多场条件下低低温电除尘系统全流程数值模拟

文章基于商业计算流体力学(CFD)软件,对某低低温电除尘系统进行了多场条件下的数值模拟。采用k-ε模型来模拟湍流场,用离散相模型(DPM)来模拟飞灰颗粒的运动,用换热器模型和多孔跳跃模型模拟烟冷器内温度场,用电磁流体模型(MHD)模拟电场,用颗粒群平衡模型(PBM)模拟颗粒团聚规律。结果表明:烟道内布置导流板及阻流板后,电除尘器各分室进口流量偏差均在±1%以内,出口不超过±0.5%。颗粒相质量流量分配偏差也均未超过±5%。各室入口截面烟气流速相对均方根差均不超过0.25。模拟烟冷器内各截面的温度、密度及流速变化规律与实际相符。电场内电势分布由放电极向收尘极呈不均等环状分布,粒径越大的颗粒越容易被收集,小颗粒易发生逃逸。随着时间的推移,烟冷器内颗粒平均粒径逐渐增大,当t=0.8 s以后,颗粒平均粒径趋于平稳。     

CFB锅炉钙基飞灰的雾化喷水悬浮式脱硫特性

以循环流化床(CFB)锅炉钙基飞灰为原料,实验研究了不同条件下飞灰的雾化喷水悬浮式脱硫工艺技术特性。结果表明:增湿飞灰具有良好的低温脱硫能力,其脱硫过程分为快速、慢速反应2个阶段,增湿前后脱硫剂的总钙利用率从41%提高到70%左右。飞灰颗粒的增湿效果与反应温度是影响硫盐化速率的主要因素。采用50 μm雾化水粒径、增湿水分级喷入方式,可使飞灰颗粒获得更好的增湿效果,并延长快速反应的持续时间,使反应更充分;反应温度对增湿脱硫同时存在促进与抑制2方面作用,最佳反应温度在80℃左右;SO₂浓度对脱硫的影响不显著;飞灰经过雾化喷水活化后,颗粒表面的孔隙、裂缝增多,改善的微观结构促进了气固传质和脱硫反应。     

脱硫剂在流化风中的增湿及预分散输送模型

针对增湿石灰石减湿脱硫系统,为提高脱硫剂增湿的均匀性及分散性,先后提出预分散流态化输送模型与均化增湿模型。均化增湿模型以预分散流态化输送模型的计算结果作为建模的主要参数。在预分散流态化输送模型中,建立颗粒最小聚团尺寸预测模型并计算聚团尺寸及相应的流化风速。在均化增湿模型中,将上述模型计算的流化风速设置为速度入口条件,对增湿石灰石减湿脱硫技术中现有的脱硫剂增湿设备在不同旋转轴个数下雾化水体积分布的模拟,实现装置结构的优化。结果表明:双轴装置内旋流范围较大、流态较好,有利于物料的输送;设有流化风分布器的双轴装置内风速分布较为均匀,但雾化水的分散性较未设置分布器的双轴装置更差。     

电厂燃煤飞灰中重金属富集规律的实验研究

研究了电厂燃煤排放的４级粒径不同的飞灰中铜、钴、铅、镍、铬、镉、砷、铍的含量及其分布。发现大多数金属在粒径１μｍ左右的细微粒子中有富集特性,其变化趋势与不同飞灰的孔隙特性变化一致,即随飞灰粒径的减小,飞灰的比表面积和孔体积增大,飞灰中金属的浓度也增多。同时比较了２种工况下金属在飞灰中的不同分布,分析了影响飞灰富集特性的各种因素,如飞灰的孔隙特性、燃烧工况、化学吸附作用、矿物质的汽化－凝结作用等,并     

风蚀性粒子降尘浓度的动力学预报模式

为探求开放源露天煤尘在自然风力作用下的扩散情况,本研究采用空气动力学的数值计算方法,以离散相拉格朗日随机轨道为计算模型,预测了原煤、大矿、水洗和精煤4类煤种料堆的降尘浓度分布,并采用风洞试验对结果进行了对比验证.结果表明:动力学模式对风蚀粒子的预报误差在±25%,其中原煤种的预报度最高,误差10%.动力学模式与高斯沉降模式相比,高斯模式对尘源处的降尘浓度预报误差过大,动力学预报模式是基于颗粒群的运动轨迹的行为预报,能准确地描述粗大颗粒的跃移运动状态,对于满足Rosin-Rammler粒径分布的固体粒子降尘浓度的预报良好.     

颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.     

多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚模拟研究

基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型（CFD-PBM）对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程（PBE）.通过控制变量法分析表明：多纤维捕集过程中存在着明显的颗粒团聚行为.粉尘颗粒的团聚程度随停留时间增加而增强,当t ≥ l/v（速度方向模型尺寸长度/入口风速）,团聚逐渐趋于稳定;当v_max·t ≤ l,入口风速越大,颗粒团聚程度和团聚速率越大,最终的团聚程度取决于入口风速和停留时间;颗粒粒径越大,粉尘颗粒的团聚程度和团聚速率越小.出口颗粒平均粒径与初始粒径相比增长倍数越小.粉尘颗粒体积分数越大,颗粒团聚程度以及团聚速率越大.当v=0.1m/s,d_p=1.0μm,VF >0.003636,Bin-7~Bin-0区间数量浓度对数分布呈线性比例关系.     

流化床煤焦混烧飞灰富集污染物的研究

针对310t·h-1煤焦混烧循环流化床锅炉,研究了不同工况下飞灰的粒径分布、孔隙结构及重金属、有机物的富集规律.结果表明,煤焦混烧情况下只有不到30%的飞灰粒径大于70μm.随着供氧量的增加、负荷降低、Ca/S比增大.小颗粒飞灰的体积分数增大.不同重金属的转移特性不同,锅炉负荷对重金属分布影响较大.飞灰中3环、4环多环芳烃含量较大,不同因素对各环数多环芳烃分布的影响不同.     

半干半湿法烟气脱硫雾化增湿设计

烟气增湿对半干半湿法烟气脱硫起着关键作用。本文分析了空气雾化效果优于机械雾化效果;计算了FM10型空气喷嘴雾化粒径可满足给定烟气条件下的蒸发粒径;烟气流中雾羽角度收缩,喷嘴均匀布置于烟道,避免湿壁;烟气增湿后,袋式除尘器需采取良好的保温措施,应选用表面处理的易清灰滤料,圆筒状滤袋。     

双区静电除尘器的数值模拟研究

采用数模拟的方法研究了双区静电除尘器内流场分布、颗粒荷电及颗粒运动等难以直接测量的物理过程,构建了双区静电除尘过程完整的数值模型.采用泊松方程、电流连续性方程和匀强电场方程描述电场,采用N-S方程和雷诺应力标准湍流模型描述流场,采用拉格朗日法描述颗粒运动轨迹.通过截面风速与颗粒去除率的模拟值与实验值的对比,验证了数值模型在模拟内部流场和颗粒运动时的准确性.数值模拟结果表明：双区静电除尘器内部流场分布对入口风速的变化非常敏感;颗粒荷电方式占比由颗粒粒径决定;荷电区内颗粒向极板的趋近过程由流体曳力和电场力共同完成,收尘区内的趋近过程则由电场力主导;入口流速通过改变颗粒前进速度和内部流场形态来影响颗粒运动轨迹.     

引入分形维数的混凝动力学方程数值求解

运用Smoluchowskj基本原理,建立了引入絮凝体分形维数的混凝动力学模型.该模型在絮凝过程中考虑了不同时刻形成的絮凝体中引入的初始颗粒数目和空隙率,并以此来推求不同时刻形成的絮凝体所对应的分形维数.采用有限差分法对建立的混凝动力学模型进行了数值计算.结果表明,初始颗粒的结构特征和碰撞效率是影响絮凝体粒径分布的主要因素.初始颗粒的分形维数和碰撞效率越大,絮凝体粒径分布越宽泛,大尺寸的颗粒所占的份额越多.同时计算结果表明,絮凝体的分形维数有随其粒径增大而逐渐降低的趋势,其原因是絮凝体的成长粒径与絮凝体中所包含的初始颗粒增长速度不成比例.以腐殖酸为混凝对象,采用硫酸铝作为混凝剂进行混凝实验,并以其初始絮凝条件作为数值计算初始条件,研究表明数值计算分析结果和模拟结果吻合较好.     

不同分散条件和pH值对TiO_2悬浊液性能影响研究

TiO2悬浊液的稳定性对于光催化应用而言是非常重要的。对于不同粒径的纳米TiO2颗粒在超声分散和搅拌分散、不同pH条件下的团聚和沉降进行了考察,结果显示颗粒的团聚和沉降与分散形式、颗粒粒径、pH值密切相关。颗粒采用超声分散的稳定性较好,但仍会发生沉降,而颗粒粒径越大,团聚和沉降越明显;pH值的影响与距离等电点远近有关系,越近则越容易团聚和沉降,但酸性条件下的分散性要好于碱性条件。结合相关理论,对于其中的机理也进行了探讨。     

滤料粒径对BAF小尺度下流场形态及挂膜速度的影响

为探讨颗粒粒径对曝气生物滤池(BAF)运行效果的影响,采用数值模拟和实验研究方法分析了滤料粒径对曝气生物滤池流场形态及挂膜速度的作用机理.选用5个颗粒尺寸结构空间作为计算区域,利用Fluent软件对相同颗粒间隙、不同颗粒粒径下BAF小尺度下的流场形态进行模拟分析,并通过对3种粒径下流线图、速度矢量图、压力分布及湍流强度变化的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时流场形态最好,最有利于气水混合及氧传质的进行.同时,为验证模拟结果的正确性,对同种材质、相同运行条件下3种不同颗粒粒径进行挂膜速度对比,通过考察挂膜启动28 d的COD去除率变化及污泥生物量的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时,运行最为稳定,系统运行第16 d时就达到了80%的COD去除效率.     

太湖地区几种水稻土团聚体颗粒组中PAHs的分布及其环境意义

以太湖地区代表性的青紫泥、黄泥土、白土等3种水稻土为研究对象,采用低能量分离-分散法提取得到不同粒径的团聚体颗粒组,用HPLC测定了本土和分离得到的团聚体颗粒组中16种PAHs的含量.结果表明,供试水稻土不同粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量分布存在差异,PAHs总含量以＜2μm粒径的团聚体颗粒组最高,其次是200～2000μm粒径的团聚体颗粒组,PAHs在这2个团聚体颗粒组有明显富集现象(富集系数为1.25～3.92);而20～200μm和2～20 μm粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量小于本土,呈现亏缺现象(富集系数为0.64～0.88).考虑到不同粒径团聚体颗粒组的相对组成,水稻土中PAHs主要分布于20～200μm和200～2000μm 2个团聚体颗粒组中,而在＜2μm粒径的团聚体颗粒组中最少.PAHs在不同粒径的团聚体颗粒组中的含量分布与其总有机碳、腐殖质碳、胡敏酸碳的含量有关,并在很大程度上受芳构化疏水性有机物含量的控制.因此,水稻土不同粒径团聚体颗粒中有机碳及其组分的性质影响着这些团聚体颗粒组分对PAHs的吸持与固定.     

模拟烹饪油烟的粒径分布与扩散

烹饪油烟颗粒物粒径分布与扩散特性研究有助于解析其对室内空气质量和居民健康的影响,采用电子低压撞击器(ELPI)实时监测了油烟机开启和关闭状态下,模拟烹饪油烟发生处和3 m外位置处,0.03~10μm范围内油烟颗粒数浓度和质量浓度随粒径分布.油烟颗粒主要以655 nm以下的细颗粒为主.油烟机能够显著降低室内油烟浓度,开启油烟机后,油烟发生处颗粒数浓度从2.8×106个·cm-3降低到2.3×105个·cm-3,PM2.5(空气动力学直径≤2.5μm的颗粒)质量浓度从85.9 mg·m-3降低到6.2 mg·m-3.油烟机对PM10的净化效率高于PM2.5.油烟迅速从发生处扩散到3 m外,无通风状态下,总颗粒数浓度衰减达65%,PM2.5质量浓度衰减达75%.计算流体动力学(CFD)模拟了油烟机对油烟PM2.5质量浓度场扩散分布影响.红外摄像仪监测了油烟温度场分布扩散,以扇形向外扩散,伴随着油烟温度梯度降低.     

两种土壤粒径分形模型的对比研究

本文从两种土壤粒径分布分形模型的推导入手,分析得出的土颗粒质量-粒径分布分形模型(模型二)仅是在土颗粒密度相同的假定条件下对土颗粒数量-粒径分布分形模型(模型一)的近似替代,并以某滑坡滑带土为例,分别运用这两种模型对该滑带土样进行粒度分形特征的试验研究,结果表明:由模型二计算的粒径分布分维数和相关系数均比模型一的小,其误差产生的原因是土颗粒密度由于矿物成分的不同而存在差异;但是模型二的计算结果可以较好地反映试样的分形特征,其原因是各粒组的各种矿物的相对含量相差不大,土颗粒的平均密度近似相等,假定条件适应性较好。     

双气体射流作用下燃煤可吸入颗粒团聚研究

大气中的可吸入颗粒物对有机体危害很大,已经成为世界范围内重要的大气污染源。在可吸入颗粒团聚室内引入双射流,通过双气体射流在团聚室内形成大小不同尺度涡旋,促进流场可吸入颗粒团聚。实验结果表明:10μm以下的可吸入颗粒在单射流作用下减少了21.9%,在双射流作用下减少了58.0%。异侧双射流的团聚清除率高于同侧双射流的清除效率,异侧双射流管间距增加更有利于可吸入颗粒的团聚。双射流管出口Re增加,颗粒质量清除率增大;但不同粒径颗粒的单级团聚效率则与粒径密切相关。颗粒的质量清除率随着主气流与射流流量比增大呈现逐渐减小的趋势。     

流化床O2/CO2气氛下添加SiO2对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O2/CO2气氛下添加SiO2对PM2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制,试验在1123 K、O2/CO2气氛下进行,并采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5.结果表明,添加SiO2是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素.添加SiO2后,生成PM1的质量浓度均降低,而PM1-2.5的质量浓度均略有增加;PM2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2 μm和2.0μm左右.随着SiO2添加量的增加,PM2.5中的S、K、Na、Cu和Pb元素的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径减小,S、K、Na、Cu和Pb元素的含量有增高的趋势.     

混煤燃烧过程中温度对颗粒物生成特性影响的研究

利用沉降炉研究了混煤燃烧过程中温度对飞灰颗粒尤其是PM10及PM2.5生成特性的影响.试验煤种为不同灰熔点的平朔煤、大优煤及其混煤,燃烧温度分别为1100℃、1200℃、1300℃.采用Malvern MS2000粒度分析仪对收集的飞灰颗粒尺寸分布进行测定.试验结果表明,高灰熔点煤中掺入低灰熔点的煤能增大飞灰颗粒的粒径,减少PM10及PM2.5的排放;对同一煤样,随着温度的升高,飞灰颗粒中PM10及PM2.5所占比例相应减小.     

露天堆场防风抑尘网的动力学数值模拟

开放性露天堆场的散尘是大气颗粒物的重要来源. 来流空气在棱形物料堆的上部绕流,使其表面的空气流动结构逐点不同,而料堆表面的空气动力学结构又决定着堆场的散尘机理及散尘量. 分析了典型单一棱形料堆周围空气湍流结构,并应用三维标准k-ε紊流模型对其流场进行了数值模拟;计算了来流方向抑尘网前后不同断面处风速的垂直分布;分析了不同孔隙率(0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和1.0)抑尘网后料堆迎风面和背风面沿高度方向、平顶面沿水平方向的剪切应力特性和分布规律. 结果表明:抑尘网前3倍网高距离处的风速较无网工况(孔隙率为1.0)略有减小,降幅随孔隙率增大而减小, 孔隙率为0时最大降幅为5.1%;网前2倍网高距离处与抑尘网之间区域的风速廓线与无网工况相差甚远,孔隙率为0时近网区域风速最高降幅达92.8%. 抑尘网和料堆迎风面之间区域,从地面至网顶高度,不同孔隙率抑尘网工况下的风速均较无网工况小,最小处为无网工况风速的18.5%;抑尘网以上区域的风速较无网工况的大,最大处为无网工况风速的128.0%,并且差距随抑尘网孔隙率的减小而增大. 料堆剪切力分布显示,其迎风面和平顶面为主要散尘面,背风面被涡旋卷起的扬尘量较前两者小得多. 防风抑尘网的设置改变了料堆周围空气的流动结构和受力分布,对不同孔隙率的抑尘网数值模拟结果可知,0.2和0.3为最佳孔隙率.