燃煤過(guò)程中亞微米顆粒形成的數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤是中國(guó)目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)電站燃料的主體，煤粉燃燒為我們提供必需的熱源和電力資源的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的顆粒物污染。研究表明，燃煤中產(chǎn)生的顆粒物是大氣中可吸入顆粒物的重要來(lái)源，其中這些顆粒物上富集了大量的有機(jī)污染物和有毒重金屬，對(duì)人類(lèi)的健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。因此，深入研究燃煤過(guò)程中亞微米顆粒的形成機(jī)理，演化過(guò)程及其排放特性等方面具有重大的意義。
　　 本文首先論述燃煤亞微米顆粒的排放對(duì)人類(lèi)及其居住環(huán)境所造成的嚴(yán)

2、重危害，說(shuō)明了研究亞微米顆粒形成機(jī)理和控制方法的重要性和必要性。然后從對(duì)燃煤過(guò)程中亞微米顆粒形成機(jī)理的研究方面入手，系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究方面所開(kāi)展的各項(xiàng)工作，分析和比較相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和模擬研究的優(yōu)勢(shì)及其不足，從而明確了自己的研究思路。本文主要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作。
　　 本文分析了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的3個(gè)比較完善的氣化模型：Quann、Zeng Taofang以及Zhou的氣化模型，通過(guò)探討，發(fā)現(xiàn)存在以下的問(wèn)題與不足：Qu

3、ann的氣化模型忽略了熔融體內(nèi)擴(kuò)散的控制作用以及熔融體表面氣化的影響，并且也沒(méi)有考慮焦炭孔內(nèi)其它CO2產(chǎn)生源對(duì)內(nèi)在礦物顆粒表面平衡反應(yīng)的影響；Zeng Taofang的氣化模型則認(rèn)為熔融體表面蒸氣分壓為0，致使氣化傳質(zhì)系數(shù)偏大；Zhou的氣化模型認(rèn)為多孔顆粒是不易燃的。這些研究為以后建立更合理、更完善的蒸發(fā)模型奠定了基礎(chǔ)。在早期蒸發(fā)模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)模型的問(wèn)題與不足，分別建立了礦物質(zhì)氣化的三種模型：內(nèi)在礦物質(zhì)、與有機(jī)物結(jié)合的礦物元素以及

4、外在礦物質(zhì)的氣化模型。通過(guò)模擬看出，影響內(nèi)在礦物質(zhì)氣化的因素除溫度、外壓外，最根本原因是元素的飽和蒸氣壓；與有機(jī)物結(jié)合的礦物元素的氣化速率與溫度呈指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；而對(duì)于外在礦物質(zhì)的氣化，模數(shù)、孔徑的增大，溫度的升高以及CO2分壓的降低都會(huì)增強(qiáng)氣化。最后基于氣溶膠動(dòng)力學(xué)理論，理論分析了燃煤過(guò)程中亞微米顆粒成核、冷凝以及凝聚等形成過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特性，并對(duì)各階段特征時(shí)間進(jìn)行了定義，通過(guò)模型與不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析比較，結(jié)果顯示，成核作用是極細(xì)小亞微