熱濕交換對靜電場對細(xì)顆粒物作用機(jī)制研究.pdf

1、面對日益嚴(yán)格的顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)，濕式水膜靜電除塵技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。濕式水膜靜電除塵器極板表面連續(xù)流動的水膜將極板表面沉積的顆粒沖刷至灰斗。濕式水膜靜電除塵器所處理的煙氣成分復(fù)雜、溫/濕度范圍廣。配套無組織塵排放源的工業(yè)用靜電除塵器（20～200℃，不飽和）;配套濕法脫硫系統(tǒng)的濕式靜電除霧器（50～80℃，飽和）;用于干式靜電除塵增效的錯流式干濕耦合靜電除塵器（80～150℃，不飽和）。在溫/濕度場、流場和靜電場的耦合作用下收塵極板表面水膜

2、和煙氣間同時進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)過程，放電空間內(nèi)形成一非均相分布的溫/濕度場。非均相分布的溫/濕度場作用下，靜電場內(nèi)電暈放電、顆粒物荷電、遷移和沉積規(guī)律發(fā)生改變。
　　鑒于此，本文主要以濕式柔性水膜極板靜電除塵器為研究對象，采用試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的研究方法對靜電場、溫度場、濕度場等多場耦合作用下收塵極板表面液膜內(nèi)水分的遷移，空間溫/濕度場的分布及演變規(guī)律，非均相分布溫度/濕度場對電暈放電及顆粒物荷電、改性、受力、遷移、沉積規(guī)

3、律的影響等問題展開研究。主要研究工作及取得的成果如下:
　　1)圍繞著干式和濕式水膜極板靜電場中極板表面電暈電流密度分布的差異，從煙氣濕度和極板表面液膜兩方面對靜電場中電暈放電特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。定量分析了不同極配參數(shù)下干式和濕式水膜極板表面電暈電流密度的差異。同時利用Comsol Multiphysics仿真軟件對干式碳鋼和濕式水膜極板靜電場內(nèi)電暈放電過程進(jìn)行數(shù)值模擬，著重考察了極板表面液膜對電暈放電過程中電場強(qiáng)度、溫度和粒子（

4、電子、離子）濃度的影響。結(jié)果表明，煙氣濕度增加，靜電除塵器的工作電壓窗口增大。濕式水膜極板靜電場的電暈電流比干式極板靜電場高50～80％。濕式水膜極板與干式極板表面電暈電流密度比δ與電暈電流密度分布呈正相關(guān)關(guān)系。極板表面區(qū)域不同，電暈電流密度比δ不同（1＜δ＜3）。極板表面液膜使極板表面電暈電流密度分布變得不均勻。濕式水膜極板靜電場中的電場強(qiáng)度和電子溫度均大于干式極板靜電場，放電區(qū)域內(nèi)的粒子密度（電子、離子）約為干式極板靜電場的2倍;<

5、br>　　2)圍繞靜態(tài)靜電場中收塵極板表面液膜的失重規(guī)律展開研究，考察了極配形式及液膜屬性等參數(shù)對極板表面液膜蒸發(fā)特性的影響并提出了適用于直流靜電場的液膜蒸發(fā)模型。在此基礎(chǔ)上，著重研究了靜電場、溫度場、速度場耦合條件下的液膜失重規(guī)律并分析了多場協(xié)同作用下液膜失重的主導(dǎo)因素。結(jié)果表明，直流靜電場中極板表面液膜中水分子被極化，離子風(fēng)沖擊液膜表面，提高了液膜與煙氣間的熱質(zhì)交換速率，液膜蒸發(fā)為一等速蒸發(fā)過程。液膜添加溶質(zhì)，蒸發(fā)速率受到抑制，液膜

6、蒸發(fā)分為等速和降速兩個過程，氣液接觸面首先析出晶體。靜電場和流場相互耦合，提高了煙氣的湍流強(qiáng)度。溫度場提高了分子動能，溫度場和靜電場耦合作用下的液膜蒸發(fā)速率大于單場直接疊加后的蒸發(fā)速率。低溫度和低流速時，外加靜電場對煙氣與濕極板表面間熱質(zhì)交換速率的提高更加顯著;
　　3)分析了顆粒物在干式和濕式水膜極板靜電場中的荷電和荷電顆粒在收塵極板表面堆積形貌、粒徑分布特性。以電子在沉積顆粒間的遷移傳遞過程為基礎(chǔ)，分析了濕式水膜極板表面顆粒沉

7、積、長大及脫落機(jī)理，明確了極板表面液膜在顆粒物荷電、堆積和脫落過程中的作用。結(jié)果表明，極板表面液膜對顆粒物的荷電過程具有促進(jìn)作用，尤其對以擴(kuò)散荷電為主導(dǎo)機(jī)制的顆粒物(Di＜0.1μm)荷電量的提升效果更明顯。靜電除塵器實(shí)現(xiàn)了顆粒物的分級脫除，同一位置處(L=200cm)，濕式水膜極板表面沉積顆粒物中PM2.5的含量大于干式極板（77.32％干式、80.09％濕式），極板表面液膜提高了靜電場內(nèi)顆粒物的沉積效率。干式極板表面顆粒堆積形貌、粒

8、徑分布與極板表面電暈電流密度分布一致;濕式水膜極板表面堆積的顆粒呈無規(guī)則的散點(diǎn)球狀分布;
　　4)研究了煙氣與濕式水膜極板表面熱濕交換過程中，靜電場內(nèi)溫/濕度場的分布及演變規(guī)律、出口煙氣中顆粒物的粒徑分布和靜電場內(nèi)顆粒物的脫除特性，明確了熱濕交換過程對靜電場中顆粒物的作用機(jī)制。同時，以出口煙氣中團(tuán)聚體的表面微觀形貌為基礎(chǔ)，探討了顆粒物在煙氣中水作用下的團(tuán)聚模型及發(fā)展機(jī)理。研究結(jié)果表明，靜電場作用下，極板表面液膜中水分子蒸發(fā)趨中運(yùn)動

9、與帶電水合離子趨壁運(yùn)動相互矛盾，濕度場重新分布，放電空間中濕度場濃淡分離。熱濕交換過程中，煙氣中亞微米顆粒物(Di＜0.1μm)的數(shù)量濃度降低，微米級顆粒物(Di＞1μm)的數(shù)量濃度上升，顆粒物在水分子的作用下團(tuán)聚并長大。低熱濕交換速率時，顆粒物間團(tuán)聚形式主要以細(xì)顆粒物間相互黏附和細(xì)顆粒物黏附粗顆粒物為主，形成的團(tuán)聚體尺寸較?。―i≈1μm）;高熱濕交換速率時，低熱濕傳遞速率下形成的團(tuán)聚體進(jìn)一步團(tuán)聚，團(tuán)聚體尺寸較大（Di≈3μm），同時