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加快改善环境空气质量,是我国人民群众的迫切愿望,更是贯彻新发展理念的内在要求。能源利用过程中产生的大气污染物被认为是造成我国严重大气污染的重要原因,其中煤炭是我国一次能源消费结构中最主要的组成部分,而火电行业又作为煤耗大户首当其冲。本文针对燃煤烟气中颗粒物、SOx等多种污染物高效及协同脱除的关键过程,通过实验与理论相结合的方法,开展了多场强化湿烟气中PM、SOx协同脱除机理及应用研究。首先,针对湿烟气环境下硫酸雾粒径小、浓度高的特点,研究了硫酸雾在碰撞、团聚、凝结等作用下的长大过程。在明晰了硫酸雾径向空间分布的基础上,研究了烟气温度、湿度、停留时间以及放电参数对硫酸雾变化的影响规律,发现了通过降低烟气温度、提高烟气湿度等强化相变凝结的方法可以促进酸雾长大。带电离子可促进荷电酸雾间的碰撞、团聚,导致0.230μm附近的酸雾浓度增加。随着运行电压的提高,酸雾数目浓度的降低幅度呈现先增大后减小的趋势,其中当运行电压为8 kV时,酸雾数目浓度的降低幅度达到47.5%。其次,针对颗粒物和硫酸雾粒径分布的差异,设计搭建了多污染物协同脱除实验系统,对比研究了多场调控对颗粒物和硫酸雾的迁移及捕集的影响规律,提出了电场强度和离子密度是影响颗粒脱除的两个关键因子,烟气温度调控是强化细颗粒物脱除的有效手段,当烟气温度由45.4℃下降至35.1 ℃时,硫酸雾中值粒径(D50)增加27.5%。在此基础上,提出了采用均流预荷电强化细颗粒荷电的方法,可以使细颗粒荷电提高一倍以上,PM0.1、PM1.0和PM2.5迁移速率可分别增加69.9%、65.7%和34.2%。通过采用均流预荷电器,有效突破了电晕封闭对湿式静电除尘器造成的不利影响,硫酸雾脱除效率最高可达95.8%,排放浓度小于2mg/m3,通过增设换热调温装置,硫酸雾的排放浓度可进一步降低至1mg/m3以下。再次,针对烟气中S02的协同控制,研究了电晕放电对S02迁移与转化的影响机理,揭示了电晕放电对S02传质吸收的强化机制。当SO2浓度为77mg/m3时,电晕放电对SO2吸收的强化效果可达13.8%。同时,尽管氧化作用下SO2的转化量较小,但氧化形成的S03可导致硫酸雾数目浓度增加至8×106个/cm3,且放电形成的硫酸雾呈现典型的U形分布,进一步的分析证明了硫酸雾形成与电晕放电的相关性。在此基础上,发现了SO2向硫酸雾转化的临界条件,临界注入能量随着烟气温度的提高而提高,当温度由28.7 ℃提高至54.6℃时,临界注入能量由16.7 J/m3提高至154.4 J/m3。从次,针对电除尘器中颗粒捕集的复杂物理过程,研究了电除尘器中放电、荷电、流动、迁移等多过程的耦合机制,揭示了颗粒空间电荷对空间电场分布的叠加效应,当颗粒浓度增加至200mg/m3时,极线表面电场强度由1.32×106V/m降低至1.24×106V/m,而收尘极板表面电场强度由7.1×105V/m增加至8.3×105 V/m。阐明了自由离子与颗粒空间电荷间的转移关系,发现荷电细颗粒电迁移速率低是造成电晕封闭的本质原因,当颗粒浓度为50mg/m3时整个计算区域内的离子密度降低幅度超过40%。更进一步,分析了颗粒脱除性能与电晕放电的相关性,并提出了“实际性能曲线”的概念作为判断电除尘器性能衰减的判定准则,为指导电除尘器设计和运行提供了基础。最后,基于对小试实验和理论研究的结果,设计并搭建了颗粒物和SO3脱除的中试实验平台,开展了中试条件下颗粒物和SO3的脱除研究,通过选取与实际应用相近的参数进行了脱除性能的验证和优化研究,为湿式静电除尘器设计过程中关键参数的选取提供了数据,为多过程强化的复合湿式静电除尘器开发提供了指导,某220t/h热电机组和某1000MW燃煤机组上配备的复合湿式静电除尘器长期运行结果表明,总排口颗粒物排放浓度大幅降低,并可稳定维持在1mg/m3以下的排放水平,为复合湿式静电除尘器的推广应用奠定了基础。