生物质锅炉烟气中PM-VOCs一体化脱除装置的设计及试验研究

发布时间：2020-05-13 22:32

【摘要】：当前我国小型生物质锅炉(20t/h)使用量大,主要分布在农村地区,用于家庭户用取暖或者进行炊事活动。由于农村地区环保意识不高、小型生物质锅炉生产技术规范不达标,所以大多小型生物质锅炉并未添加尾气处理装置。因此造成生物质锅炉污染物排放量大,污染物治理缺乏重视。研究小型生物质锅炉烟气净化技术,治理烟气中的大气污染物,为绿色发展建设美丽乡村提供技术支撑。本研究在查询国内外关于生物质锅炉烟气排放特性和烟气治理技术的基础上,针对目前小型生物质锅炉烟气净化装置研究少、效率低的问题,通过理论研究、计算机仿真模拟、样机试制及试验分析,研发了一种小型生物质锅炉烟气中颗粒物与挥发性有机物一体化脱除装置。主要研究内容及创新之处如下:(1)颗粒物与挥发性有机物一体化脱除工艺研究。通过查阅文献和试验测试,研究小型生物质锅炉的烟气排放特性,以制定满足烟气净化要求的工艺。根据得到的烟气排放特性,提出布袋除尘技术结合活性炭吸附技术,并集成通风直接冷却技术的一体化脱除工艺技术,并依据此原理进行了整机设计。(2)颗粒物与挥发性有机物一体化脱除装置研究。根据工艺路线对各个部件进行设计或选型,包括冷凝系统、除尘系统、吸附系统和风机的设计和选型。得到了冷凝风机、布袋、活性炭箱等关键零部件的尺寸参数和运行参数。(3)颗粒物与挥发性有机物脱除装置数值模拟研究。根据设计的颗粒物与挥发性有机物一体化脱除装置模型,通过Fluent对装置内部流场进行数值模拟分析,得到内部流场分布,优化装置设计。(4)颗粒物与挥发性有机物一体化脱除装置试验研究。进行不同负荷和不同燃料的验证试验,以及后期的运行风速和温度的工艺参数优化试验。试验结果表明:装置对颗粒物的去除效率在87.8%~90.7%,VOCs去除率69.1%~72.0%,颗粒物和VOCs的排放浓度远低于《GB 13271-2014锅炉大气污染物排放标准》。本装置的最优运行参数为过滤风速3m/s,运行温度50℃。本文研究的PM-VOCs一体化脱除装置对生物质锅炉烟气中的颗粒物和VOCs具有较好的脱除效果,研究可为生物质成型燃料锅炉烟气净化工艺提供技术支撑。
【图文】：

1.2 生物质锅炉烟气排放特性生物质成型燃料的燃烧可以分为三个阶段 ：预热干燥、挥发分析出燃烧和固定碳燃烧（Tian2010）。在预热干燥阶段，生物质燃料在外在热源的加热下，温度逐渐升高，燃料中的水分开始蒸发；在经过预热干燥以后，生物质中的有机物开始析出挥发性有机物并且着火剧烈燃烧，同时析出挥发性有机物后的生物质形成焦炭；然后在挥发性有机物燃烧完后，温度上升达到着火点的焦炭进行缓慢燃烧（田红 2013）。在燃烧过程中，颗粒物的生成过程如图 1-1 所示（陈振辉 2014），燃料中的可燃物质不完全燃烧产生炭黑颗粒（Jokiniemi 2001），部分析出的挥发性有机物不完全燃烧，凝结或者吸附在已有的颗粒物上产生有机颗粒（Tissari2009），一些不可燃物质（氯和碱金属等）通过均质/异质凝结变化产生飞灰颗粒（王茜 2017），通过均质/异质凝结生成的颗粒物大多为粒径小于 1μm 的细颗粒物。还有一部分不完全燃烧的挥发性有机物以气体状态存在随着烟气排出。

高腐蚀等气体中除尘效果较差。而且，布袋除尘的滤袋容易损坏，运行维通过对滤袋表面进行处理，涂覆一层微孔滤膜可以增加滤袋的性能，使其物的除尘效率上升（Li 2003）。（4） 湿式除尘湿式除尘器是通过将气体中的颗粒物转移到液体中从而分离去除的一种技源平 2011）湿式除尘器的主要优点如下：设备简单，制造容易，占地较小式除尘器运行过程中通入水等液体，因此可以用于处理高温、高湿的气体处理易燃易爆气体和一些能溶于水的毒性气体。湿式除尘器的除尘效率较可达到 90%有些湿式除尘器的效率更高。湿式除尘器缺点如下：运行过程耗大量的水，并且需要给水、排水和污水处理设等配套设备。而且湿式除产生的泥浆会造成除尘器的堵塞等问题，产生的泥浆难以处理，有产生二可能。在处理腐蚀性烟气时对设备和管道的防腐要求高。在低温环境下难对疏水性颗粒物的去除效果较差。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701

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本文编号：2662649