应用化学添加剂抑制褐煤扬尘和增强电除尘脱除细颗粒物的研究

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我国是煤炭资源消耗大国,在煤炭的开采、储存、运输、燃烧等过程均会产生大量的粉尘,对环境造成严重的污染。其中,呼吸性粉尘尤其是PM2.5易吸附富集有害物质如重金属、有机烃化物等,通过呼吸系统进入人体后,沉积在呼吸道及肺泡中,对人体造成严重危害,受到社会广泛关注。化学抑尘剂因其经济实用性,具有广阔的发展前景;化学团聚技术可以有效增强电除尘器脱除细颗粒物,并且具有廉价高效、操作简单的优点,具有良好的工业应用价值。本文针对褐煤露天矿场无组织排放产生的细颗粒物,选取四类化学性质不同的高分子单体,通过结壳硬度衰减实验筛选得到性能优良的单体瓜尔豆胶。以表面张力和接触角实验比较吐温-20、曲拉通X-100、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠4种表面活性剂溶液对褐煤颗粒的润湿性能,实验发现非离子表面活性剂曲拉通X-100对褐煤粉尘的润湿性能最优。将高分子单体瓜尔豆胶复配以表面活性剂曲拉通X-100,开发得到一种褐煤矿场专用的结壳型抑尘剂。通过抗风蚀性能实验,考察不同单体浓度、不同风速条件对固化层风蚀后颗粒物数量浓度和粒度分布的影响,优选出最佳抑尘剂配方为质量浓度0.7%的瓜尔豆胶和0.1%的曲拉通X-100。该抑尘剂可使煤堆表面固化结壳,形成具有一定厚度和强度的防护层,10 d后固化层硬度仍可达61.43,能抵抗15 m/s风速侵蚀而不受影响,足以应对北方大风天气。细颗粒物数量浓度降低至3.69×105 cm-3,颗粒物数量浓度峰值出现在0.85μm左右,低粒径段颗粒物抑制效率总体由30.1%提高至94.4%,粒径0.1μm左右的细颗粒物抑制效率增幅达到64%。试验结果表明,该抑尘剂对褐煤细颗粒物的抑制效果明显,是适合褐煤露天矿场专用的原材料易得、环保高效的抑尘剂。选取四种高分子聚合物作为化学团聚剂主体,考察了其对飞灰颗粒物的团聚性能,对比分析了添加表面活性剂对于提高团聚剂润湿性能的影响,探究了团聚溶液理化性质和喷嘴空气压力对团聚溶液雾化性能的作用。结果表明团聚剂在氢键、毛细管力或粘附力这三方面因素的影响下与飞灰颗粒物相互作用,将多个细颗粒吸附连接在一起,从而增大团聚体颗粒的粒径。相对分子量越大的化学团聚剂对燃煤飞灰颗粒的团聚性能越强,但是质量浓度的增加对其粘度的影响也越大,进而影响到溶液的雾化效果。增大喷嘴空气压力可以提高溶液的雾化性能,但粘度较大的团聚溶液,增大气压对于改善其雾化效果的作用不大。四种溶液中,聚丙烯酸乳液和丁苯乳液的雾化性能较强,受质量浓度的影响不大,聚丙烯酰胺溶液的雾化性能最弱。选取高分子聚合物田菁胶(SBG)和丁苯乳液(SBE)在燃煤热态试验平台开展化学团聚试验,考察实际燃煤烟气条件下,团聚溶液理化性质和双流体喷嘴操作参数的改变对于促进细颗粒物团聚长大的影响,及化学团聚过程增强电除尘脱除细颗粒物的性能研究。在化学团聚室喷入田菁胶和丁苯乳液对烟气中细颗粒物的数量浓度有明显的降低效果,降低效率分别为18.78%和25.16%,并且化学团聚过程增大了飞灰颗粒物的粒径。田菁胶溶液对飞灰颗粒物的团聚,在质量浓度0.3%时浓度达到最低,对比入口的细颗粒物浓度,降低了27.93%;浓度超过0.3%后,降低效率随之下降。对于丁苯乳液,其对细颗粒物的降低效率随着质量浓度的增加而升高,但随着浓度的增加,降低效率的增幅减缓。经过质量浓度1%的丁苯乳液团聚的烟气,细颗粒物数量浓度达到最低,为4.68×106 cm-3,对比入口的细颗粒物浓度,降低效率达到最大值35.76%。这说明化学团聚溶液浓度的增加导致粘度变大,不利于其对燃煤飞灰颗粒的化学团聚过程。在团聚室内分别喷入SBG+TX-100复配溶液以及SBE+TX-100复配溶液后,同时开启化学团聚和电除尘的工况条件下,测得电除尘器出口的细颗粒物数量浓度分别为9.24×105 cm-3和6.89×105 cm-3,细颗粒物的脱除效率分别为90.12%和92.54%。与只开启电除尘器相比,电除尘出口的细颗粒物数量浓度降低了48.13%和60.05%。实验发现,化学团聚可以增大电除尘器入口的细颗粒物的粒径,有效增强电除尘器对燃煤飞灰细颗粒物的捕集脱除性能,降低了电除尘器出口的细颗粒物浓度。其中,SBE+TX-100表现出优异的化学团聚性能。
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