燃煤飞灰化学团聚实验研究及机理分析

论文摘要

超细颗粒物是目前我国城市大气环境的首要污染物,对燃煤产生的超细颗粒物控制的迫切性已引起了全世界的广泛关注。但是,传统的除尘方式难以控制超细颗粒物排放。虽然现有除尘装置的效率可达99%以上,但是对可吸入颗粒物(PM10)特别是超细颗粒物(PM2.5)的捕获率很低,仍有大量随排烟进入大气。利用化学团聚原理在除尘装置前对烟气进行预处理,使烟气中的超细颗粒物团聚长大到除尘装置所能脱除的范围,从而有效提高传统除尘装置对超细颗粒物的脱除效率,是深度除尘技术的发展趋势。本文在借鉴前人研究成果的基础上,提出了一种复合喷动流态化技术,对燃煤颗粒物的化学团聚行为进行了实验研究和理论分析。选取几种团聚剂在自行设计搭建的多级喷动团聚实验台上进行了系统的实验研究,结果表明喷入团聚剂后可以有效降低尾部烟尘浓度。通过团聚剂优选,进一步研究了表面活性剂、团聚剂PH值、团聚剂浓度、团聚剂流量、团聚剂存放时间、给粉浓度、烟气量、团聚室温度等因素对团聚效果的影响。探讨了复合型团聚剂以及调质钙基物质的团聚作用。通过扫描电镜对颗粒团聚形貌进行分析,结果表明团聚后微小颗粒明显增多,大颗粒之间的堆积更为紧凑。多级喷动塔体不同区段团聚形貌有所不同,一级塔体以团聚剂包裹粘附为主,二级塔体以含湿颗粒的碰撞粘连为主。钙基物质以及不同的脱硫工艺产物都可以不同程度地粘附脱除燃煤颗粒物。从理论层面对喷雾团聚颗粒物的机理进行了分析,采用絮凝理论和硬团聚理论对燃煤颗粒物团聚的作用机理进行阐述,介绍了促进胶体分散体系聚沉的途径,即促进燃煤颗粒物团聚的方法,进而分析了可能影响团聚效果的因素。通过对喷雾团聚过程中雾滴和颗粒物的运动和相互作用的分析,结合快速聚沉理论提出了扩散团聚模型以及喷雾团聚模型。根据模型计算了聚沉速度常数以及不同初始条件对团聚效果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 可吸入颗粒物的特征及其危害
• 1.2.1 可吸入颗粒物简介
• 1.2.2 可吸入颗粒物物理化学特征
• 1.2.3 可吸入颗粒物的危害
• 1.3 有关超细颗粒物政策法规
• 1.4 燃煤超细颗粒物团聚技术的研究概况
• 1.4.1 电团聚
• 1.4.2 声团聚
• 1.4.3 热团聚
• 1.4.4 光团聚
• 1.4.5 磁团聚
• 1.4.6 湍流团聚
• 1.4.7 化学团聚
• 1.5 本文的意义及主要内容
• 第2章 复合喷动流态化团聚实验系统
• 2.1 复合喷动流态化烟气团聚实验系统
• 2.1.1 模拟烟气发生系统
• 2.1.2 团聚剂制喷调整系统
• 2.1.3 团聚反应器主体
• 2.1.4 物料回送系统
• 2.1.5 除尘引风系统
• 2.2 实验参数测量方法
• 2.2.1 烟气温度测量
• 2.2.2 压力测量
• 2.2.3 数据采集系统
• 2.2.4 颗粒浓度测量
• 2.2.5 烟气湿度测量
• 2.3 本章小结
• 第3章 燃煤飞灰团聚实验研究
• 3.1 实验的准备工作及实验测量方法
• 3.1.1 压力测量设备的标定
• 3.1.2 不同风量下螺旋给粉机给粉量的标定
• 3.1.3 不同风量下回转式排尘器给粉量的标定
• 3.1.4 实验方案及测点的布置
• 3.2 团聚反应塔的气固流动特性研究
• 3.2.1 塔体阻力分布特性的研究
• 3.2.2 塔体稳定时间研究
• 3.2.3 颗粒浓度沿塔高方向的分布
• 3.2.4 塔体内循环特性研究
• 3.3 团聚实验研究
• 3.3.1 团聚剂溶液的组成
• 3.3.2 粘结剂的选取
• 3.3.3 粘结剂溶液配比
• 3.3.4 团聚效果影响因素的实验研究
• 3.3.5 钙基物质团聚效果的实验研究
• 3.3.6 团聚形态及团聚机理的探讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 颗粒物团聚机理分析
• 4.1 胶体稳定理论
• 4.1.1 经典DLVO 理论
• 4.1.2 空间稳定理论
• 4.1.3 空缺稳定理论
• 4.2 胶体分散体系的聚沉
• 4.2.1 电解质聚沉
• 4.2.2 高聚物聚沉
• 4.3 硬团聚理论
• 4.3.1 团聚粘结机理
• 4.3.2 硬团聚形成机理
• 4.4 不同区段团聚颗粒间相互作用力
• 4.4.1 液固区段团聚颗粒作用力模型
• 4.4.2 固固区段团聚颗粒作用力模型
• 4.5 团聚模型的建立
• 4.5.1 模型假设
• 4.5.2 扩散团聚模型
• 4.5.3 雾化团聚模型
• 4.5.4 团聚率的影响因素分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢