燃煤亚微米颗粒的形成和团聚机制的研究

论文题目: 燃煤亚微米颗粒的形成和团聚机制的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 热能工程

作者: 魏凤

导师: 郑楚光,张军营

关键词: 煤燃烧,亚微米颗粒,痕量元素,吸附,团聚,数值模拟

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 燃煤锅炉排放烟气中含有大量的亚微米颗粒,富集了较多的有毒痕量元素,如Hg、As、Se、Cd 和Cr 等,由此所带来的严重环境污染问题已引起了国内外的极大关注。但是由于煤燃烧过程的复杂性、亚微米颗粒生成与排放的介观性、现有除尘装置的局限性,对于燃烧过程中亚微米颗粒的形成机理和有效控制方法的研究一直进展缓慢。因此,对燃烧中亚微米颗粒形成机理及其控制方面开展研究,定量、准确地进行相关的描述,使之能够应用于生产实践,将有助于进一步丰富和完善化石燃料燃烧机理与污染控制理论,对我国能源与环境的可持续发展产生深远的影响。本文首先论述燃煤亚微米颗粒的排放对人类及其居住环境所造成的严重危害,说明了研究亚微米颗粒形成机理和控制方法的重要性和必要性。从对燃煤过程中亚微米颗粒形成机理的研究方面入手,系统综述了国内外在数值模拟和实验研究方面所开展的各项工作,分析和比较相关的实验和模拟研究的优势及其不足; 在分析燃煤电站采用的常规控制方法的基础上,对最新的亚微米颗粒团聚方法(如光、声、电、磁、热等)进行分析,提出采用化学团聚促使亚微米颗粒团聚成较大颗粒后加以清除的方法,并以此作为本文的研究思路,进行系统而深入的研究工作。本文主要从以下几个方面开展研究。本文基于气溶胶动力学理论,模拟了燃烧过程中亚微米颗粒的形成演化过程。通过描述两类亚微米颗粒的形成:自由分子颗粒和链状分子结构的颗粒,系统分析了亚微米颗粒形成过程中成核机理、冷凝机理、凝聚机理的作用特点和规律。通过模型与不同颗粒形成实验结果的对比,充分证实了该模拟能够定量、准确地反映颗粒物的形成演化。这些工作在国内还属于较少开展的领域,该模型的运用对于认识与描述燃烧过程中亚微米颗粒的形成具有十分积极的意义。本文还深入研究了亚微米颗粒富集痕量元素的规律和机理。通过不同煤样的滴管炉燃烧实验,研究和分析了飞灰的主要组成元素、不同挥发性的痕量元素(以砷、铅和铬为例)在不同粒径飞灰颗粒上的富集规律,证实不同粒径颗粒的质量呈双峰分布,砷的含量分布与煤种无关,而与煤中含量、易挥发性密切相关,富集机理主要以化学吸附为主; 铬的分布主要与其赋存形态有关。针对亚微米颗粒富集痕量元素的过程中,亚微米颗粒粒径是否变化的问题,结合亚微米颗粒的形成演化模型,比较系统地分析

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 燃煤亚微米颗粒形成机理的研究进展

1.3 燃煤富集痕量元素的亚微米颗粒的控制现状

1.4 燃煤亚微米颗粒团聚方法的研究进展

1.5 本文主要研究内容

2 燃烧中亚微米颗粒的形成演化模拟

2.1 引言

2.2 气相物质向颗粒转变的基本机理

2.3 实际锅炉内的转化过程

2.4 亚微米颗粒形成演化模型

2.5 亚微米颗粒形成计算及结果分析

2.6 亚微米颗粒形成模型的验证

2.7 本章小结

3 燃煤亚微米颗粒富集痕量元素及其污染抑制研究

3.1 引言

3.2 燃煤亚微米颗粒富集痕量元素的实验

3.3 亚微米颗粒富集痕量元素的模拟

3.4 痕量元素砷吸附控制的实验

3.5 实验结果及吸附机理分析

3.6 CAO 吸附痕量AS 的模型

3.7 CAO 吸附痕量AS 的模拟计算

3.8 本章小结

4 燃煤亚微米颗粒团聚控制的数值模拟

4.1 引言

4.2 亚微米颗粒自团聚过程的物理分析

4.3 喷雾促进亚微米颗粒团聚的模拟

4.4 团聚颗粒间相互作用力分析

4.5 本章小结

5 亚微米颗粒团聚的实验研究

5.1 引言

5.2 亚微米颗粒团聚实验

5.3 实验结果及其数据分析

5.4 亚微米颗粒团聚机理分析

5.5 本章小结

6 总结与建议

6.1 全文总结

6.2 下一步工作建议

致谢

参考文献

附录攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2006-04-05

参考文献

[1].煤燃烧过程中有害元素和亚微米颗粒物排放与控制的理论与实验研究[D]. 孟韵.南京理工大学2004
[2].燃煤过程中亚微米颗粒形成与排放的研究[D]. 隋建才.华中科技大学2006

燃煤亚微米颗粒的形成和团聚机制的研究

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