新型流化床气溶胶发生装置及其特性
第35卷第5期2005年9月
东南大学学报
(自然科学版)
J OURNAL O F SOUTHEAST UN I V ERS I TY (Natural S ci en ce Ed iti on)
V o l 135No 15
Sep.t 2005
新型流化床气溶胶发生装置及其特性
李永旺 赵长遂 吴 新 韩 松 鲁端峰 沈湘林
(东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,南京210096)
摘要:根据气固流态化原理,设计了一种实用新颖的流化床气溶胶发生装置.该气溶胶发生装置可以稳定地输出高粒子数浓度、空气动力学直径小于10L m 的气溶胶颗粒物.应用该装置对燃
煤电站锅炉电除尘器粉煤灰进行了气溶胶化实验.实验表明,通过改变流化气体(氮气)流量、待气溶胶化的粉煤灰和青铜珠床料组成的混合物料的给料速率以及流化床床层物料中飞灰的掺混质量比,可以调节流化床气溶胶发生装置输出的飞灰粒子数浓度.测试结果表明:飞灰粒子数浓度呈双峰分布,2个峰值分别位于空气动力学直径为0101~011L m 和011~10L m 的范围内;飞灰质量浓度随着颗粒粒径的增大而增加.关键词:气溶胶发生器;流化床;粒子数浓度
中图分类号:X 513 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2005)05-0742-04
Develop m ent and characteristic of novel flui dized bed aerosol generator
L iY ongw ang
Zhao C hang sui W u X in Han Song
Lu D uanfeng Shen X iang li n
(K ey Laborat ory of C lean Coal Pow erG enerati on and C o m bustion Tec hno l ogy ofM i n i stry o f Educati on,Sou t heas tU niversi ty ,Nan ji ng 210096,Ch i na)
Abst ract :An inno vative fl u idized bed aer o so l generato r w a s deve l o ped fo r the purpo se o f generati n g a constant output o f dry ,under 10L m particles w ith a large num ber concentration .The output of the fluidized bed fo r generati n g aero so l particles o f dry fly ash fro m co a-l fired utility bo iler w as charac -ter i z ed using the e lectrica l l o w pressure i m pacto r (ELPI).The num ber concentration o f particles
produced i n the range o f 0101to 10L m w a s found to v ary w ith the m ass rati o o f fl y ash to bronze beads i n the m ixed bedm ater i a ,l and nitrog en flow rate t h rough the fluidized bed and feed rate o f the m i x ture .The partic le size d istri b uti o n is bi m oda,l w ith one m ode in 0101to 011L m d i a m eter size range and t h e o ther in 011to 10L m dia m e ter si z e range .The particle m ass concentration rises w ith the increase o f particle dia m eter .K ey w ords :aero so l generato r ;fluidized bed;particle num ber concentration 收稿日期:2005-03-18.
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目
(2002CB 211600).
作者简介:李永旺(1979)),男,博士生;赵长遂(联系人),男,教
授,博士生导师,cszhao @s https://www.360docs.net/doc/41695513.html, .cn.
气体介质中加入固态或液态颗粒而形成的分散体系称为气溶胶[1]
.构成大气气溶胶的可吸入颗粒物已成为大气环境污染的突出问题,日益引起世界各国的高度重视.无论是在可吸入颗粒物环境与健康影响方面还是形成演化与控制技术方面的试验研究,都需要一个能够稳定地输出一定范围内的粒子数浓度和粒径分布的气溶胶发生源.
在当前气溶胶的各种发生方法中,雾化法仅适用于少数能溶解于液体的粉末物质,凝集法
[2]
只
适用于容易发生物理化学反应的固体物质,而干分散法适用于大多数粉末物质,但发生装置结构复杂,而且对聚合粒子的分散效果不佳,形成的气溶胶中以多重态聚合大粒子居多[3]
.不同于以上3种
气溶胶发生方法,流化床法
[4,5]
不仅适用于各种粉
末物质,而且可以有效地将粉末物质分散产生粒径较小的气溶胶颗粒物.Boucher 等
[6]
于1982年提
出一种可以稳定地输出亚微米级颗粒物的流化床气溶胶发生装置,但是该气溶胶发生装置要求有复杂的给料系统和振动再分散装置,且气体流速较大.相比而言,Lua [7]
于1992年提出了一种简易的流化床气溶胶发生装置,但该装置只能产生空气动力学直径大于1L m 的气溶胶颗粒物,而且输出的
气溶胶颗粒数浓度波动较大.目前,美国TS I公司推出一种气溶胶颗粒数浓度可调且输出稳定的流化床气溶胶发生器[8,9],但该发生器给料系统复杂,运行维护费用高,输出的气溶胶颗粒物粒径较大,不能满足对人体有危害作用的空气动力学直径小于10L m的可吸入颗粒物研究的需要.为弥补上述流化床气溶胶发生装置的不足,本文提出一种输出浓度可调的新型流化床气溶胶发生装置,不仅结构简单,运行维护费用低,气体流速低,而且产生的气溶胶颗粒物粒径小,浓度分布和粒径分布稳定.
1流化床气溶胶发生装置与工作原理
111发生装置
流化床气溶胶发生装置如图1所示.整个装置由风室、布风板、床体、给料系统和溢料系统等组成.在气溶胶发生过程中,流化床床层物料颗粒在流化过程中不断地相互摩擦,使气溶胶发生装置输出的气溶胶粒子带电[10].所以,为尽可能减少气溶胶粒子在形成过程中的带电量,本试验中的气溶胶发生装置所有部件均采用黄铜材料加工.若发生装置装设有可使气溶胶粒子呈电中性的粒子中和器,也可以改用其他材料.根据气固流态化原理,通过计算,选取流化床风室和床体内径为515c m,其高度分别为6,40c m.为阻止床料和待气溶胶化的
1)流化风入口管;2)风室;3)风室接头;4)布风板;5)床体接头;6)床体;7)床体盖板;8)落料管;9)料仓;10)气溶胶出口管;11)溢料管;12)溢料收集器
图1流化床气溶胶发生装置示意图粉末物质组成的混合物料在重力作用下进入风室、均匀分布进入床层的流化气体、产生适当的压力降以稳定床层压力,在风室与床体之间装设多孔陶瓷布风板.为保证布风板压力降为流化床总压力降的三分之一[11],选取多孔陶瓷布风板的微孔为直径2L m,开孔率为25%.安装在流化床上方的料仓,通过落料管与床体盖板联接,组成给料系统.在气溶胶发生装置运行过程中,给料系统连续不断地为床层提供按一定质量配比的由床料和粉末物质组成的混合物料,配比比例与床层内初始混合物料的掺混质量比相同.此外,在流化床床体外侧装设一个溢料管,保证在给料系统连续给料的情况下床层高度相对稳定不变.
1.2工作原理
本试验选取燃煤电站锅炉电除尘器飞灰(以下简称飞灰)作为待气溶胶化的粉末物质,选取经过滤的压缩氮气作为流化气体.为有效地分散飞灰,采用密度比飞灰大、粒径范围为74~100L m 的青铜珠作为床料.在流化床气溶胶发生装置运行前,向床内加入由青铜珠和飞灰按一定质量配比的混合物料,保持床层高度为10c m.压缩氮气通过风室进入床层,床层开始膨胀.不断增大氮气流速,当气流速度超过床层的起始流态化速度(0102m/s)时,一部分气体以气泡的形式穿过床层,形成聚式气固流态化[12],此时流化床中出现明显的两相:①气体夹带飞灰颗粒的稀相;②床料颗粒和床料颗粒间气体组成的密相.密相区内混合物料中的飞灰颗粒在青铜珠床料的摩擦作用下,由大颗粒聚合状态分散成小颗粒,同时在氮气的流化作用下均匀弥散于青铜珠床料中,而后在氮气曳力的作用下被夹带出床层,进入床层上部自由空域.由于飞灰小颗粒(粒径小于10L m)的终端速度是0107m/s,青铜珠的终端速度是1160m/s,而气流表观速度为0110~0120m/s,所以随同小颗粒飞灰被氮气一起带出床层的小颗粒青铜珠和大颗粒飞灰最终返回床层,而进入床层上部自由空域的粉煤灰粒子形成稳定的气溶胶后继续向上运动,经气溶胶出口管引出.
与气溶胶发生装置主体相对独立的给料系统,在流化床运行的同时同步给料.料仓内的混合物料在其与床内混合物料料位差的作用下缓慢进入床层,给料速率可以通过改变落料管下端出口内径来调整.在流化床运行过程中,料仓内混合物料与床层内混合物料的料位差相对稳定不变,所以落料管给料速率基本恒定,使得床层内混合物料中飞灰的
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第5期李永旺,等:新型流化床气溶胶发生装置及其特性
比例也保持不变,从而可以保证发生器输出的气溶胶浓度和粒径分布稳定不变.1.3 测试仪器
本试验中气溶胶颗粒物分析装置采用芬兰D ekati 公司制造的电称低压冲击器(ELPI).该仪器可以实时测量气溶胶颗粒物分粒径的粒子数浓度和质量浓度,其测量的颗粒物粒径范围为0103~10L m,分为12级同步测量.ELPI 工作原理是颗粒物在进入冲击器前首先通过电晕放电器使其荷电,然后在从上而下的每一级冲击器里,通过测量捕集到的颗粒物所带的电流值推算其浓度.在本次试验中,ELPI 采用一级稀释,稀释倍率为8118.
2 测试结果与分析
2.1 飞灰总粒子数浓度随时间的稳定性
图2所示曲线是在氮气流量Q =110,018,016m 3
/h 的情况下,流化床气溶胶发生装置输出的飞灰总粒子数浓度N tot 随时间的变化关系.由图可见,在3种氮气流量下,流化床输出的飞灰总粒子数浓度基本稳定不变.这是因为在给料量和氮气流量恒定不变的情况下,流化床床层高度和床层混合物料中飞灰质量比均稳定不变,床内物料流化状态不发生改变,因而形成的粒子数浓度基本稳定
.
图2 飞灰总粒子数浓度随时间变化曲线
图3 飞灰掺混质量比对飞灰总粒子数浓度的影响
2.2 飞灰总粒子数浓度的影响因素21211 飞灰掺混质量比
图3表明,随着床层物料中飞灰掺混质量比R 的增加,飞灰总粒子数浓度增加,在氮气流量为018m 3
/h 时,当混合物料中飞灰掺混质量比从
017%增加到110%时,飞灰总粒子数浓度从9197@104
c m -3
增加到1180@105
c m -3
.这是由于增大床层物料中飞灰掺混质量比,床层中飞灰小颗粒增加,被氮气带出床层的飞灰颗粒粒子数增多,形成气溶胶的粒子数浓度也随之增高.212.2 氮气流量
随着氮气流量的增加,其穿过流化床床层的流速增大,在青铜珠床料和飞灰颗粒终端速度不变的情况下,被氮气夹带的飞灰颗粒数增多,使得流化床产生的飞灰粒子数浓度升高,如图4所示.此外,图4还表明飞灰掺混质量比越大,粒子数浓度随氮气流量增大而升高的速率越快,图3也明显地表明了流化床气溶胶发生装置的这一特性.这主要是因为飞灰掺混质量比越高,床层中飞灰颗粒越多,被氮气夹带出床层的飞灰粒子数受氮气流速的影响越大,增大氮气流量其增长速率也就越快.
图4 氮气流量对飞灰总粒子数浓度的影响
2.2.3 给料速率
虽然在溢料管的作用下,增大给料速率,床层高度相对稳定不变,但床层内混合物料中飞灰的质量比例增大,床层中飞灰颗粒增多,被氮气带出床层形
成气溶胶的飞灰小粒子随之增多.如图5所示,当氮气流量Q =018m 3
/h 时,落料管出口内径D in 分别由210,215mm 增加到310mm 时,相应的飞灰粒子数浓度由1176@105
,2199@105
c m -3
增加到3175@10
5
c m -3
.这是由于增大落料管出口内径,给料速率增大,使飞灰总粒子数浓度也随之增高.
图5 给料速率对飞灰总粒子数浓度的影响
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2.3 飞灰分粒径粒子数浓度和质量浓度分布2.
3.1 飞灰分粒径粒子数浓度分布
如图6所示,在飞灰空气动力学直径D p =0101~10L m 的范围内,随着粒径的增大,飞灰粒子数浓度从最大值快速降低,在0110L m 处达到最小值后又逐渐增加,粒径增大到0148L m 时飞灰粒子数浓度达到一个峰值后再次递减.所以飞灰粒子数浓度呈双峰分布,2个峰值分别位于空气动力学直径为0101~011L m 和011~10L m 的范围内.3种氮气流量下飞灰分粒径粒子数浓度具有同样的分布规律
.
图6 飞灰分粒径粒子数浓度分布
2.3.2 飞灰分粒径质量浓度分布
图7是氮气流量分别为110,018,016m 3
/h 的
情况下气溶胶分粒径质量浓度分布曲线.由图可知,空气动力学直径D p <1122L m 的飞灰颗粒质量浓度较小,基本接近于0,而D p >1122L m 的飞灰颗粒质量浓度随着粒径的增大而迅速上升.尽管空气动力学直径D p <1122L m 的飞灰粒子数浓度较高,但由于其粒径较小,所以其质量浓度保持在较低水平
.
图7 飞灰分粒径质量浓度分布
3 结 论
1)本文开发的流化床气溶胶发生装置运行稳定,在运行条件不变的情况下,其输出气溶胶粒子数浓度基本恒定不变.
2)流化床输出的气溶胶粒子数浓度可通过改变飞灰掺混质量比、氮气流量、给料速率的方法来
调整.增大飞灰掺混质量比或氮气流量,流化床输出的飞灰粒子数浓度升高;飞灰掺混质量比越大,
粒子数浓度随氮气流量增大而升高的速率越快.
3)流化床输出的飞灰分粒径粒子数浓度呈双峰分布,2个峰值分别位于空气动力学直径为0101~011L m 和011~10L m 的范围内;空气动力学直径大于1122L m 的飞灰分粒径质量浓度随着粒径的增大而显著增高,而粒径小于1122L m 的飞灰粒子的质量浓度较小,基本接近于0.
参考文献(R eferences)
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44
(6):201218.
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第5期李永旺,等:新型流化床气溶胶发生装置及其特性
大气气溶胶相关研究综述
摘要 近日，环保部公布了我国第一部综合性大气污染防治规划——《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。事实上，随着大气污染给人民生活带来的不便增多，人们空前关注大气科学进展以及PM2.5治理的理论依据。本文将从三个方面对大气气溶胶的研究做出总结和分析：大气气溶胶的基本特征，大气气溶胶的气候效应，国内外相关的大气气溶胶研究计划。 关键词：大气气溶胶；气候效应；环境健康；研究综述 前言 气溶胶是指长时间悬浮在空气中能被观察或测量的液体或固体粒子，其实际直径一般为0.001～100μｍ，动力学直径为0.002～100μｍ，对人体、环境、气候等产生着重要的影响。 [4] 由于大气气溶胶在气候、环境等方面的重要作用，近年来越来越引起科学界的重视。 很多过程可以产生气溶胶，根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等；人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。工业革命以来，人类活动不仅直接向大气排放大量粒子，更重要的是向大气排放大量的SO2和SO X，NO2和NO X在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和硝酸盐粒子，形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有大幅度增加。来自自然源的气溶胶如沙尘，也由于人类活动利用土地变化而发生着改变。尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。随着环境污染问题的发展，人们已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。[5] 气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。此外，气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响。[1] 由于气溶胶的气候效应问题，气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一，大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。国际大气化学研究计划（IGAC）科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划（ICAP）合并重组，大气气溶胶研究被列为3大研究方向之一。大气气溶胶的研究内容，发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究，也涉及到大气科学的各个领域，具有很强的综合性。
外文文献翻译-：上海冬季亚微米级气溶胶吸湿性增长特性说课讲解
冬季上海地区亚微米级城市气溶胶的吸湿性增长 摘要： 吸湿性增长因子和混合状态的信息对理解被严重污染的长三角地区的雾的形成机制具有重要的作用。在此研究了环境气溶胶的吸湿性增长。用HTDMA测量了复旦大学校园中粒径在30-250nm的干粒子的吸湿性增长因子，研究两种模式化的表面混合物。较少吸湿组在85%的相对湿度下的吸湿性增长因子为1.10。较少吸湿组的平均数部分在0.33-0.17范围内呈现多样化，随着干粒子的尺度的增长有轻微的减少。较多吸湿组的吸湿性增长因子显示出爱根核与积聚模态的粒子有显著的不同。爱根核为接近1.3，而积聚模态为1.4以上。在以硫酸铵盐为基础的模式中，较多吸湿组的吸湿体积增长分数在0.47-0.70这个范围内，而且爱根核和积聚模态的粒子的吸湿性增长分数的界限很清晰。以相对湿度测试为背景的吸湿性增长不仅显示出潮解相对湿度决定于粒子大小，同时也显示出硝酸盐粒子的增长最初是由硫酸盐的凝结提升的。结果也表明了大多数积聚模态的粒子在有雾的情况下都会潮解。 1前言： 近20年来，随着经济的快速增长和城市化进程的加快，中国超大城市的空气污染问题越来越受到关注。由化石燃料燃烧排放的一次污染物和由光化学氧化和多相反应而来的二次污染物对城市居民的环境和健康造成了极大地威胁。雾这种能见度小于十公里的现象是由于高浓度的微粒排放造成的。长江三角洲是中国四大雾区之一。作为长三角的经济中心，上海为国家GDP做出了4.6%的贡献。作为全国最大的超大城市，上海有1800万的常住居民和280万的流动人口（Geng等人，2008）。由当前研究为基础做出结论，上海雾天能见度的下降主要是由于PM2.5浓度升高造成的（Fu等人，2008）。 很多因素影响着大气能见度，比如化学组成、粒子大小的贡献、气溶胶的构成和气溶胶的混合状态。水相、海盐和矿物尘埃的参与促进了硝酸的吸湿反应。N2O5在对流层表面的水解（Dentener和Crutzen，1993；Mongili等人，2006），硫酸盐在有雾状态下的组成（Tursic等人，2004）。环境气溶胶的吸湿增长会改变粒子大小和光学特性（Gasso等人，2000；Kotchenruther等人，1999；Swietlicki等人，1999）。作为相对湿度RH的功能之一的光散射性质是衡量大气气溶胶直接影响气候的衡量参数之一,有些人已经试图将吸湿性增长因子包含到全球气候模型中去（Boucher 和
气溶胶的光学特性参数
气溶胶的光学特性参数 （1）气溶胶光学厚度 气溶胶光学厚度,英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness），表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率，有时候又叫大气混浊度，它是一个无量纲的正值。数值范围在0-1之间，0代表完全不透明大气，1代表完全透明的大气，气溶胶光学厚度越大，大气透过率越低。值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。 气溶胶光学厚度的反演： 公式：L=L0+F*T*P/[1-S*P] L：传感器收到的辐射；L0：大气路径辐射；F：下行辐射 P：地表反射率；T：大气透过率；S：大气半球反射率 F*T*P/[1-S*P]：地表反射辐射 对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射（F*T*P/[1-S*P]）来说，仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。 （2）散射相函数 散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布，或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。目前，常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等，这些函数各有优缺点。 Mie散射相函数： P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qsca α=2πR/λ：球形气溶胶粒子的尺寸参数； S1(θ)、S2(θ)：散射振幅矩阵元； Qsca：气溶胶粒子的散射效率因子； S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解，Mie散射相函数适合于球形粒子求解。 （3）单次散射反照率 单次散射反照率（single scattering albedo,SSA），在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减，我们称之为消光，其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例，可以用粒子的平均单次散射反照率来表示，其定义为： 0（x，m）= Cs（x，m）/C（x，m） C、Cs：粒子的消光截面和散射截面，消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量； x=2πr/λ：为粒子的尺度因子，r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长； m：复折射率，为复数m=n–ki，式中实数部分n为介质的折射率，虚数部分的k为介质的吸收系数； 如果用Ca表示粒子的吸收截面，则应满足C=Cs+Ca；如果粒子对入射光完全无吸收，即Ca=0，于是C=Cs，反照率为1，达到它的最大值。粒子有吸收时，反照率介于0到1之间。
中国大气气溶胶气候效应研究进展
李明华，范绍佳 中山大学大气科学系（510275） Email:lmh20000@https://www.360docs.net/doc/41695513.html, 摘要：全球和区域气候变化是当今各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题。本文总结了二十世纪九十年代以来我国科学家在大气气溶胶气候效应研究方面的一系列成果，讨论了未来研究的主要难题及研究方向。 关键词：中国；大气气溶胶；气候效应 1.引言 全球和区域气候变化是当前各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题[1-4]。 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，习惯上用来指大气中悬浮的10-3～101μｍ固体和液体粒子。大气气溶胶对气候的影响主要通过两种方式：一种是大气气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射改变地-气系统的能量收支，直接影响气候；另一种是大气气溶胶粒子作为云凝结核（CCN）改变云的光学特性、分布和生命期，间接影响气候。理论上,只要知道大气气溶胶浓度时空分布的信息及其物理、化学、光学特性、尺度分布和大气含量的准确信息,便可精确计算其直接辐射强迫的大小。而实际上所缺乏的也正是对这些量和其变化过程的详细了解。因此,对其直接辐射强迫的估计只能是基于现有实验结果和观测资料基础上的理论数值模拟。模式结果表明，目前对人为大气气溶胶（硫酸盐、硝酸盐、煤烟、矿尘和生物大气气溶胶等）全球年平均直接辐射强迫的估值大体介于-0.3～-1.0W/m2 之间，不确定性是估值的两倍。由于理论上对云的夹卷和混合过程，以及大气气溶胶-云-辐射-气候之间的微物理和化学反应过程了解还很不全面，准确地估计大气气溶胶间接辐射强迫的大小是相当困难的。全球年平均间接辐射强迫估值介于0～-1.5W/m2之间，不确定性更大，还没有一个合理的中间估值[5]。 大气气溶胶的气候效应比温室气体复杂得多，尽管大多数研究认为大气气溶胶对气候的影响与温室效应气体的影响是反向的，但二者不能简单抵消[6]。从二者寿命来看，对流层大气气溶胶的寿命只有几天到几周，它的辐射强迫作用集中在排放源附近，而且基本只影响北 - 1 -
气溶胶灭火系统的特点及应用
气溶胶灭火系统的特点及应用 发布时间： 2007-8-3 浏览次数： 628 次 近年来，“气溶胶”灭火剂在国内被迅速推广，几乎所有的生产厂家都将之喻为“卤代烷”灭火剂的最佳替代物，并且在国家规范中要求使用清洁灭火剂的场所大力推崇。由于没有相关的国家规范，设计、安装一般都是依照厂标及地方标准进行。其适应场所及应用范围在国内一直都有较多争议，本文就此作一些讨论。 一、概述 60年代的前苏联曾使用烟雾型灭火剂扑救地下火灾。80年代末，俄罗斯、美国等开始大量研究此类灭火剂，并应用于一些无人机械舱等部位。90年代初，我国研制出了EBM气溶胶灭火剂，并在全国推广。由于第一代气溶胶产品在喷放时有高温和喷焰缺陷，导致了一些重大事故。经过改进后的新一代气溶胶产品，基本解决了以上缺陷，且工程造价低、安装简便，得以广泛应用。 二、系统组成 气溶胶灭火剂，是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟火型灭火剂。气溶胶灭火系统由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷放到防护区，属于无管网灭火系统。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点，大部分微粒直径小于1um，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类、金属氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等，碱金属盐（钾盐等）和金属氧化物（K2O等）起主要灭火作用，灭火效率较高。 三、灭火机理 气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，也有降温冷却的作用。 1、化学抑制 当燃料（烃类—RH）燃烧时，产生活性游离基H+、O--和OH-，并发生链式反应：
RH + O2 → H+ + 2O-- + R+（可燃物分解，吸热反应） O-- + H+ → OH- 2OH- → H2O + O--（放热反应） 最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离O--，使得燃烧得以持续。 在高温燃烧区，气溶胶微粒分解出活性游离基K+，它迅速与H+和OH-发生以下反应： K+ + OH- → KOH KOH + H+ → K+ + H2O 密集的气溶胶微粒提供了较大的表面反应区域，K+不断再生，夺走燃烧链所需的载体OH-和H+，燃烧无法延续。因此，气溶胶的灭火机理是以中断燃烧链为主，与卤代烷的灭火机理基本相同。卤代烷高温下分解出的Br-与上面的K+扮演同样的角色，以1301为例： CF3Br → CF3 + Br-（高温下分解） Br- + RH → R+ + HBr HBr + OH- → H2O + Br- Br-不断再生，迅速夺走燃烧链载体OH-和H+，使得燃烧迅速终止。 2、吸热降温 气溶胶的吸热降温作用也不可忽视，以KHCO3为例： 2KHCO3 → K2CO3+CO2+H2O（吸热分解反应） K2CO3（固相）→ K2CO3（液相）→ K2CO3（气相）（吸热相反应）卤代烷的灭火机理中也有冷却作用，它主要源于灭火剂由液相转化为气相时的物理吸热反应和高温分解反应。 四、灭火效能 全淹没的气溶胶灭火系统可以有效地扑灭A、B类火灾和E类电气火灾，对烃类（RH）物质的灭火效果尤其明显，如石油、柴油、天燃气和木材等。以100M3
气溶胶的影响
气溶胶的影响 气候： 气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使大气的能见度变坏；另一方面却能通过微粒散射，漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温。 气候变化受到气候系统内部可变化性和外部因子（包括自然因素和人类活动）的共同影响，气溶胶的福幅射强迫效应是其中重要的外部银子之一，但目前对气溶胶气候效应的科学理解水平还相当低。最近Menon等利用美国GISS气候数值模式得到的模拟结果表明黑炭气溶胶吸收短波辐射，从而产生大气异常加热的直接影响，这种加热引起东亚中部大气的上升运动和南北两侧弃团的下沉，造成了我国东部地区夏季降水“南多北少”的变化趋势。Xu的工作却指出我国夏季“南涝北旱”的原因是工业排放的硫酸盐气溶胶显著减少了太阳辐射，陆地气温降低，使海陆温差减小，夏季风偏弱，进而造成我国夏季雨带位置偏南，气溶胶的气候效应仍是一个存在较大争议的额科学问题。 东亚是全球硫化物排放较多的地区之一，今年来伴随着经济的高速增长有更多的含硫气体排入大气中，大量生成的硫酸盐气溶胶除了使环境恶化外，还可能对该区域气候造成一定影响，Li等认为中国四川盆地近40年来气温的变冷趋势可能与这一地区硫酸盐气溶胶含量的增加有关。Qian等利用一个简单的硫酸盐气溶胶辐射模式与区域气候模式（RegCM）耦合，模拟了东亚区域硫酸盐气溶胶的辐射强迫气候效应，发现硫酸盐气溶胶的直接，间接，辐射强迫对屈原气候都有影响，其中间接辐射强迫的作用较大。……中国东南部气溶胶增加将导致日照时数减少和日照强度降低，进而使夏季这一地区的最高气温降低。上述研究表明，城市工业发展使大量的工业废气排放至城市大气中，不仅严重地污染了大气环境，而且使空气浑浊度增大，特别是大气中的气溶胶大量增加，其直接和间接的辐射强迫将使得城市太阳辐射强度减弱，进而可能对区域气候产生影响。 导致全球变冷的主要因子使大气气溶胶。除黑炭气溶胶可产生0.1W/m2的辐射强迫外，绝大部分气溶胶粒子（包括硫酸盐，硝酸盐一级矿物沙尘等）总的直接辐射强迫和间接辐射强迫（仅包括云反照率效应，见下）分别为-0.5W/m2和-0.7W/m2,二者总计达到-1.2W/m2,已经接 近工业革命以来大气主要温室气体二氧化碳所产生的1.66W/m2气候变化辐射强迫。 研究造成工业革命以来气候变化的驱动力（辐射强迫）以及预测未来的气候变化时，不但要考虑大气温室气体的变化，还要考虑其他强迫银因子特别是大气气溶胶的变化。由于大气气溶胶可以散射和吸收太阳短波辐射以及地球长波辐射，影响地气系统的辐射平衡（直接效应）；与此同时，他们还可以作为凝结核影响云的辐射特性以及作为反应表面影响大量化学反应的速度（间接效应）；因此，大气气溶胶大气辐射和气候变化的研究中占有重要地位。 气溶胶粒子的辐射强迫机制主要有直接辐射强迫和间接效应，间接效应分为第一类间接效应（云反照率效应，或Twomey效应），第二类间接效应（云生命期效应），还包括冰核化效应，热力学效应及半直接效应。大气气溶胶通过上述直接，半直接与间接效应，影响地气系统的辐射收支并仅为影响地球气候外，气溶胶粒子的存在还将引起大气加热率和冷却率的变化，直接影响大气动力过程。沙尘的大气气溶胶还可能携带营养盐，当其沉降到海洋时会影响海洋初级生产力，影响辐射活性气体（例如CO2、CH4和DMS等）的海气交换通量，并进而影响全球碳循环，最终造成对地球气候系统的冲击。这些影响均可以归类于大气气溶胶的“间接气候效应”，他们可能是非常重要的，有关研究刚刚开始不久，难以给出任何定量描述。使情景变得更加复杂的还有，大气气溶胶不但可以吸收和散射太阳辐射，而且也可以吸收和散射红外热辐射；而这两种效应所产生的辐射强迫以及对气候的影响是完全不同的。总之，大
气溶胶灭火系统的特点及应用
气溶胶灭火系统的特点及应用 摘要：本文简介了气溶胶灭火系统的组成、灭火机理和灭火效能，结合工程实例，讨论了气溶胶灭火剂的适应场所和范围，提出了气溶胶应用的发展方向。 关键词：气溶胶灭火机理应用 近年来，“气溶胶”灭火剂在国内被迅速推广，几乎所有的生产厂家都将之喻为“卤代烷”灭火剂的最佳替代物，并且在国家规范中要求使用清洁灭火剂的场所大力推崇。由于没有相关的国家规范，设计、安装一般都是依照厂标及地方标准进行。其适应场所及应用范围在国内一直都有较多争议，本文就此作一些讨论。 一、概述 60年代的前苏联曾使用烟雾型灭火剂扑救地下火灾。80年代末，俄罗斯、美国等开始大量研究此类灭火剂，并应用于一些无人机械舱等部位。90年代初，我国研制出了EBM气溶胶灭火剂，并在全国推广。由于第一代气溶胶产品在喷放时有高温和喷焰缺陷，导致了一些重大事故。经过改进后的新一代气溶胶产品，基本解决了以上缺陷，且工程造价低、安装简便，得以广泛应用。 二、系统组成 气溶胶灭火剂，是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟火型灭火剂。气溶胶灭火系统由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷
放到防护区，属于无管网灭火系统。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点，大部分微粒直径小于1um，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类、金属氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等，碱金属盐（钾盐等）和金属氧化物（K2O等）起主要灭火作用，灭火效率较高。 三、灭火机理 气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，也有降温冷却的作用。 1、化学抑制 当燃料（烃类—RH）燃烧时，产生活性游离基H+、O--和OH-，并发生链式反应： RH+O2→H++2O--+R+（可燃物分解，吸热反应） O--+H+→OH- 2OH-→H2O+O--（放热反应） 最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离O--，使得燃烧得以持续。 在高温燃烧区，气溶胶微粒分解出活性游离基K+，它迅速与H+和OH-发生以下反应： K++OH-→KOH KOH+H+→K++H2O 密集的气溶胶微粒提供了较大的表面反应区域，K+不断再生，夺走燃烧链所需的载体OH-和H+，燃烧无法延续。因此，气溶胶的灭火机理
气溶胶质谱--技术特点比较-整体
生产厂商美国TSI公司美国Aerodyne公司广州禾信公司 主推型号TSI3800-030 TSI3800-100Q-AMS C-TOF-AMS HR-TOF-AMS SPAMS0515 概况原始技术来源于美国加州 大学，之前是唯一一个商 品化单颗粒气溶胶质谱仪 供应商，现已停产。美国Aerodyne公司推出的一 款气溶胶质谱仪，但并非基 于单颗粒技术。 广州禾信公司自主研发的 单颗粒气溶胶质谱仪，也 是目前唯一的商品化单颗 粒气溶胶质谱仪。 进样方式小孔、直接进样小孔、直接进样小孔、直接进样流量~100ml/min~0.85ml/min~100ml/min 颗粒物聚焦空气动力学透镜空气动力学透镜空气动力学透镜 聚焦范围30-300 nm 100-3000nm 更换透镜较为复杂，需要 专业人员进行更换。此外 对于30-300nm的透镜，仪 器根本无法检测到30nm的 极限，能检测70nm就不错 了。40-1000 不能检测40nm以下的粒子， 定量有损失。此外AMS无法检 测1um以上的颗粒。 200-2500nm 可以检测PM2.5粒径范围内 的颗粒物，获取PM2.5的粒 径及化学成分信息。 测径激光波长532nm无测径激光532nm 测径方法双光束飞行时间chopper到检测器飞行时间， 这种测径方法的准确度不 高，测量分散度大。双光束飞行时间 双光束测径准确度高，测径分散小 离子化方式紫外激光解吸电离 通过调延迟来实现激光能 量的改变，这种调节方式 会使能量波动增大。热解吸+电子轰击 存在电离效率问题，需要经 常进行离子化效率校正。此 外这种方法不能对难挥发性 的的种类进行电离。还存在 气溶胶在蒸发器表面沉积问 题，灯丝更换手续较为复杂 。 紫外激光解吸电离 增加了模块，通过调节Q来 实现改变能量，激光出射 能量的波动小。 离子化激光波长266nm无电离激光266nm 光路系统全反射光学部件 只用一片全反射镜片，调 节光路只能靠调节平凸透 镜实现。无光学部件全反射光学部件 采用两片全反射镜，可以 实现对光路各个方向的调 节。 质谱同轴反射双极飞行时间质 谱仪 这种结构的质谱需要较长 的飞行距离，加大了仪器 的尺寸。单极质谱两种模式 V型或W型 只能是单级质谱 ，检测速度 慢（毫秒级） 双极Z型飞行时间质谱 仪器结构紧凑，尺寸小； 检测速度快（微妙级） 质谱分辨率500V模式2500 W模式4000500 气溶胶质谱仪整体技术比较
S型气溶胶灭火系统特点
S型气溶胶灭火系统 气溶胶灭火技术是在军用烟火技术的基础上发展起来的新型灭火技术。第一代气溶胶灭火技术诞生于我国，也称烟雾灭火技术，始于20世纪60年代初。主要用于扑灭甲、乙、丙类液体储罐火灾。这是一项不同于以往的全新的灭火技术既有烟又有雾，既有细小的固体颗粒，又有水蒸气和N2、CO2灭火气体形成的气溶胶物质用于灭火。气溶胶灭火装置中的药剂为固态，其药剂通过氧化还原反应喷放出来的组分为气溶胶。 1、气溶胶灭火系统的优点： 1）灭火剂用量少，气溶胶灭火剂用量一般为3 /100mg左右,较其它灭火系统少； 2）灭火效率高、对电器无二次损坏，气溶胶灭火机理主要是吸热降温、化学抑制双重灭火，其灭火效率高，灭火时分解的化学物质不会吸收空气中的水分，因而不会形成具有导电性和腐蚀性的电解质液膜，从而避免了对设备的损坏； 3）安全无毒，气溶胶灭火剂喷放物质中的成分主要是N2、少量CO2、金属盐固体微粒等，均为无毒物质； 4）节省重量及空间，气溶胶灭火系统由于是固体常压存放,体积和重量大大减轻.其重量只有惰性气体的1/40,空间占用只有其1/15 。 1、气溶胶系统灭火机理为： 热气溶胶灭火剂发生剂通过点启动或热启动后，经过自身的氧化还原反应形成浓密的由N2、少量的CO2、H2O等气相成分和碳酸盐、金属氧化物等固相成分组成的气溶胶烟雾，迅速充满保护空间，利用气相成分的稀释、隔绝氧气作用和和固相成分的吸热分解降温作用和化学抑制作用将火焰扑灭。 （1）吸热降温灭火机理 金属盐微粒在高温下吸收大量的热，发生热熔、气化等物理吸热过程，火焰温度被降低，进而辐射到可燃烧物燃烧面用于气化可燃物分子和将已气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应速度得到一定抑制；（2）化学抑制灭火机理： 气体化学抑制：在热作用下，灭火气溶胶中分解的气化金属离子或失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应，反复大量消耗活性基团，减少燃烧自由基； 固相化学抑制：灭火气溶胶中的微粒粒径很小，具有很大的表面积和表面能，可吸附燃烧中的活性基团，并发生化学作用，大量消耗活性基团，减少燃烧自由基； （3）降低氧浓度： 灭火气溶胶中的N2、CO2可降低燃烧中氧浓度，但其速度是缓慢的，灭火作用远远小于吸热降温、化学抑制。