高溫電暈放電機(jī)理及粉塵比電阻特性研究.pdf

1、高溫靜電除塵由于其壓力損失小、除塵效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)是一種極具前景的高溫工業(yè)煙氣凈化技術(shù)。本文針對(duì)影響高溫靜電除塵器高效穩(wěn)定運(yùn)行的兩個(gè)關(guān)鍵因素（高溫電暈放電規(guī)律和高溫粉塵比電阻特性）開展研究，通過實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法分析了溫度對(duì)氣體電離放電的影響機(jī)理，揭示了高溫下粉塵比電阻的變化規(guī)律，并研究了高溫下電暈放電與比電阻對(duì)顆粒靜電捕集特性的共同影響機(jī)制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了293K~1073K下電暈放電規(guī)律，獲得

2、了各溫度下放電電流與起暈/擊穿電壓，發(fā)現(xiàn)高溫下放電電流急劇增大。通過相同氣體密度下高溫常壓放電實(shí)驗(yàn)與低壓常溫放電實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，提出了溫度除了通過分子自由程來(lái)影響電暈電流外，高溫下還存在額外的高溫效應(yīng)電流△It，973K高溫實(shí)驗(yàn)電流密度為3.095mA/m2，而相同氣體密度下30.9kPa低壓實(shí)驗(yàn)電流密度僅為1.619mA/m2。通過飽和離子電流的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)高溫下主要來(lái)源于電子電流，873K、973K溫度下分別高達(dá)79.5％和94.1%

3、。隨著溫度升高，起暈與擊穿電壓之間的穩(wěn)定電暈區(qū)間逐漸減小，高溫電暈放電更易擊穿，當(dāng)溫度從293K升高至873K，異極距35mm時(shí)穩(wěn)定電暈區(qū)間從14kV下降至6.8 kV。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)通過增大異極距或使用光桿/螺旋電極代替鋸齒電極可提高高溫放電穩(wěn)定性，并擴(kuò)大高溫電暈操作電壓范圍。⑵設(shè)計(jì)搭建了高溫可變氣氛粉塵比電阻測(cè)試裝置，研究了293K~1073K范圍內(nèi)溫度對(duì)粉塵比電阻的影響規(guī)律。從全國(guó)多行業(yè)搜集飛灰50余種，對(duì)各飛灰的化學(xué)組分、粒徑分布

4、、形貌特征及比電阻進(jìn)行了測(cè)試分析，分析對(duì)比了不同行業(yè)飛灰比電阻的典型特征。重點(diǎn)研究了飛灰各化學(xué)元素在飛灰顆粒導(dǎo)電中的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)飛灰比電阻與Fe、K、Na原子數(shù)量呈負(fù)相關(guān)性，而與Ca原子數(shù)量呈正相關(guān)性。提出了堿金屬元素和鐵元素為比電阻的敏感化學(xué)元素，高溫下飛灰顆粒內(nèi)部導(dǎo)電主要由堿金屬陽(yáng)離子作為電荷載體，而Fe3O4通過改變顆粒內(nèi)部原子的排列結(jié)構(gòu)來(lái)影響電荷載體的數(shù)目或遷移速度。在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法建立了293K~1073K溫

5、度范圍內(nèi)飛灰比電阻預(yù)測(cè)模型，并進(jìn)行了模型準(zhǔn)確性分析，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)比電阻值與模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差小于10%的數(shù)據(jù)點(diǎn)占92.3%，模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較高，最終形成了飛灰比電阻隨其化學(xué)組分及溫度變化的系列關(guān)系圖譜。⑶選取燃煤電站/水泥窯尾/玻璃爐窯飛灰作為典型的中/高/低比電阻粉塵，研究了373K~823K下溫度及比電阻對(duì)顆粒靜電脫除特性的共同影響機(jī)制。發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，電暈放電特性及粉塵比電阻均發(fā)生顯著變化，使得顆粒靜電脫除效率隨之變化，溫度4

6、53K時(shí)，水泥窯尾粉塵比電阻高達(dá)1.75×1013Ω·cm，其脫除效率僅為88.95%，低于燃煤電站/玻璃爐窯飛灰的97.05%和96.07%；溫度升高至793K時(shí)，由于高溫?fù)舸╇妷簻p小，燃煤電站和水泥窯尾飛灰脫除效率分別從403K時(shí)的95.9%、95.0%下降至89.92%、83.74%，然而玻璃爐窯飛灰由于793K時(shí)其比電阻僅為1.12×105Ω·cm，導(dǎo)致其脫除效率大幅下降至65.91%。最后探索了高溫下靜電除塵器粉塵極限排放濃度