复杂气氛下PM1.0交变电凝并机理研究

The limitation of PM1.0 number concentration is the key for PM2.5 control as PM2.5 is mainly constituted by PM1.0. PM1.0 can grow larger by the alternating electric coagulation. Current studies of the alternating electric coagulation involve the optimization of coagulation parameters and the coagulation theory, which do not consider the complex composition of the flue gas, especially SO3 and H2O which strongly affect the electric field. This application aims to study the effect of the complex flue gas on the alternating electric coagulation of PM1.0. The charge and distribution of the particles will be measured by ELPI to study the particulate charging characteristics. The velocity will be measured by the PIV to study the PM1.0 movement. Influence of the SO3 and H2O will be compared and the alternating electric coagulation coefficient will be corrected by the experimental data, providing theoretical support for the industry application of the alternating electric coagulation.

PM1.0是PM2.5的主要构成单元，降低PM1.0的数浓度是PM2.5控制的关键。交变电凝并是目前最佳的电凝并方式，可使PM1.0聚集变大，再通过传统除尘手段捕集。现有交变凝并研究包括参数优化和凝并理论推导等，但研究的对象过于理想，没有考虑实际工业过程中复杂气氛的作用，尤其是对电场放电特性影响较大的SO3和H2O。本申请针对复杂气氛下交变电场中PM1.0的凝并，将通过ELPI测量PM1.0的荷电量和粒径分布，研究其荷电特性；通过PIV测量PM1.0的速度场，研究其运动特性；揭示复杂气氛对PM1.0荷电和运动的影响规律，对前人的交变凝并系数进行修正，为交变电场凝并的实际应用提供理论支撑。

当前，我国颗粒物污染形势依然严峻，特别是亚微米颗粒物（PM1.0）问题尤为突出。传统除尘设备对PM1.0存在穿透窗口，去除效率较低，通过外加作用使PM1.0团聚长大的凝并技术成为国内外研究的热点。交变电凝并技术是最有效的凝并技术之一，但对烟气组分的电凝并影响研究较少。实际烟气中多种组分会影响电晕放电特性，进而影响颗粒的凝并。本研究基于双区式交变电凝并实验平台探索不同条件下颗粒荷电特性及颗粒凝并规律，为电凝并技术的应用提供理论支撑。.首先，探索了预荷电电压、凝并电压及停留时间对PM1.0交变电凝并效率的影响规律，发现上述三种参数均可提高电凝并效果，PM2.5和PM1.0的质量分数均有降低。预荷电电压和凝并电压对颗粒物的凝并作用随颗粒物粒径减小而降低，能使0.5-1.0μm的颗粒物凝并，而对0.5μm以下的颗粒物几乎没有影响，无法降低PM0.5的质量分数，本研究的实验条件下，PM1.0质量分数最大下降16.3%。停留时间范围对所有粒径区间都有效果，粒径处于0.5~1 μm、0.15~0.5 μm、小于0.15 μm的颗粒质量分别下降了43.9%、18.2%、35.7%。.其次，考察了实际烟气中对电晕放电特性影响最大的SO3和H2O对PM1.0电凝并的影响。随着烟气的相对湿度从20%提高至80%，单个颗粒的带电量增加了20%~120%不等；颗粒的质量平均粒径最大增大1.93倍；PM1.0质量分数最大下降80.1%；粒径处于为0.5~1 μm、0.15~0.5 μm、低于0.15 μm的颗粒质量分别下降了83.2%、64.5%、66.6%。随烟气中SO3浓度从0 ppm增至12.3ppm，单个颗粒的带电量增加了20%-270%不等；PM1.0质量分数最大下降91.3%；粒径处于0.5~1 μm、0.15~0.5 μm、小于0.15 μm的颗粒质量分别下降了92.7%、67.9%、61.5%；继续增加SO3浓度，PM1.0质量分数反而有所上升。上述实验说明，增加烟气中的H2O和SO3有利于PM1.0凝聚成更大的颗粒。但SO3与H2O的作用也有差异，低浓度SO3（<12.3ppm）在相同冷凝液相体积下，对PM1.0的电凝并效果优于单独H2O气氛。SO3浓度继续增大，SO3分子形成粒径小于0.1μm的硫酸雾气溶胶，增加烟气中PM1.0含量。