燃煤飞灰细颗粒物化学团聚强化除尘机制的研究

发布时间：2020-08-28 05:49

【摘要】：煤炭燃烧会产生大量飞灰颗粒物,其造成的空气污染给人类健康及生存环境带来了巨大影响。中国在控制颗粒物排放,尤其是细颗粒物PM_(2.5)的排放上正面临着巨大的压力。针对上述问题,本文深入研究了一种新技术——化学团聚技术,在除尘器前将细颗粒物通过化学团聚形成大颗粒团,强化除尘器对细颗粒物的捕捉,提高除尘效率。本文首先选取了我国各地12个典型燃煤电厂的飞灰样品,考察了飞灰元素含量对飞灰比电阻及溶液zeta电位的影响,以及重金属元素富集规律,从而对燃煤飞灰颗粒物的排放控制提供了基本的参考依据。实验结果显示,飞灰中Si、Al元素含量与飞灰比电阻呈正相关性,与溶液zeta电位呈负相关性;Ca、S元素含量与飞灰比电阻呈负相关性,与溶液zeta电位呈正相关性。各种重金属元素在不同粒径的飞灰颗粒物中含量不同,且随着颗粒物粒径减小,重金属元素含量显著增加。接着进行了化学团聚强化细颗粒物排放控制的实验研究。实验结果显示,当喷入化学团聚剂多糖类硫酸酯钙盐(KC)溶液后,细颗粒物脱除效率最高可达47.1%。在相同溶液浓度条件下,相同质量的KC与葡甘露聚糖(KGM)的混合溶液对细颗粒物的脱除效率高达59.3%。在喷入化学团聚剂KC后,随着溶液中K~+离子浓度增大,脱除效率最高可达57.6%。阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAB)和非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(TX100)可分别将脱除效率平均提高9.0%和3.7%,而阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)则会使之降低5.6%。当KC溶液浓度由0.01%提高至2%时,细颗粒物脱除效率提高了28.1%。当烟气温度由105?C增至140?C时,细颗粒物脱除效率平均提高了11.4%。对飞灰颗粒物悬浮液zeta电位的研究,有助于深入了解化学团聚机理。实验结果表明,随着溶液pH值增加,悬浮液zeta电位逐渐下降。在等电位点,即pH=4.3时,获得细颗粒脱除效率最大值为25.9%。随着Al~(3+)离子浓度由0.1%增至1%,悬浮液zeta电位由-32.1 mV增至-11.2 mV。添加质量浓度为1%的Al~(3+)离子后,细颗粒物脱除效率最高达9.2%。添加质量浓度为1%的CTAB和TX100后,悬浮液zeta电位分别增至-6.4 mV和-14.4 mV。而当添加1%的SDS后,悬浮液zeta电位降至-60.4 mV。且添加CTAB和TX100后,细颗粒物脱除效率分别提高了22.5%和15.6%。而当添加1%的SDS后,细颗粒物脱除效率降低了19.8%。当添加0.5%的KC后,细颗粒物脱除效率最高可达41.8%。当添加团聚剂KC/CTAB的质量浓度为1%时,悬浮液zeta电位的绝对值最低(1.3 mV),其细颗粒物脱除效率则最高,为38.9%。综上实验结果,我们发现悬浮液的zeta电位值可被视为细颗粒物团聚效率的指示标志之一。细颗粒物与化学团聚剂雾化液滴团聚过程数值模拟结果显示,颗粒物团聚后的速度、质量、直径和数目受化学团聚剂的物理化学参数影响较大,适当提高化学团聚剂的密度和粘度,能使颗粒物各特征量的变化趋势增大;一定范围内,团聚剂流量越大、雾化液滴直径越大,其与颗粒物碰撞几率更高,团聚效果更好。随着颗粒物逐渐团聚,其质量和直径增大,运动速度逐渐变小,其与化学团聚剂碰撞团聚几率也随之减小,最终各特征量达到稳定值。在实验和理论研究的基础上,继续研究了化学团聚技术在江西某电厂2?340 MW燃煤机组上进行工业应用的情况。试验结果显示,4#机组连续喷入化学团聚剂约180分钟后,ESP后颗粒物平均浓度由未喷团聚剂时的60 mg?m~(-3)降至23 mg?m~(-3),颗粒物浓度下降了约61.7%。脱硫后颗粒物浓度亦下降了约50%,最低降至8.4 mg?m~(-3)。4#机组全年运行数据显示,喷入团聚剂后,ESP后颗粒物浓度由34.3 mg?m~(-3)降至16.6mg?m~(-3),下降了约51.6%;SO_2浓度由2217 mg?m~(-3)降至1890 mg?m~(-3),下降了约14.7%;烟气平均温度下降了8.2?C。以300MW燃煤机组为例,化学团聚技术一次工程投资不及湿式静电除尘技术投资额的1/2,且二者运行费用基本相当,其经济性良好,适合工业应用推广。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X773
【图文】：

城市空气质量,情况,环境空气质量,颗粒物

1图 1-1 2016 年全国 338 个地级及以上城市空气质量情况[4]-1 所示，2016 年全国 338 个地级及以上城市中，环境空气质量，占总城市数的 75.1%；环境空气质量达标的城市仅为 84个，占动力学直径小于 2.5 m 的颗粒物（PM2.5）日平均浓度超过 3总数的 71.9%，空气动力学直径小于 10 m 的颗粒物（PM10 g m-3的城市数量占总数的 58.3%。降低污染物排放，提高能源经济可持续发展亟待解决的现实问题。背景和意义物的来源及形成机理

过程图,物理化学反应,颗粒物,核素

中科技大学博士学位论 = = N， C， coag和 xn分别为成核反应、冷凝反应、团聚反应以及C*是临界数浓度，主要取决于核素的物理性质，It=0是核素的初核素的初始饱和度，kB是 Boltzmann 常数，T 是温度，Mn是，Vn是冷凝核素的分子体积，C 是等效初始蒸汽浓度，是颗初始总颗粒物数浓度。一般情况而言， N值在 0 0.1 s 间， C值在 1 10 s 间。煤烟蒸气首先形成核素，然后，在成核作用在异相冷凝作用下快速凝并长大成细颗粒物。

引力势能,带电颗粒,颗粒,势能

图 1-3 带电颗粒双电层势能大于引力势能时，颗粒在溶液中稳定，颗不变；而当斥力势能小于引力势能时，颗粒靠过调整其相对大小，可改变颗粒在溶液中的稳的球形颗粒而言，引力势能值如下： = maker 常数，定义如下： = 间范德瓦耳斯相互作用参数。分子间范德瓦力、Debye 作用力和 London 作用力，分别为 =

【参考文献】