燃煤過程中亞微米顆粒形成與排放的研究.pdf

1、煤是中國目前及今后相當(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，會帶來嚴(yán)重的顆粒物污染。研究表明，燃煤生成的細(xì)微顆粒物是大氣中可吸入顆粒物的重要來源，通常這些顆粒富集著有機(jī)污染物和各種有毒金屬元素，會對人類的健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。由于煤燃燒過程亞微米顆粒形成過程的復(fù)雜性，目前對燃煤過程中亞微米顆粒的形成機(jī)理和控制的研究一直進(jìn)展緩慢。因此，對燃煤過程中亞微米顆粒物的形成機(jī)理、演化過程及其排放特性等方

2、面開展研究具有重要的科學(xué)和實(shí)際意義。 本文首先論述了燃煤過程中顆粒物的排放對人類及環(huán)境所造成的嚴(yán)重危害，闡明了研究顆粒物形成與排放的重要性和必要性。系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外煤燃燒過程中亞微米顆粒形成、排放與模擬等方面的研究現(xiàn)狀，分析了已有研究中存在的不足，進(jìn)而明確了本文的研究思路。本文主要從以下幾個方面開展研究。 本文首先在實(shí)驗(yàn)室的沉降爐上對六盤水煙煤、平頂山煙煤和合山煙煤分別進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，通過對燃燒生成的顆粒物收集后進(jìn)行XRF

3、、SEM、SEM-EDX等分析，研究了顆粒物的質(zhì)量粒徑分布、物理化學(xué)特征及亞微米顆粒的形成機(jī)理。結(jié)果表明，不同煤種、不同工況下生成的PM10的質(zhì)量粒徑分布都是呈雙峰分布，其峰值分別在0.0944μm和3.95μm附近；粒徑小于0.377μm的顆粒很可能是通過氣化－凝結(jié)機(jī)理形成的，而粒徑大于0.377μm的顆?？赡苁峭ㄟ^礦物質(zhì)的破碎、聚結(jié)機(jī)理形成；爐膛溫度、煤粉粒徑及爐內(nèi)氣氛都對亞微米顆粒的生成有顯著性影響，而且爐膛溫度是最主要的影響因素

4、，煤粉粒徑及氣氛次之。 為了研究實(shí)際電站鍋爐的顆粒物排放特性及其成分變化，本文接下來應(yīng)用低壓撞擊器對四臺燃煤機(jī)組鍋爐除塵器前后的飛灰進(jìn)行取樣，并對不同粒徑范圍的飛灰進(jìn)行重量、形貌及成分測定，獲得了除塵器前后PM10的質(zhì)量粒徑分布以及元素分布規(guī)律，進(jìn)而研究了煤粉爐燃燒過程中顆粒物的排放特性、元素行為、形成機(jī)理及排放因子，為研究我國燃煤電站顆粒物的排放積累了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 煤中礦物質(zhì)氣化是亞微米顆粒生成的前提，研究礦物質(zhì)氣

5、化顯得尤為重要，因此本文通過建立礦物質(zhì)氣化模型，研究了煤粒溫度、粒徑及CO2濃度對礦物質(zhì)氣化的影響，并結(jié)合CFD軟件研究了單角爐內(nèi)礦物質(zhì)的氣化行為。結(jié)果表明，溫度是主要影響因素，煤粒粒徑和CO2濃度也會對它們有一定影響，溫度升高、煤粉粒徑及CO2濃度降低都會增強(qiáng)礦物的氣化，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了理論基礎(chǔ)?？諝夥旨壢紵淖兞藸t內(nèi)的溫度場、氧量場分布及爐內(nèi)高溫區(qū)和峰值溫度的位置，進(jìn)而對煤中礦物質(zhì)的氣化產(chǎn)生影響，分級程度越大，煤中

6、礦物質(zhì)的氣化量越少。 本文最后理論分析了燃煤過程中亞微米顆粒的成核、凝結(jié)及凝聚等形成過程，然后結(jié)合CFD軟件對燃煤過程中亞微米顆粒的生成進(jìn)行了數(shù)值計算。結(jié)果表明，亞微米顆粒的生成數(shù)量與溫度具有強(qiáng)烈的相關(guān)性，溫度較高的區(qū)域亞微米顆粒數(shù)量濃度較大，溫度較低的區(qū)域則較??；而在爐膛的高溫區(qū)內(nèi)，亞微米顆粒的質(zhì)量濃度并不是最高，而是最低，同時隨著爐膛高度的增加，亞微米顆粒的質(zhì)量濃度逐漸增加。這說明控制爐膛高溫區(qū)溫度可以抑制亞微米顆粒的生成，