燃煤電廠可吸入顆粒物排放及控制研究.pdf

1、在我國，由于粗放型發(fā)展模式及以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和低效能源利用方式，使目前我國煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)量均居世界首位，煤煙型大氣污染非常嚴(yán)重；另外，產(chǎn)生的量SO2、NOx，使81.6％的城市出現(xiàn)酸雨。由于嚴(yán)重的大氣污染，個(gè)別城市已成為“衛(wèi)星上看不見的城市”。研究大氣污染現(xiàn)狀，討論污染控制和治理方案已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)，其中可吸入顆粒物的排放和控制研究是相當(dāng)重要的一部分。 本文建立了燃煤鍋爐煙氣小顆粒等速采樣系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)流程，使用US EP

2、A method 5對燃煤鍋爐實(shí)驗(yàn)臺混合燃料穩(wěn)定燃燒排放的煙塵氣溶膠進(jìn)行采樣實(shí)驗(yàn)；并對循環(huán)流化床電廠電除塵器前后煙塵進(jìn)行采樣實(shí)驗(yàn)。測試得到煙塵氣溶膠的濃度分布和粒徑分布以及PM10/PM2.5在除塵前后煙塵所占的比例，并求得電除塵器對PM10、PM2.5、PM1.0的分級除塵效率。 燃煤排放的可吸入顆粒物通常富集各種重金屬元素和PAHs、VOCs等有機(jī)污染物。通過實(shí)驗(yàn)研究，分析了燃煤鍋爐煙道中可吸入顆粒物的重金屬含量分布、多環(huán)

3、芳烴濃度以及顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)和微觀孔隙特性等方面的物理化學(xué)特性，還分析了實(shí)驗(yàn)工況的變化對各種痕量污染物的影響，指出污染物在不同粒徑顆粒上的富集規(guī)律。同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究，分析了常規(guī)靜電除塵器和高壓脈沖放電的復(fù)合靜電除塵器對這些痕量污染物的脫除能力。 聲波團(tuán)聚是對載塵氣流進(jìn)行中間預(yù)處理過程以提高傳統(tǒng)除塵裝置除塵效率的一種方法。本文搭建了聲波團(tuán)聚飛灰顆粒實(shí)驗(yàn)裝置，主要研究聲壓、聲波頻率、停留時(shí)間、煙氣溫度、顆粒物濃度等試驗(yàn)參數(shù)對煤飛

4、灰微粒聲波團(tuán)聚過程的影響。在激光粒度儀上進(jìn)行了聲波團(tuán)聚飛灰顆粒的實(shí)驗(yàn)，在線測量飛灰顆粒在聲波團(tuán)聚過程中的粒徑分布變化規(guī)律。 在高壓脈沖放電的條件下，由于比常規(guī)直流放電有著更高的放電電壓，產(chǎn)生了大量的高能電子，納米級顆粒的荷電量有了數(shù)量級的提升。本文通過實(shí)驗(yàn)分析了脈沖放電電壓、電極反應(yīng)器形式對各粒徑段顆粒特別是納米級顆粒的荷電規(guī)律，證實(shí)了納米級顆粒的荷電量可以有很大提升。在此基礎(chǔ)上，為提高傳統(tǒng)除塵器對亞微米級顆粒的脫除效率，本文

5、建立了一種脈沖預(yù)荷電直流收塵的復(fù)合式除塵系統(tǒng)，采用較低能耗的高壓窄脈沖放電對顆粒物預(yù)荷電，大大提高了亞微米級顆粒的荷電量，結(jié)合傳統(tǒng)的直流靜電除塵器可以大幅提高對亞微米級顆粒的脫除效率，對小于1μm的顆粒脫除效率可以達(dá)到90％以上。主要分析了脈沖荷電的電源形式和電壓等因素對脫除效率的影響，為改造傳統(tǒng)靜電除塵器提供了理論支持。 NO是燃燒產(chǎn)生的重要?dú)怏w污染物之一，脈沖放電與直流放電相結(jié)合的新型除塵方式在有效提高對PM2.5脫除效率

6、的同時(shí)，還具有氧化NO的能力。高壓脈沖放電產(chǎn)生的高能電子可以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基，對NO進(jìn)行氧化，同時(shí)還可以直接打斷N-O鍵，游離態(tài)的N原子大部分生成了N2分子。線筒式放電結(jié)構(gòu)氧化NO的能力明顯優(yōu)與線板式放電，與除塵能力具有一致性。氧化效率隨著電壓的升高而升高，由于一定電壓下對NO的處理量趨于定值，氧化效率與NO的初始濃度具有重要的關(guān)系，同時(shí)也受NO2濃度的影響。在本文討論的反應(yīng)器中，當(dāng)脈沖峰值電壓達(dá)到50kV，NO初始體積百分比低于1

7、0-4時(shí)，NO的氧化率可以達(dá)到90％以上.氧化產(chǎn)物NO2可以在濕法脫硫設(shè)備中脫除。 因荷電粉塵凝并過程極為復(fù)雜，目前尚無電凝并除塵效率理論計(jì)算模型。但在電凝并復(fù)合除塵的工作過程中是先荷電然后進(jìn)行凝并收塵，凝并和收塵在同一電場區(qū)域同時(shí)進(jìn)行。于是，電凝并除塵效率實(shí)際上是凝并和收塵的綜合除塵效率，只不過靜電除塵器所收集的粉塵的粒度分布已不同于原來氣體中粉塵的粒度分布。根據(jù)入口處顆粒的粒徑分布和荷電量，可以通過理論計(jì)算得出無凝并狀態(tài)下

8、的收塵效率，將理論值和實(shí)際收塵效率對比即可估算帶電顆粒在收塵電場中的凝并效率。本文建立了復(fù)合除塵系統(tǒng)的理論模型，集合常規(guī)除塵器除塵理論和顆粒在能量場中的凝并理論，分析了顆粒在電場中的運(yùn)動軌跡，得到了半經(jīng)驗(yàn)的顆粒凝并脫除效率公式，在凝并和脫除同時(shí)進(jìn)行的情況下對兩種行為的比重進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示在高壓脈沖荷電直流凝并收塵的復(fù)合除塵器中，提高收塵效率的主導(dǎo)因素在于大大提高了納米級顆粒的帶電量，從而提高了常規(guī)直流除塵器對于顆粒的收集效率，而顆粒