燃煤电站锅炉烟气中PM2.5减排的空气动力学方法

Air pollution is one of the biggest obstacles for China's construction of the “ecological civilization” society. Fine particles (PM2.5) from coal-combustion are usually enriched with a lot of harmful heavy metals and have done great harm to the ecological environment and human health. The exhaust gas from coal-fired furnaces is a major source of PM2.5. PM2.5 is the primary pollutant in urban atmospheric environment in China! This project concerns the emissions of coal-fired utility boilers and is to develop an effective aerodynamic method of reducing the emission of PM2.5...Specific work includes: (1) clarifying various effects of PM2.5 gathering to large particles and flexible surface; (2) optimizing the interaction of particles and flexible objects. The aim is to develop a device that can utilize some aerodynamic principles so as to enable particles in the exhaust gas to be orderly separated by size and move along different trajectories, so that large particles can go through the dense fine-particle areas, adsorb the latter on their own surface, and then enter into the dust removal device to be captured together.

大气污染严重阻碍着我国向“生态文明”社会发展的进程。监测表明，细颗粒物PM2.5是我国城市大气环境的首要污染物！而燃煤烟尘是PM2.5的主要来源。燃煤产生的PM2.5通常富集各种有害重金属元素，对生态环境和人体健康的危害极大。项目关注的对象是燃煤电站锅炉的烟尘排放，目的是开发一种能有效减排烟尘中PM2.5的空气动力学方法。..项目的具体研究包括：（1）弄清PM2.5聚集到大颗粒物及流场钝体表面上的各种影响因素；（2）优化颗粒与柔性物体的相互作用。具体目标是开发一种装置能有效地利用空气动力学原理，使颗粒随烟气按大小有序地分离并沿不同轨迹运动，大颗粒穿越密集的微细颗粒区，将细颗粒吸附在自身表面后一同进入（或细颗粒在钝体尾流侧聚集、长大、脱落）进入除尘装置被捕集，避免后者排入大气污染环境。

中国经济发展所需的电力和动力能源整体上60%以上来源于煤的燃烧，这一格局预料未来很长时间无法打破！而煤是化石燃料中最肮脏的能源，它燃烧后排放大量的污染物，包括有害的细粉尘、NOx和SOx。监测表明，燃煤排放的微尘是大气中PM2.5的主要来源之一，也是我国频繁出现大面积雾霾天气的首恶之一。燃煤产生的PM2.5通常富集各种有害重金属元素，对生态环境和人体健康的危害极大。因此，本项目关注的是燃煤锅炉微细烟尘的排放控制问题，具体目标为开发一种流体动力学PM2.5团聚方法或技术，通过湍流团聚和壁面吸附超细烟尘，使之变成较大的颗粒物，易于下游传统除尘装置的有效拦截，从而降低燃煤烟气中PM2.5的排放。.主要研究内容：（1）设计实现湍流团聚的最佳‘产涡装置’并评估其细尘团聚效果；（2）研究最佳‘产涡装置’产生的不同涡的相互作用；（3）研究细尘吸附团聚的影响因素；（4）优化集成吸附技术与湍流聚并技术。.获得的重要结果及意义：（1）发现湍流团聚对促进PM2.5‘长大’从而减排的效果有限，这使我们找到了非常有效的壁面吸附法；（2）弄清了细尘吸附团聚的主要影响因素并由此确定吸附装置的最佳材料和结构；（3）成功开发了新一代的PM2.5聚并技术，它集成了固壁吸附和湍流凝聚两种技术，二者均利用了范德华分子吸引力的作用。吸附技术增强烟尘与固壁的相互作用，使超细尘吸附聚集在壁面上‘结饼’长大脱落并流向下游；湍流凝聚技术使部分微尘与粗尘碰撞并附着于后者，使后者更粗大；这些粗大的粉尘最终被下游传统除尘装置拦截，使排放的总粉尘量在原有的基础上减少80%~90%，并且这个结果与粉尘的特性无关。