懸浮在空氣中的顆粒物，尤其是細顆粒物(PM2.5)，因表面易于富集有毒有害的物質且能在空氣中長收時間停留，而給人體健康和大氣環境帶來極大的危害[1]。為彌補傳統除塵工藝存在的諸如占地面積廣、投入成本高、二次污染[2,3]等許多不足，本課題組提出了采用氣液交叉流系統以循環廢水來脫除氣體中顆粒物的技術[4]。在氣液交叉流除塵系統除塵效率的前期實驗研究中，本課題組相繼采用化學分析法和重量法對除塵室進出口處的氣溶膠進行檢測[5]。化學分析法具有實驗成本較低，且測量結果不受濕度影響[6]等優點。重量法原理簡單，測量時需要將采樣濾膜放在恒溫恒濕箱中平衡至恒重，測量結果不受濕度影響，是國際上公認的最準確的顆粒測量方法。但上述兩種方法均為離線測量，無法得到顆粒的實時數量濃度和粒徑分[7,8]。為了在線測量氣溶膠顆粒數量濃度和粒徑分布，光散射測量[9]是有效的解決方法之一。在對濕法除塵系統中的高濕氣溶膠顆粒濃度進行檢測時，顆粒吸濕長大會使光散射以及電子低壓沖擊等在線檢測方法的測量結果失真[10,11]。濕法條件下，可能的霧沫夾帶亦會干擾測量結果。顏金培等[12]在對濕法除塵系統進行采樣時，對采樣管路進行加熱保溫處理，并用高溫凈化氣作為稀釋氣對采樣煙氣進行稀釋，以排除煙氣中可能存在的液滴對測量結果的影響，但對稀釋器內蒸發條件并未給出說明。以本課題研究為例，假設系統檢測出的特征尺度顆粒為水滴，獲得該尺度條件水滴在稀釋器內的完全蒸發條件，則可認為液滴對測量結果的影響已排除。目前國內外關于液滴蒸發的研究主要集中在高溫、單液滴的蒸發[13,14]。本文采用理論計算并輔以實驗驗證對稀釋器內液滴群的蒸發影響因素開展研究，為準確測量氣溶膠濃度提供適當的檢測操作條件。2 高濕條件下顆粒粒徑分布的偏移基于氣液交叉流除塵系統的實驗裝置[15]，采用Palas?公司RBG2000 氣溶膠發生器，將Sasol GermanyGmbH 公司生產的Pural NF 分散為氣溶膠原氣。運用Palas?公司Welas2000 粒徑譜儀，在量程0.2~10 μm 以等速采樣原則對除塵系統進出口進行采樣檢測。分別用烘干和自然吸潮狀態的Pural NF 生成氣溶膠原氣，對其進行濃度檢測，并與吸潮后的氣溶膠原氣經稀釋器(原氣:稀釋氣=1:9)稀釋后的檢測濃度對比于圖1。其中自然吸潮狀態下原氣溫度為22.9℃，相對濕度為85.5%；稀釋氣為空氣，溫度為20.4℃，相對濕度為3.5%。如圖1 所示，經稀釋器稀釋后的氣溶膠粒徑分布與烘干后的真實氣溶膠粒徑分布基本重合。而吸潮后的氣溶膠粒徑分布明顯向粒徑小的方向偏移，表明吸潮后小顆粒的比例增加。以粒徑為0.294 μm 左右的顆粒為例，烘干條件下濃度占比為0.0691，自然吸濕狀態下占比為由上述稀釋器內液滴蒸發影響因素可知，欲使5 μm的液滴在32.9 ms 內完全蒸發，在液滴溫度為20℃，液滴濃度為104~6×104 P·cm?3，氣相溫度為20~40℃ 時，存在臨界蒸發曲線如圖12 所示。操作條件位于臨界曲線以下時液滴可完全蒸發，曲線以上則不能完全蒸發。氣相溫度一定時，氣相臨界相對濕度隨液滴數濃度的增加而減小，在氣相溫度為20℃ 時，當液滴數濃度從104 P·cm?3 增加至3×104 P·cm?3 時，氣相臨界相對濕度從18% 降低至5%。氣相相對濕度一定時，臨界液滴數濃度隨氣相溫度的升高而增大，在氣相相對濕度為18% 時，當氣相溫度從20℃升高至40℃ 時，臨界液滴數濃度從104 P·cm?3 增加到5.7×104 P·cm?3。液滴濃度一定時，氣相臨界相對濕度隨氣相溫度的升高而升高，在液滴數濃度為104P·cm?3 時，當氣相溫度從20℃升高至40℃ 時，臨界相對濕度由18% 升高至40%。在當前氣液相溫、濕度及液滴濃度范圍內，為使液滴的蒸發時間與稀釋器內停留時間匹配，在氣相溫度及液滴濃度一定時，氣相相對濕度應位于臨界氣相相對濕度曲線之下。以氣相溫度40℃、液滴濃度104 P?cm?3 為例，為使液滴在稀釋器內完全蒸發，氣相相對濕度應不大于相應氣相溫度和液滴濃度下的臨界氣相相對濕度40%。5.6 蒸發操作條件的實驗驗證穩定實驗時，氣溶膠原氣的溫、濕度及稀釋氣溫度基本保持不變。實驗中采用干燥劑對壓縮機出口氣體進行干燥以獲得稀釋氣。隨著實驗的進行，干燥劑吸潮能力降低，稀釋氣的濕度逐漸加大，使稀釋器出口氣流濕度逐漸增加。對氣液交叉流除塵裝置的采樣口進行采樣，研究了稀釋器出口處氣溶膠粒徑分布與稀釋器出口氣流相對濕度的關系，見圖13。其中未加稀釋器時氣溶膠數目濃度約為200000 P·cm?3，分別測得原氣溫度為20℃，原氣與稀釋氣混合后氣相平均溫度為22℃，混合氣出口相對濕度如圖13 所示。0.0847，增加22.7%。因此，為獲得真實的氣溶膠粒徑分布，測量時有必要屏蔽除塵過程中帶入水分的影響。本研究采用引入稀釋氣體的方法對氣液交叉流過程中夾帶的液體進行屏蔽，以保證在線檢測結果的可靠性。假設圖1 中反常粒徑出現的尺度區域0.2~5 μm 即為系統中水滴尺度，研究該尺度水滴的完全蒸發條件，即可得到完全排除濕分及液滴影響的操作條件。為此對稀釋器內影響液滴蒸發的因素進行了分析。可以看出，當稀釋器出口氣流相對濕度為17.2%、20.9% 時，稀釋后的氣溶膠粒徑分布與干粉粒徑分布基本重合，而當稀釋器出口氣流相對濕度增長至22.3% 時，稀釋后的氣溶膠粒徑分布明顯偏離干粉粒徑分布。若假設系統檢測出的未加稀釋器時的特征尺度顆粒全部為水滴，則相同粒徑分布及氣液相溫、濕度下由(1)~(8)式計算得到的稀釋器氣流臨界出口相對濕度為20.8%，與實驗值吻合，驗證了蒸發臨界曲線的可靠性。