本實(shí)用新型涉及工業(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系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氣溶膠(aerosol)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0.001～100μm(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(lái)計(jì)算其濃度，簡(jiǎn)稱為數(shù)濃度。

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。

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10km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1～10km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(wú)法形成霧，所以霧和霾的背后都與氣溶膠粒子有關(guān)。

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PM2.5)。雖然PM2.5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，PM2.5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。

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1μm的固體顆?；蛞旱?簡(jiǎn)稱PM1)。PM1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。PM2.5可以進(jìn)入人的肺部，而PM1甚至可以進(jìn)入人的血液。PM1在PM2.5中的質(zhì)量占比不高，但數(shù)濃度比卻接近90％。

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。

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(wèn)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型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。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(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(guò)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(guò)水膜流動(dòng)而被去除。

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。

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(guò)飽和。

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℃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℃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10℃以上。

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。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。

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(guò)熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

在一些實(shí)施方案中，在所述氣溶膠通過(guò)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。

在一些實(shí)施方案中，在氣溶膠在通過(guò)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。

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。

本實(shí)用新型中，所述氣溶膠包括但不限于高濕度煙氣，特別是經(jīng)過(guò)濕法脫硫處理的高濕度煙氣。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(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。

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。

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。。

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(guò)熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本實(shí)用新型利用氣流通道中的細(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)顆粒物在片狀構(gòu)件間的碰并沉降；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)顆粒物向片狀構(gòu)件表面移動(dòng)；同時(shí)在片狀構(gòu)件外表面形成水膜，防止沉降的顆粒物被氣流二次攜帶。

氣溶膠通過(guò)細(xì)顆粒物捕獲裝置降溫后，形成一定的蒸汽過(guò)飽和度，氣溶膠中逃逸出的顆粒物在過(guò)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。

具體而言，本實(shí)用新型涉及以下方案：

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(guò)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(guò)水膜流動(dòng)而被去除。

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。

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。

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(guò)飽和。

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℃以上。

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℃以上。

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。

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。

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。

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。

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(guò)熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(guò)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。

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。

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(guò)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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

方案30.根據(jù)方案29的系統(tǒng)，其中所述熱管換熱器是分離式熱管換熱器。

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(guò)熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)的示意圖。

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。

圖3是一組細(xì)顆粒物捕獲裝置的排列方式示意圖。

圖4是多組細(xì)顆粒物捕獲裝置的排列方式示意圖。

圖5是翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)的另一示意圖。

圖7是本實(shí)用新型的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)的另一示意圖。

圖8是本實(shí)用新型的去除高濕度氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)的另一示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、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)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說(shuō)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實(shí)用新型的概念。

根據(jù)氣溶膠力學(xué)分析，粒子尺寸在10μm以下時(shí)，跟粒子慣性遷移相關(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。本實(shí)用新型借助湍流漲落和/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。

如圖1所示，本實(shí)用新型的去除氣溶膠中細(xì)顆粒物的系統(tǒng)包括：包括：供氣溶膠流動(dòng)的氣流通道11，該氣流通道內(nèi)設(shè)有細(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氣流走向。

使氣溶膠通過(guò)細(xì)顆粒物捕獲裝置1，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；此外，可再使所述片狀構(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(guò)水膜流動(dòng)而被去除。

以下理論可用于解釋本實(shí)用新型。

一方面，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(guò)水膜流動(dòng)將細(xì)顆粒物排出。

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(wú)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)。

雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式為：

式中：ρ是流體密度，v是流體流速，μ是＝流體粘度，L是特征長(zhǎng)度。

術(shù)語(yǔ)“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(guò)圓形管道時(shí)，術(shù)語(yǔ)“特征長(zhǎng)度”為管道的當(dāng)量直徑。當(dāng)流體流過(guò)平板時(shí)，術(shù)語(yǔ)“特征長(zhǎng)度”為自板端向后流過(guò)的距離。

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)。因此在本實(shí)用新型中，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)生湍流。以氣體流速10m/s，在外徑65mm,基管外徑25mm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。

“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。

氣流湍流漲落的強(qiáng)弱通常用湍流強(qiáng)度來(lái)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：

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。

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。

片狀構(gòu)件外表面上水膜的形成對(duì)于本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)是優(yōu)選的。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1μm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(guò)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0.07N/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1μm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(guò)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。

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(guò)外部噴淋水或水溶液形成。如通過(guò)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8-10℃，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℃，當(dāng)氣溶膠相對(duì)濕度為約90％時(shí)，僅需要2℃的溫差就可以形成凝結(jié)水膜。本實(shí)用新型的氣溶膠優(yōu)選是濕度較高(相對(duì)濕度超過(guò)60％)的氣溶膠，更優(yōu)選相對(duì)濕度超過(guò)80％。

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。

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(guò)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。

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：

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，Γa是溫度梯度，ρ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。

根據(jù)流體力學(xué)理論，粘性曳力的計(jì)算公式為：

式中：F是粘性曳力，ξ是曳力系數(shù)，πR²-顆粒物投影面積，ρ-氣體密度，U-氣體流速。

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，本實(shí)用新型的系統(tǒng)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。

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：

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(guò)平板時(shí)，術(shù)語(yǔ)“特征長(zhǎng)度”為自板端向后流過(guò)的距離。

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(guò)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。

術(shù)語(yǔ)“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遷移，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(shuō)，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(guò)飽和氣體)。

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。

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。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)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(guò)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。

本實(shí)用新型的“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。

當(dāng)使用本實(shí)用新型的系統(tǒng)捕獲氣溶膠中的細(xì)顆粒物時(shí)，所述系統(tǒng)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。

本實(shí)用新型中所述的“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(lái)說(shuō)，“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(yǔ)“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。

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(guò)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(guò)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))。

為了使氣溶膠在流過(guò)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。

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。

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(guò)熱傳導(dǎo)形成片狀構(gòu)件與氣溶膠的溫差。

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。

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。

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。

術(shù)語(yǔ)“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℃之間，如果通過(guò)主動(dòng)散熱的方式來(lái)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(guò)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。

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。

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。

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。

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10mm，更優(yōu)選為大于18mm。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。

“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(guò)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/或管外側(cè)，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(guò)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。

更優(yōu)選地，在本實(shí)用新型中，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—端。本實(shí)用新型中，優(yōu)選使用分離式熱管換熱器。

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(guò)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℃，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℃，當(dāng)氣溶膠濕度為大約90％時(shí)，僅需要2℃的溫差就可以形成水膜。

片狀構(gòu)件外表面上的水膜也可以通過(guò)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。

氣溶膠經(jīng)過(guò)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。

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。

本實(shí)用新型中，氣溶膠的流速優(yōu)選為2-20m/s。

本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型的氣溶膠包括但不限于高濕度煙氣，特別是經(jīng)過(guò)濕法脫硫處理的高濕度煙氣。

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(guò)預(yù)處理提高其含濕率(加蒸汽，預(yù)降溫，噴水等等)，再通過(guò)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。

本實(shí)用新型中所使用的術(shù)語(yǔ)“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2.5μm的固體顆粒物或液滴(簡(jiǎn)稱PM2.5)。本實(shí)用新型中所使用的術(shù)語(yǔ)“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1μm的固體顆粒或液滴(簡(jiǎn)稱PM1)。

實(shí)施例1

一臺(tái)300MW燃煤鍋爐，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)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(wàn)m³/h，煙溫降到45-50℃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0.2-1μm，屬于典型的高濕度氣溶膠。

與脫硫塔相連的系統(tǒng)包括凈煙道，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?gòu)?fù)合材質(zhì)，翅片節(jié)距為5mm，翅片高20mm，翅片管外徑65mm，濕煙氣與翅片溫差在5℃以上。

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。

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。

高濕煙氣降溫后形成蒸汽過(guò)飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來(lái)，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(guò)碰撞、凝并可達(dá)到粒徑15-20μm以上。

細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過(guò)15μm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/Nm³。

實(shí)施例2

一臺(tái)30t燃煤鍋爐，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫后成為飽和濕煙氣，煙氣量為4萬(wàn)Nm³/h，煙溫降到45-50℃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1μm。

與脫硫塔相連的系統(tǒng)包括凈煙道，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?gòu)?fù)合軋制，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℃以上。

冷凝段(凈煙道內(nèi))兩側(cè)還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。

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。

飽和濕煙氣降溫后形成蒸汽過(guò)飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來(lái)，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(guò)碰撞、凝并可達(dá)到粒徑15-20μm以上。

細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過(guò)15μm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/Nm³。

實(shí)施例3

一臺(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℃，其中含有NO_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0.2-1μm，雖然質(zhì)量濃度不超過(guò)10mg/Nm³，但是數(shù)濃度巨大。

與燃?xì)忮仩t相連的系統(tǒng)包括煙道，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?gòu)?fù)合軋制翅片管，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℃以上。

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。

濕煙氣降溫后形成水蒸汽過(guò)飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來(lái)，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(guò)碰撞、凝并可達(dá)到粒徑15-20μm以上。

此外，凝結(jié)水能夠吸收煙氣中的NO_x，特別是其中的NO₂，具備一定的脫硝能力。

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。

細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過(guò)15μm的大部分液滴，被除霧器去除，保證液滴逃逸濃度低于20mg/Nm³。

實(shí)施例4

一家木材加工工廠，所排廢氣含有大量水蒸氣，廢氣溫度50-60℃，有機(jī)酸濃度30mg/Nm³，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/Nm³，該工況下，傳統(tǒng)的袋式除塵器、靜電除塵器都難于應(yīng)用。

在車間出口與煙囪之間的系統(tǒng)包括煙道，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?gòu)?fù)合軋制翅片管，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℃以上。

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。

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)。

廢氣降溫后形成蒸汽過(guò)飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣陸續(xù)凝結(jié)出來(lái)，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(guò)碰撞、凝并可達(dá)到粒徑15-20μm以上。

細(xì)顆粒物捕獲裝置后設(shè)置水平煙道除霧器，超過(guò)15μm的大部分液滴，被除霧器去除，保證粉塵濃度低于10mg/Nm³，液滴逃逸濃度低于20mg/Nm³。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說(shuō)明或解釋本實(shí)用新型的原理，而不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。因此，在不偏離本實(shí)用新型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)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本實(shí)用新型所附權(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。