聲波團聚及聯(lián)合其他方法脫除燃煤飛灰細顆粒的研究.pdf

1、目前，懸浮細顆粒物特別是PM2.5已經(jīng)成為我國各大城市主要的大氣污染物，嚴重危害人體健康和大氣環(huán)境，國際和國內越來越重視顆粒物控制問題，對PM2.5的排放濃度標準也越來越嚴格。傳統(tǒng)的除塵技術雖然具有較高的總除塵效率，但是對細顆粒的除塵效率較低。利用團聚技術將細顆粒團聚粒徑較大的顆粒，然后通過傳統(tǒng)除塵設備就可以降低細顆粒的排放濃度，是一種有效的預處理方法。
　　聲波團聚利用高能量密度的聲場，促進顆粒在短時間內相互碰撞團聚，顯著降低顆

2、粒數(shù)目濃度降低，被認為是最具發(fā)展前景的團聚預處理方法之一，但該技術尚未完全發(fā)展成熟。研究開發(fā)基本處于實驗室階段，對各操作參數(shù)的影響情況缺乏全面的了解，而且團聚效率不高，一般低于50％。在理論研究方面尚未完全建立完整的團聚體系，計算模型過于簡化。鑒于此，本文展開了相關實驗和理論的研究。
　　在實驗研究方面，設計和搭建了具有良好拓展性能的聲波團聚實驗臺，燃煤飛灰和空氣混合模擬燃煤電廠排放的含塵氣溶膠，研究了以聲波團聚為基礎，同時聯(lián)合其

3、他方法的團聚效果。
　　首先對比研究了高低頻聲源對燃煤飛灰細顆粒的團聚效果。實驗結果表明，20 kHz的高頻聲源團聚效率不高，約為10％，而且只能團聚粒徑小于0.25μm的顆粒，且團聚后的顆粒仍處于PM2.5的范圍。低頻聲源的團聚效果明顯優(yōu)于高頻聲源，團聚效率可達70％。利用正交試驗研究了多因素、多水平的聲波團聚過程，根據(jù)極差分析結果表明，頻率是影響團聚效率最重要的參數(shù)，停留時間的影響較小。根據(jù)研究結果獲得最佳操作參數(shù)為頻率140

4、0 Hz，聲壓級150 dB，停留時間4 s。
　　其次研究了聲波聯(lián)合石灰種子顆粒的團聚過程。實驗結果表明，添加種子顆粒能使團聚效率最大增幅達20％。分別采用單一因素分析和正交試驗設計研究聲波聯(lián)合種子顆粒團聚過程中各因素對團聚效率的影響，研究結果表明，最佳操作參數(shù)為頻率1400 Hz，聲壓級150 dB，停留時間4 s，種子顆粒添加質量百分比30％，且粒徑不宜過大。引入種子顆?？赏貙捖暡▓F聚的“頻率窗口”，在較低的聲壓級下發(fā)揮較好

5、的團聚效果，降低了聲波團聚的能耗。
　　然后研究了聲波聯(lián)合噴霧的團聚過程。實驗結果表明，噴霧使聲波團聚效率最高增幅達70％。噴霧同樣可以拓展聲波團聚的“頻率窗口”，降低聲波團聚能耗。同時在霧化溶液中加入SDS和Triton X-100兩類表面活性劑，改善了燃煤飛灰細顆粒的潤濕性，使團聚效率進一步提高，最大提高可達20％。其中SDS對環(huán)境無毒害而且更經(jīng)濟，因此工業(yè)應用中選擇SDS作為潤濕劑更合適。
　　在數(shù)值模擬方面，同時考慮

6、了同向團聚、流體力學作用、聲波尾流效應和布朗團聚四個機理，分別建立了相應的團聚模型。計算了各機理的聲波團聚核函數(shù)，研究了包括頻率、聲壓級、顆粒粒徑、顆粒間距、溫度等因素對團聚核函數(shù)和團聚過程的影響。對于低頻聲源團聚燃煤飛灰細顆粒，當其他條件均一致時，同向團聚核函數(shù)的值要遠大于其他幾種機理的團聚核函數(shù)值，即同向團聚是燃煤飛灰細顆粒聲波團聚最主要的機理。
　　模擬結果表明低頻聲波團聚中存在最佳頻率約為1500 Hz，與實驗結果非常接近