雾化除尘技术在治理城市PM2.5中的应用

高 博，曾毅夫，叶明强，刘胜强

（凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100）



雾化除尘技术在治理城市PM2.5中的应用

高 博，曾毅夫，叶明强，刘胜强

（凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100）

摘 要：综述了雾化技术对PM2.5的治理机理及特点，分析了PM2.5治理领域主要雾化技术的应用现状，指出雾化技术治理PM2.5颗粒物的有效性及对城市PM2.5治理的意义。

关键词：PM2.5；雾化技术；细颗粒物

近年来，我国城市雾霾天气越来越严重，对公众健康和生活造成了严重的影响，PM2.5含量过高是导致雾霾天气的主要原因。PM2.5污染已成为城市突出的大气环境问题，城市PM2.5治理刻不容缓。

长期以来，有效治理PM2.5的防尘方法一直是一道难题。目前，湿法除尘在适用环境、压损、运行费用等方面有明显优势，较为通用［1］。而雾化除尘技术又是湿法除尘的重要及有效技术。雾化技术是通过产生1～100μm的超细水雾充分增加与粉尘颗粒的接触面积，水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚形成团聚物，团聚物不断变大变重，直至最后自然沉降，达到消除粉尘的目的；所产生的水雾颗粒中30%～40%粒径在2.5μm以下，对大气细微颗粒污染的防治效果明显。

1 雾化技术治理PM2.5的机理及特点

1.1 雾化技术除尘的机理

在PM2.5除尘抑尘中，当水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时，吸附、过滤、凝结的机率最大。即当空气中有与PM2.5颗粒大小相近的水雾颗粒时，PM2.5的浓度将会降至最低，这就是雾化除尘技术的应用基本原理。水通过雾化形成颗粒微小、尺寸均匀的液雾，增加液体与粉尘之间的接触面积，促进粉尘凝变，从而达到降尘的目的。

用具体的数据方面来说，PM2.5是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，而雾化除尘技术是将水珠分解成10微米以下的水雾颗粒，使水雾颗粒与PM2.5在相遇时，水雾颗粒能将PM2.5包裹，进而凝聚成团、降落。

1.2 雾化除尘技术特点

（1）环保

雾化除尘技术使用少量的水就可达到较好的降尘效果，且在整个过程中，无需添加任何化学物质，在保证解决去除PM2.5颗粒时，不会对环境造成其他污染。

（2）大幅降低除尘能耗和运营成本

节能减排、耗水量小，与物料重量比仅0.02%～0.05%，是传统除尘耗水量的1/100～1/10。同时，使用全自动PLC控制，省去了传统的风机、除尘器、通风管、喷洒泵房、洒水枪等。其运行、维护费用较低，从而节约了治理成本。

（3）性能高，效果好

雾化除尘技术可针对2.5～10μm以下可吸入肺的粉尘，除尘效果高达96%以上，任何扬尘颗粒均可被密密麻麻的雾滴包围，没有逃逸的机会。

2 高压雾化除尘技术

可应用于PM2.5治理领域具有代表性的雾化技术主要有高压雾化、介质雾化及超声波雾化技术。其中高压雾化及超声波雾化技术因动力源要求简单、设备成本等优点，尤其被越来越多的人所关注。

高压喷雾降尘技术是一种新型降尘技术，其原理是利用高压泵将水加压至50～70公斤，经高压管路送至高压喷嘴雾化，形成飘飞的水雾，由于水雾颗粒是微米级的，非常细小，能够吸附空气中杂质，营造良好清新的空气，达到降尘、加湿等多重功效。高压喷雾除尘系统造价低，运行维护成本低，经济实用，控制系统可实现无人自动控制［2］。

2.1 高压雾化技术的基本理论

所谓高压雾化是指在外加能量的作用下，液体在气体环境中变成液雾或其它小雾滴的物理过程［3］。对于其雾化机理，已经有了多种解释，如空气动力干扰说、压力震荡说、湍流扰动说、空气扰动说、边界条件突变说等。

（1）空气动力干扰说

Castleman最早提出了空气动力干扰说，他认为，由于射流与周围气体间的气动干扰作用，使射流表面产生不稳定波动。随速度增加，不稳定波所作用的表面长度越来越短，直至微米量级，射流即散布成雾状。

（2）压力振荡说

压力振荡说是观察到液体供给技术压力振荡对雾化过程有一定影响。由此根据一般喷射技术中普遍存在压力振荡，因此认为它对雾化起重要作用。

（3）湍流扰动说

湍流扰动说认为射流雾化过程发生在喷嘴内部，而流体本身的湍流度可能起着重要作用。也有人认为作为湍流管流运动的喷嘴内流体的径向分速度会在喷嘴出口处立即引起扰动，从而产生雾化。

（4）空气扰动说

空气扰动说对湍流扰动说持相反态度，认为喷油技术内穴蚀现象所产生的大振幅压力扰动是产生雾化的原因。

（5）边界条件突变说

边界条件突变说认为喷嘴出口处，液体的边界条件（内应力）发生突变；或者是层流射流突然失去喷嘴壁面约束，使截面内速度分布骤然改变而产生雾化。

2.2 高压雾化过程及方法

喷射雾化过程通常分为三个阶段：1）液体在喷嘴内部流动阶段；2）液体喷出后由液柱分裂为雾滴的阶段；3）雾滴在气体中进一步破碎阶段。其中第二阶段是主要的，可以用空气动力干扰说解释［4］。

高压雾化主要是靠液体在压力差作用下产生的高速射流使其得到雾化，其又可细分为直射式、离心式和旋转式雾化。

直射式雾化和离心式雾化可统称为压力雾化。由于直射式主要依液体的喷射达到雾化的目的，因此对液体的要求较高，而且喷孔直径越大雾化越粗，故喷孔直径不能太大，流量调节范围比较小［5］。离心式雾化是利用高压液体经旋流装置产生的离心力产生液膜，被空气破碎而雾化。离心式雾化的效果优于直射式雾化，但是它同样需要较高压力。

3 介质雾化技术

介质雾化根据介质不同又可分为蒸气雾化、空气雾化，根据雾化方式的不同又分为气动雾化和气泡雾化。气动雾化依靠一定压力的气体形成高速气流，使气体与液体之间形成很高的相对速度以达到雾化的目的。其优点是可以在较低的供油压力下获得良好的雾化效果及雾化质量，并且工作状况可以在较大的范围内调节。

气泡雾化是20 世纪80 年代初由A. H. Lefebvre提出的一种新型气动雾化方式，其是将压缩空气以某种适当的方式注入到液体中，并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的泡状两相流动，在离开喷嘴出口极短的距离内由于气泡内外压差的剧烈变化，促使其急剧膨胀直至破裂，从而将包裹在其周围的液膜进一步破碎成为更加细微的液雾颗粒。由于气泡雾化的耗气量少、雾化质量高、雾化液滴直径小，因此比较适合去除PM2.5的工作场合。

4 超声波雾化技术

超声波雾化也称为超声振荡雾化，其雾化机理比较复杂，有关人士认为超声波雾化的原理是：超声波气流进入谐振腔产生高频压力波，该波传到液体表面引起振动产生超声波，由振动振幅所造成的波峰把液滴从表面分离和破碎［6］。随着超声波频率的增加雾化液滴越来越细，一般在超声波的振动频率作用下可获得微米级的雾滴。由于超声波的雾化性能一般要优于其它雾化方式，其雾化液滴直径较小（100μm 以下），雾滴的均匀性也比较好，尺寸分布均匀指数为2。因此，超声波雾化技术在PM2.5的治理方法中得到越来越广泛关注与重视。

5 雾化除尘技术展望

随着社会的发展，如不加以控制，PM2.5的浓度势必越来越高，对人们日常生活的影响也越来越大，甚至引发新的呼吸道、肺部疾病。雾化技术应用于城市PM2.5治理领域已成为一个主要发展方向，除尘效果与雾化质量有着直接联系。相信通过雾化技术的不断发展，必然会让PM2.5远离人群。

参考文献：

［1］ 卢鉴章.我国煤矿粉尘防治技术的新进展［J］.煤炭科学技术，1996，24 （7）：1-5.

［2］ 刘鸿，王家骅.超声波雾化喷嘴的试验研究［J］.江苏工业学院学报，2005，17 （1）：32.

［3］ 张安明，郭社科.高压喷雾的原理及其应用［J］.煤矿安全， 1998（4）：2-5.

［4］ 侯凌云，侯晓春.喷嘴技术手册［M］.北京：中国石化出版社，2002.

［5］ 冉景煜.渐扩切向槽角度对低压燃油雾化喷嘴流动特性影响的数值研究［J］.中国电机工程学报，2006，26（1）：46-50.

［6］ 梁荣.超声波雾化喷嘴的设计［J］.上海有色金属，2006，27（4）：15-17.

中图分类号：X701

文献标志码：A

文章编号：1006-5377（2016）06-0029-03

Application of Atomization Dust Removal Technology in Treatment of City PM2.5

GAO Bo， ZENG Yi-fu， YE Ming-qiang， LIU Sheng-qiang
（Kaitian Environmental Sciences &Technology Co.， Ltd， Changsha 410100， China）

Abstract：This paper summarizes the treatment mechanism and characteristic of atomization technology in PM2.5， analyzes the application status of the main atomization technology in treatment of PM2.5， and points out that the atomization technology shows the valid in treatment of PM2.5particulate matters and has the significance for urban PM2.5treatment.

Keywords：PM2.5； atomization technology； fine particulate matter