悬浮在空气中的颗粒物，尤其是细颗粒物(PM2.5)，因表面易于富集有毒有害的物质且能在空气中长收时间停留，而给人体健康和大气环境带来极大的危害[1]。为弥补传统除尘工艺存在的诸如占地面积广、投入成本高、二次污染[2,3]等许多不足，本课题组提出了采用气液交叉流系统以循环废水来脱除气体中颗粒物的技术[4]。在气液交叉流除尘系统除尘效率的前期实验研究中，本课题组相继采用化学分析法和重量法对除尘室进出口处的气溶胶进行检测[5]。化学分析法具有实验成本较低，且测量结果不受湿度影响[6]等优点。重量法原理简单，测量时需要将采样滤膜放在恒温恒湿箱中平衡至恒重，测量结果不受湿度影响，是国际上公认的最准确的颗粒测量方法。但上述两种方法均为离线测量，无法得到颗粒的实时数量浓度和粒径分[7,8]。为了在线测量气溶胶颗粒数量浓度和粒径分布，光散射测量[9]是有效的解决方法之一。在对湿法除尘系统中的高湿气溶胶颗粒浓度进行检测时，颗粒吸湿长大会使光散射以及电子低压冲击等在线检测方法的测量结果失真[10,11]。湿法条件下，可能的雾沫夹带亦会干扰测量结果。颜金培等[12]在对湿法除尘系统进行采样时，对采样管路进行加热保温处理，并用高温净化气作为稀释气对采样烟气进行稀释，以排除烟气中可能存在的液滴对测量结果的影响，但对稀释器内蒸发条件并未给出说明。以本课题研究为例，假设系统检测出的特征尺度颗粒为水滴，获得该尺度条件水滴在稀释器内的完全蒸发条件，则可认为液滴对测量结果的影响已排除。目前国内外关于液滴蒸发的研究主要集中在高温、单液滴的蒸发[13,14]。本文采用理论计算并辅以实验验证对稀释器内液滴群的蒸发影响因素开展研究，为准确测量气溶胶浓度提供适当的检测操作条件。2 高湿条件下颗粒粒径分布的偏移基于气液交叉流除尘系统的实验装置[15]，采用Palas®公司RBG2000 气溶胶发生器，将Sasol GermanyGmbH 公司生产的Pural NF 分散为气溶胶原气。运用Palas®公司Welas2000 粒径谱仪，在量程0.2~10 μm 以等速采样原则对除尘系统进出口进行采样检测。分别用烘干和自然吸潮状态的Pural NF 生成气溶胶原气，对其进行浓度检测，并与吸潮后的气溶胶原气经稀释器(原气:稀释气=1:9)稀释后的检测浓度对比于图1。其中自然吸潮状态下原气温度为22.9℃，相对湿度为85.5%；稀释气为空气，温度为20.4℃，相对湿度为3.5%。如图1 所示，经稀释器稀释后的气溶胶粒径分布与烘干后的真实气溶胶粒径分布基本重合。而吸潮后的气溶胶粒径分布明显向粒径小的方向偏移，表明吸潮后小颗粒的比例增加。以粒径为0.294 μm 左右的颗粒为例，烘干条件下浓度占比为0.0691，自然吸湿状态下占比为由上述稀释器内液滴蒸发影响因素可知，欲使5 μm的液滴在32.9 ms 内完全蒸发，在液滴温度为20℃，液滴浓度为104~6×104 P·cm−3，气相温度为20~40℃ 时，存在临界蒸发曲线如图12 所示。操作条件位于临界曲线以下时液滴可完全蒸发，曲线以上则不能完全蒸发。气相温度一定时，气相临界相对湿度随液滴数浓度的增加而减小，在气相温度为20℃ 时，当液滴数浓度从104 P·cm−3 增加至3×104 P·cm−3 时，气相临界相对湿度从18% 降低至5%。气相相对湿度一定时，临界液滴数浓度随气相温度的升高而增大，在气相相对湿度为18% 时，当气相温度从20℃升高至40℃ 时，临界液滴数浓度从104 P·cm−3 增加到5.7×104 P·cm−3。液滴浓度一定时，气相临界相对湿度随气相温度的升高而升高，在液滴数浓度为104P·cm−3 时，当气相温度从20℃升高至40℃ 时，临界相对湿度由18% 升高至40%。在当前气液相温、湿度及液滴浓度范围内，为使液滴的蒸发时间与稀释器内停留时间匹配，在气相温度及液滴浓度一定时，气相相对湿度应位于临界气相相对湿度曲线之下。以气相温度40℃、液滴浓度104 Pcm3 为例，为使液滴在稀释器内完全蒸发，气相相对湿度应不大于相应气相温度和液滴浓度下的临界气相相对湿度40%。5.6 蒸发操作条件的实验验证稳定实验时，气溶胶原气的温、湿度及稀释气温度基本保持不变。实验中采用干燥剂对压缩机出口气体进行干燥以获得稀释气。随着实验的进行，干燥剂吸潮能力降低，稀释气的湿度逐渐加大，使稀释器出口气流湿度逐渐增加。对气液交叉流除尘装置的采样口进行采样，研究了稀释器出口处气溶胶粒径分布与稀释器出口气流相对湿度的关系，见图13。其中未加稀释器时气溶胶数目浓度约为200000 P·cm−3，分别测得原气温度为20℃，原气与稀释气混合后气相平均温度为22℃，混合气出口相对湿度如图13 所示。0.0847，增加22.7%。因此，为获得真实的气溶胶粒径分布，测量时有必要屏蔽除尘过程中带入水分的影响。本研究采用引入稀释气体的方法对气液交叉流过程中夹带的液体进行屏蔽，以保证在线检测结果的可靠性。假设图1 中反常粒径出现的尺度区域0.2~5 μm 即为系统中水滴尺度，研究该尺度水滴的完全蒸发条件，即可得到完全排除湿分及液滴影响的操作条件。为此对稀释器内影响液滴蒸发的因素进行了分析。可以看出，当稀释器出口气流相对湿度为17.2%、20.9% 时，稀释后的气溶胶粒径分布与干粉粒径分布基本重合，而当稀释器出口气流相对湿度增长至22.3% 时，稀释后的气溶胶粒径分布明显偏离干粉粒径分布。若假设系统检测出的未加稀释器时的特征尺度颗粒全部为水滴，则相同粒径分布及气液相温、湿度下由(1)~(8)式计算得到的稀释器气流临界出口相对湿度为20.8%，与实验值吻合，验证了蒸发临界曲线的可靠性。