基于湿法（表面、混凝作用）和干法控制黑烟污染的实验研究

论文摘要

我国是目前世界以煤为主要能源的国家之一,工业燃煤陶瓷窑炉在煤的燃烧过程中会产生大量的黑烟。黑烟的主要成分是炭黑,造成了严重的大气污染。炭黑粒径较小,并具有疏水性的表面。由于炭黑的特殊性质,传统的烟尘治理技术难以有效去除炭黑。本论文首先从炭黑粒子产生的机理出发,对炭黑的物理化学性质作了深入的研究,为后面黑烟的去除作好准备。在对炭黑特性的详细研究、阅读大量文献的思考后提出了两种去除炭黑的新方法:一是对传统袋式除尘器进行改造、更新,将新型的材料——微孔陶瓷作为除尘器的滤料,用干法过滤去除炭黑;二是在水中加入表面活性剂及混凝剂,在改善炭黑与水的润湿性的同时,改变炭黑在溶液中的沉降状态,从而加快炭黑的润湿、沉降速度,提高炭黑的去除效率。在湿法去除炭黑实验中,首先验证加入无机絮凝剂AlCl3·6H2O和有机絮凝剂PAM的协同效应,并考察了添加药剂顺序对其协同效应的影响。然后,从改变炭黑的润湿性和沉降状态入手,配置了一系列的混凝剂加表面活性剂的溶液,考察各物质间是否有协同或排斥效应。通过溶液表面张力的测量,对混凝剂在各个浓度下表面张力值最低溶液进行炭黑去除效率的测定,最终选定了一组最佳配方: 100 Na2SO4( mmol·L-1)+1.2 SDBS( mmol·L-1)+40 PAM (mg·L-1),其炭黑的去除效率达到94.34%。在采用干法去除炭黑的实验研究时,首先分析了传统滤料与微孔陶瓷的特点,研究微孔陶瓷的滤料特性;在滤料荷好尘的情况下,研究了除尘器的过滤性能。并对除尘器的整体性能做了研究,考察了在不同的烟尘浓度和过滤速度下炭黑的去除效率。研究发现:当含尘浓度在1 000mg/m31250mg/m3的范围内,过滤风速控制在1.0m/min1.5m/min时,炭黑去除效率最高可以达到97.6%。两种去除炭黑的方法均在传统除尘技术的基础上进行了创新:在传统的湿法除尘基础上,在水溶液中加入表面活性剂来降低水的表面张力,改善炭黑和水的润湿性;在表面活性剂溶液中加入混凝剂有效改善了炭黑在溶液中的沉降状态,使炭黑更容易被水润湿并快速沉降而被捕集。采用新型耐高温的微孔陶瓷材料作为除尘器的滤料,继承了袋式除尘器的高除尘效率特点,对除尘器进行优化设计,有效地提高炭黑的去除效率。两种方法对炭黑的去除开拓了新的思路和广阔的工业推广前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 陶瓷窑炉黑烟的主要成因及污染现状
• 1.2 陶瓷窑炉黑烟的危害
• 1.3 陶瓷窑炉黑烟的产生机理
• 1.3.1 黑烟的产生是能源的浪费
• 1.3.2 发达国家工业陶瓷窑炉的污染控制
• 1.3.3 国内陶瓷窑炉产生黑烟的机理
• 1.4 燃烧过程中炭黑粒子的生成机理
• 1.4.1 气体火焰中炭黑的生成机理
• 1.4.2 煤燃烧过程炭黑的生成机理模型
• 第2章 炭黑产生的影响因素及物化性质
• 2.1 影响控制燃煤窑炉产生黑烟的因素
• 2.1.1 煤种的差异
• 2.1.2 空气供应量
• 2.1.3 空气与煤挥发分的混合状况
• 2.1.4 炉温
• 2.1.5 燃烧时煤挥发分的停留时间
• 2.2 炭黑的性质
• 2.2.1 炭黑的外观
• 2.2.2 炭黑的组成
• 2.2.3 炭黑的堆密度
• 2.2.4 粒径分布
• 2.2.5 炭黑的比表面积
• 2.2.6 炭黑的润湿性
• 2.2.7 炭黑的安息角
• 2.2.8 炭黑的粘附性
• 2.3 现阶段消除黑烟的技术
• 2.3.1 燃煤陶瓷窑炉烟尘治理技术的难点
• 2.3.2 消除黑烟的主要技术
• 2.4 去除炭黑的新思路及研究方法
• 2.4.1 课题的目的和意义
• 2.4.2 根据炭黑性质特点提出去除黑烟的新方法
• 2.5 论文构成及研究内容
• 2.5.1 基于表面和混凝机理的湿法控制炭黑的研究
• 2.5.2 干式微孔过滤除尘器的性能实验及炭黑去除效果的研究
• 第3章 基于表面和混凝作用的湿法去除炭黑的实验研究
• 3.1 实验材料及原理
• 3.1.1 实验方案
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 实验化学药品
• 3.2 混凝剂溶液去除炭黑的对比实验
• 3.2.1 混凝剂的混凝原理
• 3.2.2 混凝剂溶液的炭黑去除实验
• 3.2.3 实验结果
• 3.3 表面活性剂与有机絮凝剂的复配实验（A 组）
• 3.3.1 炭黑的润湿原理
• 3.3.2 A 组配方1 实验
• 3.3.3 A 组配方2 实验
• 3.3.4 A 组配方3 实验
• 3.4 表面活性剂与无机凝聚剂的复配实验（B 组）
• 3.4.1 B 组配方1 实验
• 3.4.2 B 组配方2 实验
• 3.4.3 B 组配方3 实验
• 3.5 表面活性剂、凝聚和絮凝剂的复合实验（C 组）
• 3.5.1 C 组配方1 实验
• 3.5.2 C 组配方2 实验
• 3.5.3 C 组配方3 实验
• 3.6 实验现象分析与讨论
• 3.6.1 实验现象与结果
• 3.6.2 实验机理与分析
• 3.7 应用前景
• 第4章 干式微孔过滤除尘器的过滤性能实验研究
• 4.1 过滤式除尘器简介
• 4.1.1 袋式除尘器工作原理
• 4.1.2 袋式除尘器技术特点
• 4.1.3 影响袋式除尘器效率和寿命的因素
• 4.2 新型干式微孔过滤除尘器
• 4.2.1 研发除尘器的原则
• 4.2.2 干式微孔过滤除尘器性能特点
• 4.2.3 新型滤料—微孔陶瓷
• 4.3 除尘器性能的实验研究内容
• 4.3.1 实验内容
• 4.3.2 实验装置与设备
• 4.4 除尘器性能的实验研究的结果与分析
• 4.4.1 除尘器处理风量与静压环静压关系
• 4.4.2 干式微孔除尘器过滤风速与压力损失的关系
• 4.4.3 新鲜微孔陶瓷滤料的荷尘
• 4.4.4 黑烟入口浓度与除尘效率之间的关系
• 4.4.5 干式微孔除尘器的清灰
• 4.5 结论
• 第5章 工业应用前景分析
• 5.1 工业应用方案
• 5.2 工业应用经济效益分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 攻读学位期间授受及申请专利