在我国超低排放技术改造的政策背景下,燃煤电厂排放的颗粒物质量浓度大幅度降低,对后期颗粒物质量浓度监测系统提出了更高的要求。传统以滤膜为前端颗粒物富集装置的测量系统,在测量低浓度颗粒物时,需要较长的采样时间,且无法实现在线实时测量;而无前端颗粒物富集装置的光散射测量方法,尽管具有实时在线测量的优点,但当颗粒物浓度较低时,若无前端富集装置对颗粒物的质量进行累积,实时测量出来的颗粒物质量浓度误差较大。为此,本课题针对燃煤源超低排放颗粒物的物理特性及现有颗粒物质量浓度测量系统的局限性,提出了一种基于喷射鼓泡技术的前端颗粒物富集装置,其能够将颗粒物质量累积与光散射法在线实时测量的优点集于一体,为超低排放颗粒物质量浓度测量系统提供了一种新的可能。并通过数值模拟和实验分析,对其进行结构优化设计和运行模式选择,旨在提高喷射鼓泡颗粒物富集装置的富集效率,减少颗粒物的逃逸,以此来提高后期测量的准确性。具体的研究内容如下:1、根据颗粒物浓度测量系统的需求,基于喷射鼓泡技术构建了颗粒物富集装置的初步物理模型。其轮廓尺寸为筒径150mm、高径比H/D=3.2;曝气管(DN16mm)采取下喷式进气方式;富集装置内的洗涤液采用蒸馏水,无需循环,直接贮存于富集装置中。2、在数值模拟平台上对初步构建的富集装置的运行特性进行分析,结果表明:在气固流速5m/s,曝气管浸没深度100mm的工况下,初步设计的富集装置对大粒径颗粒物的富集效率较高;而对于小粒径颗粒物,富集装置中气液混合不充分,导致其易跟随气体溢出,富集效率相对较低。以10μm颗粒物为例,其富集效率仅仅为88.24%。针对初步设计的富集装置对小粒径颗粒物富集效率较低的问题,本文进一步提出通过减小曝气孔尺寸及添加搅拌装置,改善富集装置内的气液混合特性,以此提高小颗粒的富集效率,实现富集装置的结构优化。结果表明:当曝气孔的尺寸为3mm时,小气泡的比例占53.47%,10μm颗粒物的富集效率能提高至88.84%。当搅拌桨靠近曝气管出气口时,富集装置内气相的分散效果是最明显的,且10μm颗粒物的富集效率提高至91.40%。因此,优选出曝气孔的尺寸为3mm(14孔);搅拌桨应安装于曝气管出气口的非同轴上方,且靠近出气口处。3、根据数值模拟所优化的结构加工喷射鼓泡颗粒物富集装置,并进行富集特性的实验研究。结果表明:影响颗粒物富集效率的最大因素是曝气管的浸没深度,第二影响因素是搅拌转速,第三影响因素是吸气量。颗粒物富集装置的最优运行模式是吸气量3.2m3/h、曝气管浸没深度125mm、搅拌转速450rpm,此时对应的颗粒物总富集效率达到最大,为92.68%。通过上述结果表明,在本文构建的富集装置最佳结构及最优运行模式下,颗粒物总富集效率最高达到92.68%,依旧有7.32%的颗粒物溢出富集装置,后期仍需不断改进。