蒸汽相變促進(jìn)燃煤細(xì)顆粒物脫除的研究.pdf

1、燃煤產(chǎn)生的可吸入顆粒物和SO2是主要的大氣污染物。目前，對可吸入顆粒物仍無有效的控制技術(shù)，導(dǎo)致大量細(xì)顆粒物排入大氣中，對環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重危害。利用蒸汽相變使細(xì)顆粒凝結(jié)長大后加以脫除是一項(xiàng)具有應(yīng)用前景的新技術(shù)(簡稱蒸汽相變促進(jìn)細(xì)顆粒脫除)。濕法煙氣脫硫(WFGD)是目前應(yīng)用最廣的脫硫技術(shù)，其對大顆粒具有較好的脫除效果，但對細(xì)顆粒(＜2.5μm)脫除效率很低。將蒸汽相交與WFGD相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)多種污染物協(xié)同高效脫除，具有重要的實(shí)用價(jià)值

2、。本文針對燃煤細(xì)顆粒物微觀核化機(jī)理和宏觀相變脫除效果展開研究。基于細(xì)顆粒異質(zhì)核化特性，系統(tǒng)研究了蒸汽相變促進(jìn)燃煤細(xì)顆粒物脫除的規(guī)律及WFGD系統(tǒng)中細(xì)顆粒的變化特性和相變協(xié)同脫除效果。
　　 對燃煤細(xì)顆粒微觀表面形態(tài)和元素組分進(jìn)行分析，采用Washburn動(dòng)態(tài)壓力法測定燃煤細(xì)顆粒的潤濕性能。在Fletcher異質(zhì)核化理論基礎(chǔ)上，基于分形理論建立了針對水汽在燃煤細(xì)顆粒表面異質(zhì)成核的理論模型。結(jié)果表明：燃煤細(xì)顆粒具有典型的分形結(jié)構(gòu)，有

3、利于降低胚胎液滴形成的吉布斯自由能障，提高過飽和蒸汽在細(xì)顆粒表面的成核速率，降低異質(zhì)核化所需的臨界過飽和度，提高過飽和水汽在細(xì)顆粒表面的成核能力?；谌济杭?xì)顆粒的分形模型，使數(shù)值預(yù)測結(jié)果更接近實(shí)際。
　　 利用自行設(shè)計(jì)和搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對洗滌前、洗滌過程中和洗滌后相變?nèi)齻€(gè)不同工藝，燃煤細(xì)顆粒的脫除效果進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：常規(guī)洗滌塔對細(xì)顆粒數(shù)濃度脫除效率很低，約為15％，粒徑介于0.1μm～1μm的細(xì)顆粒最難脫除。蒸汽在細(xì)顆粒表

4、面凝結(jié)長大可有效提高洗滌塔的捕集效率，分級(jí)脫除效率隨粒徑增大呈上升趨勢。脫除效率隨蒸汽添加量、液氣比和停留時(shí)間等的增大而提高。三種相變脫除工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合，洗滌前相變適合煙氣初始含濕量較高的情況；洗滌后相變更適合初始煙溫較高含濕量低的情況(如燃煤煙氣)；洗滌過程中相變系統(tǒng)最為簡單，能耗低，具有更為廣闊的應(yīng)用前景?；谙礈焖?nèi)傳質(zhì)、傳熱機(jī)理，建立了洗滌過程中相交促進(jìn)燃煤細(xì)顆粒脫除的理論模型，對洗滌塔內(nèi)相變脫除特性進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明

5、：計(jì)算模型可較好地預(yù)測塔內(nèi)相變促進(jìn)細(xì)顆粒脫除規(guī)律，在蒸汽添加量為0.03kg/Nm3時(shí)，由于理論預(yù)測的臨界過飽和度偏高，模擬得到的脫除效率低估了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果表明細(xì)顆粒脫除效率取決于塔內(nèi)過飽和條件。
　　 針對石灰石-石膏、雙減法和氨法等典型WFGD工藝，系統(tǒng)分析了WFGD前后細(xì)顆粒的變化特性及氨法脫硫過程氣溶膠的形成機(jī)理；并對WFGD系統(tǒng)中利用蒸汽相變促進(jìn)細(xì)顆粒脫除進(jìn)行研究，建立脫硫后煙氣中細(xì)顆粒凝結(jié)長大與脫除的理論

6、模型。結(jié)果表明：WFGD系統(tǒng)對細(xì)顆粒的脫除效率很低，甚至由于脫硫過程中形成新的氣溶膠導(dǎo)致出口顆粒數(shù)濃度增大。脫硫過程中反應(yīng)產(chǎn)物容易吸附于細(xì)顆粒表面使煙氣中細(xì)顆粒形態(tài)和組分均發(fā)生明顯變化，脫硫后細(xì)顆粒中S元素含量均明顯增大。理論預(yù)測表明：細(xì)顆粒凝結(jié)長大速率很快，可在數(shù)十毫秒時(shí)間內(nèi)完成，脫除效率隨停留時(shí)間增大迅速提高，在很短時(shí)間內(nèi)(50～150ms)達(dá)到穩(wěn)定，但實(shí)驗(yàn)值滯后，實(shí)驗(yàn)得到最佳停留時(shí)間約為1.5～2.5s。脫硫煙氣中細(xì)顆粒凝結(jié)長大脫