聲波團(tuán)聚及聯(lián)合其他方法脫除燃煤飛灰細(xì)顆粒的研究.pdf

1、目前，懸浮細(xì)顆粒物特別是PM2.5已經(jīng)成為我國各大城市主要的大氣污染物，嚴(yán)重危害人體健康和大氣環(huán)境，國際和國內(nèi)越來越重視顆粒物控制問題，對PM2.5的排放濃度標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的除塵技術(shù)雖然具有較高的總除塵效率，但是對細(xì)顆粒的除塵效率較低。利用團(tuán)聚技術(shù)將細(xì)顆粒團(tuán)聚粒徑較大的顆粒，然后通過傳統(tǒng)除塵設(shè)備就可以降低細(xì)顆粒的排放濃度，是一種有效的預(yù)處理方法。
　　聲波團(tuán)聚利用高能量密度的聲場，促進(jìn)顆粒在短時間內(nèi)相互碰撞團(tuán)聚，顯著降低顆

2、粒數(shù)目濃度降低，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的團(tuán)聚預(yù)處理方法之一，但該技術(shù)尚未完全發(fā)展成熟。研究開發(fā)基本處于實(shí)驗(yàn)室階段，對各操作參數(shù)的影響情況缺乏全面的了解，而且團(tuán)聚效率不高，一般低于50％。在理論研究方面尚未完全建立完整的團(tuán)聚體系，計(jì)算模型過于簡化。鑒于此，本文展開了相關(guān)實(shí)驗(yàn)和理論的研究。
　　在實(shí)驗(yàn)研究方面，設(shè)計(jì)和搭建了具有良好拓展性能的聲波團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)臺，燃煤飛灰和空氣混合模擬燃煤電廠排放的含塵氣溶膠，研究了以聲波團(tuán)聚為基礎(chǔ)，同時聯(lián)合其

3、他方法的團(tuán)聚效果。
　　首先對比研究了高低頻聲源對燃煤飛灰細(xì)顆粒的團(tuán)聚效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，20 kHz的高頻聲源團(tuán)聚效率不高，約為10％，而且只能團(tuán)聚粒徑小于0.25μm的顆粒，且團(tuán)聚后的顆粒仍處于PM2.5的范圍。低頻聲源的團(tuán)聚效果明顯優(yōu)于高頻聲源，團(tuán)聚效率可達(dá)70％。利用正交試驗(yàn)研究了多因素、多水平的聲波團(tuán)聚過程，根據(jù)極差分析結(jié)果表明，頻率是影響團(tuán)聚效率最重要的參數(shù)，停留時間的影響較小。根據(jù)研究結(jié)果獲得最佳操作參數(shù)為頻率140

4、0 Hz，聲壓級150 dB，停留時間4 s。
　　其次研究了聲波聯(lián)合石灰種子顆粒的團(tuán)聚過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加種子顆粒能使團(tuán)聚效率最大增幅達(dá)20％。分別采用單一因素分析和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究聲波聯(lián)合種子顆粒團(tuán)聚過程中各因素對團(tuán)聚效率的影響，研究結(jié)果表明，最佳操作參數(shù)為頻率1400 Hz，聲壓級150 dB，停留時間4 s，種子顆粒添加質(zhì)量百分比30％，且粒徑不宜過大。引入種子顆?？赏貙捖暡▓F(tuán)聚的“頻率窗口”，在較低的聲壓級下發(fā)揮較好

5、的團(tuán)聚效果，降低了聲波團(tuán)聚的能耗。
　　然后研究了聲波聯(lián)合噴霧的團(tuán)聚過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，噴霧使聲波團(tuán)聚效率最高增幅達(dá)70％。噴霧同樣可以拓展聲波團(tuán)聚的“頻率窗口”，降低聲波團(tuán)聚能耗。同時在霧化溶液中加入SDS和Triton X-100兩類表面活性劑，改善了燃煤飛灰細(xì)顆粒的潤濕性，使團(tuán)聚效率進(jìn)一步提高，最大提高可達(dá)20％。其中SDS對環(huán)境無毒害而且更經(jīng)濟(jì)，因此工業(yè)應(yīng)用中選擇SDS作為潤濕劑更合適。
　　在數(shù)值模擬方面，同時考慮

6、了同向團(tuán)聚、流體力學(xué)作用、聲波尾流效應(yīng)和布朗團(tuán)聚四個機(jī)理，分別建立了相應(yīng)的團(tuán)聚模型。計(jì)算了各機(jī)理的聲波團(tuán)聚核函數(shù)，研究了包括頻率、聲壓級、顆粒粒徑、顆粒間距、溫度等因素對團(tuán)聚核函數(shù)和團(tuán)聚過程的影響。對于低頻聲源團(tuán)聚燃煤飛灰細(xì)顆粒，當(dāng)其他條件均一致時，同向團(tuán)聚核函數(shù)的值要遠(yuǎn)大于其他幾種機(jī)理的團(tuán)聚核函數(shù)值，即同向團(tuán)聚是燃煤飛灰細(xì)顆粒聲波團(tuán)聚最主要的機(jī)理。
　　模擬結(jié)果表明低頻聲波團(tuán)聚中存在最佳頻率約為1500 Hz，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近