DOI： 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.010

湍流团聚促进燃煤烟气中PM₁₀及痕量元素脱除的研究

申奥，杨林军，吴新，段钰锋，梁财

(东南大学 能源与环境学院，能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，江苏 南京，210096)

摘 要：

聚的方法实现2种污染物(PM₁₀和痕量元素)的协同脱除。采用数值模拟优化湍流装置的结构，在燃煤热态试验平台上进行湍流团聚促进电除尘脱除PM₁₀的研究，同时测定PM₁₀样品中痕量元素的含量，发现PM₁₀粒径和痕量元素含量之间的关联。研究结果表明：不同结构的扰流涡片耦合作用对PM₁₀具有更好的团聚效果；湍流团聚使电除尘出口处PM₁₀的数量浓度降低了50%；由于反应过程的复杂性，具有不同挥发特性的痕量元素在PM₁₀中的含量有较大差异，Hg由于挥发性较强受到PM₁₀粒径的影响较大但总体含量较少，其他挥发性较差的痕量元素受PM₁₀粒径的影响较小但总体含量较多；湍流团聚能够通过促进PM₁₀的脱除实现颗粒态痕量元素的协同脱除。

关键词：

燃煤烟气；湍流团聚；PM10；痕量元素；协同脱除；

中图分类号：X511                    文献标志码：A

文章编号：1672-7207（2021）01-0106-10

Study on co-removal of PM₁₀ and trace elements in coal-fired flue gas enhanced by turbulent agglomeration

SHEN　Ao, YANG　Linjun, WU　Xin, DUAN　Yufeng, LIANG　Cai

(Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education, School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, 210096, China)

Abstract: The turbulent agglomeration was proposed to achieve the synergistic removal of the two kinds of pollutants(PM₁₀ and trace elements). The structure of turbulent device was optimized by numerical simulation study. The removal of PM₁₀ by electrostatic precipitator enhanced by the turbulent agglomeration was studied on a coal-fired experimental facility. The content of trace elements in PM₁₀ samples was determined and the relationship between them was discussed in depth. The correlation between the particle size of PM₁₀ and the content of trace elements was also studied. The results show that the coupling action of different disturbing blades can enhance the agglomeration of PM₁₀. The number concentration of PM₁₀ at the outlet of electrostatic precipitator is reduced by 50% because of the turbulent effect. Due to the complexity of reaction process, the contents of trace elements with different volatile characteristics in PM₁₀ are quite different: Hg is greatly affected by the particle size of PM₁₀ due to its strong volatility, but its overall content is less; while other trace elements besides Hg are less effected by the particle size of PM₁₀ but their total contents are high. Turbulent agglomeration can promote the synergistic removal of particulate trace elements in the way of enhancing removal efficiency of PM₁₀.

Key words: coal-fired flue gas; turbulent agglomeration; PM₁₀; trace elements; synergetic removal

燃煤锅炉排放的烟气中包含多种污染物，其中就包含细颗粒物PM₁₀和各类具有挥发性的痕量元素HM等^[1]。PM₁₀定义为空气动力学当量直径小于10 μm的细颗粒物，也称作可吸入颗粒；而对于粒径小于2.5 μm的细颗粒物PM_2.5，其能够进一步被吸入肺中，又被称作可入肺颗粒物^[2]。燃煤烟气中的PM₁₀具有比表面积大、易富集重金属等特性，进入人体后会对呼吸系统和免疫系统产生危害，除此之外环境中的PM₁₀浓度过高会引发光散射和吸收效应从而加剧地球表面的温室效应^[3-5]。痕量元素是指煤中质量分数低于100×10^-6的元素，燃煤烟气中常见的痕量元素以挥发性的Hg，As，Se和Pb等为主^[6]。虽然总体质量分数较低，但是痕量元素通常具有生物累积性、地区迁移性和较强的毒性，长期暴露在痕量元素环境中会对人体健康造成不可逆的危害^[7-9]。在现阶段煤炭仍然在我国能源消费结构中占据重要地位，因此，监管部门近年来陆续出台GB 13223—2011“火电厂大气污染物排放标准”“大气污染防治行动计划”和“全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案”等环保法规，以控制燃煤烟气中PM₁₀和痕量元素的排放^[10-12]。

目前燃煤电厂配备的主流烟气净化系统主要包括脱硝系统(SCR)、静电除尘器(ESP)、湿法脱硫系统(WFGD)和湿式电除尘器(WESP)等。虽然ESP能够脱除绝大部分粗颗粒，但对于PM₁₀的脱除效果很差^[13-14]。而飞灰中的痕量元素大都集中在微米级或亚微米级的细颗粒物中，这就使得电厂现有烟气治理设备无法有效地脱除细颗粒物和富集在其上的痕量元素。以Hg为例，常见的脱除方法有活性炭喷射、烟气氧化催化、污染物控制装置(APCD)协同脱除等，但上述技术都存在运行费用较高和系统复杂等问题^[15-17]。目前与除Hg之外的其他痕量元素相关的研究大都停留在排放分布特性研究方面，燃煤烟气中重金属(HM)脱除技术的工程应用还鲜有报道，因此，研究廉价高效协同脱除PM₁₀和痕量元素的技术具有重要意义。事实上，作为燃煤烟气中的2种典型污染物，痕量元素具有天然吸附在细颗粒物中的本质特性和规律^[18]。其中颗粒态的汞Hg^p通常能被ESP脱除；氧化汞Hg²⁺具有良好的水溶性，进入WFGD系统后能够被吸收^[19]；而大量富集在细颗粒物中的汞随着烟气排入环境中。除Hg以外其他挥发性的痕量元素也大都呈现出密集吸附在细颗粒物中的趋势^[20]，因此，现阶段电厂除尘设备对PM₁₀脱除困难同时也造成了难以有效脱除吸附在PM₁₀上痕量元素的问题。综上所述，如何强化现有除尘装置对PM₁₀的高效脱除是同时实现痕量元素协同脱除的关键所在。

湍流团聚是一种燃烧后脱除PM₁₀技术，该方法通过在传统电除尘前的烟道内增设一个湍流发生装置，增大烟气中细颗粒物在湍流流场中的碰撞概率，使细颗粒物间相互聚合长大成为大粒径的粗颗粒物，从而能够被电除尘顺利脱除。20世纪50年代，SAFFMAN等^[21]提出了基于超细颗粒物的碰撞聚并方程，经过国内外学者对湍流理论研究的不断发展，湍流团聚的理论体系日趋完善，为湍流团聚装置的开发提供了理论依据。2002年澳大利亚Indigo公司开发出商业颗粒物团聚装置^[22]，并成功应用于燃煤电厂的细颗粒物脱除。在湍流装置的结构和影响因素方面，章鹏飞等^[23]研究了烟气流速、颗粒浓度、装置结构对湍流团聚效果的影响；李云飞^[24]提出了不同尺度扰流涡片耦合的高效湍流发生方法。以上研究表明，通过湍流团聚的方法促进烟气中PM₁₀的脱除进而实现与痕量元素的协同脱除是完全可行的，但湍流流场的具体发生方式仍不清晰，PM₁₀与痕量元素协同脱除的内在机理仍然不够明确。

本文作者基于目前湍流团聚研究成果，利用Fluent软件对湍流装置的结构进行优化，在燃煤热态试验平台上探究湍流流场促进PM₁₀团聚的效果以及增强电除尘脱除PM₁₀的实际效果；利用测汞仪和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测分析试验过程中富集在PM₁₀上痕量元素的浓度及其分布特性，探讨PM₁₀与痕量元素的内在关联，讨论痕量元素在PM₁₀中富集的机制、影响因素，获得痕量元素与PM₁₀协同脱除的内在机制。本研究为燃煤烟气中PM₁₀和痕量元素的协同脱除提供了一种思路和参考，对燃煤烟气脱除PM₁₀和协同脱除痕量元素具有一定的指导意义。

1  装置与方法

1.1　湍流团聚装置及模拟

采用Fluent软件对湍流装置的结构进行优化。建立长×宽×高为1 320 mm×100 mm×100 mm的烟道作为湍流装置的模型，如图1(a)所示，分别考察具有不同结构、不同数量、不同排列的扰流涡片的湍流效果。为了便于后续的流场分析，在湍流装置内部分别创建一系列垂直特征线line 1~9和位于流场中区的水平特征线，通过求解各物理量在不同垂直特征线上的平均值和在水平特征线上不同位置position 1~10的值，来表征该物理量的分布情况，如图1(b)所示。

图1　湍流装置结构示意图

Fig. 1　Schematic diagrams of structure of turbulent agglomerator

对模型网格质量进行优化，采用EquiSize Skew指标进行评判，结果显示模型EquiSize Skew整体取值在0~0.5之间且取值在0.1以下的网格数占比接近96%，表明网格质量较好。对网格进行无关性验证，结果如图2所示，最终选择网格数为13万个左右。

图2　网格无关性验证

Fig. 2　Grid independence verification

烟气入口速度设置为12 m/s，烟气温度设置为140 ℃，根据气相温度对应的密度和动力黏度计算得到湍流强度为5%，湍流黏度比设为21%，入口条件设置为速度进口，出口条件设置为压力出口。烟气气相成分简化为空气，通过Discrete Phase Model加入离散相颗粒来模拟含尘烟气，颗粒速度设为与气相速度相同。在求解过程中，选择每计算20步与连续相进行耦合。因湍流扰动对细颗粒物的惯性力相比于重力大很多，因此，在模型中忽略重力的影响。Standard k-ε湍流模型由于具有很好的鲁棒性、经济性和能对大范围湍流进行合理预测等优点，在工业流动过程中应用非常广泛。因此，本文采用Standard k-ε模型来描述湍流流场。流场计算中压力-速度耦合方式采用SIMPLE算法，离散格式采用精度更高的Second order upwind格式。

1.2　试验平台

本文的试验部分在燃煤热态综合平台上进行，如图3所示。锅炉燃烧产生烟气，进入缓冲罐使烟气温度和飞灰浓度达到相对稳定状态，依次流经湍流发生装置、静电除尘器，最后由引风机排出，在湍流发生装置中设置旁路系统。锅炉额定烟气量为350 m³/h，烟气平均流速为15 m/s，静电除尘器为双通道单电场，正常工作电压为40 kV，最高输出电压为100 kV。

图3　试验平台示意图

Fig. 3　Schematic diagram of experimental platform

1.3　测量仪器

烟气中PM₁₀数量浓度采用芬兰Dekati公司的电称低压冲击器(electrical low pressure impactor，ELPI)进行在线监测，该设备基于惯性切割、颗粒荷电、逐级监测的工作原理对粒径范围在0.006~9.314 μm之间的细颗粒物数量浓度进行实时监测。烟气中PM₁₀样品的采集使用Dekati公司的PM₁₀采样器完成，该采样器将细颗粒物样品分为PM₁₀，PM_2.5，PM_1.0以及粒径大于10 μm的粗颗粒，从而实现不同粒径细颗粒物的采样。PM₁₀样品中汞含量的测定采用Milestone DMA-80测汞仪完成，除汞以外的其他痕量元素含量的测定采用安捷伦7900ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪完成。

2  结果与讨论

2.1　湍流流场的优化

2.1.1　涡片结构的影响　

比较不同结构扰流涡片的湍流作用效果，结果如图4所示。从图4(a)可以看出：随着流场的发展，从2号位置开始至5号位置，流场湍动能整体上不断增大，表明4种扰流涡片均能够产生湍流作用；从6号位置开始湍动能明显下降，这是因为从该位置开始没有扰流涡片存在。比较4种不同类型的涡片，可以看出三角型涡片和圆柱型涡片产生湍动能的效果整体上较差，而十字型涡片和Z字型涡片产生湍动能的效果整体上较好，表明从产生湍流效果的角度来说，选择十字型涡片和Z字型涡片较适宜。

从图4(b)可以看出：湍流装置内的速度分布整体上也是呈现先增加后减少的趋势，然而，速度分布的上升趋势在2或3号位置就已停止，表明湍流装置中部区域速度较高的位置出现在第二或第三对扰流涡片附近，这一区域附近颗粒可能会有比较好的团聚效果。而后速度分布逐渐降低，直到扰流涡片消失后趋于稳定。可以看出圆柱型涡片和Z字型涡片对于速度场的作用效果要稍好于十字型和三角型涡片的作用效果，但从整体上看，4种扰流涡片对速度场的作用效果差别不大。

图4　不同结构涡片的湍流效果

Fig. 4　Turbulent effects of vortex sheets with different structures

2.1.2　涡片排列的影响　

1) 列间距。比较不同列间距下涡片的湍流作用效果，结果如图5所示。从图5(a)可知：当扰流涡片列间距分别为75，100和125 mm时湍动能较高，列间距为50 mm或150 mm时湍动能相对较低，表明列间距过大或者过小都不利于湍动能的发展，其中列间距为75 mm时湍动能的发展处于最佳水平。从图5(b)可知：随着涡片列间距的增大，速度分布的峰值呈现出向右侧移动的趋势；此外，速度分布还由单峰值变为双峰值。然而，从速度分布来看，无论扰流涡片的列间距如何变化，对应速度分布的峰值均并无明显增加，说明涡片列间距对流场速度分布的提升效果并无太大影响。

图5　不同列间距的湍流效果

Fig. 5　Turbulent effects of vortex sheets with different column distances

2) 行间距。比较不同行间距下涡片的湍流作用效果，结果如图6所示。从图6(a)可以看出：随着流场的不断发展，湍动能整体上仍然呈现先上升后下降的趋势，且下降是扰流涡片的消失导致的，这与前述几种湍动能的发展规律相似。比较湍动能变化，可以看出当行间距为50 mm时湍动能的发展明显比40 mm与60 mm时的高，表明涡片排列得过于密集或过于疏松都不利于湍流的充分发展；从图6(b)可以看出：流场的速度分布整体上都呈现出相似的先增加后减小的趋势，扰流涡片行间距的变化对于流场速度分布的峰值特性并无明显影响，同时也说明涡片排列的列间距才是影响速度分布的主要因素。随着行间距的增加，速度分布呈现出逐渐上升的趋势，说明流场中较为宽阔的行间距更加有利于速度分布的充分发展。

图6　不同行间距的湍流效果

Fig. 6　Turbulent effects of vortex sheets with different row distances

2.1.3　涡片数量的影响　

比较涡片数量对湍流效果的影响，结果如图7所示。从图7(a)可知：湍动能峰值的增长从4对涡片之后就趋于平缓，但从3对涡片到4对涡片湍动能的发展是呈现上升趋势的，表明对于该结构的湍流装置来说，需要布置至少4对扰流涡片才能使流场的湍流充分发展。从5对扰流涡片开始随着涡片数量的增加流场中湍动能的分布仅是呈现延续的状态，其最高值基本不再上升。从图7(b)可知：流场的速度分布随着涡片数量的增加从单峰分布变为双峰分布，这与涡片列间距对流场速度分布的影响相似，但两者的作用方式不尽相同。列间距的增加更多的是使扰流涡片整体分布位置向流场右侧移动，涡片数量并未发生变化；而涡片数量的增加则使流场右侧的区域也出现扰流。说明只要存在流场的尾部区域有扰流涡片就会出现速度分布的二次峰值，与扰流涡片通过何种方式布置在流场中无关。

图7　不同涡片数量的湍流效果

Fig. 7　Turbulent effects of vortex sheets with different numbers

2.2　湍流团聚促进PM₁₀脱除的研究

2.2.1　湍流团聚对PM₁₀浓度的影响　

根据2.1节湍流流场的优化结果，确定试验所用湍流装置的结构为有利于发生湍流的Z字型和十字型；综合考虑湍流发展强度和流场速度分布，扰流涡片列间距采用75 mm的布置方式，涡片行间距采用50 mm的排列方式；为了突出考察湍流团聚的作用效果，选择布置较多的8对扰流涡片。综上，试验最终在3种不同结构的湍流装置的基础上开展，分别是Z字型、十字型和Z字型与十字型结构耦合的扰流涡片，如图8所示。

图8　试验用湍流装置

Fig. 8　Turbulent agglomerators for experiment

湍流团聚对烟气中PM₁₀浓度的影响如图9所示。从图9(a)可以看出：十字型涡片使PM₁₀数量浓度从3.63×10⁶ 个/cm³下降到2.9×10⁶ 个/cm³；Z字型涡片使PM₁₀数量浓度从5.08×10⁶ 个/cm³下降到4.05×10⁶ 个/cm³；而十字耦合Z字型涡片则使PM₁₀数量浓度从5.56×10⁶ 个/cm³下降到3.65×10⁶ 个/cm³。从图9(b)可以看出：十字型涡片使PM₁₀质量浓度从225 mg/m³下降到180 mg/m³；Z字型涡片使PM₁₀质量浓度从270 mg/m³下降到170 mg/m³；而十字耦合Z字型涡片则使PM₁₀质量浓度从330 mg/m³下降到160 mg/m³。

细颗粒物发生团聚的本质是颗粒之间相互碰撞黏结在一起从而导致颗粒粒径增大，理论上颗粒总数量会减少但总质量不会变化，但在本试验过程中，测量PM₁₀浓度前，ELPI会预先过滤粒径超过10 μm的粗颗粒，因此，烟气中的部分PM₁₀在发生团聚后会因为粒径增大到10 μm以上而被测试仪器脱除，从而在试验结果中表现为质量浓度下降。本试验PM₁₀数量浓度和质量浓度的变化结果表明烟气中的PM₁₀的确发生了湍流团聚作用。

图9　湍流团聚对PM₁₀浓度的影响

Fig. 9　Effects of turbulent agglomerator on PM₁₀ concentration

2.2.2　湍流团聚增强电除尘脱除PM₁₀的效果　

湍流团聚装置对电除尘脱除PM₁₀效率的影响如图10所示。从图10可以看出：对于PM₁₀的数量脱除来说，原始工况下电除尘对PM₁₀数量浓度的脱除效率约为73%，十字型涡片作用下电除尘对PM₁₀数量浓度的脱除效率约为78%，Z字型涡片作用下电除尘对PM₁₀数量浓度的脱除效率约为86%，而当十字耦合Z字型结构的涡片作用时电除尘对PM₁₀数量浓度的脱除效率进一步上升到约90%。比较电除尘对PM₁₀质量脱除效率的变化，可以得到相似的规律。进一步比较电除尘出口处PM₁₀数量浓度的变化，结果如图11所示。从图11可以看出：单独应用十字型涡片时电除尘出口处PM₁₀的数量浓度降低率约为19%，单独应用Z字型涡片时降低率约为48%，而十字型和Z字型这2种结构的涡片耦合作用时降低率则增大到59%。以上试验结果说明十字型和Z字型的扰流涡片均能够促进电除尘脱除烟气中的PM₁₀，且当2种具有不同结构的扰流涡片耦合作用时能够使电除尘的脱除效果得到进一步提升。

图10　湍流对电除尘脱除PM₁₀效率的影响

Fig. 10　Effect of turbulence on removal efficiency of PM₁₀ by ESP

图11　电除尘出口PM₁₀数量浓度变化

Fig. 11　Number concentration changes of PM₁₀ at the outlet of ESP

2.3　湍流团聚促进痕量元素脱除的讨论

对试验过程中的PM₁₀进行采样，测量不同粒径的细颗粒物中痕量元素的质量分数，结果如表1所示。从表1可以看出对于本研究所测量的11种痕量元素，按它们在PM₁₀中的分布特性可以分成3类：其一是以Hg为代表的含量随着细颗粒物粒径减小而增加的痕量元素，包括Hg，Ni，Cu，Zn，Pb，Cd和Ba；其二是以As为代表的质量分数随着细颗粒物粒径减小而减小的痕量元素，包括As，Mn和Sn；其三是在不同粒径的细颗粒物中质量分数均无明显差异的痕量元素如Sb。痕量元素在PM₁₀中的吸附行为涉及多个复杂的物理化学过程，既与痕量元素自身的性质有关，也与飞灰颗粒的形成过程有关，此外，烟气中的酸性气体如HCl，SO₂以及H₂O也可能会对痕量元素在PM₁₀中的吸附产生影响。

表1　不同痕量元素在PM₁₀中的含量(质量分数)

Table 1　Contents of different trace elements in PM₁₀    mg/kg

从痕量元素自身的性质来说，当煤炭颗粒在炉膛内燃烧破碎时，存在于外部矿物质和煤焦内的痕量元素也会随之挥发并与环境中的组分反应形成气态物质，随着烟气温度降低，气态的痕量元素通过均相成核、冷凝及吸附等方式富集在飞灰颗粒中；而对于没有挥发的部分痕量元素则直接包裹存在于飞灰或底灰中^[25]。因此，不难看出痕量元素的挥发性会对其在细颗粒物上的吸附特性产生影响。从表1可以看出：Hg在PM₁₀中的质量分数远远低于其他痕量元素质量分数，这是因为Hg作为常温下唯一的液态金属具有非常低的挥发温度，大部分Hg挥发成为气态物质被WFGD系统捕集或随烟气排入大气中，而对于挥发性较差的Ba，Mn和Zn等痕量元素在PM₁₀中的质量分数则相对较高且分布得更为均匀^[26]。从PM₁₀的形成过程来说，PM₁₀的形成过程十分复杂，包括难容矿物质的聚合、易挥发的碱金属及碱土金属蒸汽的凝结成核以及矿物质的破碎等^[27]。研究表明PM₁₀的主要成分为硅铝酸盐，即SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃及CaO等^[28]，这些矿物组分能够与烟气中的痕量元素反应从而生产颗粒态的痕量元素。对于不同粒径的细颗粒物，由于矿物组分含量存在差异而导致与其反应的痕量元素的分布可能出现差异。以As为例，有学者^[29]对PM₁₀中砷的含量与矿物组分分布以及PM₁₀粒径的关系进行了调查，发现As与含钙化合物作用时倾向于富集在粒径较大的颗粒上，而As与含铁铝化合物作用时则倾向于富集在粒径较小的颗粒上。

对于Hg来说，从测量结果可以看出PM₁₀中颗粒态Hg的质量分数随着粒径的减小而增大，而湍流团聚过程中PM₁₀的分级团聚效率也会随着粒径的减小而增大^[30]，意味着含有更多Hg的PM_1.0在湍流团聚过程中会有更高的脱除效率，这对于PM₁₀和Hg协同脱除无疑是十分有利的。对于其他的痕量元素，虽然由于挥发性较差导致其在PM₁₀中的分布较均匀从而无法体现出分级团聚效率的优势，但同样由于挥发性较差导致其在PM₁₀中的总含量大大增加，经过湍流团聚后依然能够实现协同脱除。虽然本文只着重研究了痕量元素在PM₁₀中的富集特性而没有测定其他大粒径的燃煤飞灰，但是结合大量的现场测试数据可知^[31-33]，相比于粒径大于20 μm的燃煤飞灰，烟气中的痕量元素总是倾向于富集在粒径更小的PM₁₀中，因此，控制颗粒态痕量元素的排放关键就是实现PM₁₀中痕量元素的有效脱除。综上所述，结合试验测量数据和相关文献研究结果，湍流团聚能够实现燃煤烟气中PM₁₀和痕量元素的协同脱除。

3  结论

1) 十字型和Z字型结构的扰流涡片能够产生良好的湍流效果，扰流涡片的数量需要达到4对以上才能保证湍动能的充分发展，50 mm行间距和75 mm列间距的扰流涡片具有最佳的湍流效果。

2) 湍流团聚能够有效降低烟气中PM₁₀的数量浓度且十字型和Z字型结构的涡片耦合作用时团聚效果更好。湍流装置应用于电除尘前能够有效提高电除尘对PM₁₀的脱除效率，其中电除尘对PM₁₀数量浓度的脱除效率从70%左右提高到90%左右，电除尘出口处PM₁₀数量浓度降低约50%。

3) PM₁₀中富集了多种痕量元素，因吸附过程和痕量元素挥发特性的差异导致不同种类的痕量元素在PM₁₀中具有不同的分布特性，但总体上都是集中富集在微米级和亚微米级的颗粒中。湍流团聚对细颗粒物具有良好的促进脱除效果，具备强化PM₁₀和痕量元素协同脱除的潜力。

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(编辑  杨幼平)

收稿日期： 2020 -10 -09; 修回日期： 2020 -12 -28

基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2018YFB0605102) (Project(2018YFB0605102) supported by the National Key R&D Program of China)

通信作者：段钰锋，教授，博士生导师，从事洁净煤发电和大气污染控制研究；yfduan@seu.edu.cn

引用格式： 申奥, 杨林军, 吴新, 等. 湍流团聚促进燃煤烟气中PM₁₀及痕量元素脱除的研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2021, 52(1): 106-115.

Citation: SHEN Ao, YANG Linjun, WU Xin, et al. Study on co-removal of PM₁₀ and trace elements in coal-fired flue gas enhanced by turbulent agglomeration[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2021, 52(1): 106-115.

摘要：提出利用湍流团聚的方法实现2种污染物(PM₁₀和痕量元素)的协同脱除。采用数值模拟优化湍流装置的结构，在燃煤热态试验平台上进行湍流团聚促进电除尘脱除PM₁₀的研究，同时测定PM₁₀样品中痕量元素的含量，发现PM₁₀粒径和痕量元素含量之间的关联。研究结果表明：不同结构的扰流涡片耦合作用对PM₁₀具有更好的团聚效果；湍流团聚使电除尘出口处PM₁₀的数量浓度降低了50%；由于反应过程的复杂性，具有不同挥发特性的痕量元素在PM₁₀中的含量有较大差异，Hg由于挥发性较强受到PM₁₀粒径的影响较大但总体含量较少，其他挥发性较差的痕量元素受PM₁₀粒径的影响较小但总体含量较多；湍流团聚能够通过促进PM₁₀的脱除实现颗粒态痕量元素的协同脱除。