燃烧源PM2.5凝结洗涤脱除实验研究

利用蒸汽在燃烧源PM2.5表面凝结,促使PM2.5凝结长大,建立一套燃烧源PM2.5凝结洗涤的实验台;考察了颗粒粒径分布、蒸汽添加量、液气比等对两种燃烧源PM2.5凝结洗涤脱除效果的影响。采用电称低压冲击器 (ELPI)在线测试分析燃煤和燃油PM2.5凝结洗涤前后的数浓度和粒径分布特性,并用SEM和XPS对两种不同燃烧源的颗粒进行了形貌和元素组分分析。结果表明,燃煤和燃油产生的PM2.5形貌和组分具有较大的差别,燃煤PM2.5主要为硅铝矿物质,而燃油PM2.5主要为含炭物质;相同条件下,燃煤PM2.5相变脱除效果优于燃油PM2.5;随着蒸汽添加量的增加,两者的脱除效率均升高;随粒径的增大,脱除效率提高;蒸汽添加量为0.08kg/m3时,粒径为0.4μm的燃煤和燃油细颗粒的脱除效率分别81％和72％;此外,适当增加液气比有利于凝结长大含尘液滴的脱除。     

典型煤灰成分细颗粒物在过饱和水汽环境中的长大特性

实验采用专门针对液滴的滴谱仪作为测量工具,以典型煤灰成分细颗粒物石英、氧化铁、莫来石、硫酸钙为研究对象,在热水与冷空气接触形成的低过饱和度下进行了蒸汽异相凝结长大实验研究。考察了颗粒润湿性、粒径以及热水温度对颗粒长大效果的影响。结果表明,润湿性好的颗粒长大效果好,初始粒径越小的颗粒长大倍数越大;热水温度对颗粒长大影响非常明显,热水温度越高,颗粒越容易发生异相凝结,颗粒最终直径越大。     

粒径可控球形TiO2的制备

在正丙醇与水的混合溶剂体系中以Ti(SO4)2为前驱物制备得到了粒径分布窄, 分散性好的球形TiO2. 对表面活性剂种类及用量, 反应物浓度及焙烧温度和时间等影响因素进行了研究, 结果表明, 在正丙醇与水的体积比为1:1的条件下, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂, 温度为70-90 ℃时可制得粒径分布窄、分散性好的高质量的球形TiO2颗粒. 通过TG-DSC、SEM、XRD等分析表明, 颗粒粒度大小及粒径分布受表面活性剂浓度和反应前驱物浓度影响大; 物相间的转化主要由焙烧温度和时间来决定. 并引入LaMer模型对颗粒形核、长大的过程进行理论说明.     

粒径可控球形TiO2的制备

在正丙醇与水的混合溶剂体系中以Ti(SO4)2为前驱物制备得到了粒径分布窄,分散性好的球形TiO2.对表面活性剂种类及用量,反应物浓度及焙烧温度和时间等影响因素进行了研究,结果表明,在正丙醇与水的体积比为1∶1的条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,温度为70-90℃时可制得粒径分布窄、分散性好的高质量的球形TiO2颗粒.通过TG-DSC、SEM、XRD等分析表明,颗粒粒度大小及粒径分布受表面活性剂浓度和反应前驱物浓度影响大;物相间的转化主要由焙烧温度和时间来决定.并引入LaMer模型对颗粒形核、长大的过程进行理论说明.     

藻类生物质在O2/CO2气氛下燃烧的SO2排放特性

为探究O_2/CO_2气氛下藻类生物质燃烧SO_2排放特性,对三种典型的藻类生物质进行了实验研究,着重分析了温度和氧气浓度对燃烧过程中SO_2排放特性的影响,结果显示总体上,在O_2/CO_2气氛下燃烧,三种藻类生物质SO_2的初始排放峰值和总的释放量均随着温度和氧气浓度的升高而升高。然而值得注意的是,在相同的氧气浓度下与空气气氛相比,SO_2生成量均得到了有效的降低,小球藻、浒苔和马尾藻的降低幅度分别为58%、47%、86%。     

生物质焦制备条件对其燃烧反应特性的影响

在热重分析仪上,研究了生物质焦的制备条件对其燃烧反应特性的影响。生物质焦由闪速裂解技术制得,裂解温度为 748 K、773 K和823 K;原料含水质量分数为0、7.0%和11.3%。研究发现,生物质焦中挥发性物质的质量分数和H/C质量比随裂解温度的增加而降低,其燃烧反应性随裂解温度的增加而降低;与高裂解温度条件下制得的生物质焦相比,低裂解温度条件下制得的生物质焦具有较高的反应活化能和对燃烧温度更敏感。原料含水量对生物质焦的燃烧反应特性影响很小;但对高裂解温度条件下制得的生物质焦中的挥发性组分含量有较大的影响。简化的生物质焦本征燃烧反应幂函数动力学模型可以很好地描述其燃烧行为。     

聚氧乙烯类表面活性剂体系中银纳米颗粒的合成

将AgNO3水溶液与非离子表面活性剂AEO 7按一定比例混合,即可形成六方液晶.体系中的Ag＋被表面活性剂分子AEO 7还原成Ag,形成Ag的纳米颗粒.在这一过程中,非离子表面活性剂液晶既是还原剂,又是反应介质和稳定剂.在合成过程中,聚氧乙烯类表面活性剂的乙氧基形成了氢过氧化物,从而具有了将Ag＋还原成单质Ag的能力. Ag纳米颗粒生长到一定时间不再继续变大,这表明颗粒的长大是靠自身的生长,并不发生颗粒聚集.控制液晶体系中反应物的浓度、含量以及反应时间可得到不同大小的Ag纳米颗粒.所形成的Ag纳米颗粒的平均粒径一般小于10 nm.     

生物质再燃降低NOx排放的实验研究

在多功能燃烧脱硝实验装置上,对不同种类生物质再燃脱硝进行了实验研究,考察了生物质特性及实验工况对脱硝效果的影响。结果表明,生物质再燃能够取得55%～70%的脱硝效率,当实验参数选取在一定范围内时,随着再燃区温度的提高、过量空气系数的减少、再燃比的增加、NO初始浓度的提高以及燃料粒径的减小,NOx还原率逐渐提高。相同的实验工况下,玉米秸再燃取得的脱硝效果最好,麦秸、花生壳次之,杨木屑较差。     

Al2O3负载Pt催化剂的合成及其甲醇低温催化燃烧性能研究

采用一步合成法制备了Al₂O₃负载Pt催化剂Pt/Al₂O₃,以甲醇催化燃烧作为目标反应研究了其催化性能,考察了还原剂浓度、表面活性剂用量、表面活性剂浓度和煅烧温度对Pt/Al₂O₃甲醇低温催化燃烧性能的影响。结果表明,当还原剂浓度为0.1 mol/L、表面活性剂(CTAB)用量为8.53 g/g_cat.、表面活性剂浓度为0.1 mol/L、煅烧温度为600℃时,所得催化剂的活性最高,25℃下甲醇催化燃烧的转化率达到52%。而改进一步合成法制备的负载型催化剂Pt/Al₂O₃具有更高的甲醇催化燃烧活性,25℃下甲醇催化燃烧的转化率为84%。     

三角形银纳米片的合成及其影响因素

报道了一种在不需光照的条件下制备三角形银纳米片的新方法.在表面活性剂BRIJ35存在下,将硝酸银用硼氢化钠和柠檬酸钠还原,在不同温度范围内反应形成各种尺度的三角形银纳米片,探讨了硼氢化钠浓度、BRIJ35浓度和表面活性剂的种类和溶液pH值等因素对银纳米颗粒形貌和尺寸的影响.     

应用水汽相变促进湿法脱硫净烟气中PM_(2.5)和SO_3酸雾脱除的研究

在石灰石-石膏法脱硫净烟气中分别采用添加适量蒸汽和湿空气方式建立PM_(2.5)和SO_3酸雾凝结长大所需的过饱和水汽环境,在测试分析湿法脱硫净烟气中PM_(2.5)及SO_3酸雾物性的基础上,考察了蒸汽及湿空气添加量、脱硫净烟气温度等的影响。结果表明,湿法脱硫净烟气中PM2.5除含有燃煤飞灰外,含Ca SO_4、Ca SO_3及未反应的Ca CO_3等组分;由于SO_3酸雾基本处于亚微米级粒径范围,湿法烟气脱硫(WFGD)系统对SO_3酸雾的脱除率仅为35%-55%;添加适量蒸汽及湿空气方式均可促进湿法脱硫净烟气中PM_(2.5)和SO_3酸雾脱除,最终排放浓度随蒸汽或湿空气添加量的增加而降低,其中,添加蒸汽方式适合于脱硫净烟气温度较低(≤50-55℃)的场合,在脱硫净烟气温度较高(≥55-60℃)时,利用添加湿空气方式替代添加蒸汽更具技术经济优势。     

脱硫废水蒸发增强电除尘脱除PM2.5和SO3实验研究

搭建燃煤热态实验系统,研究脱硫废水蒸发对电除尘和脱硫系统的影响;考察脱硫废水蒸发前后细颗粒粒径的变化、电除尘出口PM_2.5和SO₃浓度变化;分析增强电除尘脱除PM_2.5和SO₃机理。结果表明,脱硫废水蒸发后,蒸发室出口细颗粒粒径峰值由0.1 μm增大到1.1 μm,观察脱硫废水蒸发前后扫描电镜,明显观察到废水蒸发后颗粒团聚长大,颗粒间存在絮状物;采用脱硫废水烟道蒸发后,电除尘细颗粒脱除效率提高5%左右,PM_2.5数量浓度脱除效率提高25%左右;SO₃脱除效率为60%-80%,烟气中SO₃浓度对增强电除尘脱除PM_2.5和SO₃均有影响;脱硫废水蒸发对脱硫系统的效率和脱硫浆液的pH值没有影响。     

O_2/CO_2气氛添加高岭石对燃煤PM_(2.5)排放的影响

采用管式炉研究了在O2/CO2气氛下添加高岭石对PM2.5(空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物)排放特性的影响。实验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,添加高岭石是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素。添加高岭石后,生成PM1的数量和质量浓度均降低,而PM1-2.5的数量和质量浓度均略有增加,PM2.5粒径分布均呈双峰分布,峰值点分别出现在0.2μm和2.0μm左右。随着高岭石添加质量比的增加,PM2.5中的S、Pb、Cu、Na和K五种元素的浓度呈下降趋势。粒径小于0.317μm的亚微米颗粒通过气化-凝结机理形成,而超微米颗粒则是通过亚微米颗粒凝聚、聚结和矿物质熔融、破碎、聚结形成。     

O2/CO2气氛下O2浓度对燃煤PM2.5形成的影响

采用管式炉和荷电低压撞击器(electrical low pressure-impactor,ELPI)研究了徐州烟煤在O₂/CO₂条件下燃烧后生成的PM_2.5排放特性。结果表明,在O₂/CO₂气氛下,煤粉在不同O₂浓度燃烧所产生的PM_2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2.0 mm左右;随着氧含量的增加,PM_2.5的质量浓度增加;S、K和Na在亚微米颗粒上明显富集,而Si和Ca未在亚微米颗粒上富集;通过对颗粒物的粒径分布、元素分析和形貌观察,认为亚微米颗粒主要是矿物质蒸发鄄凝结机制形成的,而超微米颗粒主要是煤焦与外部矿物质的破碎以及内在矿物质聚合形成的。     

流化床O2/CO2气氛下添加石灰石对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O₂/CO₂气氛下添加石灰石对PM_2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制.实验采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM_2.5.结果表明,添加石灰石是燃烧过程中影响PM_2.5生成的重要因素.添加石灰石后,生成PM_1.0的数量浓度均降低,而PM_1.0~2.5的数量浓度均略有增加;PM_2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2和2.0 μm左右.随着Ca/S物质的量比的增加,PM_2.5中Si、Na、K、S和Cu的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径的减小,S、Cu、K和Na的含量有增大的趋势,而Si的含量有减少的趋势.     

Source Apportionment Research of Fine Particulate Matter in the Atmosphere by PAHs

Haze weather frequently occurs in many cities in China. Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in fine particulate matter(PM_2.5) can adversely affect the environment and human health. In this paper, PM_2.5 samples were collected at nine sites in a city in northeastern China from September 2013 to October 2014. Sixteen USEPA(US Evironment Protection Agency) priority PAHs in PM_2.5 were analyzed to determine their spatial and temporal distribution characteristics. The source apportionment of PAHs was conducted with the Positive Matrix Factorization(PMF) model. The results indicate that the concentrations of total PAHs(T-PAHs) in PM_2.5 are within the range of 0.26 to 72.48 ng/m³. The seasonal variation of T-PAHs is winter >spring >autumn >summer, and the space distribution of PAHs is JZP >DP >BFH >LP >EESA >IPT >CP >HZMC >JYP. In all types of PAHs, three-ring and five-ring PAHs are significantly prominent(62%) in the heating period due to petrogenic sources and traffic emissions. Middle- and high-ring PAHs in the non-heating period are caused by coal combustion and vehicle exhaust, which accounts for 77% of the total emissions. The source apportionment results obtained by the diagnostic ratio of PAHs reflect that coal burning, traffic and other sources have a distinct influence on PAH emissions in this city. Six factors are defined by PMF v5.0, namely, coke oven emissions(7.7%), biomass burning(44.3%), petrogenic sources(10.7%), coal combustion(10.4%), gasoline engine emissions(16.7%), and diesel engine emissions(10.3%). The results indicate that the PAHs in PM_2.5 in the city are primarily caused by combustion processes and vehicle exhaust.     

复合聚并协同脱除燃煤颗粒物及颗粒态重金属的中试研究

燃煤颗粒物和其上富集的As、Se、Pb等重金属排入大气后危害环境和人体健康。本研究开发以湍流聚并、壁面回流吸附为原理的复合聚并器，研究了聚并前后对颗粒物和颗粒态重金属的聚并效果。首先采用数值模拟方法综合考虑压力损失、速度均匀性和颗粒物聚并效果，优选了折叶片作为复合聚并器的叶片类型。随后进行了不同流量的颗粒物聚并中试研究，发现复合聚并器对PM₁的聚并率可达32.84%，随着流量从11.1 m/s增加到17.6 m/s，PM_2.5聚并率呈现一定下降趋势，说明了流量增加导致颗粒停留时间缩短和颗粒物聚并率的下降。通过对比聚并前后颗粒物中As、Se、Pb的浓度变化，发现聚并过程增强了对气态重金属的吸附，也会聚集富含重金属的纳米级颗粒物，从而造成PM₁中重金属浓度的增加。聚并后PM₁内的As、Se、Pb绝对浓度的降低，显示了复合聚并器对颗粒物和颗粒态重金属的协同脱除效果。     

660MW燃煤机组锅炉飞灰颗粒物排放特征研究

应用自动烟尘测试仪在沙角C电厂1#炉静电除尘器前进行飞灰颗粒物采集,分析了煤种、负荷对飞灰细颗粒排放特性的影响,同时对飞灰颗粒粒径分布、化学成分、矿物含量和形貌特征等进行了研究。结果表明,机组负荷越高,飞灰颗粒越细,生成的PM1和PM2.5越多,但总的烟尘排放浓度随负荷升高而降低;随着伊泰煤的掺烧比例增大,飞灰颗粒粒径分布向细颗粒区域移动,PM1和PM2.5的含量增大。低负荷时易形成含有熔融小球体的煤胞结构,高负荷时易形成多孔煤胞。高低负荷和不同配煤的燃煤颗粒物矿物成分类似。     

水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响

采用程序控温电加热水平陶瓷管反应器,在N2气氛和模拟烟气气氛中、300~1100℃下,研究了水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响,并对反应前、后铁样品进行了X光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)等表征。结果表明,水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响较小。在N2气氛中,水蒸气参与了金属铁的氧化;与无水蒸气时相比,水蒸气存在时NO还原效率有所下降。当水蒸气含量从2.5%增加到7%时,由于水蒸气对金属铁的氧化导致其表面形成疏松的微观孔隙,使得NO的还原效率随水蒸气含量的增加而提高。甲烷则参与了铁氧化物的还原,使铁样品表面形成相对致密的Fe3O4和FeO氧化层,不利于NO与金属铁的接触,使得NO的还原效率低于无甲烷时的结果。在模拟烟气条件下,水蒸气使得甲烷在金属铁表面还原NO的效率增加;在1050℃下,反应段过量空气系数SR1=0.7和燃尽段过量空气系数SR2=1.2时,含7%的H2O和无H2O条件下脱硝效率分别为96.7%和90.6%。而在湿烟气中SO2使NO还原效率略有下降。持久性脱硝实验结果表明,当反应温度为1050℃时,在含7%的H2O、0.02%的SO2的模拟烟气中,1.14%的甲烷在金属铁表面持续50h都能保持90%以上的脱硝效率。