细颗粒物脉冲荷电机理及凝并脱除方法研究

发布时间：2020-06-12 17:41

【摘要】：目前,我国大气环境中的细颗粒物污染问题已十分突出,严重危害人体健康和大气环境,细颗粒物的高效脱除控制得到国内外广泛研究。燃煤电厂是我国细颗粒物污染的重要来源之一,但是其传统的除尘技术虽然总除尘效率较高,但是对细颗粒物的脱除效率较低。电凝并技术可以促进荷电颗粒物的凝并脱除,被认为是一种有效的细颗粒物控制途径。电凝并技术的关键是颗粒物的荷电,而传统直流电场对颗粒物的荷电效果有限。脉冲电晕流光放电起始于电子崩,其流光通道可以贯穿正负电极,通道内存在大量高能自由电子和正负离子,可以增强颗粒物荷电,同时促进荷电颗粒物的凝并,有利于后端的高效除尘,因此被认为是最有发展前景的电凝并技术之一,但是该技术针对细颗粒物的高效脱除尚处于实验室阶段,对各个实验参数的影响机制还缺乏全面了解,同时对于脉冲电场中颗粒物荷电模型研究过于简化。鉴于此,本文展开了相关的实验和理论研究。本文在颗粒物荷电机理研究方面,以单极荷电理论为基础,将脉冲电场中颗粒物荷电简化为脉冲周期不同时段电子和正离子的荷电作用,将直流电场中颗粒物荷电简化为单极性离子的场致和扩散荷电。根据带电粒子平均自由程和颗粒物粒径的关系,综合考虑库仑力和镜像电荷力的影响,构建了脉冲电场和直流电场中颗粒物荷电理论模型。以高能自由电子在电子温度下的类扩散荷电理论解释脉冲电场中高能自由电子对颗粒物的荷电作用。本文在实验研究方面,设计和搭建了基于线板式反应器的脉冲电晕放电结合直流收尘细颗粒物高效脱除小型实验平台,研究了不同反应器结构参数、放电参数和脉冲波形以及不同烟气气氛等外场条件对细颗粒物荷电和脱除特性的影响作用。首先研究了脉冲电晕放电产生的高能自由电子能量水平空间分布特性。实验结果表明,高能自由电子能量水平空间分布呈现以线电极为中心面向板电极的扇形分布,与二次流光的空间分布特性吻合,同时增大相对湿度和减小含氧量有利于高能自由电子生成。其次研究了不同电场中放电特性和颗粒物荷电特性。实验结果表明,负直流电场的伏安特性和颗粒物荷电特性优于正直流电场,脉冲电场对反应器的能量输入优于直流电场。直流电场中颗粒物荷同极性电荷,脉冲电场中大粒径颗粒物荷负电而小粒径荷正电。随着反应器消耗脉冲能量的增大,颗粒物异极性荷电的临界粒径逐渐增大。增大脉冲上升前沿和脉冲宽度以及增大相对湿度和减小含氧量均能提高脉冲能量输入,从而增强颗粒物的荷电,其中脉冲宽度和含氧量的影响作用较大。然后针对反应器结构参数和电信号参数开展四参数四水平正交实验和单因素实验来优化脉冲电场中小粒径段颗粒物荷电特性。实验结果表明,对颗粒物荷电的影响,线线间距最大,线板间距其次,脉冲频率最小。颗粒物荷电的实验参数优化组合中,线线间距为线板间距的2倍以上,脉冲频率为300 Hz。脉冲电场中粒径0.2μm的颗粒物荷电最困难。基于上述研究,开展了脉冲电晕放电结合直流收尘细颗粒物高效脱除实验研究。实验结果表明,负直流电场的除尘效率优于正直流电场和单独脉冲电场。直流联合脉冲再联合直流的电场匹配形式具有较高的大粒径段颗粒物除尘效率和亚微米级颗粒物的脱除效率,粒径0.2μm颗粒物的脱除效率最低。增大脉冲上升前沿和脉冲宽度以及增大相对湿度和减小含氧量能提高颗粒物的脱除效率,其中脉冲宽度和含氧量的影响作用较大。基于小型实验平台的研究,设计了燃煤电厂细颗粒物高效脱除系统,电场匹配形式为直流联合脉冲再联合直流电场,该系统具有较高的细颗粒物整体质量脱除效率和亚微米级颗粒物数目浓度综合脱除效率,具有良好的大气环境保护效应和较高的整体经济效益。
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图１－２邋２０００年？２０１２年我国发电用煤趋势图Ｗ逡逑我国电力格局Ｗ火为发电为主，据国家统计局最新统计数据显示Ｗ，２０１３年我国火电逡逑

其是京津冀和长兰角地区，而由美国宇航局ＮＡＳＡ于２０１２年么布的根据卫星数据反演得逡逑到的我国ＰＭｕ年平均浓度分布数据显示Ｗ，我国煤耗量较高的地区与ＰＭ２．５年平均浓度逡逑较高的地区具有良好对应关系，如图１－４所示。据统计资料显示，，我国煤炭的大量使用对逡逑我国重点地区和重点省份的ＰＭｕ年平均浓度贡献率约为５６％，其中京津冀地区为５１％？逡逑．６２％，长＝角地区为５４％？６１％［７１。由煤炭使用产生的ＰＭ２．５污染，其中近六成来自于煤逡逑炭的直接燃烧排放，近四成来自于重点用煤行业的非直接燃烧排放Ｗ。逡逑由图ｌ－４（ｂ）可知，我国中部和东部沿海地区已经大面积成为ＰＭｕ重点污染区域，其逡逑ＰＭ２．５年平均浓度均超过３５邋ｎｇ／ｍ３，该数值是世界卫生姐织安全标准（１０邋ｊｉｇ／ｍ３）邋Ｗ的３．５逡逑３逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X773


本文编号：2709881