新型橫向極板電除塵器研究.pdf

1、目前，我國工業(yè)已進(jìn)入高速發(fā)展的階段，大氣污染造成的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，治理大氣污染物已成為十分緊迫的任務(wù)。電除塵器由于效率高、能耗低、能處理大煙氣量的高溫?zé)煔?，是顆粒物污染控制設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種，在大氣環(huán)境污染控制方面起到了十分重要的作用。但由于其存在體積龐大、一次性投資高、鋼材用量多、對(duì)于PM10以下微細(xì)粉塵捕集效率低等問題，嚴(yán)重制約了其更進(jìn)一步的應(yīng)用。
　　 從高氣壓(～0.1MPa)非平衡等離子體物理、氣體電離放電物理

2、學(xué)來分析，目前電除塵器存在的關(guān)鍵問題是電除塵器放電區(qū)域離子輸運(yùn)率低，使電除塵器電場中離子濃度僅為106～107/cm3左右，進(jìn)而使煙塵顆粒荷電量和驅(qū)進(jìn)速度低，是造成電收塵器目前存在問題的主要原因。從帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，離子在輸運(yùn)過程中需要克服電場對(duì)帶電粒子的束縛力，因此提高帶電粒子的動(dòng)量是解決離子源輸出濃度及輸運(yùn)項(xiàng)低下問題的有效方法。
　　 論文設(shè)計(jì)的新型橫向極板電除塵器采用一種新的放電除塵結(jié)構(gòu)形式，選用ω型集塵極板，并將放

3、電極設(shè)置在迎氣流的集塵極間隙出口端。由于流過放電電場的氣體流速高達(dá)5m/s～20m/s，大大增加了帶電粒子動(dòng)能，使離子有效擺脫了電場的束縛，提高了離子輸運(yùn)率和離子濃度，進(jìn)而有利于粉塵荷電和除塵效率的提高。
　　 針對(duì)電除塵器存在的問題，論文分別進(jìn)行了新型橫向極板電除塵器理論分析、CFD數(shù)值模擬與設(shè)計(jì)、除塵試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究四部分工作。分析了新型橫向極板電除塵的相關(guān)理論，采用CFD數(shù)值技術(shù)并結(jié)合電除塵器設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一套10

4、00m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了電除塵器離子輸運(yùn)特性和除塵性能試驗(yàn)研究工作。同時(shí)根據(jù)數(shù)值模擬設(shè)計(jì)并結(jié)合離子輸運(yùn)特性和除塵性能試驗(yàn)的結(jié)果，改進(jìn)和優(yōu)化了除塵器的設(shè)計(jì)工藝和參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行模擬煙氣凈化試驗(yàn)，研究新型橫向極板電除塵器的技術(shù)性能，為該項(xiàng)除塵技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供依據(jù)，為解決電除塵技術(shù)現(xiàn)存的問題提供一種有效方法。
　　 文中在電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用計(jì)算流體力學(xué)

5、(CFD)技術(shù)，對(duì)課題設(shè)計(jì)的新型橫向極板電除塵器除塵區(qū)域內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算采用SIMPLE算法，用前處理軟件ICEM對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用FLUENT流體仿真軟件借助離散相模型考查煙氣風(fēng)速v、粉塵粒徑dp、外加電壓U三種因素與除塵效率之間的關(guān)系，并根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果對(duì)新型橫向極板電除塵器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。模擬設(shè)計(jì)結(jié)果表明，電除塵器內(nèi)部整體氣流分布較好，集塵板間隙處風(fēng)速較高，可有效減少離子復(fù)合，從而提高除塵區(qū)域中離子濃度；模擬

6、結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除塵效率隨外加電壓、粉塵粒徑的提高而增大，煙氣風(fēng)速在一定范圍內(nèi)成為了提高除塵效率的有利因素。同時(shí)流場分布的模擬結(jié)果表明，集塵極板背面風(fēng)速較小，有利于捕集灰塵。數(shù)值模擬結(jié)果表明，新型橫向極板電除塵器的除塵性能較好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較佳。
　　 此外，模擬設(shè)計(jì)結(jié)果表明，新型橫向極板電除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在灰斗中設(shè)置擋板，防止部分煙氣從除塵器下部灰斗中流過，并造成二次揚(yáng)塵，降低除塵器的粉塵除塵效率。當(dāng)除塵器入口煙氣風(fēng)速υ為1.2～4.

7、4m/s時(shí)，壓力損失不高，ν為4.4m/s時(shí)，壓力損失也只有幾百帕，低于中阻力除塵設(shè)備的壓力損失。為了獲得較高的除塵效率，相鄰平行集塵極板間距d應(yīng)選定為90mm左右，除塵器入口煙氣風(fēng)速υ為2.5～3.5m/s，外加直流電場電壓U為18～20kV。
　　 在試驗(yàn)研究中，首先建立了1000m3/h試驗(yàn)室規(guī)模的新型橫向極板電除塵系統(tǒng)，并進(jìn)行了離子輸運(yùn)特性試驗(yàn)，考察了距放電極距離L、外加電場電壓U、煙氣速度v、集塵板間距d等因素對(duì)自制新

8、型橫向極板電除塵裝置的離子濃度ne的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在橫向極板電除塵系統(tǒng)中，隨著風(fēng)速ν的提高，增加了放電電場中離子的動(dòng)量，產(chǎn)生的離子濃度最高可達(dá)9.12×109/cm3，與傳統(tǒng)除塵器比較，離子濃度可提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。由于除塵裝置有效的提高了離子輸運(yùn)率，可大大增加塵粒荷電的幾率，提高粉塵粒子的荷電量和驅(qū)進(jìn)速度。
　　 此外，結(jié)合離子輸運(yùn)特性試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行了模擬煙氣凈化試驗(yàn)，并考查了外加電壓U、有效收塵面積A、煙氣流速υ、粉

9、塵比電阻p、粉塵濃度C0和粉塵粒度dp等因素對(duì)模擬煙氣除塵效率η的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)集塵極板間距d=100mm，外加電壓U=18.2kV，煙氣速度υ=2.85m/s，煙塵濃度Co=1O.2g/m3，有效除塵面積A=1.12m2時(shí)，橫向極板電除塵系統(tǒng)除塵效率η可達(dá)到99.21％。在保證除塵效率的同時(shí)，有效提高了電場內(nèi)氣流速度，對(duì)粒徑在O～1Oμm范圍內(nèi)的微細(xì)塵粒去除效果良好，捕集效率在90％以上。
　　 依據(jù)數(shù)值模擬設(shè)計(jì)和試驗(yàn)

10、研究結(jié)果，對(duì)1000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng)，并依據(jù)該套除塵系統(tǒng)進(jìn)行了除塵性能試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電除塵器相比，新型橫向極板電除塵器具有較大技術(shù)優(yōu)勢。通過理論分析和試驗(yàn)結(jié)果可以看出，新型橫向極板電除塵器的橫截面積和有效收塵面積與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電除塵器相比，縮小了將近2倍，橫向極板電除塵器的體積明顯減小。同時(shí)，橫向極板電除塵器的煙氣流速高達(dá)3.0m/s，