声波与相变联合作用下细颗粒脱除的实验研究

基于声波和相变耦合强化细颗粒长大机制,建立了声波与蒸汽相变联合作用下细颗粒物长大脱除的实验装置,并对细颗粒在不同外加条件下的脱除特性进行实验研究,探讨不同操作条件对细颗粒脱除效率的影响。结果表明:在2 000 Hz和150 dB的声波单独作用下,细颗粒的分级脱除效率较低在10%~23%左右;在过饱和度S=1.2的蒸汽环境中,细颗粒的分级脱除效率略高于声波单独作用的脱除效率;在声波和蒸汽相变联合作用下,细颗粒的分级脱除效率均得到大幅提高,分级脱除效率达到了53%~80%。相变单独作用时,在过饱和度较低时,细颗粒无凝结长大,因此脱除效率很低,脱除效率几乎不随过饱和度的增大而改变,但当过饱和度增到1.0后,细颗粒的脱除效率则随过饱和度的提高而迅速增大。在声波与相变联合作用下,细颗粒的脱除效率随过饱和度的增大而增加,当过饱和度增大到一定程度时,脱除效率出现大幅的提高,过饱和度从1.0增大到1.2,脱除效率从40%左右提高到80%。实验结果表明声波与相变联合作用可有效提高燃煤细颗粒的脱除效果。     

氨法脱硫烟气中气溶胶凝结脱除动力学

针对氨法脱硫烟气中气溶胶的排放特性,建立氨法脱硫后细颗粒凝结长大脱除动力学模型,对细颗粒的凝结长大及脱除规律进行数值预测,并将其与实验结果进行比较。结果表明：细颗粒在过饱和蒸汽条件下迅速长大成液滴,在相同条件下,细颗粒初始数浓度越高,完成凝结长大的时间越短,液滴的最终粒径也越小;细颗粒脱除效率随停留时间增大迅速提高,在50～100ms内达到稳定,与理论计算值比,实验停留时间滞后,约在1．5s后脱除效率趋于稳定;脱硫后细颗粒凝结长大脱除效率与细颗粒物化性质有关,水洗涤时,当过饱和度高于1．4,细颗粒的脱除效率才随过饱和度的增大而迅速提高;氨法脱硫后,细颗粒可在较低的过饱和条件下凝结长大,因而脱除效率随过饱和度增大而提高。     

凝结洗涤塔脱除燃煤超细颗粒实验研究

对洗涤塔内相变促进燃煤细颗粒凝结长大与脱除进行了实验研究。通过在洗涤塔入口和洗涤塔内注入适量蒸汽,使其在塔内不同区域形成细颗粒凝结长大所需的过饱和环境。探讨了2种情况下,不同操作参数对燃煤超细颗粒脱除效率的影响规律。结果表明2种蒸汽添加方式均可显著促进燃煤超细颗粒的脱除,蒸汽添加量为0.03 kg/m3时,颗粒数浓度脱除效率分别提高了50%和60%;对于塔前添加蒸汽,气液温差的提高有利于细颗粒的脱除,而塔内添加蒸汽则正好相反;此外,对于气液温差较大的情况,增大液气比可有效提高脱除效率;燃煤细颗粒的脱除效率随烟气在塔内停留时间的增加而提高,特别是塔内添加蒸汽的情况,当停留时间为1.5 s时,塔前和塔内添加蒸汽脱除效率可分别达到60%和65%以上,而未添加蒸汽时脱除效率几乎不受停留时间的影响。     

应用蒸汽相变机理脱除燃煤可吸入颗粒物实验研究

应用蒸汽相变机理促进细颗粒凝结长大，然后用湿式洗涤塔脱除长大后的含尘液滴，对燃煤可吸入颗粒物作为凝结核在过饱和蒸汽中凝结长大及湿式洗涤塔对凝结长大颗粒的脱除效果进行了实验研究，考察了蒸汽添加量、颗粒粒径及洗涤塔操作条件的影响。用电称低压冲击器(ELPI)实时测量凝结洗涤脱除前后的颗粒数量浓度和粒径分布。实验结果表明：蒸汽添加量的增加，能够迅速提高小粒径颗粒的脱除效率，蒸汽添加量为0.17kg/m3时，对平均粒径为0.3μm的颗粒的脱除效率超过80%；随着颗粒粒径增大，脱除效率提高；此外，洗涤塔液气比的增加，有利于燃煤可吸入颗粒物的脱除。研究表明蒸汽相变是脱除燃煤可吸入颗粒物的重要预调节措施之一。     

氨法脱硫过程烟气中细颗粒物的变化特性

采用电称低压冲击器(electrical low pressure impactor,ELPI)对氨法脱硫前后的细颗粒进行测量,获得烟气中细颗粒的数浓度和粒径分布特性,分析了氨法脱硫过程细颗粒的生成机制及洗涤塔对细颗粒的捕集特性。结果表明,氨法脱硫后细颗粒的数浓度明显增加,在SO2浓度为1 767 mg/m3和氨水浓度为5%,平均粒径由洗涤前的0.07 mm增大到0.09 mm;常规洗涤对细颗粒的脱除效率很低且几乎不受液气比影响;而氨水脱硫时,洗涤塔出口的颗粒数浓度随液气比的增大而提高,特别是氨水浓度较高的情况;氨水浓度为10%,液气比从2 L/m3增加到5 L/m3,颗粒数浓度增加了10%;此外,随氨水浓度和烟气中SO2浓度的增大,洗涤后颗粒的数浓度增加。     

频率对燃煤飞灰声波团聚影响的模型及实验验证

为研究声波团聚过程中频率的影响,基于碰撞效率修正的同向作用机理,提出一种声波团聚的新模型。通过实验对模型的计算结果进行了验证,发现该模型能很好地描述声波团聚过程。计算所得的声波团聚中的粒径分布和浓度变化与实验值基本吻合。数值模拟再现了气溶胶在声波团聚中粒径分布的变化,细颗粒逐渐团聚产生大颗粒,气溶胶总浓度降低、平均粒径增大。计算结果和实验值均表明,频率对团聚效果影响很大,声波团聚中存在最佳频率,高于或低于该最佳频率均使团聚效果迅速降低。计算结果还表明,在声波作用下,燃煤飞灰气溶胶总浓度随时间呈指数衰减规律降低。     

蒸汽相变协同湿法烟气脱硫系统中烟气温湿度变化特性

以燃煤锅炉产生的含尘热烟气为对象,针对石灰石-石膏法湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)工艺,采用Vaisala-HMT337型温湿度变送器等测试仪器,考察了脱硫操作条件对脱硫净烟气温湿度的影响规律;借助MATALBA软件计算分析了脱硫净烟气与蒸汽在脱硫塔顶部的相变室内混合过程中过饱和水气环境的形成规律.研究结果表明:脱硫塔出口净烟气相对湿度随液气比和脱硫浆液温度的增大而提高,净烟气温度随液气比的增大而降低、随浆液温度的升高而升高;添加蒸汽后混合烟气的过饱和度随脱硫净烟气相对湿度和蒸汽添加量的增加而增大,随脱硫净化烟气温度的升高而减小.通过优化脱硫操作条件辅以添加适量蒸汽,可以在脱硫塔顶部的相变室建立细颗粒物凝结长大所需的过饱和水气环境,促进细颗粒物核化凝结长大并脱除.     

超细颗粒物团聚行为数值模拟

针对燃煤电厂现有除尘设备的超细颗粒物脱除效率偏低,大量超细颗粒物排放造成严重的环境污染问题,采用化学团聚促进超细颗粒物团聚长大,可有效提高超细颗粒物脱除效率。本文选用絮凝模型蒙特卡罗算法,在考虑液滴破碎和不考虑液滴破碎情况下研究超细颗粒团聚絮凝过程中尺度分布、颗粒数目和颗粒平均粒径在不同团聚剂流量下的变化。结果表明:团聚剂流量较小时,液滴数目较少,会影响颗粒与液滴间的吸附,团聚剂对颗粒团聚促进作用不明显;但团聚剂流量过大会增加液滴间的吸附,增大液滴的平均粒径,降低颗粒与液滴吸附的机率,降低团聚效果。因此,选择合理的团聚剂流量是获得良好团聚效果的关键。     

湍流与化学团聚耦合促进电除尘脱除燃煤颗粒的试验研究

在燃煤热态实验平台的基础上开展湍流与化学团聚耦合促进电除尘脱除燃煤颗粒的实验研究,通过电称低压冲击器分别测量湍流团聚、化学团聚及二者耦合作用时烟气中细颗粒数量浓度及粒径分布的变化。发现湍流与化学团聚耦合作用使颗粒团聚效率提高到59%,且随着粒径增大湍流团聚分级团聚效率从16%逐渐降低而化学团聚分级团聚效率从21%逐渐增大至50%以上。湍流与化学团聚耦合能够有效提高电除尘对细颗粒物的脱除作用,这种作用是通过促进颗粒团聚而间接实现的。此外,湍流与化学团聚有着相互促进的内在耦合机制。     

温度及氧碳比对气化炉内颗粒物性质的影响

基于多喷嘴对置式水煤浆气化炉热态试验平台,以水煤浆为气化原料,氧气为氧化剂,研究温度和氧碳比对颗粒物性质的影响,并探讨其形成机制。研究表明:温度越高,生成的球形颗粒越多,颗粒表面S、Fe、Na元素的含量也越高,细颗粒物百分含量越大。随着氧碳比的增大,细颗粒生产量增多,颗粒含碳量下降,氧碳比为1.1时细颗粒主要以团聚体的形式存在;氧碳比对S、Fe、Na、Al和Si等元素在颗粒表面含量的影响较小;氧碳比对颗粒粒径分布的影响较明显,氧碳比为1.0时产生的细颗粒最多,粗颗粒粒径更小,氧碳比为1.1时产生的粗颗粒最多,细颗粒团聚体也较多,氧碳比为0.9时,颗粒物粒径分布居于两者之间。     

CO2体积分数对燃煤细颗粒物在水汽环境中凝结长大的影响

为研究燃煤烟气中CO₂体积分数对细颗粒物在水汽环境中凝结长大效果的影响,建立了计算模型并搭建了实验平台,分别从理论计算和实验研究两方面探讨了CO₂体积分数对细颗粒物凝结长大效果的影响。结果表明:随着CO₂体积分数升高,混合烟气的热、质扩散系数均降低,生长管内平均过饱和度增加,细颗粒物长大效果明显;管壁温度越高,随着CO₂体积分数的提高,细颗粒物粒径越大。     

应用蒸汽相变协同脱除细颗粒和湿法脱硫的实验研究

在湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)系统中进行了利用蒸汽相变原理协同脱除细颗粒的试验研究：通过添加蒸汽建立旋流板脱硫塔内蒸汽相变所需的过饱和水汽环境,利用过饱和水汽,以细颗粒为凝结核发生相变,促进细颗粒凝结长大并由脱硫液、除雾器高效脱除;研究采用Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3、NH3·H2O等4种不同脱硫剂时,WFGD系统对细颗粒的脱除性能,并考察了脱硫剂种类、液气比、蒸汽添加量等对细颗粒脱除效果的影响。结果表明,采用NaOH、Na2CO3作为脱硫剂对细颗粒的脱除效果明显优于Ca(OH)2和NH3·H2O;在脱硫塔进口烟气、塔内脱硫液进口上方添加蒸汽,建立过饱和水汽环境,可使细颗粒脱除效率显著增加;液气比的影响与脱硫塔内是否存在蒸汽相变有关。     

大型循环流化床锅炉的燃烧优化设计

介绍了循环流化床(CFB)锅炉的燃烧形式,细颗粒燃料在CFB中的燃烧特性和存在问题。为了改善细颗粒燃料在CFB中的燃烧环境,提出热风送粉方式对其进行加热和混合,通过燃烧器预燃后送入炉膛燃烧的方案。通过这种方式,部分改善了细颗粒燃料的缺氧燃烧情况,实现了对炉膛内氧量分布的优化;并通过部分细颗粒燃料的预燃烧,提高了炉膛下部温度,促进燃料燃烧,抑制难燃燃料的后燃问题。     

孔隙分形结构对煤焦燃烧特性影响的数值研究

为了研究煤焦颗粒的分形结构对煤焦燃烧特性的影响,采用随机漫步的算法生成了2组具有相近孔隙率和比表面积,但分形维数不同的颗粒模型。从分子运动论的角度建立分形多孔介质中的扩散模型,用简单碰撞理论(simplecollision theory,SCT)模拟煤焦与氧气的气固反应。在不同温度下对不同煤焦颗粒模型的燃烧进行了数值模拟,由数值计算的结果得到了不同孔隙结构的煤焦颗粒对应的表观动力学参数。结果表明,煤焦颗粒的分形维数对煤焦的表观反应参数有显著影响,分形维数越大,煤焦表观燃烧反应系数越小,呈现指数关系。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

对喷流协同蒸汽相变对燃煤细颗粒脱除性能的影响

以燃煤锅炉产生的含尘热烟气为对象,采用电称低压冲击器（electrical low pressure impactor,ELPI）和Vaisala-HMT337型温湿度变送器等测试仪器,研究倾斜对喷流与蒸汽相变相结合的方法对燃煤细颗粒的脱除性能,实验考查烟气对喷流速、烟气对喷间距、蒸汽添加量、除雾器类型、添加润湿剂等对细颗粒脱除效率的影响规律。研究结果表明：采用对喷流和蒸汽相变技术相结合的方法可以高效脱除细颗粒物;细颗粒脱除效率随烟气对喷间距的增大先提高后降低,随烟气流速和蒸汽添加量的增大而提高;相变室出口安装丝网除雾器的脱除效果优于采用板波纹除雾器;烟气中添加挥发性乙二醇润湿剂对细颗粒脱除有一定的促进效果。     

均匀磁场中燃煤可吸入颗粒物聚并实验研究

在均匀磁场中分别对东胜、大同和徐州烟煤燃烧产生的3种飞灰细微粒子进行了聚并实验，研究了粒径、外磁场强度、粒子在磁场中停留时间以及粒子质量浓度对聚并脱除效率的影响。实验结果表明：在相同条件下，东胜烟煤飞灰粒子的聚并脱除效率最高，大同烟煤次之，徐州烟煤最小；在0.098~9.314mm粒径范围内，0.576~3.758mm粒径的3种飞灰粒子聚并脱除效率最高；聚并总脱除效率随磁感应强度、粒子在磁场中停留时间以及粒子质量浓度的增加而增大，粒子饱和磁化时，聚并总脱除效率达到最大值，不再随外磁场的增强而变化。采用二元碰撞聚并模型计算了粒子在均匀磁场中的聚并系数，在此基础上求解了粒子聚并动力学方程，预测了粒子的聚并脱除效率。数值模拟结果与实验结果相一致，在粒子质量浓度为40g×m-3时，东胜烟煤、大同烟煤和徐州烟煤燃烧产生的3种飞灰粒子聚并总脱除效率分别为52.6%、43.1%、14.4%。