直接蒸發(fā)冷卻在降塵治霾中的應(yīng)用分析

宋祥龍++張思龍++強(qiáng)浩++李騫

【摘 要】論文總結(jié)了PM10和PM2.5的成因及危害，分析來源及其特點(diǎn)，得出不同場(chǎng)所、不同來源的污染物需要采取不同治理方案的結(jié)論。通過分析蒸發(fā)冷卻凈化PM10、PM2.5等微粒的機(jī)理，為采取有效措施減輕污染，保護(hù)人們健康提供技術(shù)參考。

【Abstract】This paper summarizes the origin and harm of PM10 and PM2.5， analyzes its source and characteristic， and points out that in different area， different sources of pollutants need to take different measures. Through the analysis of evaporative cooling and purification mechanism of PM10 and PM2.5 particles， this paper provides the technical reference to take effective measures to reduce pollution and protect public health.

【關(guān)鍵詞】蒸發(fā)冷卻；PM2.5 ；PM10 ；降塵治霾

【Keywords】direct evaporative cooling； PM2.5； PM10； dust and haze governance

【中圖分類號(hào)】TK264.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）09-0181-02

1 引言

隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平的不斷加快，以可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出，目前，我國(guó)大部分省會(huì)城市霧霾天數(shù)占全年天數(shù)的1/3左右，大氣低能見度的范圍在逐年擴(kuò)展。約80%的城市空氣質(zhì)量不能滿足世界衛(wèi)生組織第一階段目標(biāo)值的要求，大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）的年平均濃度超過發(fā)達(dá)國(guó)家3到5倍。

國(guó)內(nèi)外許多專家、學(xué)者已經(jīng)對(duì)噴水室、蒸發(fā)式冷氣機(jī)等設(shè)備對(duì)室內(nèi)PM10、PM2.5的凈化效果做了許多卓有成效的工作。論文將對(duì)蒸發(fā)冷卻對(duì)室內(nèi)、外空氣降塵除霾的效果進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)具體采用何種蒸發(fā)冷卻方式來治霾做一些初步探討，希望喚起人們對(duì)蒸發(fā)冷卻技術(shù)緩解霧霾等問題的重視。

2 PM10和PM2.5的成因及危害

在不同的國(guó)家和地區(qū)，PM10可吸入顆粒物的來源因各自的經(jīng)濟(jì)水平、能源結(jié)構(gòu)、工藝方法以及管理水平等的不同而差別很大，通常貢獻(xiàn)率比較大的幾種排放源是燃煤煙塵、冶金工業(yè)、汽車尾氣、物料轉(zhuǎn)運(yùn)、建筑施工以及地面揚(yáng)塵等

PM2.5指懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm 的顆粒物。PM2.5來源非常復(fù)雜，就產(chǎn)生過程而言，PM2.5包括由污染源直接排出的一次粒子，也可以是各種氣態(tài)污染物經(jīng)過冷凝或在大氣中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而生成的二次粒子。

霧霾是空氣污染和氣象參數(shù)共同作用的結(jié)果，霧霾天氣發(fā)生時(shí)，大氣能見度降低，大氣中的顆粒物特別是細(xì)顆粒物（PM2.5）是導(dǎo)致能見度降低的主要因素。PM2.5也會(huì)改變氣溫和降水模式，同時(shí)由于PM2.5具有很大的比表面積又長(zhǎng)期懸浮于大氣環(huán)境中，所以易于富集多環(huán)芳烴、多環(huán)苯類、病毒和細(xì)菌等有毒物質(zhì)以及痕量元素，一旦在人體呼吸系統(tǒng)沉積將對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[1]。

3 蒸發(fā)冷卻除塵機(jī)理

直接蒸發(fā)冷卻裝置包括噴水室、滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻器、高壓噴霧（微霧）等，這些熱濕交換設(shè)備，不僅能夠?qū)諝膺M(jìn)行降溫、加濕，而且能夠凈化空氣，對(duì)降塵治霾起到有效過濾作用。就其與空氣的接觸而言主要有兩種：一是空氣與水膜直接接觸，二是空氣與水滴直接接觸。滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻器屬于前者，通過填料能夠?qū)崿F(xiàn)空氣與水膜直接接觸，噴水室、高壓噴霧（微霧）屬于后者，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣與水滴直接接觸。二者對(duì)于空氣中塵粒等的凈化機(jī)理存在一些差異。筆者首先對(duì)二者的凈化機(jī)理進(jìn)行分析。

3.1 滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻的除塵機(jī)理

滴淋段又稱填料段直接蒸發(fā)冷卻段，采用各種波紋型填料作為熱濕交換和除塵的核心部件，相鄰兩層填料交錯(cuò)布置，形成特定的空氣流道，水被循環(huán)水泵從水池中抽出，經(jīng)布水器均勻散布在填料上，靠重力作用向下流潤(rùn)濕填料表面并形成水膜，空氣在填料流道中流動(dòng)，主要通過慣性作用和粘性效應(yīng)作用使得隨氣流而來的塵粒和氣溶膠與水結(jié)合，使空氣中的塵粒被捕獲，起到濕式過濾器的作用，實(shí)現(xiàn)塵粒、氣溶膠等粒子與填料脫離，最終被向下流動(dòng)的液體帶入水池中。

3.2 噴淋式直接蒸發(fā)冷卻的除塵機(jī)理

噴淋式（即無填料式）直接蒸發(fā)冷卻包括噴水室（冷卻塔或是其他絕熱、降溫、加濕設(shè)備）或高壓噴霧（微霧）兩種基本形式。

噴水室直接蒸發(fā)冷卻是利用噴水室（冷卻塔或是其他絕熱、降溫、加濕設(shè)備）將不同溫度的水通過水泵送至噴嘴，經(jīng)過噴嘴的霧化作用，將水分解成細(xì)小的水滴。同時(shí)，空氣均勻流過噴水室（冷卻塔或是其他絕熱、降溫、加濕設(shè)備）與水直接接觸實(shí)現(xiàn)熱濕交換過程及除塵過程。

高壓噴霧（微霧）直接蒸發(fā)冷卻是噴淋式直接蒸發(fā)冷卻的一種特殊形式，通過高壓泵將水向噴嘴小孔中噴出，形成細(xì)小的水霧，并與空氣發(fā)生熱濕交換過程與除塵過程。高壓微霧直接蒸發(fā)冷卻與高壓噴霧直接蒸發(fā)冷卻工作原理相同，主要有兩點(diǎn)不同：泵的壓力不同，噴嘴的噴水孔徑不同。通過提高泵的壓力和使用小孔徑的噴嘴，高壓微霧能夠獲得比高壓噴霧更細(xì)小的霧滴，因此高壓微霧能夠?qū)崿F(xiàn)比高壓噴霧更好的降塵治霾的效果。

噴水室直接蒸發(fā)冷卻與高壓噴霧（微霧）直接蒸發(fā)冷卻除塵機(jī)理相似，在該功能段中，主要靠含塵氣體與液滴或液膜的接觸使顆粒物從氣流中分離。水和含塵氣流的接觸方式大致有水滴、水膜和氣泡三種方式。依靠液滴捕集塵粒的機(jī)理有很多，主要有重力慣性碰撞、接觸阻留、布朗擴(kuò)散、粘性效應(yīng)、凝聚和沉降等。噴水室直接蒸發(fā)冷卻一般作為一個(gè)功能段設(shè)置在組合式空調(diào)機(jī)組中，而高壓噴霧（微霧）直接蒸發(fā)冷卻通過上海世博會(huì)、西安世園會(huì)等場(chǎng)所的應(yīng)用說明它可以廣泛應(yīng)用于室外的降溫、除塵。endprint

4 實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀

進(jìn)入冬季以來，我國(guó)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等地區(qū)霧霾天氣持續(xù)惡化，以西安市為例，根據(jù)PM2.5監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)入2013年12月以來，西安空氣質(zhì)量指數(shù)呈持續(xù)遞增趨勢(shì)，自12月18日至25日為止，空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）一直保持在400以上，達(dá)到嚴(yán)重污染的狀況，其他時(shí)間段空氣污染也十分嚴(yán)重，PM2.5、PM10分別成為西安市各地區(qū)的首要污染物。

為了減少霧霾危害，蘭州等地紛紛引進(jìn)一種“噴霧車”這種噴霧車本質(zhì)上是一臺(tái)大型加濕噴霧器，通過臺(tái)子的移動(dòng)，一直可以升到十米之高，通過噴嘴向周圍環(huán)境大范圍內(nèi)噴灑細(xì)小液滴，有效減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放的移動(dòng)排放源PM2.5和周圍空氣中的細(xì)小微粒以及地面揚(yáng)塵等。

在西安市碑林區(qū)棚戶改造工程某工地上，兩輛履帶破碎機(jī)揮動(dòng)巨大搖臂破拆舊樓，而來自清潔降塵公司的一輛降塵治霾車、一輛水車則將時(shí)時(shí)泛起的灰塵用長(zhǎng)超過一米的霧炮和水槍打壓掉、使其不能生成二次揚(yáng)塵，為西安降塵治霾盡職。在西安市某建筑工地上安裝了霧化噴淋降塵設(shè)施，霧化噴淋設(shè)施與工地消防栓相連，加裝在工地外架上，噴淋設(shè)施開啟后，通過噴淋設(shè)施產(chǎn)生細(xì)小水滴，起到降塵治霾的作用。據(jù)環(huán)保部門對(duì)噴淋設(shè)施進(jìn)行的實(shí)際測(cè)試，開啟20分鐘后，PM10數(shù)據(jù)下降了50微克，降塵率達(dá)50%以上。

5 蒸發(fā)冷卻與除塵治霾的關(guān)系

近年來，隨著國(guó)家對(duì)可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題的重視以及國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域的研究，蒸發(fā)冷卻對(duì)空氣降塵治霾的作用可以歸納為以下幾個(gè)方面。

第一，將噴水室作為一個(gè)功能段設(shè)置在組合式空調(diào)機(jī)組中，能夠?qū)κ彝庑嘛L(fēng)或者室外新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)的混合風(fēng)進(jìn)行凈化處理，減少送風(fēng)中的PM10、PM2.5一、二次粒子等污染源的濃度，并產(chǎn)生一定量的負(fù)離子，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

第二，以窗式蒸發(fā)空調(diào)器和蒸發(fā)式冷氣機(jī)為代表的滴淋式直接蒸發(fā)冷卻器，通過填料上均勻分布的水膜將室外新風(fēng)中的SO2、NOx、SO42-、NO3-、NH4+等粒子進(jìn)行過濾。當(dāng)用于家用時(shí)，由于送風(fēng)采用全新風(fēng)，通過置換通風(fēng)，將由于人員吸煙、廚房油煙等人員活動(dòng)產(chǎn)生的PM2.5一、二次粒子快速排出室外，減少PM2.5二次粒子對(duì)多環(huán)芳烴、多環(huán)苯類、病菌等的附著，保證室內(nèi)人員健康，同時(shí)通過置換通風(fēng)，減少室內(nèi)細(xì)菌滋生，降低室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)的濃度，減少“空調(diào)病”的發(fā)病概率。

第三，以降塵治霾車、建筑工地安裝的霧化噴淋降塵設(shè)施為代表的戶外高壓噴霧（微霧）除塵系統(tǒng)，通過噴嘴與高壓水泵產(chǎn)生細(xì)小水滴，提高周圍環(huán)境中水蒸氣分壓力，依靠液滴捕集塵粒的機(jī)理，減少諸如地面揚(yáng)塵、建筑工地、機(jī)動(dòng)車尾氣產(chǎn)生的PM10、 PM2.5濃度。

6 結(jié)語

蒸發(fā)冷卻技術(shù)尤其是直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較好的降溫效果，同時(shí)對(duì)可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）等有較好的凈化效果，從暖通空調(diào)專業(yè)角度來講，對(duì)我國(guó)目前存在的霧霾等大氣環(huán)境問題有較好的緩解作用，為降塵治霾和建筑物空調(diào)的新風(fēng)凈化處理提出了一條可供目前參考并能夠有效實(shí)施的技術(shù)方案。

【參考文獻(xiàn)】

【1】郝明途，林天佳，劉焱.我國(guó)PM2. 5的污染狀況和污染特征[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2006， 31（2）： 58-61.endprint