烟囱除雾消白.pptx

01课题主要研究内容烟囱石膏雨、有色烟羽治理新技术-除雾屏风除雾屏风研究背景研究背景技术特点技术特点/技术原理技术原理试验结果试验结果与传统方式的性能及经济性比较与传统方式的性能及经济性比较安全性及使用寿命安全性及使用寿命 清华大学、华北电力大学、清华大学、华北电力大学、2017.122017.12研究背景1.火电厂湿法脱硫、煤改气后排放烟气中含大量水蒸气，导致火电厂湿法脱硫、煤改气后排放烟气中含大量水蒸气，导致大量淡水资源浪费、恶化城市景观、加剧雾霾形成大量淡水资源浪费、恶化城市景观、加剧雾霾形成2.烟囱除雾消白的意义除节水节能及景观方面的环境效益外，烟囱除雾消白的意义除节水节能及景观方面的环境效益外，还在于因其收集的水中含粉尘颗粒、硫酸盐、硝酸盐等等，还在于因其收集的水中含粉尘颗粒、硫酸盐、硝酸盐等等，对提高系统的除尘和脱硫脱硝效率的提高对提高系统的除尘和脱硫脱硝效率的提高3.无论是固体颗粒还是液体颗粒，在电磁流体场中存在相近的无论是固体颗粒还是液体颗粒，在电磁流体场中存在相近的运动行为，除尘和除雾同属流体力学多相流问题。清华大学运动行为，除尘和除雾同属流体力学多相流问题。清华大学流体力学一直是国家重点学科，流体力学实验室在流动控制流体力学一直是国家重点学科，流体力学实验室在流动控制和气固分离（除尘）及气液分离（除雾）方面做了大量针对和气固分离（除尘）及气液分离（除雾）方面做了大量针对工业应用的研究工作工业应用的研究工作研究背景4.课题组拥有我国第一项细微颗粒凝聚分离技术的发明专利及相关课题组拥有我国第一项细微颗粒凝聚分离技术的发明专利及相关专利专利5项，承担相关国家项目项，承担相关国家项目7项、其它项目项、其它项目6项。发现了多相项。发现了多相分离新原理、创造性地提出了分离新原理、创造性地提出了“颗粒汇颗粒汇”理论理论研究背景1)主持国家重点研发计划大气专项主持国家重点研发计划大气专项“洁净煤配套采暖炉具大气污染物减排技术研究洁净煤配套采暖炉具大气污染物减排技术研究”2017YFC02114022)负责国家科技支撑计划负责国家科技支撑计划“远洋船舶压载水物理净化处理技术远洋船舶压载水物理净化处理技术”2006BAC11B05 子课题子课题3)负责国家自然科学基金重点项目负责国家自然科学基金重点项目“快速畸变湍流的模式理论、数值模拟与实验研究快速畸变湍流的模式理论、数值模拟与实验研究”10932005子课子课题题4)负责国防预研负责国防预研“基于基于MEMS的新型流动控制技术研究的新型流动控制技术研究”513130601子课题子课题5)共同主持国家环保部规范编制共同主持国家环保部规范编制“火电厂除尘工程技术规范火电厂除尘工程技术规范HJ2039-2014”1453.1/3606)主持国家自然科学基金主持国家自然科学基金“电流体场中可吸入颗粒物双极荷电凝聚机理研究电流体场中可吸入颗粒物双极荷电凝聚机理研究”104720577)主持国家自然科学基金主持国家自然科学基金“降低流动压差阻力及旋风分离器减阻杆减阻机理研究降低流动压差阻力及旋风分离器减阻杆减阻机理研究”10172055研究背景5.在烟囱除雾消白应用的第一项凝聚理论及技术方面，发表论文在烟囱除雾消白应用的第一项凝聚理论及技术方面，发表论文40余篇，代表余篇，代表性性12篇。篇。1）An approximate expression for the coagulation coefficient of bipolarly charged particles in an alternating electric field,Journal of Aerosol Science,39(9),793-800,Sep 2008颗粒凝聚系数颗粒凝聚系数/气溶胶科学气溶胶科学2）EHD turbulent flow and Monte-Carlo simulation for particle charging and tracing in a wire-plate electrostatic precipitator,Journal of Electrostatics,66(3-4):130-141.MAR 2008颗粒荷电及其轨迹颗粒荷电及其轨迹/静电学静电学3）The effect of an external DC electric field on bipolar charged aerosol agglomeration,Journal of Electrostatics,65(2):82-86,FEB 2007外电场对气溶胶凝聚的影响外电场对气溶胶凝聚的影响/静电学静电学4）Effect of an external electric field on the charge distribution of electrostatic coagulation,Journal of Aerosol Science,37:1370-1377,OCT 2006静电凝聚电荷分布静电凝聚电荷分布/气溶胶科学气溶胶科学5）Tracking and Particle-wall Collision in a Wire-plate Electrostatic Precipitator,Journal of Electrostatics,63(11):1057-1071,SEP 2005颗粒轨迹和壁面效应颗粒轨迹和壁面效应/静电学静电学6）An analytical expression for the coagulation coefficient of bipolarly charged particles by an external electric field with the effect of Coulomb force,Journal of Aerosol Science,36(8):1050-1055,AUG 2005凝聚系数的解析表达凝聚系数的解析表达/气溶胶科学气溶胶科学研究背景7）A simple criterion for particle-wall adhesion in a wire-plate electrostatic precipitator,Journal of Aerosol Science,36:411-417,MAR 2005颗粒壁面碰撞的简单判据颗粒壁面碰撞的简单判据/气溶胶科学气溶胶科学8）Spectral analysis of uneven data in a bipolar charging agglomeration system,Chemical Engineering&Technology,28(1):72-77,JAN 2005双极凝聚数据的频谱分析双极凝聚数据的频谱分析/化学工程和技术化学工程和技术9）Applications of upwind and downwind schemes for calculating electrical conditions in a wire-plate electrostatic precipitator,Journal of Computational Physics,193(2):697-707,JAN20 2004上风和下风格式计算电场条件上风和下风格式计算电场条件/计算物理学计算物理学10）An analysis of a wire-plate electrostatic precipitator,Journal of Aerosol Science,33(11):1595-1600,NOV 2002线板静电除尘器分析线板静电除尘器分析/气溶胶科学气溶胶科学11）Integral Analysis of a Magnetic Field for an Arbitrary Geometry Coil With Rectangular Cross Section,IEEE transactions on magnetics,38(6):3589-3593,NOV2002磁场积分分析磁场积分分析/IEEE磁学磁学12）Collision and Coalescence of Alumina Particles in the Vertical Bending Continuous Caster,ISIJ International,42(7):717-725,2002氧化铝颗粒的碰撞和凝聚氧化铝颗粒的碰撞和凝聚/国际国际ISIJ研究背景6.在烟囱除雾消白应用的第二项在烟囱除雾消白应用的第二项“颗粒汇颗粒汇”分离理论及技术方面已发表权威论分离理论及技术方面，已发表权威论文文3篇篇利用扩散和相利用扩散和相对运动原理除对运动原理除霾的初步试验霾的初步试验研究研究.环境工程环境工程,2015,33(12):75-83亚微米颗粒在亚微米颗粒在汇作用下运动汇作用下运动机理的实验研机理的实验研究究.力学学报力学学报,2017,49(2):289-298研究背景Research into Haze Removal Method Based on Diffusion and Relative Motion,Aerosol and Air Quality Research,16(7):17571763,2016基于扩散和相对运动清除雾霾的方法研究基于扩散和相对运动清除雾霾的方法研究/气溶胶和空气气溶胶和空气质量研究质量研究主要获奖情况主要获奖情况2010，中国环境科学学会第八届优秀环境科技工作者奖，中国环境科学学会第八届优秀环境科技工作者奖2007，NT系列复合机理脱硫除尘一体化设备，教育部科系列复合机理脱硫除尘一体化设备，教育部科技进步二等奖技进步二等奖2006-3052006，中国环境科学学会第六届优秀环境科技工作者奖，中国环境科学学会第六届优秀环境科技工作者奖2005，旋风分离器减阻技术与工业应用，北京市科学技，旋风分离器减阻技术与工业应用，北京市科学技术奖三等奖术奖三等奖2004环环-3-002-012003，NT系列脱硫除尘一体化设备，系列脱硫除尘一体化设备，2003年国家重点环年国家重点环境保护实用技术境保护实用技术2003-B-0111995，高效旋风除尘器及其理论，国家科技进步三等奖，高效旋风除尘器及其理论，国家科技进步三等奖16-3-002-05主要社会兼职主要社会兼职中国环境科学学会理事中国环境科学学会理事中国空气动力学会流动显示专委会委员中国空气动力学会流动显示专委会委员国家自然科学基金委评审专家国家自然科学基金委评审专家国家科技部科技奖励评审专家国家科技部科技奖励评审专家国家教育部奖励基金评议专家等等国家教育部奖励基金评议专家等等 研究背景7.为防止烟气离开烟为防止烟气离开烟囱因温度降低出现囱因温度降低出现白雾，传统做法大白雾，传统做法大致有三类：致有三类：a）直接加热，使烟）直接加热，使烟气温度远远高于其气温度远远高于其含湿量对应的露点含湿量对应的露点温度温度b）直接或间接）直接或间接GGH换热换热c）混入大量干热空）混入大量干热空气气技术特点1.在烟囱出口上方，安装外观酷似铁笼子的除在烟囱出口上方，安装外观酷似铁笼子的除雾屏风，巧妙充分地利用大气的自然冷却能雾屏风，巧妙充分地利用大气的自然冷却能力。外形及结构根据现场情况，通过模拟计力。外形及结构根据现场情况，通过模拟计算和实验确定算和实验确定2.含水汽的烟气透过除雾屏风时，气态成分顺含水汽的烟气透过除雾屏风时，气态成分顺利通过、液态成分被阻留，水汽在丝网上凝利通过、液态成分被阻留，水汽在丝网上凝结成水滴流下，降低了系统耗水量结成水滴流下，降低了系统耗水量3.不必安装湿式电除尘器（因为湿电捕集粉尘不必安装湿式电除尘器（因为湿电捕集粉尘颗粒和液滴的功能在除雾屏风上都能体现），颗粒和液滴的功能在除雾屏风上都能体现），降低了系统阻力，降低了风机功率降低了系统阻力，降低了风机功率4.捕集的凝水中含粉尘颗粒、硫酸盐和硝酸盐捕集的凝水中含粉尘颗粒、硫酸盐和硝酸盐颗粒，提高了系统的除尘和脱硫脱硝效率，颗粒，提高了系统的除尘和脱硫脱硝效率，凝水纳入脱硫系统统一处理凝水纳入脱硫系统统一处理5.高开孔率、大缓冲空间，除雾屏风处在烟囱高开孔率、大缓冲空间，除雾屏风处在烟囱口外静压已是大气压的位置，因此不增加系口外静压已是大气压的位置，因此不增加系统阻力。运行稳定可靠，无需专人看管。统阻力。运行稳定可靠，无需专人看管。技术特点可有多种外观形式技术原理1.细微颗粒，包细微颗粒，包括括PM2.5固体颗固体颗粒和水雾的液体粒和水雾的液体颗粒，在电磁流颗粒，在电磁流体场中具有非常体场中具有非常相近的运动行为，相近的运动行为，存在浓度梯度可存在浓度梯度可使其无规则布朗使其无规则布朗运动变成定向迁运动变成定向迁移的特性，因而移的特性，因而无需风机管道等，无需风机管道等，便能净化远离净便能净化远离净化装置的空间，化装置的空间，使净化装置成为使净化装置成为“颗粒汇颗粒汇”a.before start-up the deviceb.after 3 minutesc.after 6 minutesd.after 10 minutes技术原理2.利用静电凝聚及吸附原理，可使穿越除雾屏风的雾滴荷电凝利用静电凝聚及吸附原理，可使穿越除雾屏风的雾滴荷电凝聚而被直接捕集聚而被直接捕集3.因除雾屏风的因除雾屏风的“颗粒汇颗粒汇”效应，即使透过除雾屏风的部分雾效应，即使透过除雾屏风的部分雾滴或透过除雾屏风才因进一步冷却由气态变成液态水分子、进滴或透过除雾屏风才因进一步冷却由气态变成液态水分子、进而凝聚成的雾滴，也能被再次反向吸附回到除雾屏风的丝网上而凝聚成的雾滴，也能被再次反向吸附回到除雾屏风的丝网上试验结果1.颗粒布朗运动的速度矢量及通、断电情况下的颗颗粒布朗运动的速度矢量及通、断电情况下的颗粒速度和浓度的测量结果如下图粒速度和浓度的测量结果如下图2.利用半个除霾纱窗模型水平放置时净化烟雾的视利用半个除霾纱窗模型水平放置时净化烟雾的视觉效果，模拟除雾屏风水平部分的工作情况觉效果，模拟除雾屏风水平部分的工作情况3.将该净化装置放置在一个约将该净化装置放置在一个约12平方米房间，房平方米房间，房间内燃烧消防演练用烟饼产生高浓度烟雾，从开间内燃烧消防演练用烟饼产生高浓度烟雾，从开启装置后测量启装置后测量PM2.5浓度变化情况（每分钟采集浓度变化情况（每分钟采集两个数据点）两个数据点）试验结果4.将将2之数据中取出浓度约从之数据中取出浓度约从500g/m3开始的部分，绘制开始的部分，绘制PM2.5浓度变化曲线图如下（每分钟采集两个数据点），由此可以看出，浓度变化曲线图如下（每分钟采集两个数据点），由此可以看出，无论是单面还是双面工作，一般情况下，该装置都能在无论是单面还是双面工作，一般情况下，该装置都能在30-40分分钟内把室内空气质量由重度污染变成优良。钟内把室内空气质量由重度污染变成优良。试验结果5.为判断除雾屏风周圈垂直部分的为判断除雾屏风周圈垂直部分的工作情况，特设计以加湿器水汽工作情况，特设计以加湿器水汽为净化对象的实验模型，水汽连为净化对象的实验模型，水汽连续排放时，装置通、断电时的情续排放时，装置通、断电时的情况况与传统方式的性能及经济性比较基于大量理基于大量理论研究、实论研究、实验测试、模验测试、模拟工况焓湿拟工况焓湿图计算、以图计算、以及除雾屏风及除雾屏风结构特点、结构特点、其冷表面对其冷表面对除雾、节水除雾、节水等综合分析，等综合分析，除雾屏风清除雾屏风清除水雾的效除水雾的效率约为率约为95%，可保证视，可保证视觉上看不到觉上看不到白色水雾白色水雾与传统方式的性能及经济性比较序 号序 号对比指标对比指标除雾屏风除雾屏风直接加热直接加热GGH混风混风1结构特点简单简单复杂复杂2运行时是否有堵塞情况无有有有3节水效果明显无略有无4制造成本低低高高5运行及维修成本低高高高6施工难度大小小小安全性及使用寿命1.除雾装置（除雾屏风）如同静电除尘器一样，虽然内部是高除雾装置（除雾屏风）如同静电除尘器一样，虽然内部是高电压，但外部没电，不存在触电风险电压，但外部没电，不存在触电风险2.装置是极高开孔率的笼式结构，自身重量很小、风载荷很小。装置是极高开孔率的笼式结构，自身重量很小、风载荷很小。另外，结构设计中也考虑了烟囱停运期间大雪、冰雹等极端另外，结构设计中也考虑了烟囱停运期间大雪、冰雹等极端天气情况天气情况3.装置没有运动部件，不存在磨损问题引发的突发性结构破坏装置没有运动部件，不存在磨损问题引发的突发性结构破坏4.采用高性能防腐材料及对支撑件采取最佳防腐，装置使用寿采用高性能防腐材料及对支撑件采取最佳防腐，装置使用寿命大于命大于10年年谢谢！谢谢！