（环境工程专业论文）燃煤wfgd系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的实验研究.pdf

以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：阻导师签名：狮 期： 2 止f 摘要 摘要 我国是世界上第二大能源产国，但以火电为主的能源消费结构导致煤炭燃烧成为我国大气环境 的主要污染源之一。煤炭燃烧过程中产生的s 0 2 、可吸入颗粒物等多种污染物成为目前全球关注的 焦点，面对国际社会的压力和我国自身发展、经济转型的现况，加强燃煤细颗粒物控制势在必行。 本文结合湿法烟气脱硫工艺( 、f g d ) 中水汽含量较高的特点，进行了单塔、双塔w f g d 工艺 中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的试验研究。在单塔w f g d 工艺中，分别考察了采用喷淋塔的石 灰石石膏脱硫工艺和旋流板塔的双碱法脱硫工艺；结果表明：采用石灰石石膏工艺时，脱硫后烟气 细颗粒数浓度反而有所升高，尤其是脱硫液循环操作时；脱硫塔进口烟气颗粒物浓度越低，越有利 于洗涤脱除p m 2 5 烟气温度在一定程度上影响细颗粒的相变脱除效果，在未添加蒸汽时，几乎不受 塔进口烟温影响，而在塔顶相变室添加蒸汽后，烟温影响增强。采用旋流板塔双碱法脱硫工艺时， 由于气液接触状况优于相应的喷淋塔设备，细颗粒脱除性能较好，提高脱硫液温度可促进细颗粒的 脱除，旋流板塔盘问添加蒸汽时，适当提高脱硫液温度有利于细颗粒物的脱除，如随脱硫液由1 0 加热到5 0 时脱除效率由3 6 增至6 0 。 在双塔w f g d 工艺中，以喷淋塔作为预洗涤塔( 塔一) ，旋流板塔作为脱硫主塔( 塔二) ，通过 改变塔一喷淋量及蒸汽量来调节塔二进口烟气湿度( i ) ，试验研究了脱硫液温度、液气比及蒸汽 添加量等操作条件对细颗粒脱除的影响。结果表明：当塔二进口烟气r h 1 0 0 时，由于部分细颗粒物在进入塔二前可发生凝结 长大并由安装于塔一出口的除雾器脱除，塔二的脱除效率较低；脱硫液温度对脱除效率也有较大影 响，脱硫液温度在3 0 左右时脱除效率相对较高；塔二进口烟气未饱和时，脱除效率随蒸汽添加量 和液气比的增大而提高。 结合燃煤细颗粒表面形态与物化特征的分析结果，进行了润湿剂水溶液表面张力及润湿电厂灰 的接触角实验，筛选出了与燃煤细颗粒相匹配的润湿剂，并采用旋流板塔双碱法脱硫工艺考察了脱 硫液中添加0 5 浓度的聚醚硅油、c o m p o u n dn o 3 、x h g 2 4 8 对细颗粒洗涤脱除的促进效果，同时 进行了塔盘问添加蒸汽的试验。结果显示：添加以上三种润湿剂对细颗粒的脱除均有不同程度的促 进作用，脱除效率可由17 5 分别提高到2 4 9 、4 0 2 、5 0 2 ：脱硫液温度对润湿剂的性能存在 较大影响：脱硫液2 0 时，润湿剂对细颗粒脱除的促进作用较好，但当脱硫液4 5 时促进作用减弱； 塔盘问添加蒸汽0 0 6 k g m 3 时，添加以上三种润湿剂的脱除效率由3 5 7 分别提高到5 6 1 、5 6 7 、 7 1 8 ，这说明烟气经过润湿剂水溶液的洗涤，颗粒表面的润湿性能得到更好的改善，从而加速了蒸 汽相变成核速率，提高了脱除效率。 关键词：湿法烟气脱硫；细颗粒物；蒸汽相变：润湿性：脱除 东南大学硕士论文 a b s t r a c t c h i n ai st h es e c o n dl a r g e s te n e r g yp r o d u c e ro ft h ew o r l d h o w e v e r , w i t ht h eu s eo ft h e r m a lp o w e ra s t h em a j o re n e r g yc o n s u m p t i o n 咖c t u r e c o a lh a sb e c o m eo n eo ft h em a i na i rp o l l u t i o ns o u r c e s v a r i o u s p o l l u t a n t ss u c ha ss 0 2 a n dt h ep a r t i c l e sp r o d u c e dt h r o u g ht h ec o a lb u r n i n gh a v ed r a w nt h ea t t e n t i o no f p e o p l ea l la r o 帅dt h ew o r l d i nv i e wo ft h ei n t e r n a t i o n a lp r e s s u r ea n dt h ep r e s e n td e v e l o p m e n ta n d e c o n o m i ct r a n s i t i o ns i t u a t i o no fo u rn a t i o n , i ti st h en e c e s s i t yt oe n f o r c et h ed e s u l f u r i z a t i o na n dd e d u s t i n g c o n t r o lo f t h ec o a l f i r e df l u eg a s t h i st h e s i sg i v e sa ni n - d e p t he x p l o r a t i o no ft h ei n h a l a b l ep a r t i c l e sr e m o v a lw i t ht h ea d a p t i o no ft h e w e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ( w f g d ) s y s t e mc o m b i n e dw i t hh e t e r o g e n e o u sc o n d e n s a t i o n t h es c r u b b i n g t o w e ra n ds w i r lb o a r dd e s u l f u r i z a t i o nt o w e ro p e r a t i n gc a ni n f l u e n tt h ef i n ep a r t i c l e s r e m o v a lp e r f o r m a n c e i nt h ep r o c e s so fd e s u l f u r i z a t i o n , l i m e s t o n e g y p s u md e s u l f u r i z e rc a nr e s u l ti nt h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s eo f t h ei n h a l a b l e p a r t i c l e sa t t h es c r u b b i n gt o w e re x i t , a n dp a r t i c u l a r l y , t h e c y c l i co p e r a t i o no ft h e d e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nm a d et h et h ee x i tp a r t i c l ei n c r e a s e de v e nm o r e ；t h el o w e rt h ep a r t i c l ec o n c e n t r a t i o n , t h eh i g h e rt h er e m o v a le f f i c i e n c y ；t h et e m p e r a t u r eo ft h ef l u eg a sa f f e c t e dt h er e m o v a lo ft h ei n h a l a b l e p a r t i c l e st oac e r t a i ne x t e n t - - t h er e m o v a le f f i c i e n c ya l m o s tu n a f f e c t e db yt h eg a st e m p e r a t u r eo ft h et o w e r e n t r a n c e ，h o w e v e r , a f t e ra d d i n gv a p o ri nt h et o w e rt o p ，t h ea f f e c to ft h eg a st e m p e r a t u r et ot h er e m o v a l e f f i c i e n c yh a ds t r e n g t h e n e d ；w h e ns w i r lb o a r dt o w e rw a sa p p l i e d 雒t h ed e s u l f u r i n gt o w e r , t h ec o l l i s i o na n d m i x i n gb e t w e e nt h eg a s l i q u i da n dr o t a r ys t r e a mw a sw e l l ，w h i c hw a si nf a v o ro ft h er e m o v a lo fi n h a l a b l e p a r t i c l e s i nt h ep r o c e s so ft h i st e c h n i q u e ，i n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo fd e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nc a n p r o m o t ev a p o rc o n d e n s a t i o nt or e m o v et h ei n h a l a b l ep a r t i c l e s b e s i d e s ，a f t e ra d d i n gv a p o rb e t w e e nt r a y so f t h es w i r lb o a r dt o w e r , t h er e m o v a le f f i c i e n c yc a nb ei n c r e a s e dw i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s eo ft h e d e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o n - - - t h er e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e df r o m3 6 t o6 0 w h e nt h et e m p e r a t u r eo ft h e d e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nw a sh e a t e df r o m1 0 t o5 0 b a s e do nt h i s ，t h ee x p e r i m e n ta d o p t e ds p r a yd e s u l f u r i z a t i o nt o w e ra si n h a l a b l ep a r t i c l e sr e m o v a lt o w e r , c o n t r o l l i n gv a p o re n t e r i n ga n da d j u s t i n gt h eh u m i d i t yo fg a sf u m e d o i n ga p p l i e dr e s e a r c ha b o u tt h ee 艉c t o fd u a lt o w e rt e c h n o l o g yt ot h ec o a l f i r e df u m e s ，i n v e s t i g a t i n gt h et e m p e r a t u r eo fd e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o n , l i q u i dv a p o ra n dt h e v o l u m ea d d i t i o no fv a p o r si n f l u e n c et ot h er e m o v a lo fi n h a l a b l e p a r t i c l e s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f i c i e n c yo fd u a lt o w e rw e n tu pa sr he n l a r g e da n dt h ee f f i c i e n c yo f i n h a l a b l ep a r t i c l e sr e m o v a lr e a c h e dt h eh i g h e s t7 0 w h e nt h el i q u i dv a p o rr a t i ow a s10l m 3 ；w h e no u t l e t g a sf u m er h 1 0 0 ，t h ed e m i s t e ro f t o w e r1h a dr e m o v e dm o s to f t h eg r o w n u pi n h a l a b l e p a r t i c l e s ，a n ds o t h e e f f i c i e n c y 、o f t o w e r2r e m o v a lw a sc o m p a r a t i v e l yl o w ；t h et e m p e r a t u r eo f d e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nh a dg r e a ti n f l u e n c eo nt h ee f f i c i e n c yo fr e m o v a l ，a n dt h ea p p r o p r i a t et e m p e r a t u r e o fd e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nw a sa b o u t3 0 ci nt h ee x p e r i m e n t w h e nt h eg a sf u m eo ft o w e r2w a sn o t i i 摘要 s a t u r a t e d ，t h ee f f i c i e n c yo fr e m o v a le n h a n c e da st h ei n c r e a s e so ft h ev o l u m ea d d i t i o no fv a p o ra n dl i q u i d r a t i o t h ep e c u l i a rc o n f i g u r a t i o n so fs u r f a c ea n dp h y s i c o c h e m i c a lf e a t u r e so ft h ei n h a l a b l ep a r t i c l e sc a u s e d b yf i r ec o a lh a v eb e e na n a l y z e d t h ee x p e r i m e n ts e l e c t e dt h ew e t t e ra g e n t st h a tc o m p e t ew i t ht h ei n h a l a b l e p a r t i c l e sc a u s e db yf i r ec o a l ，a n ds w i r lb o a r dt o w e rw a sa p p l i e da st h ed e s u l f u r i z a t i o nt o w e rt o t e s tt h e p r o m o t i n gi n f l u e n c eo ft h ed e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nw i t ha i la d d i t i o no f0 5 d e n s i t yw e t t i n ga g e n t s p o l y e t h e rs i l i c o n e 、c o m p o u n dn o 3 、x h g 一2 4 8t ot h er e m o v a le f f i c i e n c y ；t h ee x p e r i m e n ta l s os t u d i e dt h e e f f e c to fa d d i n gv a p o rb e t w e e nt h et o w e rf l a y s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d d i t i o no ft h ea b o v et h r e e w e t t i n ga g e n t si m p r o v e dt h er e m o v a le f f i c i e n c yt os o m ed e g r e e ，i n c r e a s i n gi tf r o m17 5 t o2 4 9 ，4 0 2 a n d5 0 2 ；b e s i d e s ，t h et e m p e r a t u r eo ft h ed e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nh a dg r e a ti m p a c tt ot h ep a r t i c l er e m o v a l e f f e c to ft h ew e t t i n ga g e n t s ：w h e nt h et e m p e r a t u r eo ft h ed e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nw a s2 0 c ，t h ew e t t i n g a g e n t sh a da no b v i o u sp r o m o t i n ge f f e c tt or e m o v et h ei n h a l a b l ep a r t i c l e s ；w h i l et h et e m p e r a t u r eo ft h e d e s u l f u r i z a t i o ns o l u t i o nw a s4 5 c ，t h es u r f a c ea c t i v i t yh a db e e nd a m a g e dd u et ot h eh e a t , w h i c hc a u s e d x h g 2 4 8r e s t r a i n e dt h er e m o v a lo fi n h a l a b l ep a r t i c l e s ；w i t ht h ea d d i t i o no fo 0 6 k g m 3v a p o rb e t w e e nt h e t o w e rt r a y s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e df r o m3 5 7 t o5 6 1 ，5 6 7 a n d7 1 8 ，w h i c hs h o w e dt h a t t h r o u g ht h ew a s h i n go ft h ew e t t i n ga g e n ts o l u t i o n , t h es u r f a c ew e t t i n ga b i l i t yo ft h ef l u eg a si nt h et o w e r e x i th a db e e nb e t t e ri m p r o v e d ，s ot h a tt h en u c l e a t i o nr a t eo ft h ev a p o rh a db e e na c c e l e r a t e da n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yw a s a l s oi m p r o v e da c c o r d i n g l y k e yw o r d s ：w f g d ，f i n ep a r t i c l e s ，h e t e r o g e n e o u sc o n d e n s a t i o n , w e t t i n ga b i l i t y , r e m o v a l i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论l 1 1 研究背景及意义l 1 1 1s 0 2 及烟尘污染现状l 1 1 2 电厂脱硫设备现状2 1 2 细颗粒物控制技术研究进展2 1 3 应用蒸汽相变促进燃烧源细颗粒物脱除技术3 1 4 燃煤烟气脱硫系统对细颗粒脱除性能的研究现状3 1 5 燃煤烟气脱硫系统中润湿剂应用的研究4 1 5 1 润湿剂应用的发展现状4 1 5 2 润湿剂在细颗粒脱除方面的应用研究4 1 6 本文的研究内容与方法5 1 7 本章小结。6 第二章实验方法与系统7 2 1j ；i 言7 2 2 实验系统。7 2 2 1 燃煤烟气细颗粒发生系统9 2 2 2 湿法烟气脱硫系统9 2 2 3 蒸汽发生装置10 2 2 4 脱硫液循环及添加系统1 0 2 2 5 燃煤颗粒脱除系统l l 2 3 燃煤烟气采样与测试装置13 2 3 1 颗粒物浓度及粒径测试装置。13 2 3 2 颗粒物形态及元素组成的采样装置1 3 2 3 3s 0 2 浓度分析装置一1 4 2 3 4 温湿度测定装置15 2 4 实验物料1 6 2 4 1 实验用煤16 2 4 2 实验用脱硫剂。l7 2 5 本章小结1 7 第三章单塔w f g d 系统中应用蒸汽相变促进细颗粒脱除的实验研究1 8 3 1j ；i 言18 3 2 实验原理和方法1 8 3 2 1 蒸汽相变原理18 3 2 2 颗粒物脱除效率的定义。1 9 3 3 喷淋塔脱硫系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的性能2 0 3 3 1 w f g d 系统中除雾器对细颗粒物的脱除性能一2 0 3 3 2 颗粒物浓度的影响2 0 3 3 3 烟气温度的影响2 l 3 3 4 脱硫塔循环操作的影响2 2 3 3 5 脱硫液温度的影响2 3 东南大学硕士论文 3 3 6 蒸汽添加量的影响2 4 3 4 旋流板塔脱硫系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的性能2 4 3 4 1 旋流板塔双碱法实验原理与工艺2 4 3 4 2 实验结果与分析。2 5 3 5 本章小结2 8 第四章双塔w f g d 系统中应用蒸汽相变高效脱除细颗粒3 0 4 1 弓l 言。3 0 4 2 试验方法与工艺介绍3 0 4 3 试验结果分析3 0 4 3 1 塔二液气比对细颗粒相变脱除的影响3 1 4 3 2 过饱和环境实现方式对细颗粒脱除的影响3 2 4 3 3 蒸汽添加量的影响。3 2 4 3 4 脱硫液温度的影响3 3 4 4 本章小结3 4 第五章润湿剂在w f g d 系统脱除细颗粒中的应用研究3 5 5 1 引言。3 5 5 2 燃煤细颗粒的形态3 5 5 3 实验用润湿剂性质3 6 5 3 1 溶液表面张力测试。3 7 5 3 2 接触角试验。4 0 5 4w f g d 脱硫系统中应用润湿剂促进细颗粒物脱除实验研究4 2 5 4 1 旋流板塔试验中润湿剂溶液对燃煤细颗粒脱除的促进作用。4 2 5 4 2 润湿剂在双塔实验中的应用研究。4 5 5 5 本章小结4 6 第六章总结与建议4 7 6 1 全文总结4 7 6 2j 室议4 8 参考文献4 9 致谢5 4 攻读学位期间发表论文及参加研究课题情况5 5 l i 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 自2 0 0 8 年底起，金融危机对我国经济的影响逐步加剧，目前，我国在积极迎战危机的同时，节 能减排工作成为政府扩内需、保增长、调结构及促进科学发展的重要抓手【l j 。虽然节能减排在“十一 五”规划的前3 年取得了阶段性成果：2 0 0 5 2 0 0 8 年，全国单位g d p 能耗三年累计下降1 0 1 ，节能约 2 9 亿吨标准煤；全国s 0 2 排放总量不断下降，2 0 0 8 年下降5 9 5 ；我国新增5 0 0 0 万千瓦以上的燃煤 电厂，其中的脱硫机组比例从2 0 0 5 年的不足1 2 提高到目前约6 2 1 2 , 3 j ，但0 9 年国际金融危机给我国 的节能减排工作带来新的问题和挑战，我们必须清醒地认清形势，即使节能减排取得积极进展，但 高能耗工业增速较快，产业结构的不合理、环境污染加剧等仍然是亟待解决的问题。 1 1 1s 0 2 及烟尘污染现状 近年来，随着我国经济持续迅速发展，环境形势也日渐严峻，长期积累的环境问题未能及时解 决，新的环境问题又不断涌现，而且发达国家几百年工业化进程中分阶段出现的环境问题在我国都 有集中显现，使我国的环境压力空前艰巨1 4 】。 s 0 2 是当今人类面临的主要大气污染物之一，人为污染绝对量大、比较集中、浓度较高、对环境 造成的危害更加严重。众多研究表明s 0 2 易对呼吸系统造成伤害，排放到空气中往往被飘尘吸附，s 0 2 和飘尘的共同效应对人体的危害更大。光照条件下，飘尘中f e 3 0 。等物质可将s 0 2 催化，通过光化学 反应转化成s 0 3 ，遇水可形成硫酸雾，并被飘尘吸附。经呼吸道吸入肺部可引起肺病【5 】，对人类健康 有极大危害，另外硫酸雾也曾多次引起重大污染事故【6 。 2 0 0 8 年度，我国有5 1 9 个城市报告了空气质量数据【7 】，其中达到一级标准的城市2 1 个( 占4 o ) ， 二级标准的城市3 7 8 个( 占7 2 8 ) ，三级标准的城市1 1 3 个( 占2 1 8 ) ，劣于三级标准的城市7 个( 占 1 4 ) 。 全国近年废气中主要污染物排放量 5 0 0 0 4 0 0 0 ：3 0 0 0 力 吨2 0 0 0 1 0 0 0 o a _醚i 黝 醚一 彳鸶 蠹 麓 i 墨黝i 隧囊 曩雕孵l目 _ 蠹汐 1 努黝 “蔼 箧如缓黝瓣越# 醚矧鬣 2 0 0 62 0 0 72 0 0 8 图1 1 全国2 0 0 6 - 2 0 0 8 年废气中主要污染物排放量 工业粉尘 口烟尘生活捧放 口烟尘工业捧放 s 0 2 生活排放 曩s 0 2 工业捧放 东南大学硕士学位论文 2 0 0 8 年s 0 2 总排放量为2 3 2 1 2 万吨，烟尘排放量为9 0 1 6 万吨，工业粉尘排放量为5 8 4 9 万吨，分 别比上年下降5 9 、8 6 、1 6 3 。2 0 0 7 年江苏省s 0 2 和烟尘排放总量分别为1 2 1 8x 1 0 4t 和3 6 9 0x 1 0 4 t 【引，如图1 1 所示。英国专家的统计结果显示，英国和美国早在2 0 0 0 年时每年由可吸入颗粒物等污染 导致的死亡人数分别达到1 万和6 万，而且这一问题有不断加剧的趋势【9 】。 虽然近几年随着环保意识逐渐增强，减少污染源、净化大气、保护人类生存环境的问题成为全 球关注的焦点。伴随着我国居民生活质量的不断提高，环境污染有所控制和改善，但是与发达国家 相比，总体形势依旧不容乐观，寻求解决这一污染源的措施，已成为当代科技研究的重要课题之一。 i i 2 电厂脱硫设备现状 我国的能源以煤炭利用为主，在一次能源消费量及构成中，煤炭所占比重高达7 0 ，而我国的 耗煤大户主要是燃煤电厂，其s 0 2 排放量占工业总排放量的5 5 ，国家最近出台政策对电厂建设实施 宏观调控政策【l 们，严格把关排放烟气质量，在国家环保政策对烟气含s 0 2 的排放控制要求到位的推 动下，实施烟气脱硫的市场需求呈井喷状扩大1 1 1 1 ，大量的资金被投向烟气脱硫事业，如何利用好这 笔财富使之产生最佳的社会、环境效益成为一个重要的研究课题。因此，消减和控制燃煤特别是火 电厂燃煤s 0 2 污染，是目前我国大气污染控制领域最紧迫的任务。 根据2 0 0 5 年7 月1 日新实行的排污费征收使用管理条例，s 0 2 排放收费政策发生了巨大变化， 每公斤0 4 元调整到了0 6 3 元，从此火电企业排放s 0 2 的总缴费大幅度提高，已实行的环保排放量控制 指标也在逐年减少，同时，根据国家已出台的有关脱硫电价的政策【1 2 】，允许配套脱硫装置的发电机组 在价格上进行调整，并对使用脱硫装置的厂家进行税收上的一定优惠【”】。 因此，脱硫工程在火电厂中的推广应用具有光明的前景和潜力，根据2 0 0 5 年4 月1 日国家正式 实施的d l t 5 1 9 6 2 0 0 4 火力发电厂烟气脱硫设计技术规程中建议2 0 0 m w 及以上的燃煤发电机组 采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺。其技术经过欧美等国家几十年的生产实践和不断完善，各项 经济技术指标基本成熟，是世界上应用最广的脱硫技术b 4 ，市场占有率达到8 0 以上。 1 2 细颗粒物控制技术研究进展 颗粒物是指分散在大气中的固态或液态颗粒状物质，根据空气动力学直径的大小，大气颗粒物 中空气动力学直径小于或等于1 0 a m 的可吸入颗粒物( i n h a l a b l ep a r t i c u l a t e ，i p ) 为p m l o o 尤其是空 气动力学直径小于等于2 5 岬的细粒p m 2 s 是当今研究的热点。 细颗粒物大多直接或间接的来源于燃烧，空气中约有3 3 的总悬浮颗粒物( t s p ) 由燃煤生成【1 引， 然而统计表明，燃煤电厂仍旧采用传统除尘方法【1 矾，主要为静电除尘器【17 1 、布袋除尘裂1 8 1 及湿式除 尘器【1 9 】等，虽然均可有效去除粗模态颗粒，但对p m 2 5 的脱除效率极低：如静电除尘效率为9 9 ，但 出e l 烟气中粒径小于2 5 1 x m 及亚微米超细颗粒占全部飞灰中的9 0 以上，对人体健康和环境危害极 大。 目前国内外正在研究的细颗粒控制技术主要有：( 1 ) 团聚凝并促进技术1 2 0 i ：即在常规除尘设备 2 第一章绪论 前设置预处理设施，使其通过物理或化学作用长大成较大颗粒后加以脱除；其中外加声场2 1 1 、磁场 2 2 1 、电场【2 3 l ，以及光辐射、湍流和边界层热沉积2 4 1 、蒸汽相型2 5 1 等技术对促进细微颗粒长大均有一 定效用，这些措施各有优缺点及最佳适用范围；( 2 ) 复合式除尘器【2 6 1 ，将不同的除尘机理相结合， 使它们共同作用以提高对细颗粒的脱除效果，其中多数复合除尘技术是利用静电力作用，如美国能 源部开发的湿式静电除尘和电袋一体化除尘技术，经示范运行，取得较好效果。 1 3 应用蒸汽相变促进燃烧源细颗粒物脱除技术 利用蒸汽相变脱除细颗粒的技术研究早已展开。利用蒸汽相变脱除细颗粒的原理主要是：在过饱 和蒸汽环境中，蒸汽以p m 2 5 颗粒为凝结核而发生相变，使颗粒粒度增大、质量增加，并在扩散泳、 热泳等作用下，微粒加快迁移运动，相互碰撞接触，从而使p m 2 5 微粒凝并长大，然后由常规除尘装 置脱除凝结长大的含尘液滴【2 。所采用的工艺路线主要为：先通过添加蒸汽、混合不同温度的两股 饱和气体、冷却中高温湿气体等措施使水汽达到过饱和，使细颗粒发生凝结长大，然后用静电除尘 器、旋风分离器、除雾器、洗涤塔等常规除尘技术脱除凝结长大的含尘液滴，但由于燃煤烟气的原 始水汽含量较低，单纯依靠添加蒸汽或冷却手段使烟气达到过饱和的能耗过高，若与湿法或半干法 脱硫、湿式洗涤除尘等工艺结合该技术才有实用价值。 利用蒸汽相变作为脱除超细微粒的预调节措施最早开始于1 9 6 7 年，l i t v i n o v 等【z 8 j 研究水汽凝结 对文丘里洗涤器除尘性能的促进作用，认为洗涤器除尘效率提高的主要原因是水汽凝结增强了微粒 碰撞聚并作用：1 9 7 0 年，s p a r k s 等【2 9 】研究认为蒸汽凝结引起的扩散泳作用是喷淋塔洗涤器除尘性能 提高的主要原因。t e r e b e n i i l 【3 0 1 ( 1 9 7 1 ) 、c a l v e r t 等 3 1 - 3 3 1 研究认为水汽凝结使湿式洗涤器除尘性能提 高是由微粒凝结长大，进而惯性捕集作用增强及扩散泳作用引起。1 9 7 1 年，l a n c a s t e r 等【3 4 j 研究认为 水汽在微粒表面凝结，微粒粒度增大，进而增强惯性捕集作用是洗涤器除尘性能提高的主要原因； 在1 9 7 2 年进行的疏水性粉尘脱除试验中，认为除尘效率提高是由于水汽凝结使微粒特性发生改变， 由疏水性转为亲水性所致。2 0 0 1 年，b o l o g a a ! ”】等设计了一套先使亚微米级微粒在饱和蒸汽中凝结 长大，然后用静电除尘器脱除的工艺对平均粒径为6 6 r i m 、质量浓度3 5 - - - 5 5 9 m 3 的微粒( 由木材燃烧 产生) 脱除效率可达9 0 - 9 5 。 虽利用蒸汽相变作为脱除超细微粒的预调节措施，国际上早已开展并取得了相当多的研究成果， 但针对燃煤细颗粒，特别是与湿法脱硫等技术相结合的有关研究鲜有报道。 1 4 燃煤烟气脱硫系统对细颗粒脱除性能的研究现状 利用蒸汽相变脱除各种细颗粒已有较长的研究历史，但是与实际燃煤锅炉烟气脱硫系统相结合 的应用型研究还并不多见，东南大学已在燃煤烟气脱硫系统中利用蒸汽相变脱除细颗粒方面有了突 破性的研究成果：张霞等【3 6 】在洗涤塔前后添加蒸汽考察蒸汽添加方式等因素对细颗粒脱除的影响， 并对湿法脱硫协同脱除细颗粒进行了初步的研究。孙露娟1 3 7 1 、颜金培【3 8 l 等选择了几种表面张力较小 的表面活性剂并测得润湿剂水溶液润湿燃煤细颗粒的接触角，但是在应用到脱硫系统中时效果不明 3 东南大学硕士学位论文 显而且存在起泡等缺陷。凡风仙1 3 9 】在颜金培、孙露娟等人的研究基础上，从理论方面分析证实润湿 剂可以不同程度地降低气液界面自由能，减小接触角，降低成核临界吉布斯自由能，使成核速率增 大并降低成核所需临界过饱和度。润湿剂对成核临界过饱和度的影响取决于其对气液表面自由能和 接触角的降低作用，表面自由能越低，接触角越小，成核所需的临界过饱度越低。润湿效果好的表 面活性剂对细颗粒脱除效果会有一定的促进作用，所以需寻找合适的润湿剂添加到细颗粒脱除系统 是提高除尘效率的方向之一。 1 5 燃煤烟气脱硫系统中润湿剂应用的研究 1 5 1 润湿剂应用的发展现状 国内外关于表面活性剂在环境中应用实例报道很多。在水处理方面主要是絮凝剂、起泡剂等表 面活性剂的研发与应用；在大气污染方面主要是润湿剂等在化学抑尘方面的研究。针对煤矿场煤层 润湿效果方面的研究较多，同时很多研究报道在研究了润湿机理的同时也筛选出了效果较佳的润湿 剂种类。 实际应用的表面活性剂大多不是纯化合物，所以当今润湿剂的主要研发方向是寻求各种有实际 用途的高效复配试剂。正由于此，十余年来有关表面活性剂的混合体系的研究非常活跃【4 叫2 1 。 1 5 2 润湿剂在细颗粒脱除方面的应用研究 目前有关颗粒在水溶液中润湿性能的研究主要以石英颗粒、s i 0 2 粉末、煤粉、食物粉末等为研 究对象，如d i g g i n s 掣4 3 j 研究了石英颗粒的润湿性能，g i l l i e s e 4 4 】等研究了单个硅微球在表面活性剂存 在时的润湿行为，g a l e t t 4 5 等研究了可可粉在水中的润湿与分散，c r a w f o r d ! 删等人研究了表面活性剂 对煤粉表面亲水性质的修饰作用。a n d r e w s 等【4 7 j 对相对湿度为1 5 9 0 的碳黑微粒的吸湿特性研究后 证实，当碳黑微粒表面覆盖表面活性物质时，其疏水性转化为亲水性，微粒质量可增加2 0 - - 4 0 。1 9 9 3 年，我国台湾的陈进成( c h e nc h i n - c h e n g ) 掣4 ”o l 设计了一套利用相变凝结原理脱除气溶胶的工艺， 对取自矿物烧结厂、电厂、黏土煅烧厂的粉末及s i 0 2 粉末4 种亚微米颗粒进行相变凝结实验，发现 润湿性较好、粒径较大的微粒脱除效率较高；1 9 9 7 年瑞士的w e i n g a r t n e r 掣5 1 j 实验研究了新生成的 碳颗粒和柴油机烟灰颗粒的吸湿特性。 然而以上研究主要以n a c i 、( n h 4 ) 2 s 0 4 微粒等单组分易溶的亲水性无机盐或纯化合物颗粒为对 象研究某些表面活性剂的作用效果，而燃煤产生的可吸入颗粒物多为