【摘要】：近些年來,隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng),化石燃料消耗量加大,燃燒產(chǎn)生的顆粒物已經(jīng)成為大氣污染的主要來源之一。尤其是粒徑小于2.5μm的細(xì)顆粒物,對(duì)環(huán)境和人體都會(huì)產(chǎn)生巨大的危害,已經(jīng)引起全社會(huì)的持續(xù)關(guān)注。在這樣的背景下,我國對(duì)于顆粒物排放的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格,而傳統(tǒng)除塵設(shè)備對(duì)于細(xì)顆粒的脫除效率并不理想,因此需要研究氣溶膠預(yù)處理技術(shù),使得顆粒物團(tuán)聚長(zhǎng)大為粒徑更大的顆粒物,從而提高后續(xù)除塵設(shè)備的脫除效率。聲波團(tuán)聚就是一種有研究?jī)r(jià)值的顆粒物預(yù)處理技術(shù)。聲波團(tuán)聚是利用高強(qiáng)聲波對(duì)氣溶膠進(jìn)行作用,使得顆粒物在聲波攜帶作用下振動(dòng),從而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),增強(qiáng)顆粒間的碰撞團(tuán)聚長(zhǎng)大。關(guān)于聲波團(tuán)聚的研究較為豐富,但對(duì)機(jī)理的研究還不完善,實(shí)驗(yàn)研究更多地也只限定于實(shí)驗(yàn)室,而沒有得到實(shí)際應(yīng)用,關(guān)于聲波頻率等關(guān)鍵參數(shù)也存在爭(zhēng)議。針對(duì)種種問題,本文展開了與聲波團(tuán)聚相關(guān)的機(jī)理和實(shí)驗(yàn)研究。首先,應(yīng)用聲波的攜帶機(jī)理對(duì)聲場(chǎng)中的顆粒物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算,得到聲壓級(jí)、聲波頻率、顆粒粒徑以及聲場(chǎng)形式等因素對(duì)顆粒振動(dòng)的影響；然后搭建了可視化高速攝影實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)DEHs(癸二酸二異辛酯)顆粒在聲場(chǎng)中振動(dòng)過程進(jìn)行拍攝,通過高幀頻得到顆粒物在振動(dòng)周期內(nèi)的位置變化,標(biāo)定計(jì)算得到的顆粒速度變化規(guī)律與計(jì)算值有很好的吻合。然后,針對(duì)顆粒物的聲波團(tuán)聚特性,進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)研究：采用不同粒徑分布的DEHs單分散氣溶膠和半山電廠飛灰多分散氣溶膠作為顆粒源,分別研究了聲波團(tuán)聚的特性。在單分散氣溶膠聲波團(tuán)聚中,采用了0.2μm、0.5μm和2μm三種粒徑的DEHs顆粒,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),亞微米級(jí)的顆粒物聲波團(tuán)聚的效果并不是很好,而對(duì)2μm的顆粒物,聲波的效果較為明顯,最佳頻率在1400Hz～1600Hz,而聲壓級(jí)越大,聲波團(tuán)聚的效果越好。在多分散氣溶膠聲波團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)中,對(duì)比研究了行波場(chǎng)和駐波場(chǎng),發(fā)現(xiàn)同等聲壓級(jí)條件下,駐波場(chǎng)的聲波團(tuán)聚效果要優(yōu)于行波場(chǎng)。通過激光粒度儀在線檢測(cè)方法,檢測(cè)了半山電廠飛灰顆粒物全粒徑段分布在聲波作用下的變化情況,發(fā)現(xiàn)隨著聲壓級(jí)的增大,粒徑分布有著向大粒徑段長(zhǎng)大的趨勢(shì),驗(yàn)證了顆粒物在聲場(chǎng)中濃度減少是因?yàn)閳F(tuán)聚長(zhǎng)大成了粒徑更大的團(tuán)聚體。然后將聲場(chǎng)和自制的靜電除塵器、布袋除塵器分別連接,通過ELPI在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量除塵器出口在有無聲場(chǎng)作用時(shí)的氣溶膠的濃度和粒徑分布,來研究聲波團(tuán)聚對(duì)傳統(tǒng)除塵器的增益作用,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在1400Hz,148dB的工況條件下,靜電除塵器對(duì)PM1o的質(zhì)量濃度脫除效率從89.05%提高到了99.28%,布袋除塵器則從91.29%提高到了99.19%。研究了聲波團(tuán)聚聯(lián)合噴霧共同作用對(duì)顆粒物的影響。采用嘉興電廠飛灰作為顆粒源,選取了水、SDBS,TX100兩種表面活性劑以及XTG、PG和CMC三種團(tuán)聚劑作為不同的噴霧源,研究了聲場(chǎng)參數(shù)、噴霧量、表面活性劑濃度以及團(tuán)聚劑種類對(duì)聲場(chǎng)和噴霧聯(lián)合作用效果的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)于較細(xì)的顆粒源,最佳聲波頻率為1000Hz；噴霧量越大,顆粒物數(shù)目濃度減少越多；表面活性劑的濃度存在最佳值；而三種團(tuán)聚劑中,CMC與聲波共同作用的效果最好。其次,考慮多種聲波團(tuán)聚機(jī)理,包括同向團(tuán)聚、聲波尾流效應(yīng)、共輻射壓和布朗運(yùn)動(dòng)，通過計(jì)算團(tuán)聚核函數(shù)來比較研究不同機(jī)理在聲波團(tuán)聚中的作用大小,以及顆粒粒徑、聲壓級(jí)、聲波頻率對(duì)團(tuán)聚核函數(shù)的影響,驗(yàn)證了同向團(tuán)聚作用是最主要的團(tuán)聚機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,用分組法模型對(duì)氣溶膠團(tuán)聚的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解,計(jì)算不同聲場(chǎng)條件下顆粒物濃度和粒徑分布的變化情況,分析了不同因素的影響規(guī)律,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合。最后,提出了基于聲波團(tuán)聚的多場(chǎng)協(xié)同團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,以期通過不同方法的協(xié)同使用,提高顆粒物的團(tuán)聚效率。
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逡逑圖２．１顆粒物在聲揚(yáng)中運(yùn)動(dòng)可視化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逡逑巧巧驢巧宏逡逑——逡逑ｆ￣－￣｛邐巧芋邋＿邋ｉＶＡ逡逑／＿於大巧邋￣邋化３＿巧逡逑９ｉ’ｉ巧巧逡逑口逡逑訊邋￥去邐Ｉ邋｜ｊ＝＝＝＝ｉ｜Ｐ；逡逑給邋＊：ＨＬ邐巧；邐－邋■逡逑＿＾屶邐Ｉ邐￣逡逑山邋■擊邐￣—邋Ｕ‘山Ｉ邐逡逑＂＾ｉＴｉｗ邋＾邐。巧；＾邐邐邋．逡逑—Ｊ邋／邋＼邋／邋＼邋＇邐Ｉ逡逑Ｈ邋７邐柏玲逡逑淹是邐踩：Ｌ器逡逑計(jì)Ｉ邐邋邋Ｕ逡逑邐邐＜＾，｜以護(hù)’；：巧邐—Ｉ￣１邐）逡逑＿｜邋Ｊ邐邐＾邐邋ＶｉＺｉｉ逡逑＆Ｋ化邐＼＿Ａ＿／ｕ／Ｖｖ逡逑圖２．２顆粒物聲波團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)平合逡逑２N１氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)逡逑本文中使用的氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)有兩種。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一中使用的是ＰＡＬＡＳ凝逡逑聚式單分散氣溶膠發(fā)生器，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)二中使用的是振動(dòng)給料系統(tǒng)。逡逑ＰＡＬＡＳ凝聚式單分散氣／溶膠發(fā)生器如圖２．３所示。其內(nèi)部主要包含五個(gè)部分：逡逑晶核源、蒸發(fā)器、冷凝器。首先通過一般的噴霧發(fā)生器產(chǎn)生晶核源，晶核經(jīng)過裝逡逑有氣溶膠物質(zhì)的蒸發(fā)器時(shí)，周圍充滿氣態(tài)氣溶膠物質(zhì)，隨后進(jìn)入冷凝器，在這一逡逑過程中，氣態(tài)氣溶膠物質(zhì)在晶核表面冷凝長(zhǎng)大，通過控制冷凝溫度及流量，最終逡逑輸出一定濃度的單分散每溶膠顆粒。本文中使用的是高純氮?dú)夤呐萋然�溶液，逡逑產(chǎn)生l#化鋼溶液液滴，這些液滴蒸千后形成l#化鋼顆粒作為晶核。＾溶膠物質(zhì)使逡逑用的是ＤＥＨｓ

邐２４０逡逑溫度／Ｘ逡逑圖２．４單分散氣溶膠發(fā)生器凝聚溫度與生成楩粒粒徑的關(guān)系逡逑單分散氣溶膠發(fā)生器生成的顆粒物粒_懹肽畚露扔泄�。哇E玻此疚瞧麇義銑談齙奈露扔肟帕Ａ＞豆叵登殺甓ń峁桑卓吹降蹦畚露卻櫻保矗啊茫玻常擔(dān)翦義媳浠�，该仪器可发生的颗粒粒径范围为０．８￣６．８＾ｍｌ。辶x鮮笛橄低扯惺褂玫惱穸舷低辰峁谷繽跡玻鄧盡Ｏ低持惺褂玫惱穸義狹匣滴錮繽跡玻端盡Ｋ墓ぷ髟硎峭ü緶ё饔檬溝酶匣穸�，带动辶x掀浠葉分械幕彝ü穸刈挪啾叩幕沸渦泵嬖碩匠隹詿�。出空尙綋砟是文蛆]镥義瞎苤屑恰�，管禈沸碘c魍ü飧鑫恢檬逼菇檔�，留u僭齟螅月湎碌幕揖哂辛煎義蝦玫幕旌戲稚⒆饔茫傭諍笮某兩抵現(xiàn)行緯膳ǘ任榷ǖ鈉芙�。辶x希保峰義

本文編號(hào)：2629979