聲波團聚增強燃燒源細顆粒物排放控制的研究.pdf

1、燃燒源細顆粒物PM2.5的排放是大氣環(huán)境中顆粒物的主要來源之一。細顆粒粒徑小、數(shù)目多，且通常富集有害物質(zhì)，對人體健康和環(huán)境造成嚴重危害。然而，目前常規(guī)除塵設(shè)備對細顆粒的脫除效率較低，導(dǎo)致大量的細顆粒物直接排放在大氣環(huán)境中。聲波團聚是一種有效的去除細顆粒的預(yù)處理方法。聲波作用促使顆粒間產(chǎn)生相對運動，相互碰撞，團聚長大，在較短的時間范圍內(nèi)，顆粒將發(fā)生從小尺寸向大尺寸范圍的遷移，平均粒徑變大，進而可采用常規(guī)除塵設(shè)備對其進行脫除，從而達到控制細

2、顆粒排放的目的。本文從實驗和理論模擬兩個方面研究了燃燒源細顆粒物在低頻高強聲場中的團聚清除效果。
　　 以細顆粒物排放控制的工業(yè)應(yīng)用為目標，建立了研究燃燒源細顆粒物在駐波聲場中團聚清除效果的除塵系統(tǒng)。采用1kHz低頻聲波，研究了燃煤和燃油煙氣細顆粒在高強聲場中的團聚清除效果。實驗結(jié)果表明，在低頻高強聲波作用下及后續(xù)除塵裝置分離后，煙氣中數(shù)目平均直徑約為0.07μm超細顆粒物的濃度明顯降低，且細顆粒清除效率隨著聲場強度的增大而增加

3、。特別地，在聲場強度高于158dB時，細顆粒清除效率快速增加。當聲場強度達到161.5dB時，燃煤煙氣細顆粒PM2.5的數(shù)目濃度清除效率達到了84.2％；燃油煙氣亞微米顆粒PM1的數(shù)目濃度清除效率為55.7％。實驗結(jié)果還表明，延長停留時間和增大初始顆粒數(shù)目濃度均有利于燃燒源細顆粒的團聚清除。
　　 為了探索高聲強時細顆粒團聚清除效果快速提高的原因和可能存在的團聚機理的變化，建立了研究駐波聲場脈動速度特性的實驗裝置，對實驗臺團聚室

4、內(nèi)的聲場特性進行了研究。結(jié)果表明，駐波聲場對流場產(chǎn)生了強烈的調(diào)制作用，在未產(chǎn)生聲湍流時，除速度波節(jié)處外，其余位置處流體質(zhì)點在聲波傳播方向上均產(chǎn)生了與聲波同頻率的周期性脈動，速度分布越來越分散；聲場對垂直于聲波傳播方向的流動的調(diào)制作用較小，聲波主要沿軸向傳播，橫向傳播可以忽略。聲場強度低于158dB時，聲場速度的實驗測量值均在理論曲線上下波動，流體質(zhì)點在軸向上主要以基頻周期性振動，橫向上為幅度較小的隨機脈動。聲場強度高于158dB時，實驗

5、測量值與理論計算值出現(xiàn)了較大偏差，波形發(fā)生畸變，軸向速度不僅存在基頻周期性脈動，還以倍頻以及二分之一倍頻、四分之一倍頻等頻率高頻脈動，流體質(zhì)點間相對運動幅度和隨機運動幅度越來越大，產(chǎn)生了聲致湍流；橫向速度不僅存在幅度較小的基頻周期性振動，還存在微弱的高頻脈動。結(jié)合細顆粒清除效率的變化規(guī)律和駐波聲場脈動速度特性的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高聲強時聲湍流的產(chǎn)生是燃燒源細顆粒清除效率快速提高的原因，聲湍流在高強聲波團聚過程中起著重要的作用。
　　

6、 基于DSMC算法，建立了細顆粒物聲波團聚的數(shù)學模型。計算結(jié)果表明，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，該模型不僅適用于中等聲強下的模擬，還適用于高聲強時細顆粒聲波團聚的模擬。此外，利用模型對操作參數(shù)影響聲波團聚效果的模擬結(jié)果表明，增大聲場強度、延長停留時間和增加顆粒濃度均有利于細顆粒的聲波團聚清除。另外，模擬結(jié)果顯示，采用聲波與添加種子顆粒聯(lián)合作用，可有效提高細顆粒物的團聚清除效果，且增大種子顆粒濃度和直徑均有利于細顆粒物的團聚清除。在團聚室