燃煤亞微米顆粒的形成和團聚機制的研究.pdf

1、顆粒形成機理的研究方面入手，系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外在數(shù)值模擬和實驗研究方面所開展的各項工作，分析和比較相關的實驗和模擬研究的優(yōu)勢及其不足；在分析燃煤電站采用的常規(guī)控制方法的基礎上，對最新的亞微米顆粒團聚方法（如光、聲、電、磁、熱等）進行分析，提出采用化學團聚促使亞微米顆粒團聚成較大顆粒后加以清除的方法，并以此作為本文的研究思路，進行系統(tǒng)而深入的研究工作。本文主要從以下幾個方面開展研究。 本文基于氣溶膠動力學理論，模擬了燃燒過程中亞微米

2、顆粒的形成演化過程。通過描述兩類亞微米顆粒的形成：自由分子顆粒和鏈狀分子結構的顆粒，系統(tǒng)分析了亞微米顆粒形成過程中成核機理、冷凝機理、凝聚機理的作用特點和規(guī)律。通過模型與不同顆粒形成實驗結果的對比，充分證實了該模擬能夠定量、準確地反映顆粒物的形成演化。這些工作在國內(nèi)還屬于較少開展的領域，該模型的運用對于認識與描述燃燒過程中亞微米顆粒的形成具有十分積極的意義。 本文還深入研究了亞微米顆粒富集痕量元素的規(guī)律和機理。通過不同煤樣的滴管

3、爐燃燒實驗，研究和分析了飛灰的主要組成元素、不同揮發(fā)性的痕量元素（以砷、鉛和鉻為例）在不同粒徑飛灰顆粒上的富集規(guī)律，證實不同粒徑顆粒的質(zhì)量呈雙峰分布，砷的含量分布與煤種無關，而與煤中含量、易揮發(fā)性密切相關，富集機理主要以化學吸附為主；鉻的分布主要與其賦存形態(tài)有關。針對亞微米顆粒富集痕量元素的過程中，亞微米顆粒粒徑是否變化的問題，結合亞微米顆粒的形成演化模型，比較系統(tǒng)地分析了顆粒粒徑與痕量元素的富集關系。結果表明在 時，計算的易揮發(fā)性的S

4、e、As在顆粒上的富集結果和實驗有較好的相關性，而難揮發(fā)性的Sb、Co的富集計算結果和實驗的相關性較差，表明模型描述的痕量元素的富集現(xiàn)象與痕量元素的揮發(fā)性有關，痕量元素揮發(fā)性越難，模型計算與實驗的相關性越差。因此，該模型的建立對描述亞微米顆粒富集易揮發(fā)性痕量元素具有理論指導意義。 為了研究燃煤飛灰成分對痕量砷的吸附規(guī)律，本文選用一般飛灰中含量較多的四種單一成分Al2O3、CaO、MgO和SiO2，分別進行了不同溫度下含砷物質(zhì)的揮

5、發(fā)和吸附的實驗研究，并在吸附理論和質(zhì)量擴散理論的基礎上，模擬了CaO對砷的吸附過程。實驗結果表明，在較高溫度下，砷蒸氣較易與CaO、MgO發(fā)生化學反應生成砷酸鹽化合物。通過CaO和砷吸附模型的計算結果表明，溫度，吸附劑的轉化率、CaO顆粒的有效表面積和砷揮發(fā)率是重要的影響因素，吸附劑的轉化率隨著時間先增大后減少，CaO顆粒的有效表面積的變化速率隨時間先增大后減少。 為了減少燃煤亞微米顆粒的排放，本文提出采用化學團聚促使顆粒物團聚

6、成較大粒徑后加以除去的方法，該方法的提出開辟了一條亞微米顆粒的排放控制新思路。對此，本文進行了較為系統(tǒng)的理論工作，推導了基于噴霧理論的團聚劑促進亞微米顆粒團聚的模型，研究了亞微米顆粒間的團聚作用力。模擬的計算結果表明，不加團聚劑時亞微米顆粒間的團聚效果并不明顯；但加入團聚劑后能較好地促進顆粒間團聚，有效的減少亞微米顆粒的數(shù)目，并綜合分析了團聚劑流量、質(zhì)量濃度、煙塵流量、霧化液滴半徑和飛灰顆粒半徑等影響因素；影響亞微米顆粒團聚的主要作用力

7、是表面極性力和阻力，而表面彈性力和重力幾乎可忽略。該研究的結果為進一步對亞微米顆粒的團聚實驗提供了理論上參考依據(jù)。 在前面對亞微米顆粒團聚機理進行模擬研究的基礎上，本文專門建立了顆粒的團聚實驗系統(tǒng)，進行了系統(tǒng)的亞微米顆粒團聚實驗研究，挑選了團聚效果較好的團聚劑，比較了各種因素對亞微米顆粒團聚的影響，并進行了團聚機理的分析。實驗表明，團聚劑的使用可以促使顆粒發(fā)生團聚，大大減小煙塵的排放濃度，并且采用這種方法可以不改變鍋爐現(xiàn)有的運行