【摘要】：发展以煤炭清洁转化清洁发电技术为代表的洁净煤技术是实现我国能源可持续利用的重要方面。煤炭清洁转化发电中通过热解分离煤炭中的不同组分,实现各种成分的梯级利用,但热解产生的高温气体中含有大量颗粒物,对各种成分(焦油、煤气等)的分离和利用有着严重影响。在高温气体除尘技术中,静电除尘有着除尘效率高、气体处理量大、压力损失小,可靠性高等优点。但运行温度、气体成分和颗粒性质等关键参数对静电除尘器除尘特性有着重要影响,需要展开深入研究。论文开展了不同温度下电极结构、运行参数、气体成分和颗粒特性对颗粒静电捕集影响规律的基础和中试试验研究,以揭示颗粒高温下的静电捕集机理并提高其静电捕集效率。1.电极结构对高温气体中颗粒静电捕集的影响规律研究。实验发现表面光滑的圆杆电极相对尖刺电极和螺线电极能够达到更大电压,形成更高的电场强度,从而在700K和900K时能够取得较高颗粒物捕集效率。研究了不同温度下除尘器中光滑圆杆电极的直径和放电极间距变化对颗粒捕集的影响规律;在所有试验温度下,5 mm直径电极收尘特性优于3 mm和8 mm电极;300 K下55 mm放电极间距电极的颗粒捕集效率最高,达99.6%,而随着温度升高,110 mm间距电极颗粒捕集效率优于55 mm间距电极和165 mm间距电极,在900 K下仍能达到87.4%。2.放电参数和烟气参数对颗粒静电捕集的影响规律研究。温度上升导致起晕电压和最大工作电压明显下降,且电晕区间减小;300K起晕电压/最大工作电压为17kV/39kV,而温度上升到900K则下降到9kV/17kV。工作电压的下降导致了颗粒静电捕集效率从99.8%下降到95%,且达到相同的颗粒捕集效率所需的输入功率显著增加。静电除尘器的除尘效率和颗粒驱进速度随着烟气中颗粒浓度的上升而略有上升,而气体流速的上升降低了静电除尘器的除尘效率,但对于颗粒驱进速度则基本没有影响。3.气体性质和颗粒特性对电晕放电和颗粒静电捕集的作用机理研究。基于气体电离能、电负性和离子迁移率等气体性质开展了不同混合气体的放电实验,采用N2、He、CO_2混合成的模拟煤气代替实际煤气开展高温静电除尘的实验方法。基于可循环高温静电实验台开展了飞灰颗粒和煤热解颗粒在空气和模拟煤气中的静电捕集研究。空气相比与模拟煤气,其起晕电压较低,最大工作电压更高,放电特性优于模拟煤气,有利于颗粒的荷电和捕集,但空气粘性相比模拟煤气更大,对颗粒捕集不利;300K下空气和模拟煤气中的飞灰颗粒静电捕集效率分别为99.5%和99.3%,而温度上升到900 K后,二者分别为86.2%和88.6%。对比飞灰颗粒和煤热解颗粒在模拟煤气中的静电捕集结果发现,飞灰颗粒和煤热解颗粒在300K下的颗粒捕集效率较为接近,分别为99.3%和99.1%,随着温度的升高,差别逐渐拉大,900 K下分别为88.6%和78.7%。煤热解颗粒含碳量较高,比电阻较小,在900K下比电阻为1.17x10~5Ωcm,已经接近静电除尘器的所适用的颗粒比电阻范围边缘,运动到收尘极板上的颗粒迅速释放电荷,在气流作用下产生二次夹带作用,导致煤热解颗粒的捕集效率在900K下低于飞灰颗粒。4.宽间距高温电除尘器中大流量实际烟气的颗粒捕集特性研究。基于实验室研究的结果,设计并搭建了 300mm同极距的线板式静电除尘器,并研究了实际高温烟气中颗粒的捕集效果,控制燃烧器一次风流量为215Nm3/h,当烟气温度从1020 K增加到563 K时,烟气流速从0.45 m/s增加到0.25 m/s,且对应最大工作电压从17.0kV上升为43.5kV,颗粒捕集效率从73.2%上升为99.2%;调整入口烟气流量,在当烟气流速从0.52 m/s减少到0.3 m/s时,颗粒捕集效率从66.2%下降为82.2%;对应驱进速度则相对稳定,分别为2.6 cm/s和2.4 cm/s。
【图文】：
？逦源消费总量折合４３亿吨标准煤，占全巧能源消耗的２３％；各种一次能源消费量逡逑及其在能源消费总量中所占比例见图１．邋２（按照发电煤耗计算法），其中煤炭折合逡逑２７．５２亿吨标准煤，占化６３．６％；石油折合７．９０亿吨标准煤，占比１８．２％；天然逡逑气巧合２．５３亿吨标准煤，占比５．８％；水电折合３．４６亿吨标准煤，占化８．０％；核逡逑电折合化５４亿吨标准煤，占比１．２％；其他类型一次能源（太阳能、生物质能、逡逑地热、潮梦等）折合１．３５亿吨标堆煤，占比３．１％［２］。尤其应当指出，我国的煤逡逑炭消费量在能源总消费中占比巧６３．６％，相当于全世界煤炭消费总量的５５．７％。逡逑１逡逑
＿４逡逑图１．３我国能源消耗变化趋势（２００５－２０１５）逡逑截止２０１４年底，我国巧炭探明储量为１１４５亿吨，储采比为３０年，占世界逡逑探巧储量的１２．８％；石油明探明储量为２５亿吨，储采比为１１．９年，占世界探明逡逑储量的１．１％；天然气探明储量为３．５万化立方米，储采比为２５．７年，占世界探逡逑明储量的１．８％［｜，４１。从上述数据可知，，我国的能源矿产结构有着＂富煤、少油、缺逡逑气＂的典型特点。我国能源消费结构中，当前主要的兰种一次能源自给率分别为，逡逑煤炭９４％，石油４０．６％，天然气７２．５％［｜］；可Ｗ看到，当前我国的能源供应中，逡逑２逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701.2
【参考文献】
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本文编号：
2609642
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