本實用新型涉及工業廢氣及空氣凈化領域，具體涉及去除氣溶膠，特別是含濕氣溶膠中細顆粒物，特別是亞微米顆粒物的系統。

背景技術：

氣溶膠(aerosol)由固體或液體顆粒物分散并懸浮在氣體介質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)，分散介質為氣體。對于氣溶膠，顆粒物的數目遠比顆粒物的質量對其特性影響更大，所以通常按照單位體積內顆粒物的數目來計算其濃度，簡稱為數濃度。

天空中的云、霧、塵埃，工業上和運輸業上用的鍋爐和各種發動機里未燃盡的燃料所形成的煙氣，采礦、采石場磨材和糧食加工時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例。

霾是大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10km的空氣普遍混濁現象，這里的干塵粒指的是干氣溶膠粒子。一般情況下，當能見度在1～10km時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(即輕霧的貢獻)，且不易區分，所以就被稱為“霧-霾”現象。如果大氣中沒有氣溶膠粒子作為云霧的凝結核(或冰核)，則無法形成霧，所以霧和霾的背后都與氣溶膠粒子有關。

細顆粒物指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的固體顆粒物或液滴(簡稱PM2.5)。雖然PM2.5在大氣成分中含量很少，但它對空氣質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，易附帶有毒、有害物質(例如，重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。

亞微米顆粒物是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于或等于1μm的固體顆粒或液滴(簡稱PM1)。PM1粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。PM2.5可以進入人的肺部，而PM1甚至可以進入人的血液。PM1在PM2.5中的質量占比不高，但數濃度比卻接近90％。

工業生產中會產生大量的含濕氣溶膠(相對濕度80％以上)，此類氣溶膠中會含有一定量的微細粉塵、可凝結顆粒物、小液滴等細顆粒物。常規的濕式除塵器,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達到水和粉塵分離效果，實際應用表明此類技術對于高濕度氣溶膠中的粗顆粒物去除效果較佳，對其中的細顆粒物去除效果不佳，難于滿足日益提高的環保要求。

當前去除廢氣中的細顆粒物的主要技術為袋式除塵技術與靜電除塵技術，前者較后者效率更高。袋式除塵技術在高濕度氣溶膠中應用時，易出現粉塵層吸水板結問題，影響正常清灰，不能連續運行。靜電除塵技術中有一種濕電除塵技術，可用于處理高濕度氣溶膠，近些年，一些企業開始應用濕式電除塵器對高濕度氣溶膠進行除塵處理，按質量濃度計，可達到70％左右的去除效率，但受荷電機制限制，粒子粒徑越小，荷電越困難，其對于含濕氣溶膠中的亞微米粒子的去除效率并不高，按照數濃度計算的去除效率并不高，而且造價昂貴、運行成本高、設備腐蝕故障頻發，難于普遍推廣。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供能有效去除氣溶膠中細顆粒物，特別是亞微米顆粒的系統和方法。

根據本實用新型的一個方面，提供去除氣溶膠中細顆粒物的方法，包括：使氣溶膠通過細顆粒物捕獲裝置，所述細顆粒物捕獲裝置包括至少兩個片狀構件以及片狀構件之間的干擾物，所述片狀構件基本上相互平行且基本上平行于氣溶膠的流動方向，相鄰片狀構件之間形成通道，以使得氣溶膠在通道間形成湍流；并且使所述片狀構件外表面上形成水膜；由此使得所述細顆粒物沉降到所述片狀構件的外表面上，并通過水膜流動而被去除。

在一些實施方案中，相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于4倍的湍流強度。在優選實施方案中，相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于2倍的湍流強度。

在一些實施方案中，氣溶膠的相對濕度在60％以上。在優選的實施方案中，氣溶膠的相對濕度為飽和、近飽和或過飽和。

在一些實施方案中，所述片狀構件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低2℃以上。在優選的實施方案中，所述片狀構件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低5℃以上。在更優選的實施方案中，所述片狀構件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低10℃以上。

在一些優選的實施方案中，所述干擾物是貫穿片狀構件的空心管道，管道內流通冷卻液，用于維持片狀構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。

在優選的實施方案中，所述細顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片構成所述片狀構件，換熱器基管構成所述干擾物。在一些實施方案中，翅片管換熱器是常規管式換熱器。所述翅片管換熱器更優選是翅片熱管換熱器。

在另一些優選的實施方案中，所述干擾物為貫穿片狀構件的導熱實心管，實心管外接冷源，通過熱傳導形成片狀構件與氣溶膠的溫差。

在一些實施方案中，細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合制成。

在優選的實施方案中，細顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質的金屬構件經防腐材料噴涂處理或鈍化處理。

在另一些優選的實施方案中，所述片狀構件是半導體熱電片，所述細顆粒物捕獲裝置包括兩個冷端相對的半導體熱電片以及熱電片之間的干擾物。氣溶膠在兩個半導體熱電片的冷端之間的通道中形成湍流。

在一些實施方案中，所述片狀構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件的外表面形成水膜。

在另一些實施方案中，向所述片狀構件的外表面上噴水或水溶液，以在所述片狀構件的外表面形成水膜。

在一些實施方案中，所述細顆粒物捕獲裝置為在氣溶膠流動方向的橫截面上并列布置的一組細顆粒物捕獲裝置。

在一些實施方案中，所述細顆粒物捕獲裝置為沿氣溶膠流動方向上布置的多組細顆粒物捕獲裝置，每組細顆粒物捕獲裝置并列布置于氣溶膠流動方向的一個橫截面上。相鄰兩組細顆粒物捕獲裝置可以錯排布置或順排布置。

在一些實施方案中，在所述氣溶膠通過所述細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一步去除大粒徑液滴顆粒物。

在一些實施方案中，在氣溶膠在通過細顆粒物捕獲裝置之前，進行預處理，以提高其相對濕度。

在一些實施方案中，氣溶膠在片狀構件之間的流速優選為2-20m/s。

本實用新型中，所述氣溶膠包括但不限于高濕度煙氣，特別是經過濕法脫硫處理的高濕度煙氣。

根據本實用新型的另一個方面，提供去除氣溶膠中細顆粒物的系統，包括：供氣溶膠流動的氣流通道，該氣流通道內設有細顆粒物捕獲裝置，所述細顆粒物捕獲裝置包括至少兩個片狀構件以及片狀構件之間的干擾物，所述片狀構件基本上相互平行且基本上平行于氣流走向。

在一些實施方案中，相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于4倍的湍流強度。在優選的實施方案中，相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于2倍的湍流強度。

在一些優選的實施方案中，所述干擾物是貫穿片狀構件的空心管道，管道內流通冷卻液，用于維持片狀構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。在優選的實施方案中，所述細顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片構成所述片狀構件，換熱器基管構成所述干擾物。所述翅片管換熱器可以是常規管式換熱器，更優選是翅片熱管換熱器，更優選是分離式熱管換熱器。。

在另一些優選的實施方案中，所述干擾物為貫穿片狀構件的導熱實心管，實心管外接冷源，通過熱傳導形成片狀構件與氣溶膠的溫差。

在一些實施方案中，所述細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合制成。

在優選的實施方案中，細顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質的金屬構件經防腐材料噴涂處理或鈍化處理。

在另一些優選的實施方案中，所述片狀構件是半導體熱電片，所述細顆粒物捕獲裝置包括兩個冷端相對的半導體熱電片以及熱電片之間的干擾物。

在一些實施方案中，在所述細顆粒物捕獲裝置的一側或兩側設置有噴淋裝置，用于向所述片狀構件的外表面上噴水或水溶液。

在一些實施方案中，所述細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顆粒物捕獲裝置。

在一些實施方案中，所述細顆粒物捕獲裝置為沿著氣流通道走向上布置的多組細顆粒物捕獲裝置，每組細顆粒物捕獲裝置并列布置于氣流通道的一個橫截面上。相鄰兩組顆粒物捕獲裝置可以錯排布置或順排布置。

在一些實施方案中，在氣流通道中細顆粒物捕獲裝置之后，設置其它顆粒物捕集裝置，例如除霧器或除塵器。

在一些實施方案中，在氣流通道中細顆粒物捕獲裝置之前，設置用于提高氣溶膠相對濕度的預處理裝置。

本實用新型利用氣流通道中的細顆粒物捕獲裝置處理高濕度氣溶膠，其結構有利于形成湍流，借助湍流漲落，可造成細顆粒物在片狀構件間的碰并沉降；而且金屬片狀構件導熱性能強，作為冷卻器時，可在翅片表面與氣溶膠間形成較大的溫度梯度，利用熱泳力推動細顆粒物向翅片表面移動；此外，對高濕度氣溶膠進行降溫，會導致水蒸汽凝結，既可以在氣溶膠中產生蒸汽壓梯度差，形成蒸汽壓梯度力，進一步推動細顆粒物向片狀構件表面移動；同時在片狀構件外表面形成水膜，防止沉降的顆粒物被氣流二次攜帶。

氣溶膠通過細顆粒物捕獲裝置降溫后，形成一定的蒸汽過飽和度，氣溶膠中逃逸出的顆粒物在過飽和濕氣溶膠中作為凝結核，被凝結水包裹長大，可進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。由此可實現高濕度氣溶膠中的細顆粒物的高效去除，實現電力、鋼鐵、化工、木材加工等行業中的廢氣凈化及空氣凈化。

具體而言，本實用新型涉及以下方案：

方案1.去除氣溶膠中細顆粒物的方法，包括：使氣溶膠通過細顆粒物捕獲裝置，所述細顆粒物捕獲裝置包括至少兩個片狀構件以及片狀構件之間的干擾物，所述片狀構件基本上相互平行且基本上平行于氣溶膠的流動方向，相鄰片狀構件之間形成通道，以使得氣溶膠在通道間形成湍流；并且使所述片狀構件外表面上形成水膜；由此使得所述細顆粒物沉降到所述片狀構件的外表面上，并通過水膜流動而被去除。

方案2.根據方案1的方法，其中相鄰片狀構件之間的間距與所述片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于4倍的湍流強度。

方案3.根據方案1或2的方法，其中氣溶膠的相對濕度在60％以上。

方案4.根據方案3的方法，其中氣溶膠的相對濕度為飽和、近飽和或過飽和。

方案5.根據方案1-4任一項的方法，其中所述片狀構件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低2℃以上。

方案6.根據方案5的方法，其中所述片狀構件外表面的溫度比氣溶膠的溫度低5℃以上。

方案7.根據方案1-6任一項的方法，其中所述干擾物是貫穿片狀構件的空心管道，管道內流通冷卻液，用于維持片狀構件外表面與氣溶膠間的溫度差。

方案8.根據方案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.根據方案7或8的方法，其中所述細顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片構成所述片狀構件，換熱器基管構成所述干擾物。

方案10.根據方案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.根據方案1-6任一項的方法，其中所述干擾物為貫穿片狀構件的導熱實心管，實心管外接冷源，通過熱傳導形成片狀構件與氣溶膠的溫差。

方案12.根據方案7-11任一項的方法，其中所述細顆粒物捕獲裝置由金屬材料制成。

方案13.根據方案12的方法，其中所述細顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質的金屬構件經防腐材料噴涂處理或鈍化處理。

方案14.根據方案1-6任一項的方法，其中所述片狀構件是半導體熱電片，所述細顆粒物捕獲裝置包括兩個冷端相對的半導體熱電片以及熱電片之間的干擾物，氣溶膠在兩個半導體熱電片的冷端之間的通道中形成湍流。

方案15.根據方案1-14任一項的方法，其中所述片狀構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件的外表面形成水膜。

方案16.根據方案1-14任一項的方法，其中向所述片狀構件的外表面上噴水或水溶液，以在所述片狀構件的外表面形成水膜。

方案17.根據方案1-16任一項的方法，其中所述細顆粒物捕獲裝置為在氣溶膠流動方向的橫截面上并列布置的一組細顆粒物捕獲裝置。

方案18.根據方案1-16任一項的方法，其中所述細顆粒物捕獲裝置為沿氣溶膠流動方向上布置的多組細顆粒物捕獲裝置，每組細顆粒物捕獲裝置并列布置于氣溶膠流動方向的一個橫截面上。

方案19.根據方案18的方法，其中相鄰兩組細顆粒物捕獲裝置錯排布置或順排布置。

方案20.根據方案1-19任一項的方法，其中在所述氣溶膠通過所述細顆粒物捕獲裝置之后，利用其它顆粒物捕集裝置進一步去除大粒徑液滴顆粒物。

方案21.根據方案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.根據方案1-21任一項的方法，其中在所述氣溶膠在通過細顆粒物捕獲裝置之前，進行預處理，以提高其相對濕度。

方案23.根據方案1-22任一項的方法，其中所述氣溶膠在片狀構件之間的流速為2-20m/s。

方案24.去除氣溶膠中細顆粒物的系統，包括：供氣溶膠流動的氣流通道，該氣流通道內設有細顆粒物捕獲裝置，所述細顆粒物捕獲裝置包括至少兩個片狀構件以及片狀構件之間的干擾物，所述片狀構件基本上相互平行且基本上平行于氣流走向。

方案25.根據方案24的系統，其中相鄰片狀構件之間的間距與所述片狀構件在氣溶膠流動方向上的長度的比值小于4倍的湍流強度。

方案26.根據方案24或25的系統，其中所述干擾物是貫穿片狀構件的空心管道，管道內流通冷卻液，用于維持片狀構件外表面與氣溶膠間的溫度差。

方案27.根據方案26的系統，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.根據方案26或27的系統，其中所述細顆粒物捕獲裝置是翅片管換熱器，換熱器上的翅片構成所述片狀構件，換熱器基管構成所述干擾物。

方案29.根據方案28的系統，其中所述翅片管換熱器是翅片熱管換熱器。

方案30.根據方案29的系統，其中所述熱管換熱器是分離式熱管換熱器。

方案31.根據方案24或25的系統，其中所述干擾物為貫穿片狀構件的導熱實心管，實心管外接冷源，通過熱傳導形成片狀構件與氣溶膠的溫差。

方案32.根據方案26-31任一項的系統，所述細顆粒物捕獲裝置由金屬材料制成。

方案33.根據方案32的系統，其中所述細顆粒物捕獲裝置中的鋼、銅、鋁材質的金屬構件經防腐材料噴涂處理或鈍化處理。

方案34.根據方案24或25的系統，其中所述片狀構件是半導體熱電片，所述細顆粒物捕獲裝置包括兩個冷端相對的半導體熱電片以及熱電片之間的干擾物。

方案35.根據方案24-34任一項的系統，其中在所述細顆粒物捕獲裝置的一側或兩側設置有噴淋裝置，用于向所述片狀構件的外表面上噴水或水溶液。

方案36.根據方案24-35任一項的系統，其中所述細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顆粒物捕獲裝置。

方案37.根據方案24-35任一項的系統，其中所述細顆粒物捕獲裝置為沿著氣流通道走向上布置的多組細顆粒物捕獲裝置，每組細顆粒物捕獲裝置并列布置于氣流通道的一個橫截面上。

方案38.根據方案37的系統，其中相鄰兩組細顆粒物捕獲裝置錯排布置或順排布置。

方案39.根據方案24-38任一項的系統，其中在氣流通道中細顆粒物捕獲裝置之后，設置其它顆粒物捕集裝置。

方案40.根據方案39的系統，其中所述其它顆粒物捕集裝置是除霧器或除塵器。

方案41.根據方案24-40任一項的系統，其中在氣流通道中細顆粒物捕獲裝置之前，設置用于提高氣溶膠相對濕度的預處理裝置。

附圖說明

圖1是本實用新型的去除高濕度氣溶膠中細顆粒物的系統的示意圖。

圖2是以熱電片作為片狀構件的細顆粒物捕獲裝置的結構示意圖。

圖3是一組細顆粒物捕獲裝置的排列方式示意圖。

圖4是多組細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構示意圖。

圖6是本實用新型的去除高濕度氣溶膠中細顆粒物的系統的另一示意圖。

圖7是本實用新型的去除高濕度氣溶膠中細顆粒物的系統的另一示意圖。

圖8是本實用新型的去除高濕度氣溶膠中細顆粒物的系統的另一示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。

根據氣溶膠力學分析，粒子尺寸在10μm以下時，跟粒子慣性遷移相關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合使細顆粒物沉降在壁面上，并藉由壁面上的水膜帶走細顆粒物，從而達到去除細顆粒物的效果。

如圖1所示，本實用新型的去除氣溶膠中細顆粒物的系統包括：包括：供氣溶膠流動的氣流通道11，該氣流通道內設有細顆粒物捕獲裝置1，所述細顆粒物捕獲裝置包括至少兩個片狀構件2以及片狀構件之間的干擾物3，所述片狀構件基本上相互平行且基本上平行于氣流走向。

使氣溶膠通過細顆粒物捕獲裝置1，相鄰片狀構件之間形成通道，以使得氣溶膠在通道間形成湍流；此外，可再使所述片狀構件外表面上形成水膜；由此使得所述細顆粒物沉降到所述片狀構件的外表面上，并通過水膜流動而被去除。

以下理論可用于解釋本實用新型。

一方面，當氣溶膠在相互平行的片狀構件形成的通道中形成湍流時，湍流漲落可造成細顆粒物在片狀構件的外表面間碰撞和沉淀，強化細顆粒物向片狀構件外表面的沉降。片狀構件外表面上存在的水膜對沉降的細顆粒物產生吸附力，避免沉降的細顆粒物被高濕度氣溶膠二次攜帶走，并可以通過水膜流動將細顆粒物排出。

湍流又稱紊流，是一種不規則流動現象，流體在流道中的流速增大到一定的數值后，流體的流動狀態即由層流變為湍流。流動氣體處于層流還是湍流，通常用其雷諾數(Re)進行判斷。雷諾數是在流動條件下流體的慣性力與粘性力的無量綱比值。雷諾數可以表征流體流動特性(即層流或湍流)。雷諾數的計算和流體流動狀態的確定在本領域技術人員掌握的技術之內。

雷諾數Re的計算公式為：

式中：ρ是流體密度，v是流體流速，μ是＝流體粘度，L是特征長度。

術語“特征長度”是本領域技術人員熟知的。例如，當氣體流過圓形管道時，術語“特征長度”為管道的當量直徑。當流體流過平板時，術語“特征長度”為自板端向后流過的距離。

研究表明，當流體在平面上流動，雷諾數大于500000時，方為湍流，當流體繞干擾物流動，雷諾數大于5000時，就可形成湍流(參見《邊界層理論》，德國，h.史里希廷，徐燕侯翻譯，科學出版社，1991年2月)。因此在本實用新型中，在片狀構件之間設置干擾物，使得氣溶膠形成對干擾物的繞流，以利于產生湍流。以氣體流速10m/s，在外徑65mm,基管外徑25mm的翅片管間流動為例，如果氣體在同等尺寸的平板間流動，雷諾數約為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，雷諾數約為13000，為湍流，因此，在片狀構件之間設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象。依據氣溶膠力學理論，細顆粒物在層流中主要靠推動力較弱的分子熱運動(布朗運動)進行擴散，細顆粒物向片狀構件外表面沉降的幾率很小。但如果氣流在片狀構件之間形成湍流，由于湍流漲落，和氣流方向相垂直的分速度可以攜帶細顆粒物向片狀構件外表面沉降。

氣流湍流漲落的強弱通常用湍流強度來表征，湍流強度為湍流分速度與平均速度的比值，其計算公式為：

式中I是湍流強度，Re是雷諾數。當雷諾數在5000-20000范圍內時，對應的湍流強度為0.055-0.046。

為了達到去除細顆粒物的效果，相鄰片狀構件形成的通道在氣流流動方向上的長度應當足夠長，片狀構件之間的間距應當足夠小。氣流在通道中停留時間越長，細顆粒沉降的效果越好。

片狀構件外表面上水膜的形成對于本實用新型的實現是優選的。氣體流動會對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。對于直徑為1μm的顆粒物，當其沉降在干燥壁面時，2m/s以上的風速所形成的粘性曳力會大于細顆粒物自身重力，細顆粒物重新被攜帶回氣流內部。所以在干燥壁面上，即使有細顆粒物的沉降，也很容易被經過的氣流二次攜帶走，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，會對浸潤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，為克服粘性曳力的吸附力，此時顆粒物如要被二次攜帶，所需氣流流速要達到400m/s，考慮到實際運行時氣流流速不會超過30m/s，所有沉降到水膜上的細顆粒物全被捕捉去除。所以壁面是否濕潤，對細顆粒物的去除效率影響很大。

片狀構件外表面上的水膜可以是氣溶膠中水蒸氣凝結形成，也可以通過外部噴淋水或水溶液形成。如通過氣溶膠中水蒸氣凝結形成水膜，則需要片狀構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，當氣溶膠相對濕度為約60％時，形成凝結水膜所需的溫差為至少8-10℃，當氣溶膠相對濕度為約80％時，形成凝結水膜所需的溫差為至少4-5℃，當氣溶膠相對濕度為約90％時，僅需要2℃的溫差就可以形成凝結水膜。本實用新型的氣溶膠優選是濕度較高(相對濕度超過60％)的氣溶膠，更優選相對濕度超過80％。

另一方面，當片狀構件外表面與氣流存在溫差時，在片狀構件外表面與氣流之間會形成溫度梯度，形成推動氣流中顆粒物向冷壁運動的熱泳力，溫度梯度越高，熱泳力越大。

熱泳效應是指顆粒物在具有溫度梯度的流體中運動時，由于冷熱區分子與其碰撞時傳遞的動量不同，而在總體上表現為受到與溫度梯度方向相反的力(即熱泳力)的作用，使顆粒物產生與溫度梯度相反的運動速度，并沉積于低溫表面上的過程。由于溫度梯度存在于冷壁面的邊界層內，熱泳效應是短程效應，僅在壁面邊界層中發生。

熱泳力的計算公式(參見《氣溶膠力學》，科學出版社，1960年)為：

式中F是熱泳力，Xa是氣體導熱系數，Xi是顆粒物導熱系數，η是氣體粘性系數，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，溫差越大，邊界層厚度越小，則溫度梯度越大。

根據流體力學理論，粘性曳力的計算公式為：

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

由熱泳力的計算公式可知，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，熱泳力相對粘性曳力的比值越大，利用熱泳力實現沉降的效果越明顯。因此，本實用新型的系統對于氣溶膠中粒徑更小的亞微米顆粒物的去除效率更高，可實現很高的顆粒物數濃度去除效率。

邊界層是高雷諾數繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層，又稱流動邊界層、附面層，通常認為溫度梯度、流速梯度主要存在在邊界層內，邊界層以上的流體流動可看作同溫同流速的。邊界層厚度的計算公式為：

其中θ是邊界層厚度，L是特征長度，Re是雷諾數。雷諾數越大邊界層厚度越小。當流體流過平板時，術語“特征長度”為自板端向后流過的距離。

再一方面，當氣溶膠濕度較高，例如達到飽和(或近飽和)或過飽和時，氣溶膠在片狀構件外表面上凝結形成水膜后，在片狀構件外表面與氣溶膠間會產生蒸汽壓梯度差，細顆粒物會受到指向片狀構件外表面的蒸汽壓梯度力，此力可以推動細顆粒物沉降到片狀構件外表面上。

術語“蒸汽壓梯度力”應當理解為，高濕氣體中的水分在發生冷凝時，會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，造成氣體對其中的顆粒物相對兩面的分子碰撞不同并致使顆粒物遷移，其運動方向指向冷凝面。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。蒸汽壓梯度力的計算較為復雜，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，所產生的氣壓梯度力，與假定氣體總氣壓不變，水蒸氣分壓變化時產生的斯蒂芬流的推動力這兩個計算數值之間的一個數值。簡單地說，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，需要氣體本身的相對濕度較高(最好是近飽和、飽和或過飽和氣體)。

在滿足條件的情況下，蒸汽壓梯度力可與熱泳力疊加，共同推動細顆粒物沉降到片狀構件外表面上。此時，氣溶膠中的細顆粒物在湍流漲落強化沉降的同時，在熱泳力和蒸汽壓梯度力的作用下克服粘性曳力的阻礙，沉降于片狀構件外表面。片狀構件外表面上形成的水膜可以保證沉淀的細顆粒物不會被氣流再次攜帶走。

上述因素(湍流漲落、熱泳力，蒸汽壓梯度力)可推動細顆粒物向片狀構件外表面沉降，同時還會導致氣溶膠中不同粒徑的粒子產生速度差，促進顆粒物間的碰并，兩者的效果都會導致氣溶膠中細顆粒物的數濃度的降低。

本實用新型的系統中，片狀構件為至少兩個，即可以是兩個或更多個，例如三個、四個、五個或更多個。多個片狀構件可以通過增加與氣流接觸的外表面面積增加向其外表面沉降的細顆粒物的數量。

本實用新型的“片狀構件”是指基本上為片狀的構件，該構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，為了使細顆粒物捕獲裝置整體上穩固，可以使片狀構件與干擾物相接處略厚，遠離干擾物的自由端略薄。

當使用本實用新型的系統捕獲氣溶膠中的細顆粒物時，所述系統放置的位置應當使得平行構件基本上平行于氣流走向。

本實用新型中所述的“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，總的來說，“基本上平行”包括完全平行的狀態和并非完全平行但基本上平行的狀態，在該并非完全平行但基本上平行的狀態，基本上可以獲得期望的效果。具體地，術語“基本上平行”包括線和面或者面和面完全平行的狀態，以及它們從完全平行狀態相對移動0°至10°的情況。

為了達到去除細顆粒物的效果，片狀構件在氣流流動方向上的長度應當足夠長，以使得氣流通過片狀構件的停留時間足夠長。片狀構件在氣流流動方向上的長度優選為至少45mm，更優選為至少60mm。相鄰片狀構件之間的間距應當足夠小，相同時間內，增大片狀構件間顆粒物運動到片狀構件表面的幾率。相鄰片狀構件之間的間距優選為15mm以下，更優選為8mm以下。為了使細顆粒物在氣流流過通道的時間內足以大量沉降在片狀構件的外表面上，優選相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣流流動方向上的長度的比值小于4倍的湍流強度，更優選小于2倍的湍流強度。進一步優選地，相鄰片狀構件之間的間距與片狀構件在氣流流動方向上的長度的比值小于0.22、小于0.184、小于0.11、或小于0.092。相鄰片狀構件之間的間距可以是相鄰片狀構件的中心線之間的間距；也可以是相鄰片狀構件的相鄰外表面之間的間距，例如上部片狀構件的下表面與下部片狀構件的上表面之間的間距(當片狀構件上下相鄰放置時)，或者前部片狀構件的后表面與后部片狀構件的前表面之間的間距(當片狀構件前后相鄰放置時)。

為了使氣溶膠在流過片狀構件間通道時形成湍流，在片狀構件之間設置干擾物。干擾物可以貫穿所有片狀構件，優選垂直貫穿所有片狀構件。干擾物的形狀可以是任意適合的形狀。

在優選的方案中，干擾物為貫穿片狀構件的空心管，管內通入冷卻液(如水、氟利昂、甲醇、乙醇、丙酮、氨水等)，用于維持片狀構件外表面與氣溶膠間的溫度差。

在另一個優選的實施方案中，干擾物為貫穿片狀構件的導熱實心管，實心管外接冷源，通過熱傳導形成片狀構件與氣溶膠的溫差。

由于金屬材料的導熱能力高于非金屬材料，為了保證較大的溫差，以利于熱泳效應的實現，細顆粒物捕獲裝置優選為金屬材料，例如由鋁、銅和鋼中的一種或幾種復合制成。

為了進一步提高金屬構件的使用壽命，還可對金屬構件作專門的防腐處理。如對鋼、銅、鋁等材質的金屬構件作防腐材料噴涂處理或鈍化處理。

在另一個優選的實施方案中，所述片狀構件是半導體熱電片，所述細顆粒物捕獲裝置包括兩個冷端相對的半導體熱電片以及熱電片之間的干擾物。如圖2所示，所述細顆粒物捕獲裝置包括上部半導體熱電片7和下部半導體熱電片10，利用上部電源6在上部半導體熱電片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。

術語“半導體熱電片”也叫半導體制冷片。它是以帕爾帖效應為基礎的一種制冷技術。它的簡單工作原理是：當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產生能量的轉移，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。半導體制冷片冷熱端的溫差可以達到40～65℃之間，如果通過主動散熱的方式來降低熱端溫度，那冷端溫度也會相應的下降，從而達到更低的溫度。當兩個冷端相對的半導體熱電片處于工作狀態時，使氣溶膠流過兩個半導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。

在片狀構件外表面和度氣溶膠之間形成溫差的其它方法是本領域技術人員公知的。

當氣量較大時，可以在氣溶膠流動方向的橫截面上，并列布置多個細顆粒物捕獲裝置(又稱為一組細顆粒物捕獲裝置，其中多個細顆粒物捕獲裝置彼此隔開適當的距離)，如圖3所示?？紤]到一組細顆粒物捕獲裝置的捕獲效果有限，可沿著氣溶膠流動方向布置多組細顆粒物捕獲裝置，每組細顆粒物捕獲裝置位于氣溶膠流動方向的一個橫截面上，相鄰兩組細顆粒物捕獲裝置可以順排布置，也可以錯排布置(如圖4所示)，以強化煙氣的湍流。

當使用多個細顆粒物捕獲裝置時，針對每個細顆粒物捕獲裝置單獨計算雷諾數、湍流強度、邊界層厚度、熱泳力和粘性曳力。

在特別優選的實施方案中，所述細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件，翅片外徑D相應于片狀構件長度。換熱器基管構成所述干擾物。為了便于測量和計算，在使用翅片管換熱器時，可以用翅片節距代表片狀構件外表面之間的間距。翅片節距t優選為小于15mm，更優選為小于8mm。翅片高h優選為大于10mm，更優選為大于18mm。翅片節距t與翅片外徑D的比值小于4倍的湍流強度，更優選小于2倍的湍流強度。

“翅片管換熱器”是本領域技術人員所熟知的。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展，管內、外流體通過管壁及翅片進行熱交換，由于翅片擴大了傳熱面積，從而提高了換熱效率?；芡ǔ閳A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，翅片可以裝設在管內側和/或管外側，取決于換熱器應用的場合以及換熱器基管內外的具體流體種類。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，氣溶膠的熱量經過翅片、管壁傳給管內的冷卻液，從而實現了翅片管內外的熱量交換。

更優選地，在本實用新型中，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”，即在一個封閉體系內，依靠流體的相態變化(液相變成汽相和汽相變成液相)傳遞熱量的裝置。熱管由于靠工質的相變傳熱，具有優異的傳熱特性。熱管的相當導熱系數比銅鋁高出幾十甚至上百倍，因而有超導熱體之稱。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，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，將管內抽成一定負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據應用需要在兩段中間可布置絕熱段。當熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段。如此循環不己，熱量由熱管的一端傳至另—端。本實用新型中，優選使用分離式熱管換熱器。

片狀構件外表面上的水膜可以是氣溶膠中水蒸氣凝結形成。如通過氣溶膠中水蒸氣凝結形成水膜，則需要片狀構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，當氣溶膠濕度為大約60％時，形成水膜所需的溫差為至少8-10℃，當氣溶膠濕度為大約80％時，形成水膜所需的溫差為至少4-5℃，當氣溶膠濕度為大約90％時，僅需要2℃的溫差就可以形成水膜。

片狀構件外表面上的水膜也可以通過外部噴淋水或水溶液形成，如圖6所示，可以在細顆粒物捕獲裝置的一側設置噴淋裝置，向其外表面噴水或水溶液確保其濕潤，以保證形成足夠的水膜，同時對片狀構件的外表面有沖洗作用，防止壁面結垢。在一些實施方案中，可以在細顆粒物捕獲裝置兩側都設置噴淋裝置。

氣溶膠經過細顆粒物捕獲裝置后，逃逸的顆粒物可作為凝結核吸濕長大，因此，在一些實施方案中，在細顆粒物捕獲裝置之后還可以設置其它顆粒物捕集裝置，如除霧器、濕式除塵器等，對長大的液滴再次捕集，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。

在一些實施方案中，可以在細顆粒物捕獲裝置的一側或兩側設置噴淋裝置，同時在細顆粒物捕獲裝置之后設置其它顆粒物捕集裝置，如圖8所示。

本實用新型中，氣溶膠的流速優選為2-20m/s。

本實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。本實用新型的氣溶膠包括但不限于高濕度煙氣，特別是經過濕法脫硫處理的高濕度煙氣。

如氣溶膠的相對濕度不夠高，不能在換熱器內快速形成蒸汽凝結時，可通過預處理提高其含濕率(加蒸汽，預降溫，噴水等等)，再通過細顆粒物捕獲裝置。例如可以在細顆粒物捕獲裝置前增設噴嘴，噴入蒸汽或水，對氣溶膠增濕；也可在細顆粒物捕獲裝置前增設預換熱器，對氣溶膠進行預降溫，提高氣溶膠的相對濕度。預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。

本實用新型中所使用的術語“細顆粒物”指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm的固體顆粒物或液滴(簡稱PM2.5)。本實用新型中所使用的術語“亞微米顆粒物“指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于或等于1μm的固體顆粒或液滴(簡稱PM1)。

實施例1

一臺300MW燃煤鍋爐，產生的煙氣經過濕法脫硫后成為近飽和濕煙氣(相對濕度95％以上)，煙氣量120萬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包括凈煙道，凈煙道內設有多組細顆粒物捕獲裝置，此細顆粒物捕獲裝置形式為：金屬翅片管換熱器，冷卻液為水，翅片管為金屬復合材質，翅片節距為5mm，翅片高20mm，翅片管外徑65mm，濕煙氣與翅片溫差在5℃以上。

細顆粒物捕獲裝置兩側還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。

翅片管換熱器換走濕煙氣中部分熱量，實現濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細顆粒物在湍流漲落、熱泳力、蒸汽壓梯度力的推動下，沉降到翅片管外表面，以數濃度計算，去除效率在70％以上。

高濕煙氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態，大量的水蒸氣陸續凝結出來，優先凝結在濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進這些顆粒物的長大，這些顆粒物液滴最終經過碰撞、凝并可達到粒徑15-20μm以上。

細顆粒物捕獲裝置后設置水平煙道除霧器，超過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。

實施例2

一臺30t燃煤鍋爐，產生的煙氣經過濕法脫硫后成為飽和濕煙氣，煙氣量為4萬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顆粒物，最大濃度粒徑為1μm。

與脫硫塔相連的系統包括凈煙道，凈煙道內設有多組細顆粒物捕獲裝置，此細顆粒物捕獲裝置形式為：翅片熱管換熱器，飽和濕煙氣所在側為蒸發段，環境空氣所在側為冷凝段，熱管工質為氟利昂134A，蒸發段翅片管為金屬復合軋制，翅片節距為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)兩側還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。

熱管換熱器換走濕煙氣中部分熱量，實現濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細顆粒物在湍流漲落、熱泳力、蒸汽壓梯度力的推動下，沉降到翅片管外表面，以數濃度計算，去除效率在70％以上。

飽和濕煙氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態，大量的水蒸氣陸續凝結出來，優先凝結在濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進這些顆粒物的長大，這些顆粒物液滴最終經過碰撞、凝并可達到粒徑15-20μm以上。

細顆粒物捕獲裝置后設置水平煙道除霧器，超過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。

實施例3

一臺燃氣鍋爐，所排放的燃燒后的煙氣為近飽和濕煙氣(相對濕度90％以上)，煙溫約80℃，其中含有NO_x100mg/Nm³，另有可凝結顆粒物(主要為硝酸鹽)及重金屬顆粒物，粒徑范圍為0.2-1μm，雖然質量濃度不超過10mg/Nm³，但是數濃度巨大。

與燃氣鍋爐相連的系統包括煙道，煙道內設有細顆粒物捕獲裝置，此細顆粒物捕獲裝置形式為：普通翅片管式換熱器，濕煙氣側為吸熱段，環境空氣側為散熱段，熱管工質為水。蒸發段為金屬復合軋制翅片管，翅片節距為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，實現濕煙氣降溫冷凝，濕煙氣中的細顆粒物以數濃度計算，去除效率在70％以上。

濕煙氣降溫后形成水蒸汽過飽和狀態，大量的水蒸氣陸續凝結出來，優先凝結在濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進這些顆粒物的長大，這些顆粒物液滴最終經過碰撞、凝并可達到粒徑15-20μm以上。

此外，凝結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。

細顆粒物捕獲裝置兩側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翅片管表面的水膜，并可提高凝結水的堿性，以利于對NO_x的吸收。

細顆粒物捕獲裝置后設置水平煙道除霧器，超過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℃，有機酸濃度30mg/Nm³，粉塵約33mg/Nm³，有機碳43mg/Nm³。當地環保要求其粉塵(含有機碳)排放降到15mg/Nm³，該工況下，傳統的袋式除塵器、靜電除塵器都難于應用。

在車間出口與煙囪之間的系統包括煙道，煙道內設有細顆粒物捕獲裝置，此細顆粒物捕獲裝置形式為：熱管換熱器，濕煙氣側為蒸發段，環境空氣側為冷凝段，熱管工質為氟利昂134A。蒸發段為金屬復合軋制翅片管，翅片節距為5mm，翅片高15mm，翅片管外徑55mm，翅片與煙氣溫差在5℃以上。

熱管換熱器蒸發段一側還布置有噴淋裝置，噴淋水溶液。

換熱器換走高濕度廢氣中部分熱量，實現高濕度廢氣降溫，高濕度廢氣中的細顆粒物去除效率在60％以上(數濃度)。

廢氣降溫后形成蒸汽過飽和狀態，大量的水蒸氣陸續凝結出來，優先凝結在濕煙氣中逃逸的顆粒物上，促進這些顆粒物的長大，這些顆粒物液滴最終經過碰撞、凝并可達到粒徑15-20μm以上。

細顆粒物捕獲裝置后設置水平煙道除霧器，超過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。

應當理解的是，本實用新型的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。此外，本實用新型所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。