基于过滤增强的细颗粒物协同脱除机理和方法.pptx

1、基于过滤增强的细颗粒物协同脱除机理和方法主要内容u计划任务完成情况u研究水平与创新性u实施效果u人才培养、合作交流、数据共享等方面u经费使用情况3研究对象:盯住固定源和移动源两个尾端,针对高湿烟气环境中细颗粒物，寻求协同脱除机理和新方法总体目标：增强PM2.5脱除6.基于过滤增强的细颗粒物协同脱除机理和方法计划研究内容与预期目标计划研究内容与预期目标n 研究内容：1.静电作用下细颗粒沉积行为和机制研究；2.不同静电和过滤条件下荷电颗粒过滤/清灰过程的机理研究；3.静电收集和袋式过滤协同脱除 PM2.5 的研究；4.催化剂表面物理化学特征对移动源多种污染物脱除性能的影响；5.移动源细颗粒物和气态

2、污染物协同脱除的集成和优化准则研究。n 预期目标1.针对细颗粒物在过滤体内迁移、沉积及分离的过程，建立颗粒间长 短程相互作用以及外场协同作用的细颗粒动力学理论；2.建立并发展固定源静电增强过滤PM2.5协同脱除的理论基础，以及获得可实现多场耦合协同脱除PM2.5的控制方法；3.建立并发展移动源碳质细颗粒物与气态污染物共同脱除的理论基础，以及获得可实现移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除系统的控制方法。固定源:静电+过滤移动源:反应+过滤研究达到的目标研究达到的目标1.建立建立了多场作用下细颗粒多相流理论体系了多场作用下细颗粒多相流理论体系2.形成了细颗粒物高效脱除与协同控制的理论基础形成了细颗粒

3、物高效脱除与协同控制的理论基础3.发展发展了了多场耦合协同脱除多场耦合协同脱除PM2.5的新方法的新方法论文论文已完成：已完成：63篇，篇，SCI收录收录44篇，篇，EI收录收录18篇篇（同时收录只计（同时收录只计SCI）任务书：任务书：40篇篇,SCI收录收录15-20篇篇 发明专利发明专利已授权已授权8项，正在受理项，正在受理4项项任务书：任务书：3-4项项著作著作 标准标准出版专著出版专著1本本（剑桥大学出版社）（剑桥大学出版社），参与国家标准制订参与国家标准制订1项项获奖获奖获得国家级优秀人才支持计划获得国家级优秀人才支持计划1项项参与国家科技进步二等奖参与国家科技进步二等奖1项项国际

4、会议国际会议特邀报告特邀报告6个，口头报告个，口头报告27个个课题预期目标完成情况课题预期目标完成情况主要内容u计划任务完成情况u研究水平与创新性u实施效果u人才培养、合作交流、数据共享等方面u经费使用情况7二、研究水平及创新性二、研究水平及创新性基于过滤增强的耦合式电袋脱除方法移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除方法5个研究内容静电作用物理过滤化学反应干湿结合的新型电除尘脱除方法 静电作用下细颗粒沉积行为和机制研究 不同静电和过滤条件下荷电颗粒过滤机理研究 静电收集和袋式过滤协同脱除 PM2.5 的研究 催化剂表面特征对移动源多种污染物脱除性能的影响；移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除的集成和

5、优化8主要研究内容任务的内在逻辑主要研究内容任务的内在逻辑固定源 移动源 相互支持，系统积累后继续深化课题四课题一/二(A)微米颗粒与表面相互作用的微观实验测量9内容1：静电作用下微米细颗粒沉积行为的机理研究法向：得到临界粘附力与相对湿度的关系 测量得到计算所需关键参数表面能切向：湿度增大之后，摩擦力由 载荷控制转变为载荷-粘附控制120(for RH=24%)(for RH=80%)TNTNfkFfkFf1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究ddd湿度环境影响：湿度环境影响：粘附力增大作用距离无明显变化液膜液膜存在：粘附力增大作用距离增大33/20044neCFaaFaaJKR模型适用

6、：liquid2cospfFrG Marshall JS,Li SQ.Adhesive particle flow:a discrete-element approach.Cambridge University Press,201410(A)微米颗粒与表面相互作用的微观实验测量1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究11在准静态微观作用力实验基础上，建立颗粒-湿壁面动态接触力模型，预测颗粒碰撞恢复系数、能量耗散大小等参数。pgsabddmdtvFFF+FF343grFg2sinsinsr vFv133(3cos2)6afdrcosdt vF321(2+cos)(1cos)3bfr Fg2

7、1(sin)|2ddfCr Fv v26lrrhhvF(B)颗粒-湿壁面相互作用机理曳力作用占主导1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究12实验观测了颗粒-湿壁面碰撞过程中的动态液桥变化，发现了新的标度律准则。中、低粘度液体hrup*随Fr的变化规律图对于中、低粘度液体，其断裂距离与Fr成正比；对于高粘度液体，液桥断裂距离与毛细数Ca成正比，进而指出由Pitois等(2001)提出的液桥断裂模型不适用于动态情形。高粘度液体hrup*与毛细数Ca呈线性关系(B)颗粒-湿壁面相互作用机理1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究13颗粒撞击液面示意图考虑液滴对颗粒的捕集，建立颗粒-液滴碰撞

8、模型，构建颗粒-液滴撞击相图。随颗粒粒径增大，会经历震荡、反弹和沉没模式pgsabddmdtvFFF+FF颗粒下落位移与受力大小关系图重力表面力浮力曳力1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究(C)颗粒-液滴相互碰撞作用机理沉没回缩填塞滑移14Re=300和Re=500时两种St数下的颗粒沉积分布。惯性机制01234567890.30.40.50.60.70.80.91.0Inertial efficiency Deformed 4.0 mm Spherical 4.0 mm Deformed 3.5 mm Spherical 3.5 mm Deformed 3.0 mm Spherica

9、l 3.0 mm Deformed 2.5 mm Spherical 2.5 mm Deformed 2.0 mm Spherical 2.0 mm St热泳机制随着Re的增加，热泳捕集效率减小；随着温差的增大，热泳捕集效率增加。其相对偏差随着温差的增加先减小后增加，随着Re的增加而逐渐增加。考虑惯性和热涌两种机制，发展了液滴捕集颗粒的效率预测公式。(C)颗粒-液滴相互碰撞作用机理1-1 高湿环境下细颗粒间相互作用的实验研究151-2 长程-短程作用下细颗粒群离散动力学模拟(DEM)颗粒碰撞过程中的能量耗散途径临界速度与碰撞角度的关系基JKR粘附接触理论，建立颗粒接触的三维动力学模型，特别考虑

10、了滚动或滑动摩擦力等能量耗散机制，得到颗粒碰撞的详细信息；预测颗粒发生粘附的临界碰撞速度和颗粒表面能、颗粒尺寸以及碰撞几何参数之间的关系，推导出临界粘附速度的通用表达式。S.Chen et al.,Powder Technology,2015 300021,1PCNPCCPrVf brVf bVr(A)基于粘附接触理论的颗粒碰撞临界速度研究16(B)微观尺度细颗粒沉积动力学及统计力学表征2AdppWU dW.Liu,et al.,Soft Matter,2015Li&Marshall,J.Aerosol.Sci.,2007无粘性颗粒堆积区域粘性颗粒堆积区域细颗粒堆积结构的相图：颗粒粒径，速度和

11、表面能的综合效应可以用无量纲无量纲粘附粘附数数（AdAd）来归一表征，其定义为：1-2 长程-短程作用下细颗粒群离散动力学模拟(DEM)Rev.of Modern Physics,2017,相图和Ad数成段引用细颗粒堆积特征由无无量纲量纲粘附粘附AdAd数数（AdAd）和摩擦系）和摩擦系数来决定数来决定17W.Liu et al.,Powder Technology,2016几何填充效应与粘性效应的竞争机制常识：由于几何效应，双粒径的大颗粒会增加堆积密度；小颗粒粒径在10m左右时堆积密度随组分浓度变化呈现单调下降趋势。1-2 长程-短程作用下细颗粒群离散动力学模拟(DEM)(C)双粒径颗粒堆积

12、结构研究18微细颗粒，堆积密度随着粒径标准差先上升后下降；较大颗粒，堆积密度随粒径标准偏差几乎不变；局部堆积密度与粒径存在归一关系，和平均粒径相关；1-2 长程-短程作用下细颗粒群离散动力学模拟(DEM)(D)多分散颗粒(实际)堆积结构特征颗粒结构的准确表征为下一步流场和电场等计算提供了基础电场：边界元+多级展开19M.Yang et al.,Journal of Aerosol Science,20151-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究FBEAdmdtvFFFFFEAdIdtMMMDEM控制方程线性spring-dashpot-slider模型流体作用0,arg (FM)(BEM

13、)surface cheParticlesEEEECFD方法更新流场 颗粒-颗粒作用力 颗粒-电场相互作用 颗粒-流场相互作用(A)静电场、流场中双向耦合(DEM-CFD)计算方法离散元动力学离散元动力学(DEM):范德华力DEM和静电力的耦合改进的镜像边界元方法改进的镜像边界元方法(BEM):流场内宏观物体表面的极化作用外外电场电场 E0多极展开方法多极展开方法(FM):颗粒库仑力、极化力对电场贡献0,arg (FM)(BEM)surface cheParticlesEEEE,0()xB iS2314-精确解 传统BEM 改进的BEMPhys.Rev.E 2016,94;063108;Sof

14、t Matter 2016,12:1836.20p 细颗粒静电力建模：难题 (1)长程作用：难截断 (2)叠加性：复杂场方法Aranson,Rev.Mod.Phys.,2006改进边界元方法1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(A)静电场耦合颗粒动力学的场方法21M.Yang et al.,Journal of Aerosol Science,20150Ujviuivju曳力,6fp iiir Fvuiu颗粒间作用力CF颗粒速度与位置ivix0,1,2,.,iijpijjj ijriNvuuUx xxOseen动力学方程11,111,0,kiiODijp jjjODijp jjjkj

15、ikj iNrr uUxxxvuxxvu类Gauss-Seidel迭代方法流场速度外场力EF颗粒运动ODDEM沉积边界层内介尺度颗粒动力学方法沉积边界层内介尺度颗粒动力学方法占位置未知量已知量“反弹”隐式求解DEM求解颗粒运动1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(B)DEM/Oseen动力学结合的介尺度颗粒动力学方法22A:穿透加强C:更易离开B:往复变弱不同St数下颗粒团迁移结构对比红色:EBM传统算法蓝色:FDS全动力学算法颗粒相对运动结论：颗粒惯性对迁移形态有重要影响，使得颗粒团拉长，颗粒更易离开颗粒团1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(C)过滤过程中颗粒迁移-堵塞

16、-沉积规律研究自然颗粒群迁移规律23q34j ijCouliiij ifijqqqrrFES.Chen et al.,Soft Matter,2016电除尘驱进速度自然颗粒团迁移时会发生扁化-膨胀-破碎成多个子颗粒团；荷电颗粒团由于颗粒间库伦斥力，使得细颗粒团能够稳定维持其形状，更接近势流特征。电厂场颗粒群驱进速度不是定值，是一个分布，提供了静电场中颗粒驱进速度预测的理论基础荷电颗粒团迁移1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(C)过滤过程中颗粒迁移-堵塞-沉积规律研究荷电颗粒群迁移规律223012qffpqd U 粘附数Ad增大，过滤进入堵塞期、颗粒层过滤期的时间提早，堵塞期持续的时

17、间缩短较大的粘附数Ad有利于过滤，但过大的Ad数反而限制了颗粒链的倒伏,带来不利。S.Chen et al.,Soft Matter,2016堵塞后颗粒形貌0100020003000400050000.00.20.40.60.81.01.2过滤效率颗粒沉积数(#)Ad=16 Ad=40 Ad=1601-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(D)过滤过程中颗粒迁移-堵塞-沉积规律研究自然颗粒堵塞规律库伦斥力的存在，能够延迟甚至完全阻碍堵塞；发现了临界荷电参数Kq，作为实际设计荷电颗粒过滤的重要参数。荷电颗粒堵塞机制荷电颗粒堵塞机制颗粒捕集效率演化颗粒捕集效率演化S.Chen et al.,

18、Soft Matter,2016荷电颗粒堵塞规律1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(D)过滤过程中颗粒迁移-堵塞-沉积规律研究223012qffpqd U *22*0Ad=(1)PeffPPPUrUE r*22400effPPEKqU r与自然颗粒相比，荷电颗粒沉积形成的颗粒层较为疏松（配位数小，堆积密度低）；利用修正后的粘附数Ad，能够很好地归一不同工况条件下的沉积结构。W.Liu,et al.,Soft Matter,2017配位数自然颗粒荷电颗粒堆积密度1-3 微米颗粒在纤维等不同过滤体沉积机理研究(E)过滤过程中颗粒迁移-堵塞-沉积规律研究自然/荷电颗粒沉积规律纤维过滤槽道

19、27自然荷电极化颗粒链长度和颗粒沉积量：极化自然荷电颗粒沉积速度：初始阶段：荷电自然后期阶段：自然荷电内容2：不同静电和过滤条件下颗粒过滤机理研究2-1 微米颗粒在纤维表面等不同过滤体上沉积机理研究(A)单纤维颗粒过滤机理研究外电场对过滤体极化282-1 微米颗粒在纤维表面等不同过滤体上沉积机理研究(B)不同种类工业滤料的过滤机理研究ABCA 清洁滤料清洁滤料B 堵塞堵塞C 颗粒层过滤颗粒层过滤普通滤料ABCA 清洁滤料清洁滤料B 颗粒层过滤颗粒层过滤C 颗粒层过滤颗粒层过滤覆膜滤料覆膜滤料颗粒不会进入纤维内部，易清灰，也易跟电场协同清洁滤料过滤期颗粒层过滤期颗粒层过滤期G.Tu et al.

20、,Powder Technology,201629实验系统颗粒电荷量呈指数衰减电荷衰减速度与空气相对湿度的关联较弱，与课题四荷电机理不同离子中和是造成衰减的主要机制颗粒性质的影响相对湿度的影响0()exp/q tqZnet2-2 不同静电条件下滤料过滤性能的实验研究(A)荷电颗粒流动过程中的电荷衰减机制存在穿透窗口，并且窗口的粒径范围与颗粒带电量无关；随颗粒荷电量的增加，各粒径范围的穿透率均下降。G.Tu et al.,Powder Technology,2016302-2 不同静电条件下滤料过滤性能的实验研究(B)不同静电条件下的颗粒穿透率研究对于覆膜滤料表层沉积，清洁滤料期进入滤料内部的颗

21、粒沉积量较少进入颗粒层过滤期，颗粒沉积更为密实，压降上升速率增大荷电颗粒沉积结构疏松，压降上升速率降低q过滤压降VS电荷量颗粒带电后，沉积颗粒层更疏松，过滤压降减小，与模拟结果一致带电量增加G.Tu et al.,Powder Technology,201631S Chen,W Liu,S Li*.Physical Review E,2016,94,063108颗粒荷电过滤实验结果颗粒荷电过滤模拟结果2-2 不同静电条件下滤料过滤性能的实验研究(C)颗粒静电对过滤影响机理研究带电量增加0.200.220.240.260.280.300.00.10.20.30.4颗粒带电后颗粒层更疏松，颗粒体积

22、分数减小随着颗粒质量的增加，颗粒层存在压缩，颗粒层孔隙率逐渐趋于一个定值实验结果与DEM-CFD模拟结果吻合孔隙率-沉积颗粒质量G.Tu et al.,Powder Technology,2016颗粒荷电过滤实验结果S.Chen et al.,Soft Matter,2016颗粒荷电堆积模拟结果2-2 不同静电条件下滤料过滤性能的实验研究(C)颗粒静电对过滤影响机理研究G.Tu et al.,Powder Technology,2016S.Chen et al.,Soft Matter,20162-2 不同静电条件下滤料过滤性能的实验研究(D)进一步外电场极化对过滤影响机理研究荷电工况过滤中期

23、中和工况过滤中期极化工况过滤中期 荷电工况，颗粒更容易形成直链状的沉积结构,但空隙大 中和工况，颗粒倾向于形成较短的树枝状结构，但空隙小 相比于中和工况，采用kV级电场的极化工况下颗粒兼具二者特点，更容易粘附于纤维表面，结构更紧密荷电与极化相结合的耦合式电袋方法!34内容3：静电收集和袋式过滤协同脱除PM2.5的研究基础沉积动力学理论和实验的启示前电+后袋：主要是荷电作用，极化作用不明显耦合式：电场极化作用35对收尘极板特性进行实验和模拟研究；探究开孔率和开孔形式的影响。内容3：静电收集和袋式过滤协同脱除PM2.5的研究3-1 复合式电袋除尘器收尘极板的特性研究(A)实验系统及模拟结构36正面

24、收尘效率侧面收尘效率背面收尘效率开孔率增加，提高了孔板附近电场强度在平行于孔板方向的分量，使开孔位置气体流速减小；开孔率增加，正面收尘极板效率降低，侧面和背面收尘效率增加。开孔率：开孔面积占极板总面积比例3-1 复合式电袋除尘器收尘极板的特性研究(B)开孔率对孔板收尘效率的影响分析37设计依据（输入参数）（1）烟尘粒度分布、浓度、比电阻（2）烟气量（3）烟气温度、压力、腐蚀性等；（4）除尘效率；样机流场CFD模拟3-2 自主设计静电增强过滤样机(A)样机设计准则38先进混合型耦合式电袋除尘器开孔收尘极板有效保护可能来自电场的对滤袋的静电破坏使用该样机，过滤效率优与布袋，且过滤压降增长速率降低，

25、清灰时间延迟5-10倍样机实物样机结构设计样机过滤/清灰压降曲线开启静电-布袋两个单元仅开启布袋单元3-2 自主设计静电增强过滤样机(B)样机实物及实施效果序号名 称符号单 位数 值20 t/h锅炉(不投CFB-FGD)35 t/h锅炉1处理烟气量Qm3/h30989847342烟气温度T1501503最高过滤风速Vmaxm/min3.743.384静电预收尘效率%90905驱进速度cm/s886滤袋直径Dmm1301307滤袋长度Lm6.588袋中心距Jmm1961969每排袋个数n个131610单元中心距dmm60060011最低过滤风速Vminm/min1.241.1312入口灰浓度Ci

26、g/m3505013平均开孔率0.40.414过滤风速系数333-2 自主设计静电增强过滤样机(B)样机实物及实施效果并已完成中试应用，静电和过滤的收尘比例为9:1，但细颗粒主要有布袋来承担，达到超低。后续支持：1.工业锅炉污染物超低排放控制技术2.耦合增强电袋复合除尘技术与设备40基于过滤增强的耦合式电袋脱除方法移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除方法5个研究内容静电作用物理过滤化学反应干湿结合的新型电除尘脱除方法 静电作用下细颗粒沉积行为和机制研究 不同静电和过滤条件下荷电颗粒过滤机理研究 静电收集和袋式过滤协同脱除 PM2.5 的研究 催化剂表面特征对移动源多种污染物脱除性能的影响；移动源

27、细颗粒物和气态污染物协同脱除的集成和优化提出了A、B位同时取代型钙钛矿催化剂组成优化准则；筛选出La0.8Ce0.2Mn0.6Bi0.4O3等高性能细颗粒物和气态污染物协同净化反应催化剂。La0.8Ce0.2Mn1-yCoyO3催化剂对碳烟氧化反应的催化性能系列取代催化剂的XRD谱图36La0.8Ce0.2Mn1-yBiyO3催化剂对碳烟氧化反应的催化性能内容4:催化剂表面特征对移动源多污染物脱除性能影响4-1 廉价催化剂性能优化准则研究及模型催化剂筛选(A)取代型钙钛矿催化剂性能优化准则研究及模型催化剂筛选S.Wu et al.,Materials Chemistry and Physics

28、,2014提出了多金属改性分子筛型催化剂性能优化准则；筛选出Cu-Zr/ZSM-5等多种金属改性分子筛型移动源细颗粒物与气态污染物协同净化催化剂。Cu、Zr双金属改性ZSM-5型催化剂对模型碳烟氧化反应的催化效果37多金属改性分子筛型催化剂催化碳烟氧化反应的化学动力学参数4-1 催化剂性能优化准则研究及模型催化剂筛选(B)改性分子筛型催化剂性能优化准则研究及模型催化剂筛选G.Lv et al.,Fuel,2013F.Bin et al.,Applied Catalysis B Environmental,2014该方法在载体内表面构筑了高度均匀的三维有序多孔结构，堇青石载体的比表面积提高一倍以

29、上；多级孔堇青石的多孔结构能显著降低碳烟的起燃温度，促进碳烟的氧化燃烧。钙钛矿/多级孔堇青石制备及碳烟催化氧化性能研究改性水滑石衍生物基涂层材料研究改性水滑石衍生氧化物的制备改性水滑石衍生氧化物基涂层材料的涂覆改性水滑石衍生氧化物基涂层材料属具有良好的NOx吸附性能和储氧性能，可促进颗粒物与NOx的协同反应；提出了基于改性水滑石衍生氧化物基涂层材料在堇青石载体的涂敷方法。38内容4:催化剂表面特征对移动源多污染物脱除性能影响4-2 协同脱除催化剂载体表面修饰及涂层材料改进松接触状态下，催化剂-碳烟样品可以按照“溢出机理”催化碳烟与NOx的协同脱除反应。这与紧接触状态下，取代型钙钛矿催化剂催化碳

30、烟与气态污染物协同脱除反应机理（可归属于朗缪尔-欣谢尔伍德机理协同脱除反应中过渡态物种的转化规律取代型钙钛矿催化剂A位活性成分的转化规律松接触状态下，碳烟与NOx的协同脱除反应机理39内容4:催化剂表面特征对移动源多污染物脱除性能影响4-3 碳质细颗粒物、气态污染物与催化剂的协同作用规律及反应机理(A)与取代型钙钛矿催化剂的协同作用规律及反应机理亚硝酸盐等过渡态物种F.Bin et al.,Proceedings of the Combustion Institute,2015孔隙率对过滤压降的影响过滤压降曲线呈现床层期过滤阶段、过渡阶段和颗粒层过滤阶段三个阶段；随过滤介质长度增加，初始压降呈

31、一次方反比关系，初始过滤效率先缓慢增加，后急剧下降；增大壁面渗透系数、平均孔径和减少壁面孔隙率、孔径分布范围都使局部颗粒物沉积量增大。过滤介质长度对过滤压降的影响单通道陶瓷片各测量点颗粒物的沉积速度04080120160200048121620 p/kPap/kPatloading/min50mmY=7.4075+0.3628x100mmY=4.0367+0.13286x150mmY=6.0069+0.0248x200mmY=4.1102+0.0107xL=250mmY=29590+0.0120 x0204060801001200246810y=3.7568+0.02065x 1 1#过过滤滤

32、体体 2 2#过过滤滤体体 D Dp p/k kP Pa atloading/miny=3.8012+0.02571x0200040006000800010000020406080100120w/mtload/s 1点 1点 2点 2点 3点 3点 4点 4点 5点 5点42内容5:移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除系统集成、优化5-1 壁流式陶瓷过滤介质中移动源细颗粒物过滤-沉积性能研究(A)实验研究过滤介质长度对过滤压降的影响实验验证基础上，建立了动态沉积理论模型：预测过滤介质长度，长度增加，过滤压降降低，确定了优化区间；过滤介质孔目数增加，过滤压降也存在优化区间；过滤压降与排气流速呈二次

33、方关系；提供过滤介质的设计优化参数。单通道过滤模型结构示意图过滤介质孔目数对过滤压降的影响能量守恒方程动量守恒方程颗粒层方程压降计算方程60120180240300360015304560 t=0 kst=6 ks L/mm1.01.52.02.53.03.5P/KPaP/KPaP/KPaP/KPa15.531.046.562.02468101214 p/kPap/kPaN Nc c/(格cm格cm-2-2)t=6ksC Cm m=110=110-7-7Cm=210-6t=0435-1 壁流式陶瓷过滤介质中移动源细颗粒物过滤-沉积性能研究(B)仿真与模拟工作压降耦合系统的污染物脱除效果耦合系统

34、前、后的颗粒物粒数排放量DOC与壁流式陶瓷过滤介质耦合系统对柴油机颗粒物质量、粒数排放具有优异的净化效果，均取得超过80%的平均净化效率；未进行颗粒物与气态污染物协同脱除反应条件优化时，耦合系统对NOx的净化效果不明显。44内容5:移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除系统集成、优化5-2 耦合系统（协同反应条件优化前）(A)DOC与壁流式陶瓷过滤介质耦合系统DOC与部分流通式金属过滤介质耦合系统对颗粒物质量、粒数排放的平均净化效率仅有75%、65%，但均低于DOC与壁流式陶瓷过滤介质耦合系统的颗粒物净化效果；未经协同脱除反应条件优化时，耦合系统对NOx的净化效果同样不明显；经对比后，选择壁流式陶

35、瓷过滤介质作为移动源细颗粒物的排放控制的进一步优化处理。耦合系统的污染物脱除效果耦合系统前、后的颗粒物粒数排放量455-2 耦合系统（协同反应条件优化前）(B)DOC与部分流通式金属过滤介质耦合系统协同反应条件优化后，DOC与催化型DPF(颗粒过滤器)耦合系统对移动源NOx污染物的去除效率大幅提升，最高可达到47%，而耦合系统对细颗粒物仍然保持了良好的80%净化效果；即使经过协同反应条件优化，DOC与催化型DPF耦合系统仍然不能实现NOx污染物的高效同时脱除。涂敷复合型催化剂的过滤介质对细颗粒物的净化效果涂敷复合型催化剂的过滤介质对NOx的净化效果465-3 系统集成、优化(A)DOC与壁流式

36、陶瓷过滤介质耦合系统优化后净化效果排气系统温度优化颗粒物与气态污染物协同脱除效果优化通过缸内燃烧组织与缸外细颗粒物和气态污染物协同脱除系统（DOC+催化型DPF）的优化匹配，实验发动机的气态污染物和细颗粒物排放指标均大幅降低。缸内后喷策略优化优化前、后的排气系统温度分布缸内燃烧中颗粒物与NOx优化缸内燃烧与缸外协同脱除系统优化匹配475-3 系统集成、优化(B)缸内燃烧组织与细颗粒物、气态污染物协同脱除系统的优化匹配DOC催化型过滤系统SCR原理性样机技术方案原理性样机SCR系统还原剂喷射策略优化原理性样机试验结果采用移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除系统集成、优化准则以及新型催化剂、催化型颗

37、粒物过滤器开发出满足国排放法规要求的柴油机原理性样机。485-3 系统集成、优化(C)移动源细颗粒物和气态污染物协同脱除系统集成、优化与原理性样机主要内容u计划任务完成情况u研究水平与创新性u实施效果u人才培养、合作交流、数据共享等方面u经费使用情况n成果成果：已发表论文63篇，其中SCI索引44篇，EI索引18篇；获授权专利8项；在剑桥出版社出版著作粘粘附性颗粒流附性颗粒流-离散元动力学方法离散元动力学方法一部；参与制定行业标准一项。n效果效果：形成了固定源静电增强过滤PM2.5的理论基础。为我国电袋复合除尘技术的发展提供了坚实的科学支撑，并与行业内环保骨干企业合作，共同申报并获得了国家科技

38、进步国家科技进步二等奖二等奖一项一项；为高效高效脱除超细颗粒脱除超细颗粒的新型电除尘技术发展提供了理论支持，共同研发干湿结合新型电除尘技术在多个电厂已有应用。实施效果n效果效果：针对移动源，形成了缸内燃烧组织与缸外细颗粒物和气态污染物协同脱除系统(DOC+催化型催化型DPF)集成的新方法，完成的原理性样机能满足国排放法规要求。n下一步下一步：针对超低排放的次生污染物 在多场团聚的新型低低温电除尘器方面获得了国家重点研国家重点研发计划发计划课题的支持：科技部重点研发项目课题1项（“基于多场团聚机制的基于多场团聚机制的PM2.5 控控制关键技术和设备制关键技术和设备”）参与课题2项（“工业锅炉污染

39、物污染物超低排放控制技术超低排放控制技术”，“耦合耦合增强电袋复合除尘技术与设备增强电袋复合除尘技术与设备”）实施效果主要内容u计划任务完成情况u研究水平与创新性u实施效果u人才培养、合作交流、数据共享等方面u经费使用情况n 本课题骨干成员李水清教授，成功入选了2017年度国家杰出青年国家杰出青年科学基金科学基金建议资助名单，取得相关人才计划的突破；n 培养博士生2121名（毕业12名，其中学术学术新秀新秀2 2名名，优秀优秀博士毕业博士毕业生生3 3名名）；硕士生9名（其中全国优秀工程硕士全国优秀工程硕士1 1名名）；n 邀请耶鲁大学、康奈尔大学、圣路易斯-华盛顿大学等院校的知名知名学者讲学

40、学者讲学1111次；人才培养、合作交流、数据共享等方面的情况杜伊斯堡大学杜伊斯堡大学Schulz 教授，莱教授，莱布尼兹奖获得者布尼兹奖获得者Prog.Energy Combust.Sci主编n 国际会议大会特邀报告6次；n 参加国际、国内学术会议，口头报告71人次（包括美国物理协会流体分会会议、国际颗粒物理大会、世界颗粒技术大会、国际燃烧会议，第9界国际气溶胶会议等）。优秀博士优秀博士毕业生毕业生袁野袁野华盛顿大学华盛顿大学Biswas教授，教授，国际气溶胶协会主席，气溶胶杂志主编主要内容u计划任务完成情况u研究水平与创新性u实施效果u人才培养、合作交流、数据共享等方面u经费使用情况预算数预

41、算数支出数支出数预算结余预算结余合计合计655619.7235.281、设备费、设备费178.96177.931.032、材料费、材料费86.3587.74-1.393、测试化验加工费、测试化验加工费48.0247.040.984、燃料动力费、燃料动力费32.9721.1211.855、差旅费、差旅费41.0342.20-1.176、会议费、会议费33.3224.648.687、国际合作与交流费、国际合作与交流费42.4437.065.388、出版、出版/文献文献/信息传播信息传播/知识知识产权事务费产权事务费19.4418.940.509、劳务费、劳务费80.6580.630.0210、专家咨询费、专家咨询费14.204.849.3611、间接费用、间接费用77.6277.590.03经费使用情况973项目“化石燃料燃烧排放PM2.5源头控制技术的基础研究”课题验收会（2017）谢谢各位专家！谢各位专家！