声波团聚控制燃煤电厂细颗粒物排放研究

摘要

近几年，随着经济的快速增长，细微颗粒PM2.5的污染越来越严重，对人们的生活环境造成了巨大影响。煤炭等化石燃料的燃烧是这些颗粒污染物主要来源之一。对于燃烧源颗粒物的控制和脱除已成为能源和环境领域急需解决的重要问题。声波团聚作为一种应用在除尘器前的预处理技术，因其易于操作、效果比较明显而备受研究者的关注。鉴于此，本文对声波团聚技术开展了实验和模拟两方面的研究。
　　在实验方面，设计并搭建燃煤电厂颗粒物低频声波团聚实验台，采用某电厂不同的燃煤飞灰作为实验所用气溶胶。研究了在声压级从133dB-146dB，频率从1000Hz-2400Hz，气溶胶初始数目浓度从1.33?105cm-3-3.55?105cm-3条件下声波团聚细微颗粒物的效果，分析不同参数对团聚效果的影响。结果表明：当频率为1400Hz，声压级为146dB时，团聚效率最高。随着声压级和气溶胶初始浓度的增加，团聚效果也不断增强。但是考虑到能耗问题，声压级和气溶胶初始浓度都应适度选择。
　　在理论方面，探索细微颗粒物声波团聚的机理并进行数值模拟研究。首先对不同团聚机理的团聚核函数进行模拟，表明同向团聚核函数值远高于其它作用机理下的数值。对于粒径为1μm和2.5μm的亚细微颗粒，其最佳团聚频率都在10kHz以上。其次，采用改进后的分组法对声波团聚气溶胶过程进行数值模拟，在频率、声压级及气溶胶初始浓度影响下，模拟所得结果基本与实验结果相符。在对温度的模拟中发现，团聚效果随着温度的升高而减缓，特别是温度高于300℃。最后，将几种不同团聚机理组成的模型进行数值模拟，并与实验结果作对比分析，从而表明不同机理对于颗粒团聚的影响，得到适用于燃煤电厂细微颗粒声波团聚的最适合模型。结果表明：四种不同数值模型模拟后的颗粒粒径分布趋势与实验结果相符，仅在部分粒径段出现些微偏差。在与实验值的对比中发现，布朗团聚主要作用于粒径小于0.1μm以下的颗粒，而对大于0.1μm以上的颗粒其影响几乎可以忽略。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2声波团聚的研究历史

1.3 本文研究内容和创新点

2 声波团聚机理及数值模型研究

2.1 气溶胶动力学方程

2.2 团聚核函数数值模型

2.3 数值计算方法

2.4 本章小结

3 声波团聚模拟结果及分析

3.1 团聚核函数的数值模拟

3.2 声波团聚细微颗粒的数值模拟

3.3 不同数值模型的声波团聚对比

3.4本章小结

4 声波团聚细微颗粒低频实验系统与方法

4.1 实验系统和设备

4.2实验方法

4.3 本章小结

5 声波团聚细微颗粒低频实验研究

5.1 频率对声波团聚效果的影响

5.2 声压级对声波团聚效果的影响

5.3 气溶胶初始浓度对声波团聚效果的影响

5.4 停留时间对声波团聚效果的影响

5.5声波团聚细微颗粒的实验与数值模拟对比

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续研究展望

参考文献

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