發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 05:57

【摘要】：我國(guó)大氣顆粒物污染比較嚴(yán)重,其中形成可吸入顆粒物主要為工業(yè)煙塵與工業(yè)粉塵。燃煤電站、燃煤工業(yè)鍋爐、燃煤爐窯等是煙塵的主要排放源。隨著工業(yè)燃煤的消耗量不斷增加,煙氣中不容易沉降的超細(xì)粉塵與炭黑顆粒對(duì)大氣環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重。因此,本文針對(duì)工業(yè)窯爐黑煙通過(guò)微孔陶瓷過(guò)濾器除塵過(guò)程的影響因素和過(guò)濾特性進(jìn)行研究和模擬,這對(duì)工業(yè)高溫?zé)煔鈨艋幚砑碍h(huán)境保護(hù)具有重大理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本課題主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果包括： (1)對(duì)陶瓷過(guò)濾器和炭黑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究分析,確定微觀結(jié)構(gòu),調(diào)查陶粒濾料的孔隙特征和炭黑顆粒的微觀表征,計(jì)算得出陶粒顆粒粒徑公式以及孔徑與粒徑的關(guān)系式。對(duì)炭黑顆粒進(jìn)行表征測(cè)試,分析炭黑的主要化學(xué)組成,確定炭黑顆粒粒徑分布。 (2)對(duì)陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)建立過(guò)濾器模型,進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證,并進(jìn)行CFD仿真研究。分別模擬計(jì)算了在多孔介質(zhì)五種不同孔隙率條件下的入口氣速與設(shè)備進(jìn)出口壓降的關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與CFD仿真曲線的對(duì)比可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在仿真曲線兩側(cè)呈聚類(lèi)變化趨勢(shì),即RNG k-ε仿真結(jié)果基本與實(shí)際變化規(guī)律相符合。利用CFD模型計(jì)算陶瓷過(guò)濾器除塵效率,將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,結(jié)果顯示模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相吻合,這說(shuō)明CFD模型能夠很好地預(yù)測(cè)潔凈陶瓷管的過(guò)濾。 (3)對(duì)陶瓷過(guò)濾時(shí)粉餅坍塌對(duì)壓降的影響進(jìn)行研究,提出了一個(gè)粉餅坍塌模型,綜合考慮聚團(tuán)間松馳因子、聚團(tuán)的分形維數(shù)、聚團(tuán)大小(包括聚團(tuán)的粒徑分布及累積篩下質(zhì)量平均中位徑)以及聚團(tuán)配位數(shù)對(duì)孔隙率的聯(lián)合影響,進(jìn)而得出這些參數(shù)對(duì)過(guò)濾壓降的聯(lián)合影響。通過(guò)設(shè)計(jì)新穎的反演方法,模型的配位數(shù)與松馳因子可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和反演的方法得到,分形維數(shù)通過(guò)場(chǎng)發(fā)射電鏡圖的二值圖由計(jì)盒數(shù)方法計(jì)算得到,聚團(tuán)直徑通過(guò)統(tǒng)計(jì)電鏡照片由Rosin-Rammler擬合計(jì)算得出,從而計(jì)算出粉餅的聚團(tuán)間孔隙率、聚團(tuán)內(nèi)孔隙率、粉餅總孔隙率以及壓降隨浮動(dòng)參數(shù)變化的規(guī)律,將壓降梯度的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相比較,結(jié)果表明該坍塌粉餅過(guò)濾模型要遠(yuǎn)比沒(méi)有坍塌的粉餅過(guò)濾模型更加接近真實(shí)值,從而證實(shí)了本模型的有效性。因此,考慮了配位數(shù)的粉餅坍塌模型由于高精度以及計(jì)算簡(jiǎn)單,在預(yù)測(cè)粉餅的壓降時(shí)具有很好應(yīng)用潛力。 (4)建立了一個(gè)預(yù)測(cè)過(guò)濾效率與壓降損失的非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾的數(shù)值建模,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,由此預(yù)測(cè)粉塵沉降與脫落對(duì)壓降的影響。并且設(shè)計(jì)一種新穎的懸掛裝置來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定比截留量隨時(shí)間的變化,從而可以得出壓降隨比截量的變化規(guī)律,進(jìn)而得出壓降隨時(shí)間的瞬態(tài)變化規(guī)律,將所得結(jié)果與模型預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果顯示陶瓷過(guò)濾元件的各種基本參數(shù)(包括陶瓷過(guò)濾濾管的初始孔隙率、陶瓷材料自然顆粒粒徑、管壁厚度)和不同的操作條件(包括過(guò)濾操作風(fēng)量、過(guò)濾入口含塵濃度)都對(duì)過(guò)濾過(guò)程中粉塵的沉積量有很大的影響,從而對(duì)過(guò)濾壓降也有很大的影響。為進(jìn)一步研究在反吹清灰的作用下連續(xù)過(guò)濾過(guò)程中粉塵沉降與脫落的動(dòng)態(tài)過(guò)程,在多次清灰循環(huán)過(guò)程中測(cè)試了陶瓷過(guò)濾元件上的比截留量與壓降的變化情況。最后,通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究,分析了采用不同規(guī)格的陶瓷元件的過(guò)濾系統(tǒng)的清灰效率,以此來(lái)評(píng)價(jià)在初始階段與穩(wěn)定階段的清灰特征。 (5)采用表面過(guò)濾理論對(duì)陶瓷過(guò)濾器的除塵性能進(jìn)行研究,通過(guò)模擬分析粉塵在陶瓷管壁累積過(guò)程中過(guò)濾效率的時(shí)間特性以及在不同的濃度與風(fēng)量條件下各種陶瓷管的初始除塵效率與穩(wěn)定除塵效率,對(duì)陶瓷過(guò)濾器的除塵性能進(jìn)行研究。 (6)通過(guò)建立脈沖反吹清灰過(guò)濾模型,對(duì)壓降進(jìn)行面積分率加權(quán)處理,通過(guò)Matlab編程對(duì)陶瓷過(guò)濾器的脈沖清灰過(guò)濾進(jìn)行計(jì)算,分析粉餅覆蓋面積分率與過(guò)濾清灰循環(huán)的關(guān)系。結(jié)果表明,隨著吹脫循環(huán)次數(shù)的增加,陶瓷管粉塵附著容量越來(lái)越小,使得每進(jìn)入下一輪循環(huán)后過(guò)濾粉塵沉積的增量變少,從而使得清灰操作后粉餅面積分率的增量也就相應(yīng)地變小。對(duì)不同的粉餅覆蓋面積分率時(shí)瞬態(tài)滲濾速度的時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行分析,結(jié)果表明單位面積粉餅質(zhì)量越小,滲濾速度隨時(shí)間減小得越劇烈,相反,單位面積粉餅質(zhì)量越大,滲濾速度隨時(shí)間減小得越平緩。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.1;X701.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616111