發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 06:57

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,我國能源需求持續(xù)增長,燃煤電廠的顆粒物排放問題日益突出。燃煤煙氣中的顆粒物分為可過濾顆粒物(飛灰等一次固體顆粒物)和可凝結(jié)顆粒物(H_2SO_4、NO_X、NH_3、VOCs等氣體組分凝結(jié)形成的二次顆粒物)。目前已有的燃煤煙氣顆粒物控制技術(shù)大多針對(duì)可過濾顆粒物,對(duì)可凝結(jié)顆粒物的研究較少。而可凝結(jié)顆粒物會(huì)在濕法脫硫塔及以后煙道內(nèi)的高濕煙氣中大量生成,難以被傳統(tǒng)顆粒物控制技術(shù)高效脫除。為解決這一問題,本文圍繞燃煤煙氣中顆粒的形成和長大展開研究。通過量子化學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法,研究了溫度、濕度、荷電等因素影響下,煙氣顆粒從分子到微粒的多個(gè)尺度下的形成及長大規(guī)律,獲得了高濕煙氣氣氛中的氣溶膠形核速率(單位時(shí)間單位體積的煙氣氣溶膠內(nèi)新顆粒的生成量)和顆粒長大速率(單位時(shí)間內(nèi)顆粒粒徑的增長量)。在此基礎(chǔ)上,研究了煙氣氣溶膠中顆粒長大對(duì)顆粒形成的抑制作用。本文結(jié)論可用于指導(dǎo)燃煤電廠中煙氣二次顆�？刂萍夹g(shù)。第一,研究了煙氣中氣溶膠顆粒的形成及長大規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),在高濕煙氣氣氛中硫酸分子能夠通過凝結(jié)周圍的水分子形成超過臨界半徑的氣溶膠顆粒并自發(fā)長大,而環(huán)境溫度和水汽過飽和度是影響氣溶膠顆粒形成和長大的主要因素。對(duì)于氣溶膠的形核速率,當(dāng)水汽過飽和度為1.05,環(huán)境溫度從50℃增長到100℃時(shí),氣溶膠的形核速率增長了5.7倍;當(dāng)環(huán)境溫度為50℃,水汽過飽和度從1.00增長到1.04時(shí),氣溶膠的形核速率增長了1.2倍。對(duì)于氣溶膠中顆粒的長大速率,當(dāng)顆粒粒徑為0.5μm,溫度為50℃時(shí),將水汽過飽和度從1.001提高到1.003,顆粒的長大速率增長了2倍。當(dāng)水汽過飽和度為1.005時(shí),將溫度從50℃提高到70℃,顆粒的長大速率增長了2.7倍。第二,以帶電的HSO_4~--H_2O體系和中性的H_2SO_4-H_2O體系作對(duì)比,研究荷電對(duì)氣溶膠顆粒形成及長大的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,在相同條件下,HSO_4~-比H_2SO_4更容易結(jié)合水分子,使帶電分子簇的臨界分子數(shù)更小,因此帶電氣溶膠的形核速率更大。在環(huán)境溫度為50℃、水汽過飽和度為1.05的條件下,帶電氣溶膠的形核速率是中性氣溶膠的3.2倍。而荷電對(duì)顆粒長大速率的影響隨著顆粒粒徑的增加逐漸變得不明顯。第三,研究了煙氣氣溶膠中,顆粒長大對(duì)顆粒形成的抑制作用。一方面,顆粒長大通過吸收環(huán)境中的水分子,降低環(huán)境中水汽過飽和度的總體水平,抑制氣溶膠形核。在降溫速率恒定條件下,研究顆粒長大影響下氣溶膠的形核規(guī)律。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過相同的時(shí)間,降溫速率越大,累積生成的氣溶膠顆粒越多。但將煙氣冷卻到相同的溫度,降溫速率越大,降溫所需時(shí)間就越短,累積生成的氣溶膠顆粒反而越少。另一方面,顆粒長大通過吸收周圍的水分子改變了空間中的水汽分布,使水汽過飽和度從無限遠(yuǎn)處到顆粒表面逐漸減小,因此,越靠近顆粒的區(qū)域內(nèi)形成新顆粒的難度越大。將顆粒附近形核速率足夠小的區(qū)域定義為抑制形核發(fā)生的區(qū)域,該區(qū)域的區(qū)域半徑越大,越有利于抑制二次顆粒的生成。在環(huán)境溫度為50℃,水汽過飽和度為1.1,顆粒粒徑為5nm的初始條件下,研究單一參數(shù)對(duì)區(qū)域半徑的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度從95℃降低到50℃時(shí),區(qū)域半徑增加到原來的2.6倍。當(dāng)環(huán)境的水汽過飽和度從1.19降低到1.1時(shí),區(qū)域半徑增加到原來的4.6倍。當(dāng)氣溶膠微粒粒徑從5nm增長到15nm時(shí),區(qū)域半徑增加到原來的1.12倍。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X773
【圖文】：

圖 1-1 燃煤電廠污染物控制系統(tǒng)示意圖根據(jù)本課題組的前期研究[3]，通過對(duì)燃煤電廠的濕法脫硫塔和濕式靜電除塵的采樣分析結(jié)果，燃煤煙氣中可凝結(jié)顆粒物的主要組分包括以 Na+、Ca2+、NH4+--2-

氣溶膠顆粒凝結(jié)中的形核與長大[1]

圖1-3分子簇形成過程中的自由能變化

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本文編號(hào)：2750100