純水滴,這一階段中可溶顆粒的增長(zhǎng)速度大于不可溶顆粒.此后,伴隨著蒸汽的迅速凝結(jié),液滴轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙柡腿芤?進(jìn)而成為稀溶液,液滴的物化性質(zhì)很快接近純水,使得可溶顆粒的增長(zhǎng)特性趨近不可溶顆粒;同時(shí),與不可溶體系相比,可溶顆粒體系的微米尺度大顆粒能夠競(jìng)爭(zhēng)到更多水分,引起氣相主體蒸汽壓減小得更快,從而凝結(jié)增長(zhǎng)的推動(dòng)力更小.上述兩方面的原因?qū)е聛單⒚卓扇茴w粒凝結(jié)增長(zhǎng)后的最終粒徑比不可溶顆粒要小.

2.2 蒸汽飽和度對(duì)硫酸銨顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的影響

圖5給出了初始溫度為50℃,初始飽和度分別為1.1、1.2、1.3情況下,硫酸銨顆粒發(fā)生凝結(jié)增長(zhǎng)后的粒徑分布.蒸汽相變時(shí),首先是最貼近顆粒表面的氣膜層中的蒸汽發(fā)生凝結(jié),使此層中的蒸汽濃度降低,促進(jìn)氣相主體中高濃度的蒸汽分子向該層補(bǔ)充而繼續(xù)凝結(jié).在整個(gè)過(guò)程中,氣相主體蒸汽壓起到凝結(jié)增長(zhǎng)推動(dòng)力的作用.相同溫度下,飽和度越大,則氣相主體蒸汽壓越高,相變凝結(jié)的推動(dòng)力就越大,會(huì)有越多的蒸汽凝結(jié)到顆粒表面,顆粒增長(zhǎng)效果越好.硫酸銨顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng)對(duì)飽和度非常敏感,蒸汽飽和度越大,增長(zhǎng)穩(wěn)定后顆粒的峰值粒徑越大、粒徑分布越集中.例如,當(dāng)飽和度分別為1.1、1.2和1.3時(shí),發(fā)生等溫增長(zhǎng)前后,初始時(shí)粒徑集中在0.07～1.84μm的PM2.5顆粒分別轉(zhuǎn)變?yōu)榧性?3.63～6.38μm、5.00～6.95μm、5.88～7.43μm 的顆粒;絕熱增長(zhǎng)后,顆粒粒徑分別集中在 1.06～4.01μm、1.87～4.34μm、2.37～4.51μm之間.可見(jiàn),提高初始飽和度能夠顯著促進(jìn)硫酸銨顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng),從而提高顆粒的慣性脫除效率.顏金培等[9]的實(shí)驗(yàn)研究表明,氨法脫硫后細(xì)顆粒的脫除效率隨飽和度的增大而提高,與基于本文的數(shù)值模擬得到的結(jié)論一致.

圖5 蒸汽飽和度對(duì)硫酸銨顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的影響Fig.5 Influence of vapor saturation on condensation growth of ammonium sulfate particles

2.3 溫度對(duì)硫酸銨顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的影響

為掌握溫度對(duì)硫酸銨顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的影響規(guī)律,在初始飽和度為1.2,初始溫度分別為30,40,50℃的條件下,計(jì)算得到凝結(jié)增長(zhǎng)后顆粒的穩(wěn)定粒徑分布,如圖6所示,在等溫系統(tǒng)中,溫度對(duì)顆粒增長(zhǎng)有重要影響,溫度越高,顆粒的峰值粒徑越大;而在絕熱系統(tǒng)中,溫度的影響則很小.例如,30,40,50℃時(shí),等溫增長(zhǎng)完成后,顆粒粒徑分別集中在3.17～5.86μm、4.05～6.38μm、5.00～6.95μm;絕熱增長(zhǎng)完成后,顆粒粒徑分別集中在1.47～ 4.26μm、1.66～4.31μm、1.87～ 4.34μm.相同飽和度下,溫度越高,系統(tǒng)的絕對(duì)含濕量越大,可凝蒸汽含量越多,使得顆粒能夠成長(zhǎng)為粒徑更大的液滴.等溫系統(tǒng)中,相變潛熱能夠及時(shí)排出系統(tǒng),使氣相主體溫度保持不變,蒸汽飽和度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以維持在相對(duì)較高的水平,因而溫度對(duì)顆粒增長(zhǎng)效果的影響顯著.這與凡鳳仙等[14]基于等溫增長(zhǎng)過(guò)程中顆粒群粒徑分布演變解析式得到的結(jié)果吻合.絕熱系統(tǒng)中,相變潛熱的釋放提高了氣相溫度,極大地降低了氣相主體的蒸汽飽和度,進(jìn)而引起可凝蒸汽量減小,削弱了顆粒在較高溫度下的增長(zhǎng),導(dǎo)致溫度對(duì)顆粒增長(zhǎng)效果的影響較弱.

圖6 溫度對(duì)硫酸銨顆粒凝結(jié)增長(zhǎng)的影響Fig.6 Influence of temperature on condensation growth of ammonium sulfate particles

3 結(jié)論

3.1 等溫和絕熱系統(tǒng)中顆粒的增長(zhǎng)速率存在顯著差別.顆粒的等溫增長(zhǎng)更為迅速,增長(zhǎng)過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間更長(zhǎng),最終穩(wěn)定粒徑也更大.

3.2 在凝結(jié)增長(zhǎng)的過(guò)程中,微米尺度硫酸銨顆粒的增長(zhǎng)速率始終大于相同粒徑的不可溶顆粒.亞微米尺度硫酸銨顆粒的增長(zhǎng)速率先大于后小于不可溶顆粒,使得二者的增長(zhǎng)曲線(xiàn)存在一個(gè)交叉點(diǎn),并且顆粒初始粒徑越小,交叉點(diǎn)出現(xiàn)得越早.

3.3 較高的初始蒸汽飽和度能夠促進(jìn)硫酸銨顆粒的凝結(jié)增長(zhǎng).例如,當(dāng)初始飽和度由 1.1提高到1.2時(shí),經(jīng)等溫增長(zhǎng),顆粒由集中在3.63～6.38μm增至集中在5.00～6.95μm;當(dāng)初始飽和度由1.2提高到 1.3時(shí),經(jīng)絕熱增長(zhǎng),顆粒粒徑由集中在 1.87～4.43μm 增至集中在 2.37～4.51μm.

3.4 溫度對(duì)硫酸銨顆粒等溫增長(zhǎng)影響顯著,初始溫度為 40,50℃時(shí),經(jīng)等溫增長(zhǎng),顆粒粒徑分別集中在 4.05～6.38μm 和 5.00～6.95μm;絕熱增長(zhǎng)受溫度的影響較小,在上述溫度條件下,經(jīng)絕熱增長(zhǎng),顆粒粒徑分別集中在 1.66～4.31μm 和 1.87～ 4.34μm.

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Numerical analysis on growth of soluble PM2.5by vapor heterogeneous condensation.

WEN Gao-sen, FAN Feng-xian*
(School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China). China Environmental Science, 2014,34(5)：1119～1124

In order to remove the fine particles (PM2.5) from ammonia desulfurization system by vapor heterogeneous condensation, the dynamic model for condensation growth of polydispersed particles was established. The condensation growth of soluble ammonium sulfate particles was numerically investigated and the growth processes of typical size soluble particles were analyzed and compared to those of insoluble particles. The ammonium sulfate particles of different sizes appear to grow at a similar rate and that more effective particle growth can be achieved in the isothermal system than in the adiabatic system. For the soluble and insoluble particles with the same initial size distribution, the growth rate of the micron soluble particles is higher than that of insoluble particles; whereas the growth rate of the submicron soluble particles is higher at first and then lower than that of the insoluble particles, thus the growth curves for the two kinds of particles have a cross point. The growth of ammonium sulfate particles can be significantly promoted by increasing vapor saturation. Strong influence of gas temperature on growth of ammonium sulfate particles in the isothermal system is observed whereas the effect of gas temperature on particle growth in the adiabatic system is very weak.

fine particles (PM2.5)；ammonium sulfate；soluble particles；heterogeneous condensation；growth

X513

A

1000-6923(2014)05-1119-06

2013-08-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51206113,51176128)

* 責(zé)任作者, 副教授, fanfengxian@hotmail.com

溫高森(1986-),男,湖北宜昌人,上海理工大學(xué)碩士研究生,主要從事PM2.5排放控制研究.