【摘要】：煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量飛灰顆粒物,其造成的空氣污染給人類(lèi)健康及生存環(huán)境帶來(lái)了巨大影響。中國(guó)在控制顆粒物排放,尤其是細(xì)顆粒物PM_(2.5)的排放上正面臨著巨大的壓力。針對(duì)上述問(wèn)題,本文深入研究了一種新技術(shù)——化學(xué)團(tuán)聚技術(shù),在除塵器前將細(xì)顆粒物通過(guò)化學(xué)團(tuán)聚形成大顆粒團(tuán),強(qiáng)化除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的捕捉,提高除塵效率。本文首先選取了我國(guó)各地12個(gè)典型燃煤電廠(chǎng)的飛灰樣品,考察了飛灰元素含量對(duì)飛灰比電阻及溶液zeta電位的影響,以及重金屬元素富集規(guī)律,從而對(duì)燃煤飛灰顆粒物的排放控制提供了基本的參考依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,飛灰中Si、Al元素含量與飛灰比電阻呈正相關(guān)性,與溶液zeta電位呈負(fù)相關(guān)性;Ca、S元素含量與飛灰比電阻呈負(fù)相關(guān)性,與溶液zeta電位呈正相關(guān)性。各種重金屬元素在不同粒徑的飛灰顆粒物中含量不同,且隨著顆粒物粒徑減小,重金屬元素含量顯著增加。接著進(jìn)行了化學(xué)團(tuán)聚強(qiáng)化細(xì)顆粒物排放控制的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)噴入化學(xué)團(tuán)聚劑多糖類(lèi)硫酸酯鈣鹽(KC)溶液后,細(xì)顆粒物脫除效率最高可達(dá)47.1%。在相同溶液濃度條件下,相同質(zhì)量的KC與葡甘露聚糖(KGM)的混合溶液對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效率高達(dá)59.3%。在噴入化學(xué)團(tuán)聚劑KC后,隨著溶液中K~+離子濃度增大,脫除效率最高可達(dá)57.6%。陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨(CTAB)和非離子表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚(TX100)可分別將脫除效率平均提高9.0%和3.7%,而陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)則會(huì)使之降低5.6%。當(dāng)KC溶液濃度由0.01%提高至2%時(shí),細(xì)顆粒物脫除效率提高了28.1%。當(dāng)煙氣溫度由105?C增至140?C時(shí),細(xì)顆粒物脫除效率平均提高了11.4%。對(duì)飛灰顆粒物懸浮液zeta電位的研究,有助于深入了解化學(xué)團(tuán)聚機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溶液pH值增加,懸浮液zeta電位逐漸下降。在等電位點(diǎn),即pH=4.3時(shí),獲得細(xì)顆粒脫除效率最大值為25.9%。隨著Al~(3+)離子濃度由0.1%增至1%,懸浮液zeta電位由-32.1 mV增至-11.2 mV。添加質(zhì)量濃度為1%的Al~(3+)離子后,細(xì)顆粒物脫除效率最高達(dá)9.2%。添加質(zhì)量濃度為1%的CTAB和TX100后,懸浮液zeta電位分別增至-6.4 mV和-14.4 mV。而當(dāng)添加1%的SDS后,懸浮液zeta電位降至-60.4 mV。且添加CTAB和TX100后,細(xì)顆粒物脫除效率分別提高了22.5%和15.6%。而當(dāng)添加1%的SDS后,細(xì)顆粒物脫除效率降低了19.8%。當(dāng)添加0.5%的KC后,細(xì)顆粒物脫除效率最高可達(dá)41.8%。當(dāng)添加團(tuán)聚劑KC/CTAB的質(zhì)量濃度為1%時(shí),懸浮液zeta電位的絕對(duì)值最低(1.3 mV),其細(xì)顆粒物脫除效率則最高,為38.9%。綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)懸浮液的zeta電位值可被視為細(xì)顆粒物團(tuán)聚效率的指示標(biāo)志之一。細(xì)顆粒物與化學(xué)團(tuán)聚劑霧化液滴團(tuán)聚過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果顯示,顆粒物團(tuán)聚后的速度、質(zhì)量、直徑和數(shù)目受化學(xué)團(tuán)聚劑的物理化學(xué)參數(shù)影響較大,適當(dāng)提高化學(xué)團(tuán)聚劑的密度和粘度,能使顆粒物各特征量的變化趨勢(shì)增大;一定范圍內(nèi),團(tuán)聚劑流量越大、霧化液滴直徑越大,其與顆粒物碰撞幾率更高,團(tuán)聚效果更好。隨著顆粒物逐漸團(tuán)聚,其質(zhì)量和直徑增大,運(yùn)動(dòng)速度逐漸變小,其與化學(xué)團(tuán)聚劑碰撞團(tuán)聚幾率也隨之減小,最終各特征量達(dá)到穩(wěn)定值。在實(shí)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上,繼續(xù)研究了化學(xué)團(tuán)聚技術(shù)在江西某電廠(chǎng)2?340 MW燃煤機(jī)組上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用的情況。試驗(yàn)結(jié)果顯示,4#機(jī)組連續(xù)噴入化學(xué)團(tuán)聚劑約180分鐘后,ESP后顆粒物平均濃度由未噴團(tuán)聚劑時(shí)的60 mg?m~(-3)降至23 mg?m~(-3),顆粒物濃度下降了約61.7%。脫硫后顆粒物濃度亦下降了約50%,最低降至8.4 mg?m~(-3)。4#機(jī)組全年運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示,噴入團(tuán)聚劑后,ESP后顆粒物濃度由34.3 mg?m~(-3)降至16.6mg?m~(-3),下降了約51.6%;SO_2濃度由2217 mg?m~(-3)降至1890 mg?m~(-3),下降了約14.7%;煙氣平均溫度下降了8.2?C。以300MW燃煤機(jī)組為例,化學(xué)團(tuán)聚技術(shù)一次工程投資不及濕式靜電除塵技術(shù)投資額的1/2,且二者運(yùn)行費(fèi)用基本相當(dāng),其經(jīng)濟(jì)性良好,適合工業(yè)應(yīng)用推廣。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X773
【圖文】：

1圖 1-1 2016 年全國(guó) 338 個(gè)地級(jí)及以上城市空氣質(zhì)量情況[4]-1 所示，2016 年全國(guó) 338 個(gè)地級(jí)及以上城市中，環(huán)境空氣質(zhì)量，占總城市數(shù)的 75.1%；環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的城市僅為 84個(gè)，占動(dòng)力學(xué)直徑小于 2.5 m 的顆粒物（PM2.5）日平均濃度超過(guò) 3總數(shù)的 71.9%，空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于 10 m 的顆粒物（PM10 g m-3的城市數(shù)量占總數(shù)的 58.3%。降低污染物排放，提高能源經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。背景和意義物的來(lái)源及形成機(jī)理

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 = = N， C， coag和 xn分別為成核反應(yīng)、冷凝反應(yīng)、團(tuán)聚反應(yīng)以及C*是臨界數(shù)濃度，主要取決于核素的物理性質(zhì)，It=0是核素的初核素的初始飽和度，kB是 Boltzmann 常數(shù)，T 是溫度，Mn是，Vn是冷凝核素的分子體積，C 是等效初始蒸汽濃度， 是顆初始總顆粒物數(shù)濃度。一般情況而言， N值在 0 0.1 s 間， C值在 1 10 s 間。煤煙蒸氣首先形成核素，然后，在成核作用在異相冷凝作用下快速凝并長(zhǎng)大成細(xì)顆粒物。

圖 1-3 帶電顆粒雙電層勢(shì)能大于引力勢(shì)能時(shí)，顆粒在溶液中穩(wěn)定，顆不變；而當(dāng)斥力勢(shì)能小于引力勢(shì)能時(shí)，顆�？窟^(guò)調(diào)整其相對(duì)大小，可改變顆粒在溶液中的穩(wěn)的球形顆粒而言，引力勢(shì)能值如下： = maker 常數(shù)，定義如下： = 間范德瓦耳斯相互作用參數(shù)。分子間范德瓦力、Debye 作用力和 London 作用力，分別為 =

【參考文獻(xiàn)】

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1 張璜;薄涵亮;張帆;;基于二元液滴碰撞模型的噴霧計(jì)算研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2015年S1期

2 沈鐳;劉立濤;王禮茂;陳楓楠;張超;沈明;鐘帥;;2050年中國(guó)能源消費(fèi)的情景預(yù)測(cè)[J];自然資源學(xué)報(bào);2015年03期

3 Liang Li;Honggang Zhang;Gang Pan;;Influence of zeta potential on the flocculation of cyanobacteria cells using chitosan modified soil[J];Journal of Environmental Sciences;2015年02期

4 劉勇;趙汶;劉瑞;楊林軍;;化學(xué)團(tuán)聚促進(jìn)電除塵脫除PM_(2.5)的實(shí)驗(yàn)研究[J];化工學(xué)報(bào);2014年09期

5 康梅強(qiáng);鄧佳佳;陳德奇;潘良明;;脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放處理的可行性分析[J];土木建筑與環(huán)境工程;2013年S1期

6 熊桂龍;楊林軍;顏金培;鮑靜靜;耿俊峰;陸斌;;應(yīng)用蒸汽相變脫除燃煤濕法脫硫凈煙氣中細(xì)顆粒物[J];化工學(xué)報(bào);2011年10期

7 陳峗;;關(guān)于近20年中國(guó)能源消耗情況的研究[J];中國(guó)發(fā)展;2011年03期

8 劉加勛;高繼慧;高建民;陳國(guó)慶;吳少華;;基于快速聚沉理論的燃煤顆粒物化學(xué)團(tuán)聚模型[J];煤炭學(xué)報(bào);2009年10期

9 李海龍;張軍營(yíng);趙永椿;楊艷;鄭楚光;;燃煤細(xì)顆粒固液團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2009年29期

10 李海龍;張軍營(yíng);趙永椿;張凱;張立麒;鄭楚光;;燃煤飛灰物理化學(xué)特性及其潤(rùn)濕機(jī)理研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2009年09期

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1 慕銀銀;杜軍虹;馬福全;唐生俊;;燃煤電廠(chǎng)濕式靜電除塵技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[A];第十七屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2017年

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1 劉慧媛;能源、環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

2 張志榮;火電廠(chǎng)濕法煙氣脫硫廢水噴霧蒸發(fā)處理方法關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];重慶大學(xué);2011年

3 柳冠青;范德華力和靜電力下的細(xì)顆粒離散動(dòng)力學(xué)研究[D];清華大學(xué);2011年

4 趙永椿;煤燃燒礦物組合演化及其與重金屬相互作用機(jī)制的研究[D];華中科技大學(xué);2008年

5 魏鳳;燃煤亞微米顆粒的形成和團(tuán)聚機(jī)制的研究[D];華中科技大學(xué);2005年

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3 李曉穎;燃煤飛灰比電阻預(yù)測(cè)模型[D];浙江大學(xué);2011年

4 王宇翔;300MW燃煤電站細(xì)微粒物化學(xué)團(tuán)聚系統(tǒng)設(shè)計(jì)及團(tuán)聚數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2011年

5 張凱;超細(xì)顆粒物微觀(guān)團(tuán)聚機(jī)理數(shù)值模擬研究[D];華中科技大學(xué);2009年

6 劉加勛;燃煤飛灰化學(xué)團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究及機(jī)理分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 趙娜;煤炭行業(yè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)有效性研究[D];西安科技大學(xué);2008年

8 陳俊;燃煤超細(xì)顆粒物團(tuán)聚的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2807192