燃煤過程中亞微米顆粒形成的數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤是中國目前以及今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)電站燃料的主體，煤粉燃燒為我們提供必需的熱源和電力資源的同時，也會帶來嚴(yán)重的顆粒物污染。研究表明，燃煤中產(chǎn)生的顆粒物是大氣中可吸入顆粒物的重要來源，其中這些顆粒物上富集了大量的有機污染物和有毒重金屬，對人類的健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。因此，深入研究燃煤過程中亞微米顆粒的形成機理，演化過程及其排放特性等方面具有重大的意義。
　　 本文首先論述燃煤亞微米顆粒的排放對人類及其居住環(huán)境所造成的嚴(yán)

2、重危害，說明了研究亞微米顆粒形成機理和控制方法的重要性和必要性。然后從對燃煤過程中亞微米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(guān)的實驗和模擬研究的優(yōu)勢及其不足，從而明確了自己的研究思路。本文主要從以下幾個方面開展工作。
　　 本文分析了國內(nèi)外現(xiàn)有的3個比較完善的氣化模型：Quann、Zeng Taofang以及Zhou的氣化模型，通過探討，發(fā)現(xiàn)存在以下的問題與不足：Qu

3、ann的氣化模型忽略了熔融體內(nèi)擴散的控制作用以及熔融體表面氣化的影響，并且也沒有考慮焦炭孔內(nèi)其它CO2產(chǎn)生源對內(nèi)在礦物顆粒表面平衡反應(yīng)的影響；Zeng Taofang的氣化模型則認為熔融體表面蒸氣分壓為0，致使氣化傳質(zhì)系數(shù)偏大；Zhou的氣化模型認為多孔顆粒是不易燃的。這些研究為以后建立更合理、更完善的蒸發(fā)模型奠定了基礎(chǔ)。在早期蒸發(fā)模型的基礎(chǔ)上，針對模型的問題與不足，分別建立了礦物質(zhì)氣化的三種模型：內(nèi)在礦物質(zhì)、與有機物結(jié)合的礦物元素以及

4、外在礦物質(zhì)的氣化模型。通過模擬看出，影響內(nèi)在礦物質(zhì)氣化的因素除溫度、外壓外，最根本原因是元素的飽和蒸氣壓；與有機物結(jié)合的礦物元素的氣化速率與溫度呈指數(shù)增長的趨勢；而對于外在礦物質(zhì)的氣化，模數(shù)、孔徑的增大，溫度的升高以及CO2分壓的降低都會增強氣化。最后基于氣溶膠動力學(xué)理論，理論分析了燃煤過程中亞微米顆粒成核、冷凝以及凝聚等形成過程的動力學(xué)特性，并對各階段特征時間進行了定義，通過模型與不同實驗結(jié)果的分析比較，結(jié)果顯示，成核作用是極細小亞微