近年來中國部分城市霧霾天氣驟增,嚴重時城市能見度不足百米,這與各種污染源排入大氣的PM2.5（即空氣動力學直徑≤2.5μm的顆粒物）密切相關。其中,燃煤顆粒物排放是造成大氣霧霾的重要誘因之一。雖然煤燃燒過程中生成的亞微米顆粒質量僅占飛灰總量的0.2%~2.2%[1],但其顆粒數量巨大,排放到大氣后將嚴重影響當地氣候與環境,危害人體健康。那么相同條件下的絲網除沫器回達到怎樣的效率呢，下面來仔細看一下。

當前中國已經實施了世界上最嚴格的火電機組空氣污染物排放標準,規定燃煤火電機組空氣污染物超低排放限值為NOx≤50mg/m3（標準狀態,下文與體積相關的數值均已換算至標準狀態）,SO2≤35mg/m3,粉塵≤5mg/m3或≤10mg/m3）[2]。雖然很多污染物脫除技術均能使排放物達到排放標準,但各污染物脫除技術的協同脫除能力較弱,脫除成本相對較高,因此研究多污染物協同高效脫除技術具有重要意義。

實現細顆粒物超低排放,主要研究方向仍在于高效促進亞微米顆粒凝聚長大。只有對亞微米顆粒實現凝聚,才能在后續除塵設備中將其有效脫除。目前細顆粒物凝聚技術主要包括化學團聚、聲波團聚、磁團聚、相變凝聚、湍流聚并等[3,4,5,6,7,8]。研究不同細顆粒凝聚技術旨在掌握細顆粒物凝聚機理以及開發能夠應用于工業生產且達到PM2.5排放限值的裝置。

但上述顆粒物凝聚技術由于存在成本過高、噪聲污染、效果不佳等問題,尚未見大型工業應用報道。文獻[7]所進行的相變凝聚試驗,主要采用蒸汽噴入煙氣方式,噴射蒸汽溫度遠高于煙氣中微細顆粒溫度,由于熱泳力的作用方向與溫度梯度方向相反,細顆粒不會在熱泳力作用下向熱蒸汽表面移動,熱泳力的作用反而會使微細顆粒離開熱蒸汽表面。

只有造成比微細顆粒溫度更低的霧滴,才有利于亞微米顆粒在熱泳力作用下向霧滴表面移動。本文提出的濕式相變凝聚技術正是基于此原理,在煙道中加裝冷卻換熱管束,使煙氣溫度降低,實現水蒸氣過飽和相變凝結而產生大量冷霧。冷霧及冷卻管束表面溫度低于微細顆粒溫度,有利于亞微米細顆粒在熱泳力作用下團聚并向冷霧和冷卻管束表面移動,因而可在回收煙氣水分的同時協同脫除其他多種污染物。

下文詳細介紹濕式相變凝聚技術的關鍵設計思路,以及顆粒物凝聚和多污染物脫除原理。此外,通過局部煙氣與全煙氣現場測試數據,分析所研發設計的WPTA對不同粒徑顆粒物以及多種痕量元素的脫除效果。
在實驗研究基礎上,筆者首次開發設計了濕式相變凝聚器。根據中型實驗與660MW示范工程運行結果,所研發并設計的濕式相變凝聚器性能優良,運行穩定,主要功能為：

（1）具有高效微細粉塵團聚與脫除能力;

（2）與濕式電除塵器配合使用,有助于脫除微細顆粒物,尤其是對脫除PM2.5、PM1.0有良好作用;

（3）明顯提高煙氣中Hg、As、Ba、Ga、Li、Mn、Sr、Ti元素的脫除倍率;

（4）可實現煙氣凝結水的高效回收,對于1臺600MW機組,煙氣溫度每降1℃,可回收凝結水近10t。由此可見,本文開發、設計的濕式相變凝聚器可實現燃煤電廠PM2.5、SO3及重金屬等多污染物高效聯合脫除。在當前空氣污染的嚴峻形勢下,該設備的開發成功對降低污染物排放和減輕霧霾有重要意義。