劉天雨, 溫 昶,*, 邵宇浩, 劉恩澤, 潘祖明, 陳 晟, 徐明厚

(1.華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430074;2.武漢利康能源有限公司, 湖北 武漢 430074)

燃煤是中國(guó)大氣中PM2.5的重要來(lái)源之一[1,2]，對(duì)大氣PM2.5排放的貢獻(xiàn)率平均可達(dá)25%以上[3]。燃煤顆粒物是煤中含有的有毒有害物質(zhì)的重要載體，如Hg、As、Se、Pb等重金屬。煤燃燒過(guò)程中，重金屬高溫氣化后會(huì)隨著煙氣流動(dòng)，經(jīng)過(guò)鍋爐后在進(jìn)入除塵器的過(guò)程中溫度會(huì)顯著降低，使得部分重金屬迅速凝結(jié)在顆粒表面形成顆粒態(tài)重金屬，如未被除塵設(shè)備有效攔截則會(huì)造成顆粒物以及顆粒態(tài)重金屬的健康危害[4,5]。

目前，燃煤電廠主要通過(guò)各種除塵設(shè)備來(lái)脫除燃煤鍋爐產(chǎn)生的顆粒物，如靜電除塵器、布袋除塵器和濕式電除塵器等，但是上述除塵設(shè)備在減排細(xì)顆粒物時(shí)，均存在作用有限或者成本過(guò)高的問(wèn)題[6]。如靜電除塵器，對(duì)0.1-1 μm的顆粒捕捉效率較低，逃逸顆?？烧伎倲?shù)的15%以上[7]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在除塵器前加裝預(yù)處理裝置，通過(guò)物理或化學(xué)方法使小顆粒發(fā)生聚并[8]，增大顆粒物的平均粒徑，從而提高后續(xù)除塵設(shè)備的除塵效率是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。目前的聚并方式主要有：化學(xué)聚并、電聚并、聲波聚并、湍流聚并等。其中，湍流聚并方法簡(jiǎn)單易行，只需要對(duì)現(xiàn)有除塵設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，可以大規(guī)模推廣，而且可以與其他聚并方法耦合，達(dá)到更好的聚并效果，因此，是目前的研究熱點(diǎn)之一[9]。

湍流聚并的原理是：湍流會(huì)造成流場(chǎng)中存在旋渦，慣性小的小顆粒會(huì)隨著旋渦運(yùn)動(dòng)，慣性大的大顆粒則會(huì)直接穿過(guò)旋渦，這就使得小顆粒與大顆粒發(fā)生碰撞，黏附在大顆粒上。關(guān)于湍流聚并的效果已有較多學(xué)者研究，如章鵬飛等[10,11]發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)渦葉片間距為100 mm時(shí)，聚并效果最好；產(chǎn)渦葉片與煙氣來(lái)流的角度越接近90度，聚并效果越好，但是運(yùn)行阻力越大。楊陳好等[12]的研究表明，勺型葉片附近的湍流強(qiáng)度最高，因此，其顆粒物聚并效果最好，壓損也最大；產(chǎn)渦葉片行間距為120 mm時(shí)，旋渦耦合作用最強(qiáng)，聚并效率最高。陳冬林等[13-15]在300 MW燃煤鍋爐機(jī)組上加裝了聚并器并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聚并作用使直徑在2.65 μm以下的顆粒體積分?jǐn)?shù)降低了56.7%。

但是，目前針對(duì)湍流聚并技術(shù)的研究還比較局限，具體表現(xiàn)在大部分研究成果是通過(guò)數(shù)值模擬或者實(shí)驗(yàn)室小型臺(tái)架獲得的，結(jié)果與電廠現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在一定差別；已有的少量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)由于電廠改變參數(shù)比較困難，也只是在固定參數(shù)條件下進(jìn)行[14]，沒(méi)有深入探究產(chǎn)渦葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)聚并效果的影響。同時(shí)，重金屬富集在細(xì)顆粒物上，因此，湍流聚并對(duì)于脫除重金屬也有一定效果，但目前針對(duì)顆粒態(tài)重金屬協(xié)同脫除效果的研究報(bào)道還較少。

因此，本研究在某電廠330 MW鍋爐機(jī)組后端開(kāi)辟煙氣旁路加裝自主設(shè)計(jì)的復(fù)合聚并器，進(jìn)行了以湍流聚并原理為基礎(chǔ)的復(fù)合聚并中試研究，同時(shí)與數(shù)值模擬相結(jié)合，分析了復(fù)合聚并器對(duì)于顆粒物和顆粒態(tài)重金屬的影響作用以及煙氣流量變化對(duì)其的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在湖北某發(fā)電公司330 MW燃煤發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行，該機(jī)組在2004年投產(chǎn)，經(jīng)超低排放改造后煙塵質(zhì)量濃度低于3 mg/m3，SOx質(zhì)量濃度20-30 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度25-35 mg/m3。中試實(shí)驗(yàn)機(jī)組燃用煤種成分分析如表1所示。

表1 機(jī)組燃用煤種的元素分析和工業(yè)分析

在機(jī)組靜電除塵器之前的水平煙道上開(kāi)出旁路作為實(shí)驗(yàn)用中試系統(tǒng)。旁路中試系統(tǒng)包括煙道、復(fù)合聚并器、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)控制煙氣量為2000-3200 m3/h。煙氣經(jīng)小型布袋除塵器除塵后再引回機(jī)組主煙道后送入靜電除塵器。未安裝聚并器的情況下，除塵前煙氣溫度約127.7 ℃，除塵后溫度約95.5 ℃；除塵前平均流速約為12.3 m/s，除塵后為12.6 m/s；除塵前的PM10質(zhì)量濃度為1500-2000 mg/m3。圖1為旁路中試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。

圖1 復(fù)合聚并中試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

復(fù)合聚并器為產(chǎn)生顆粒物聚并長(zhǎng)大效果的主要部件，在此旁路下加工的總長(zhǎng)度為2100 mm，高度為312 mm。擾流葉片沿長(zhǎng)度方向設(shè)置了11排，前四排擾流葉片間距為160 mm，后七排間距為140 mm；沿高度方向布置了八個(gè)擾流葉片。復(fù)合聚并器可拆下取出，從而可以通過(guò)布袋除塵器除塵效率對(duì)比安裝聚并器前后，對(duì)顆粒物和顆粒態(tài)重金屬的聚并脫除效果。

復(fù)合聚并器內(nèi)的聚并包括了湍流聚并過(guò)程和壁面回流區(qū)吸附過(guò)程。當(dāng)流場(chǎng)中存在漩渦時(shí)，超細(xì)顆粒會(huì)隨著漩渦旋轉(zhuǎn)，而大顆粒會(huì)因慣性作用穿過(guò)漩渦，這一過(guò)程中小顆粒就會(huì)與大顆粒發(fā)生碰撞后附著在大顆粒上產(chǎn)生一定的聚并。同時(shí)，在擾流葉片后方的回流區(qū)區(qū)域，大量的細(xì)顆粒會(huì)聚集于此，因壁面速度的降低會(huì)使顆粒吸附在壁面上并相互作用而產(chǎn)生聚并。聚并原理示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 流經(jīng)擾流葉片的復(fù)合聚并原理示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)值模擬

用于數(shù)值模擬的聚并器模型進(jìn)行了一定簡(jiǎn)化，忽略了聚并器管道及產(chǎn)渦葉片的厚度，忽略了連接處的細(xì)微結(jié)構(gòu)，尺寸與中試試驗(yàn)所用的復(fù)合聚并器一致。為了提高計(jì)算精度和收斂速度，聚并器模型采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并且在葉片周圍局部加密，網(wǎng)格質(zhì)量均在0.6以上，網(wǎng)格數(shù)目為1.3×106萬(wàn)個(gè)。

模擬過(guò)程參考了部分學(xué)者的相關(guān)研究[10-12]，首先獲得聚并器內(nèi)連續(xù)相的收斂流場(chǎng)：使用Realizable k-ε模型，壁面函數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)；入口采用平均速度入口，湍流強(qiáng)度設(shè)置為10%；出口設(shè)置為outflow自由出流；壁面設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)無(wú)滑移壁面。壓力和速度的耦合模型采用SIMPLE算法，壓力、湍動(dòng)能、湍流耗散率均采取二階迎風(fēng)格式。待殘差收斂到10-6以下時(shí)停止計(jì)算，此時(shí)已獲得穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)。

然后進(jìn)行顆粒相的非穩(wěn)態(tài)計(jì)算：湍流模型采用Delayed DES方法，離散相采用導(dǎo)入的顆粒群(parcel)模型，一共有1.31×103個(gè)顆粒群，每個(gè)顆粒群中包含200個(gè)性質(zhì)相同的顆粒，因此，進(jìn)口顆粒物共2.62×105個(gè)顆粒數(shù)。與實(shí)際情況相比，小顆粒減少了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但仍然可以模擬出碰撞聚并的效果?？紤]顆粒受到的Saffman升力和Stokes阻力，不考慮顆粒的破碎，顆粒之間只要發(fā)生碰撞并且符合聚并條件，就會(huì)自動(dòng)生成更大的顆粒，體積為碰撞前兩個(gè)顆粒的體積之和，且不會(huì)再次分裂。

采用隨機(jī)軌道模型Discrete Random Walk Model跟蹤這些顆粒。RANS模擬需要時(shí)間步長(zhǎng)足夠小，因此，設(shè)置為0.0002 s。時(shí)間步長(zhǎng)數(shù)目設(shè)置為1500(即流動(dòng)時(shí)間為0.3 s)，保證有足夠的時(shí)間對(duì)出口顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均(顆粒物只需0.13 s就能從進(jìn)口流到出口)，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的最大迭代步數(shù)設(shè)置為20步能保證在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的計(jì)算結(jié)果都相對(duì)準(zhǔn)確。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)取樣點(diǎn)分別在聚并前、聚并后和布袋除塵器后。通過(guò)嶗應(yīng)3012H型煙塵采樣儀對(duì)布袋除塵器入口(聚并后)和出口煙氣中的總飛灰進(jìn)行采樣分析，用以研究安裝聚并器后對(duì)顆粒物的減排效果。采集過(guò)程中首先將取樣槍放入煙道中心位置等速引出煙道中的飛灰，隨后煙塵被送入煙塵采樣儀并通過(guò)玻璃纖維濾筒收集。對(duì)聚并前后收集的總灰進(jìn)行掃描電鏡(RISE, ZEISS Sigma 300)和激光粒度分析(LPSA，Malvern Panalytical，Mastersizer 2000)以觀察聚并效果。激光粒度分析采用干法制樣，這是由于常規(guī)濕法制樣需要用磁子對(duì)顆粒物進(jìn)行攪拌，可能導(dǎo)致制樣過(guò)程中細(xì)顆粒黏附在大顆粒上致其長(zhǎng)大或致使顆粒破碎，從而破壞了對(duì)聚并效果的觀測(cè)。

采用低壓撞擊器對(duì)本實(shí)驗(yàn)的顆粒物和顆粒態(tài)重金屬進(jìn)行取樣和收集。取樣系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3，由取樣槍、旋風(fēng)分離器(cyclone，SAC-65，Dekato Co)、低壓撞擊式顆粒物采樣儀(low pressure impactor，LPI，Dekati Co)、加熱帶、壓力表(LEO-2，Keller Co)和真空泵(SV-25B，Leybold Co)構(gòu)成。取樣槍伸至煙道截面中心點(diǎn)，在采樣系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的作用是將空氣動(dòng)力學(xué)直徑大于10 μm的顆粒物切割分離。LPI包含13級(jí)采樣板，將PM10(空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于等于10 μm的顆粒物)按顆粒粒徑大小順序收集在不同級(jí)的膜片上，所采集的粒徑為0.03-10 μm。采樣過(guò)程中，首先利用加熱帶將取樣槍和LPI取樣系統(tǒng)包裹嚴(yán)密，將取樣系統(tǒng)加熱至130 ℃后保溫30 min，以消除取樣過(guò)程中煙氣內(nèi)高水分對(duì)取樣質(zhì)量的影響。真空泵的抽氣流量為10 L/min。

圖3 顆粒物采樣系統(tǒng)示意圖

LPI系統(tǒng)采集顆粒物的膜有兩種，鋁膜和聚碳酸酯膜(Whatman Co.)。通過(guò)百萬(wàn)分之一精密天平(MSA6.6S-0CE-DF，Sartorius Co.)稱量采樣前后膜片的質(zhì)量，由此獲得顆粒物的采集質(zhì)量和粒徑分布。實(shí)驗(yàn)前需在鋁膜上涂抹高溫阿皮松脂以減少顆粒物被膜片收集過(guò)程中的反彈效應(yīng)。收集于聚碳酸酯膜上的顆粒物樣品分析顆粒物化學(xué)組成、重金屬分布等信息。進(jìn)行顆粒態(tài)重金屬的測(cè)試時(shí)，將顆粒物樣品在微波消解儀(意大利Milstone, Ethos E)中消解，采用常規(guī)體系HNO3/HF/H2O2(6/2/2)之后將消解溶液定容，消解液在電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)中進(jìn)行重金屬含量測(cè)試，載氣使用氬氣。更為細(xì)致的采樣系統(tǒng)可參考文獻(xiàn)[16,17]。

2 結(jié)果與討論

2.1 優(yōu)選擾流葉片形狀的數(shù)值模擬

首先針對(duì)聚并器使用的幾種典型的葉片類型(如圖4)：直葉片、折葉片、彎葉片，進(jìn)行了流場(chǎng)分布和顆粒物聚并效果的模擬研究，以優(yōu)選用于中試實(shí)驗(yàn)復(fù)合聚并器的葉片類型。采用控制變量法，保持除葉片類型之外的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)一致，葉片迎流角度統(tǒng)一設(shè)置為45°，葉片間距統(tǒng)一設(shè)置為160 mm。

圖4 數(shù)值模擬使用的擾流葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)

聚并器的壓力損失和出口速度均勻性是衡量其工作效果的重要指標(biāo)：壓力損失越大，引風(fēng)機(jī)就要付出更多功率；出口速度越不均勻，越不利于下游除塵設(shè)備維持除塵效率。由圖5可知，直葉片壓力損失最大，彎葉片相比于直葉片有所降低，折葉片壓力損失最小。原因是由于直葉片和彎葉片正對(duì)煙氣來(lái)流的面積基本相等，均比折葉片大，因此，壓力損失也大；折葉片由于遮擋來(lái)流面積減小，因此，壓力損失相比其他兩種葉片減少很多，僅為彎葉片的1/2。三種葉片的速度均勻性指數(shù)均較高，說(shuō)明葉片設(shè)計(jì)較為合理。整體來(lái)看，葉片迎流面積對(duì)壓力損失有很大的影響，折葉片由于其特殊結(jié)構(gòu)可以兼具擾流效果強(qiáng)且迎流面積小的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 復(fù)合聚并器不同葉片的壓力損失及出口速度均勻性

圖6所示的模擬結(jié)果顯示各類型葉片均能有效促進(jìn)顆粒的聚并，尤其是對(duì)于PM1有良好的聚并效果。

圖6 復(fù)合聚并器不同葉片的顆粒物聚并率

直葉片和彎葉片的曲線幾乎重合，說(shuō)明兩者聚并效果比較接近，且對(duì)于0.5 μm以內(nèi)的超細(xì)顆粒物聚并率略高于折葉片。然而，對(duì)于PM1，彎葉片、直葉片、折葉片計(jì)算得到的聚并率分別為28.99%、26.88%、26.15%，三者差別不大；并且，對(duì)于1 μm以上的顆粒物，折葉片聚并效果好于另外兩種葉片。因此，綜合考慮壓力損失、速度均勻性以及顆粒物聚并效果，優(yōu)選折葉片作為中試實(shí)驗(yàn)的葉片類型。

2.2 復(fù)合聚并器對(duì)顆粒物聚并效果的實(shí)驗(yàn)與模擬

首先觀察中試實(shí)驗(yàn)聚并前后細(xì)顆粒物的微觀形貌，從圖7可以觀測(cè)到，聚并前細(xì)顆粒物表面僅存在少量超細(xì)顆粒，這是煙氣在流動(dòng)過(guò)程中顆粒之間發(fā)生少量碰撞形成的自然結(jié)果。而對(duì)于聚并后相似粒徑的顆粒物，其表面存在著大量的呈現(xiàn)聚集狀態(tài)的超細(xì)顆粒。Johnson等[18]的研究表明，顆粒間結(jié)合的主要作用力為范德華力、靜電力和萬(wàn)有引力。當(dāng)顆粒粒徑變小，范德華力的作用會(huì)變強(qiáng)并最終起主導(dǎo)作用；對(duì)于同樣粒徑的顆粒隨著相互間距離的減小，范德華力也會(huì)增強(qiáng)并最終起主導(dǎo)作用。因此，復(fù)合聚并過(guò)程增強(qiáng)顆粒擾動(dòng)，使得小顆粒間距變小，相互碰撞，增強(qiáng)的范德華力導(dǎo)致了明顯的聚并效果。

圖7 聚并前后細(xì)顆粒物的微觀形貌

通過(guò)分析圖8得知，聚并后1-10 μm的顆粒體積分?jǐn)?shù)明顯高于聚并前。這一結(jié)果證實(shí)了聚并作用促使超細(xì)顆粒長(zhǎng)大，產(chǎn)生了更多該粒徑段的顆粒物?？傮w上1-20 μm粒徑段顆粒物的比例在聚并后明顯增多，體積占比由44%增加到55%，體現(xiàn)了對(duì)超細(xì)顆粒物聚并的良好效果。

圖8 聚并前后總灰的粒徑分布

圖9為三個(gè)流速下聚并前后采樣點(diǎn)收集顆粒物的質(zhì)量-體積濃度粒徑分布圖，顯示了各流速下復(fù)合聚并器對(duì)PM10的聚并效果。

圖9 聚并前后PM10的粒徑分布

圖9顯示電廠燃燒生成的顆粒物(聚并前)呈經(jīng)典的雙峰分布，亞微米顆粒物的峰值在0.6 μm附近，超微米顆粒物的峰值在6-8 μm。各流量下，復(fù)合聚并器對(duì)PM10均起到了一定的聚并效果，尤其是對(duì)于PM1。

表2 不同煙氣流量下復(fù)合聚并器對(duì)顆粒物的聚并效率

隨著聚并器入口煙氣流量的增加，一方面，可以增大流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度和產(chǎn)渦效果，有利于增加顆粒物的碰撞次數(shù)，提高聚并效果；另一方面，隨著流量的增大，顆粒物在凝并區(qū)的停留時(shí)間縮短，造成凝并區(qū)的顆粒物濃度降低，使得凝并效果變差。從表1所示本研究實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果來(lái)看，隨著流量的增加，PM2.5聚并率都呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，說(shuō)明了流量增加導(dǎo)致顆粒停留時(shí)間縮短，造成了顆粒物聚并率的下降。而對(duì)于PM1來(lái)說(shuō)，圖9可以較明顯地觀察到在較低流量下(-11 m/s)，主要是濃度較高的0.2-0.6 μm粒徑段的超細(xì)顆粒物發(fā)生了明顯的聚并；流量增加到13.4 m/s后，超細(xì)顆粒物聚并程度增強(qiáng)，1 μm以下粒徑段都發(fā)生了明顯的聚并；隨著流量增加到17.6 m/s，顆粒停留時(shí)間較短造成了顆粒碰撞頻率減少，超細(xì)顆粒長(zhǎng)大到0.2-0.6 μm粒徑段后未能進(jìn)一步長(zhǎng)大就到達(dá)聚并器出口，造成了PM1聚并率的明顯減小。

2.3 復(fù)合聚并器對(duì)顆粒態(tài)重金屬的協(xié)同作用

本研究還關(guān)注了復(fù)合聚并器對(duì)顆粒態(tài)重金屬As、Se、Pb的協(xié)同作用。電廠用煤中這三種重金屬的含量分別為4.59、0.89、21.46 μg/g；而與之對(duì)應(yīng)的，總灰中這三種重金屬的含量分別為11.92、5.26、74.14 μg/g，分別增加了2.6倍、5.9倍、3.5倍，顯示了顆粒態(tài)重金屬的富集效應(yīng)。

針對(duì)聚并前后總灰的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖10。在11.1 m/s流量下，聚并后總灰中As、Pb、Se的含量均有所增加，證明了聚并過(guò)程增強(qiáng)煙氣流場(chǎng)的擾動(dòng)，有利于煙氣中氣態(tài)重金屬與顆粒物的接觸，從而將部分氣態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為了顆粒態(tài)重金屬。這一現(xiàn)象在Chen等[13]針對(duì)Hg的現(xiàn)場(chǎng)研究中已有發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)安裝聚并器后除塵器收集飛灰中的Hg含量比未裝聚并器前平均增加了26.4%。聚并過(guò)程將氣態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)重金屬，從而有利于被后續(xù)除塵設(shè)備脫除后減少重金屬對(duì)環(huán)境的污染。

圖10 聚并前后總灰中As、Se、Pb濃度

同時(shí)，隨著煙氣流量從11.1 m/s增加到17.6 m/s，聚并后重金屬含量?jī)H有少量增加或未增加，證明了過(guò)大的煙氣流量使得煙氣和顆粒物在復(fù)合聚并器內(nèi)停留時(shí)間較短、碰撞速率較快，不利于氣態(tài)重金屬向顆粒物表面的沉積。

進(jìn)一步針對(duì)顆粒物進(jìn)行重金屬分析，發(fā)現(xiàn)如圖11所示的聚并后As、Pb、Se都極大程度地富集在了1 μm以內(nèi)的超細(xì)顆粒物上，導(dǎo)致了PM1中重金屬含量的明顯增加。

圖11 聚并前后PM10中As、Se、Pb含量

PM1內(nèi)的As、Se、Pb含量分別由53.4、223.7、148.5 μg/g增加到63.7、250.2、193.1 μg/g；而對(duì)于PM1-10則幾乎沒(méi)有增加，僅有Pb少量增加。因此，聚并后重金屬在PM1上的富集程度是明顯高于PM10和總灰的。聚并后PM1內(nèi)重金屬含量明顯增加的原因可能有兩點(diǎn)：一是顆粒物粒徑越小，比表面積越大，PM1提供了可與煙氣中氣態(tài)重金屬充分接觸的較大的比表面積，并增加了對(duì)于氣態(tài)重金屬的物理吸附；二是由于LPI收集的是0.03 μm以上的顆粒物，聚并前未被LPI收集到的低于0.03 μm的納米級(jí)顆粒物在經(jīng)過(guò)聚并器后很多被聚并長(zhǎng)大，從而在聚并后被LPI收集到，其上富集的較高含量的重金屬就會(huì)出現(xiàn)在聚并后各級(jí)顆粒物上。綜合考量復(fù)合聚并器對(duì)PM1的聚并長(zhǎng)大作用和對(duì)重金屬在PM1上的富集作用，如圖12所示PM1內(nèi)的As、Se、Pb絕對(duì)質(zhì)量濃度分別由1.81、7.56、5.02 μg/m3減少到1.54、6.06、4.68 μg/m3，分別降低了14.9%、19.8%、6.8%，顯示了聚并后可以通過(guò)除塵器脫除PM1的同時(shí)協(xié)同脫除主要由氣態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化而來(lái)的顆粒態(tài)重金屬。

圖12 聚并前后PM1中As、Se、Pb絕對(duì)質(zhì)量濃度

3 結(jié) 論

數(shù)值模擬考察了復(fù)合聚并器三種擾流葉片類型(直葉片、折葉片、彎葉片)的壓力損失、出口速度均勻性和顆粒物聚并效果，優(yōu)選折葉片作為中試實(shí)驗(yàn)葉片種類。

顆粒物微觀形貌可觀察到超細(xì)顆粒在大顆粒表面的明顯富集，復(fù)合聚并器對(duì)PM1的聚并率可達(dá)32.84%，隨著流量的增加，PM2.5聚并率呈現(xiàn)一定下降趨勢(shì)，顯示現(xiàn)場(chǎng)使用的煙氣流量不宜過(guò)大。

聚并過(guò)程增強(qiáng)了對(duì)氣態(tài)重金屬的吸附，也會(huì)聚集富含重金屬的納米級(jí)顆粒物，從而造成PM1中重金屬濃度的增加；聚并后PM1內(nèi)的As、Se、Pb絕對(duì)濃度均有所降低，顯示了聚并后可以通過(guò)除塵器脫除PM1的同時(shí)協(xié)同脫除主要由氣態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化而來(lái)的顆粒態(tài)重金屬。