（环境工程专业论文）静电除尘器除尘效率影响因素的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s t u d y o ni n f l u e n c ef a c t o ro fc o l l e c t i o n e f f i c i e n c yo f t h ee l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r b yc h e np e n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t e p r o f e s s o rh a ow e n g e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 惴42明 m 1 脚7邶1 脚y 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 二e 思。 靴敝储獬：阳 日 期：矽7 ，7 弓 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：7 袈鹏 签字日期：砌7 7 z 导师签 签字日 a r 阁a 钓l i 、，1 ， 东北大学硕士学位论文 摘要 静电除尘器除尘效率影响因素的研究 摘要 世界范围内，烟气净化的粉尘浓度排放标准日趋严格，静电除尘器的除尘效率满足 粉尘浓度达标排放有一定的困难，静电除尘器的应用面临严峻挑战。以往静电收尘的研 究大多以传统的静电收尘理论为指导，而传统静电收尘理论认为粉尘收集过程是稳态过 程，并不能充分反映电除尘器的实际运行工况，导致大部分实际运行电除尘器的收尘效 率不能达到设计值。有必要对除尘效率各影响因素的作用程度及机理做进一步的研究。 课题以系统的非稳态理论为基础，针对理论揭示出的影响除尘效果的主要因素，进 行实验设计，进一步探索静电除尘效果各影响因素之间的关系。实验分别研究了粉尘比 电阻、粉尘层厚度、极板间距、粉尘浓度和不同极板状态对除尘效率的影响。研究表明， 粉尘比电阻越高，在收尘极板沉积后产生的反电场影响越明显，其所对应的最优电压和 最佳收尘效率越小；随粉尘层的逐渐增厚，电晕电流减小，积累电荷量增加，反电场增 大，导致最佳供电电压随厚度增加而升高，由于收尘场强的减弱，最佳收尘效率随厚度 增加逐渐下降；在电场风速和收尘场强一定的条件下，收尘效率对极板间距存在一最大 值，随极板间距的增大，驱进速度增大，且粉尘比电阻越高，所对应的最优极板间距越 大，说明宽间距电除尘器对捕集高比电阻粉尘具有一定优越性；针对电除尘器运行一段 时间除尘效率开始下降的现象，实验研究三种不同收尘极板的收尘性能，证明了涂层表 面改性技术对抑制反电晕现象所导致收尘效率下降的问题具有一定积极作用，某种程度 上可以减小极板反电晕的发生。 最后针对相当多的静电除尘器除尘效率偏低的主要原因是粉尘比电阻值偏高所引 起的反电晕这一事实，实验研究了反电晕现象，结果表明粉尘比电阻越高，发生反电晕 的临界电压越低，高比电阻粉尘较早的发生反电晕现象。实验表明，发生反电晕的临界 电压越低，最优工作电压就越低，相应收尘效率下降。宽间距的击穿电压较高，极板电 流密度分布相对均匀，随极板间距的增大，发生反电晕的临界电压略微上升，最优电压 和最佳收尘效率升高。实验揭示了随极板间距的改变，电流密度是造成反电晕的主要原 因。 研究结果验证了非稳态理论建立的正确性，对探索改善电除尘器除尘效果的技术途 径以及对于电除尘器结构设计和运行参数调控有一定的指导意义。 关键词：静电除尘器；影响因素；反电晕；收尘效率 i i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t u d y o nt h ei n f l u e n c ef a c t o ro fc o l l e c t i o n e f f i c i e n c yo f t h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r a bs t r a c t t h ed u s tc o n c e n t r a t i o n se m i s s i o ns t a n d a r do ff l u eg a sc l e a n i n gi si n c r e a s i n gs t r i c t l yi n t h ew o r l d w i d e i ti sd i f f i c u l tf o re l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r sc o l l e c t i o ne f f i c i e n c yt om e e tt h e d u s tc o n c e n t r a t i o n se m i s s i o ns t a n d a r d ，t h e a p p l i c a t i o no fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o rf a c e s s e r i o u sc h a l l e n g e e l e c t r o s t a t i cc o l l e c t i o n sr e s e a r c hi nt h ep a s tu s u a l l yu s ee l e c t r o s t a t i c c o l l e c t i o nt h e o r yo ft r a d i t i o nt og u i d ew h i c ht h i n k sd u s tc o l l e c t i o np r o c e s sa ss t e a d y - s t a t e p r o c e s s ，i t c a n tr e f l e c ta c t u a l o p e r a t i n gc o n d i t i o n s o fe l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r t h e p h e n o m e n o nl e a dt om o s to fp r a c t i c a le l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r sc o l l e c t i o ne f f i c i e n c yu n a b l e t oa c h i e v ed e s i g nv a l u e i ti sn e c e s s a r yt od of u r t h e rr e s e a r c hf o rd e g r e ea n dm e c h a n i s mo f a c t i o na b o u tc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y si n f l u e n c ef a c t o r s t o p i cb a s e o ns y s t e m i c n o n - s t e a d ys t a t et h e o r y , e x p e r i m e n t a ld e s i g n r e f l e c t st h e r e l a t i o n s h i po fc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y si n f l u e n c ef a c t o rw h i c hi sr e v e a l e db yc o l l e c t i o nt h e o r y , b e s i d e s ，t o p i cf u r t h e re x p l o r et h e i rr e l a t i o n s h i p e x p e r i m e n ts t u d yr e s p e c t i v e l yd u s tr e s i s t i v i t y , d u s tl a y e rt h i c k n e s s ，p l a t es p a c i n g , d u s tc o n c e n t r a t i o na n ds t a t eo fd i f f e r e n tp l a t e t h er e s u l t i n d i c a t e st h eh i g h e ro ft h ed u s tr e s i s t i v i t y , t h em o r eo b v i o u so ft h ei n f l u e n c eo fd u s tl a y e r s a n t i e l e c t r i cf i e l d ，c o r r e s p o n d i n gt h eo p t i m a lv o l t a g ea n dt h eb e s tc o l l e c t i o ne f f i c i e n c ya r e s m a l l e r ；w i t ht h ei n c r e a s i n go fd u s tl a y e r st h i c k n e s s ，c o r o n ac u r r e n tr e d u c e s ，a c c u m u l a t e d c h a r g ei n c r e a s e s ，a n t i - e l e c t r i cf i e l di n c r e a s e s ，w h i c hw i l ll e a dt oo p t i m u ms u p p l yv o l t a g e i n c r e a s e s t h a n kt o c o l l e c t i n gf i e l ds t r e n g t h sr e d u c t i o n , t h eb e s tc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y g r a d u a l l yd e c l i n e s ；u n d e rt h ec i r c u m s t a n c et h a tt h ew i n ds p e e do fe l e c t r i cf i e l da n dc o l l e c t i n g f i e l ds t r e n g t hf i x e d ，c o l l e c t i o n e f f i c i e n c ye x i s tam a x i m u mt op l a t es p a c i n g ，w i t h t h e i n c r e a s i n go fp l a t es p a c i n g ，a p p r o a c hs p e e dw i l li n c r e a s e ；t h eh i g h e ro ft h ed u s tr e s i s t i v i t y , t h e l a r g e ro ft h eo p t i m a lp l a t es p a c i n g ，i ti n d i c a t e st h ew i d es p a c i n go fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r h a sc e r t a i na d v a n t a g e st oc a t c hd u s to fh i 。g hr e s i s t a n t ；a i ma tt h ep h e n o m e n o nt h a t e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r sc o l l e c t i o ne f f i c i e n c yb e g i n sr e d u c i n ga f t e rr u n n i n gf o rs o m et i m e ， c o n t r a s tt oc o l l e c t i n gp e r f o r m a n c eo ft h r e ed i f f e r e n tc o l l e c t i n gp l a t e ，i l l u s t r a t ec o a t i n gs u r f a c e m o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g yh a v eac e r t a i np o s i t i v er o l ei ni n h i b i t i n gt h ep r o b l e mt h a tc o l l e c t i o n e f f i c i e n c yb e g i n sr e d u c i n g , w h i c hi sl e a d e db yt h ep h e n o m e n o no fa n t i c o r o n a ，i tm a yr e d u c e t h eo c c u r r e n c eo f p l a t ea n t i c o r o n ai nc e r t a i nd e g r e e v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a i ma tt h em a i nr e a s o no fl o wc o l l e c t i o ne f f i c i e n c yo fm o s to ft h ee l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o ra tl a s ti sc a u s e db yh i g hr e s i s t a n c ew h i c hw i l ll e a dt oa n t i c o r o n a ，e x p e r i m e n th a s s t u d y e dt h ep h e n o m e n o no fa n t i c o r o n a ，t h er e s u l t ss h o w t h a tt h eh i g h e ro fd u s tr e s i s t i v i t y , t h e l o w e ro fb o r d e r l i n ev o l t a g eo fo c c u r i n ga n t i c o r o n a ，t h ep h e n o m e n o no fa n t i c o r o n ao fh i g h r e s i s t i v i t yd u s th a p p e n se a r l i e r e x p e r i m e n ta l s os h o w st h a tt h el o w e ro fb o r d e r l i n ev o l t a g eo f o c c u r i n ga n t i - c o r o n a , t h el o w e ro ft h e o p t i m a lv o l t a g e ，c o l l e c t i o ne f f i c i e n c yr u d u c e w i d e s p a c i n ge l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s b r e a k d o w nv o l t a g ei sh i g h e r , t h ed i s t r i b u t i o no fp l a t e c u r r e n td e n s i t yr e l a t i v e l yu n i f o r m ；w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ep l a t es p a c i n g ，t h eb o r d e r l i n e v o l t a g et h a to c c u r sa n t i - c o r o n as l i g h t l yr a i s ea n dt h eo p t i m a lv o l t a g ea n dt h eb e s tc o l l e c t i n g e f f i c i e n c ya l s or a i s e e x p e r i m e n t sr e v e a l e dw i t ht h ec h a n g e m e n to fp l a t es p a c i n g , c u r r e n t d e n s i t yi st h em a i nr e a s o nt h a tl e a dt oa n t i - c o r o n a t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l tv e r i f i e dc o r r e c t n e s so fn o n - s t e a d ys t a t et h e o r y i th a sc e r t a i n g u i d et oe x p l o r et oi m p r o v et e c h n o l o g i c a la p p r o a c ho fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r sc o l l e c t i o n e f f i c i e n c y i ti sa l s o i m p o r t a n tf o r e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r ss t r u c t u r a ld e s i g na n dt h e r e g u l a t i o no fo p e r a t i n gp a r a m e t e r s k e yw o r d s ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ；i n f l u e n c ef a c t o r ；a n t i - c o r o n a ；c o l l e c t i o ne f f i c i e n c y v i 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i i a b s t r a c t v 第1 章绪论1 1 1 弓i 一言。1 1 2 电除尘器的发展及应用。l 1 3 静电除尘理论的发展2 1 3 1 电场及其荷电理论3 1 3 2 静电收尘理论4 1 3 3 数值仿真5 1 3 4 非稳态收集理论的发展6 1 4 静电除尘技术的发展7 1 4 1 宽极距静电除尘器7 1 4 2 高频高压开关电源( s m p s 电源) 8 1 4 3 移动电极e s p ( m e e p e s p ) 10 1 4 4i n d i g o 凝聚技术l1 1 4 5 烟气调质1 2 1 4 6 预荷电技术13 1 5 影响静电除尘器除尘效率的因素1 3 1 5 1 粉尘比电阻对除尘效率的影响1 3 1 5 2 含尘气体湿度对除尘效率的影响1 4 1 5 3 气体含尘浓度对除尘效率的影响1 5 1 5 4 含尘气体流量和流速对除尘效率的影响1 5 1 5 5 含尘气体温度对除尘效率的影响1 6 1 5 6 除尘器结构对除尘效率的影响1 6 1 5 7 气流分布均匀性对除尘效率的影响1 7 v l i 东北大学硕士学位论丈 目录 1 6 课题研究内容1 7 第二章静电除尘器除尘理论的研究1 9 2 1 电除尘器的基本工作原理1 9 2 2 基本物理量的理论计算。2 0 2 2 1 电场强度与电晕电流。2 0 2 2 1 1 荷电场强2 0 2 2 1 2 收尘场强一2 l 2 2 1 3 电晕电流一2 l 2 2 2 粉尘粒子的荷电2 2 2 2 2 1 电场荷电2 3 2 2 2 2 扩散荷电。2 3 2 2 2 3 场致荷电和扩散荷电的综合作用2 4 2 2 3 粒子驱进速度2 5 2 2 4 静电除尘器除尘效率2 6 2 3 非稳态静电收集理论2 8 2 3 1 电除尘器极板沉积粉尘层积累电荷量及电压降。2 8 2 3 2 粉尘层积累电荷形成的反电场3l 2 3 3 收尘空间粒子驱进速度。3 2 2 3 4 最佳供电电压3 3 第三章静电除尘器除尘效率影晌因素的实验研究3 5 3 1 实验系统及实验方法3 5 3 1 1 实验系统3 5 3 1 2 电场风速的测定方法3 7 3 1 3 粉尘比电阻测定方法。3 8 3 1 4 除尘效率测定方法3 9 3 2 实验结果与讨论。4 l 3 2 1 粉尘比电阻的测定4 l 3 2 2 粉尘比电阻对收尘效率的影响4 3 3 2 3 粉尘层厚度对收尘效率的影响4 7 v i i l 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 4 极间距对收尘效率的影响4 9 3 2 5 粉尘浓度对收尘效率的影响5 l 3 2 6 不同极板状态对收尘效率的影响5 2 3 3 小结5 3 第四章反电晕对除尘效率的影响5 5 4 1 反电晕发生机理5 5 4 2 反电晕发生过程5 6 4 3 反电晕对e s p 工作的影响5 7 4 4 反电晕对静电收尘影响的实验研究5 8 4 5 ，j 、结6 4 第五章结论与展望6 5 5 1 结论6 5 5 2 展望6 5 参考文献6 7 致谢7 3 i x 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 电除尘器是广泛应用于火力发电、水泥工业、钢铁工业等许多工业生产过程中 处理含尘气体的高效除尘装置，在温度相对较高且烟气量大的场合，电除尘器具有 其他除尘器所没有的优点。对改善大气环境质量发挥了重要作用【l 】。目前，国家环 保局将燃煤电厂执行的排放标准提高至5 0 m g n m 3 ，大大低于以前的2 0 0 m g n m 3 ， 其他行业受制于粉尘排放总量控制的要求，实际执行的粉尘允许排放浓度也都大幅 度降低。传统电除尘器普遍遇到了除尘效率很难适应新排放标准，电除尘器正面临 着严峻的挑战【2 1 。另一方面电除尘器及相关配套产品的生产企业，在多年的实践中， 都遇到了各种新问题，发现有很多用已知的理论解释不通的现象，而且现行电除尘 器技术和其它新技术的结合应用，远未达到最优的结果。解决以上问题，还必须回 到电除尘器本身的性能上。应用和研究表明，目前所投入使用的电除尘器，在其设 计过程中主要依靠的是实践经验，而缺乏可靠的理论指导，这也是由于到目前为止， 人们对静电除尘器的除尘机制还没有完全认识清楚的缘故【3 】。故进一步开展静电收 尘理论及相关试验的探索研究，提高静电收尘效率，是当前亟待解决的问题。 1 2 电除尘器的发展及应用 早在公元前六百多年，希腊人就发现了静电吸附现象。我国西汉末年，也有了 静电产生吸附作用的文字记载。但将这一现象应用于工业除尘，则是二十世纪初才 开始的。国外最早是1 9 0 7 年美国加利福尼亚大学化学教授柯特雷尔( f g c o t t r e l l ) 将电除尘用于气体净化，建立了工业化电除尘装置。随着工业经济的发展，电除尘 技术发展迅速，广泛的应用于冶金制造、水泥生产、火力发电、造纸、石油、碳黑 和合成纤维等工业部门，并取得了一大批专利技术并发表了大量有关论文，至1 9 5 7 年为止，外国出版的有关静电除尘论文有5 0 0 6 0 0 篇，目前每年关于静电除尘的论 文约1 0 0 0 篇【4 1 。 我国静电除尘技术发展大致可以这样概括：起步晚、发展快、潜力大。发展过 程大体可以分为两个时期：1 9 7 2 年以前的探索时期，主要特征是仿造和试用，极板 大多是棒帏式，电晕极为细圆线，技术水平较低；1 9 7 2 年以后的发展时期，主要特 1 后新扩改建电厂的烟尘排放浓度标准为2 0 0 m m 3 。在这样的情况下有近3 0 的电除 尘器不能满足达标要求。( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 标准将我国燃煤电厂的烟尘排放浓度标 准降低5 0 m g m 3 ，有的地方甚至2 0 3 0 m g m 3 。此外，循环流化床技术和烟气脱硫 工艺的对电除尘器的性能也有较大的影响，表现在粉尘细、粘度大和比电阻高【m 12 1 ， 常规电除尘器难于捕集。因此，我国的电除尘技术在满足新标准达标排放时存在一 定的困难。需要对电除尘技术进一步深入研究，提高其除尘效率。 1 3 静电除尘理论的发展 1 9 0 7 年美国的乔治科特雷尔将第一台静电除尘器成功的应用于生产以来，由于 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 其除尘效率高，运行阻力小，处理烟气量大，耗能少等诸多优点而广泛应用于各行 各业【13 1 。 自静电除尘器诞生百年来，关于除尘机理理论的研究从未间断。电除尘器的除 尘理论发展殊多受益于其它相关学科的研究。这些科学所研究的现象涉及到电除尘 原理，其成果构成了电除尘技术历史背景的一部分。 1 3 1 电场及其荷电理论 早期对电晕放电的一些研究，是由汤森( t o w n s e n d ) 和汤姆森( j j t h o m s o n ) 在二十世纪初进行的。他们的研究成为电晕放电理论、伏一安特性和电场方程的先 导，为现代电除尘技术的研究奠定了基础。紧接着，二十世纪三十年代到七十年代 洛布( l o e b ) 等人进一步揭示了电晕现象的基础。1 9 4 8 年怀特和1 9 6 1 年波德尼尔报 导了捕集高比电阻粉尘时反电晕影响的研究结果。1 9 1 8 年沃尔柯特( w o l c o t t ) 、1 9 3 4 年弗兰克( f r a n d k ) 、1 9 6 0 年彭尼( p e n n e g ) 和克雷格( c r a i g ) 对火花放电进行了研 究【1 3 】。 在电场荷电方面研究的先导有阿伦德特( a r e n d t ) 和卡尔曼( k a l l m a n n ) 等人。 1 9 2 3 年罗曼( r o h m a n ) 确立了电场荷电的原理，这种电场荷电过程是尘粒与受电除 尘器电场影响而移动的气体离子相碰撞而获得电荷。1 9 3 2 年波德尼尔( p a u t h e n i e r ) 和莫罗一哈诺特( m o r e a u h a n o t ) 发表了粒子碰撞荷电和扩散荷电的方程式，到1 9 5 1 年怀特导出了更加精确的扩散荷电方程式【1 4 】。 电场强度的研究，在解析研究方面，利用同心圆筒的解析式并展开成泰勒级数 进行转换得到圆线平板的静电场强的计算式和放电线场强的近似计算式。 在电场强度的试验研究方面，对p e n n y 和m a t i c k l 删量探针加以改进，原来的屏 蔽管直径大于其内的探针，而用屏蔽管直径大于其内的探针，而用屏蔽管与放电线 距离总是小于探针到放电线的距离，所以屏蔽管的电位总高于探针处的电位，从而 对探针产生较大的影响。为此用一个可调降压装置调控屏蔽管的电位，当屏蔽管上 的电位变化而探针电位不变时，探针电位就是被测空间的真正电位，用它测量线一 一管电场所得数掘与精确的理论计算相符。 对电流密度的研究主要结论有： ( 1 ) 线板型电除尘器，正对着放电线的集尘极处，电流密度有峰值，正对 着相邻两根放电线处有谷值。 ( 2 ) 小直径放电线( d 一 芒 型3 0 0 蠼 誊2 0 0 1 0 0 o 0 0 2 0 40 60 8l1 21 41 6 电流密度m a m 2 图3 5 电压与电流的关系( 飞灰)图3 6 电压与电流的关系( 氧化镁) f i g 3 5t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g ea n df i g 3 6t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g ea n d 7 0 0 6 0 0 75 0 0 e 立4 0 0 餐3 0 0 誊2 0 0 l o o o e l e c t r i c i t y ( f l ya s h ) 1 4 0 0 0 1 2 0 0 0 一1 0 0 0 0 三8 0 0 0 蓍6 0 0 0 窭 脚4 0 0 0 2 0 0 0 o e l e c t r i c i t y ( m g o ) 00 10 20 30 40 50 6 00 1 电流密度m a m 2电 0 20 3o 4 流密度m a m 。2 东北大学硕士学位论文第三章静电除尘器除尘效率影响因素的实验研究 3 2 2 粉尘比电阻对收尘效率的影响 传统静电收尘理论认为电除尘器的收尘效率随工作电压的升高而升高，但从实 际运行状况来看，电除尘器的收尘效率并非随着供电电压的升高而无限制的升高。 当到达最高收尘效率后，随工作电压的升高收尘效率反而下降。为了验证不同比电 阻粉尘工作电压对收尘效率的影响，本实验分别测定了飞灰、氧化镁、氧化铝和聚 氯乙烯四种不同比电阻粉尘的收尘效率与工作电压的关系，得到各自的最佳工作电 压。实验结果如下图所示。 9 9 9 7 9 5 水 颚9 3 善9 1 8 9 8 7 9 8 9 6 9 4 毋 缚9 2 获 莩9 0 8 8 8 6 4 55 05 56 06 5 4 54 85 15 45 76 0 工作电压k v - i 作电压k v 图3 9 工作电压与收尘效率的关系( 飞灰) 图3 1 0 工作电压与收尘效率的关系( 氧化镁) f i g 3 9t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g ef i g 3 1 0t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g e a n de f f i c i e n c y ( f l ya s h )a n de f f i c i e n c y ( m g o ) 9 4 9 2 妻9 0 疑 8 8 8 6 8 4 8 5 8 0 毋 羹7 5 善 7 0 6 5 工作电压k v 工作电压k v 图3 1 1j i ：作电压与收尘效率的关系( 氧化铝) 图3 1 2 工作电压与收尘效率的关系( 聚氯乙烯) f i g 3 1 lt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g ef i g 3 12t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g e a n de f f i c i e n c y ( a 1 2 0 3 )a n de f f i c i e n c y ( p v c ) 由图3 9 到图3 1 2 可以看出，随工作电压的增大，收尘效率逐渐升高，达到最 高收尘效率后，收尘效率开始下降。四种不同比电阻粉尘均存在一最优工作电压。 - 4 3 - 东北大学硕士学位论文 第三章静电除尘器除尘效率影响因素的实验研究 飞灰的最佳工作电压值约为5 6 k v ，氧化镁的最佳工作电压值约为5 2 k v ，而氧化铝 的最佳工作电压值相对较低，其最佳工作电压值约为4 5 k v ，聚氯乙烯的最佳工作电 压值最低，约为3 8 k v 。产生此现象的原因是电除尘器在运行过程中，随供电电压的 逐渐升高，电晕电流增大，收尘极板上积累电荷量增多，积累电荷产生的反电场增 大，此时要想使收尘效率达到最高，必须尽量减小供电电压以减小反电场，但同时 供电电压的减小使得原电场减小，因此供电电压不能无限量减小，中间存在一最优 值。该实验结果很好的验证了非稳态静电收尘理论中收尘效率对供电电压存在一最 大值这一结论。 在上述条件下，将四种粉尘的最优电压整理成与比电阻的关系如图3 1 3 所示。 图3 1 3 比电阻与最优电压的关系 f i g 3 13t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np a r t i c l er e s i s t i v i t ya n do p t i m a lv o l t a g e 由图3 1 3 可以得出，随粉尘比电阻的增大，其所对应的最佳工作电压值依次降 低。产生此现象的原因在于不同比电阻粉尘在收尘极板上沉积会产生一定的积累电 荷量，形成一定强度的反电场，例如飞灰，其比电阻为7 8 1 0 9 q c m ，当供电电压 为4 0 k v 时，依据电压与电流的关系计算出电晕电流约为o 5 9 5 m a m 2 ，原电场大小 为2 6 7 x 1 0 5 v m ，此时极板沉积粉尘层积累电荷产生的反电场为5 7 3 x 1 0 3 v m ，占原 电场的2 1 ，反电场影响不是很明显。但对高比电阻的聚氯乙烯，极板上沉积粉尘 层积累电荷量所形成的反电场作用非常强烈。在相同的供电电压条件下( 4 0 k v ) ， 比电阻为1 2 1 0 忆q c m 的聚氯乙烯粉尘，此时反电场的增加量已经大于原电场的 增加量，收尘效率降低。在相同电晕电流情况下，粉尘比电阻愈大，粉尘层积累电 荷量愈多，产生的反电场愈大大，此时要想使收尘效率达到最高，必须尽量减小供 电电压以减小反电场，即要想使高比电阻粉尘收尘效率达到最高，就要降低供电电 4 4 东北大学硕士学位论文第三章静电除尘器除尘效率影响因素的实验研究 压，以降低极板沉积粉尘层积累电荷所形成的反电场，由式2 4 7 可以看出，粉尘比 电阻越高，其所对应的最佳电流密度值越小，对于高比电阻粉尘要达到其最佳电流 密度值，就要降低供电电压，故随粉尘比电阻的增加最佳供电电压依次降低。实验 结果与非稳态理论分析一致。 将飞灰、氧化镁、氧化铝和聚氯乙烯四种不同比电阻粉尘在各自最佳电压下的 除尘效率与其比电阻的关系整理如图3 1 4 所示。 9 8 9 6 9 4 9 2 誉 囊9 0 基8 8 8 6 8 4 8 2 9 1 0l i 1 21 3 比电阻l gp d f 2 - c m 图3 1 4 比电阻与收尘效率的关系 f i g 3 1 4t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np a r t i c l er e s i s t i v i t ya n de f f i c i e n c y 由图3 1 4 可见，随粉尘比电阻的增大，电除尘器收尘效率逐渐降低，特别是当 粉尘比电阻大于l o 后，粉尘收集效率显著下降。产生上述现象的原因是：随粉尘 比电阻的增大，极板沉积粉尘层积累电荷量增大，形成的反电场亦增大。特别当极 板沉积粉尘层比电阻超过l o 后，粉尘层积累电荷量产生的反电场迅速增加，此时 收尘电场下降很多，荷电粒子驱进速度下降，严重影响了粉尘的收集效率。 在实际电除尘中仅知道总除尘效率还不够，往往需要知道对某一粒径的粉尘去 除率，粉尘粒径大小也是影响除尘效率的一个因素。因为比电阻不是很高的粉尘当 粒径很小时也变的难以补集，所以需将粒径的因素考虑进去。 实验首先测定了滑石粉、氧化镁、飞灰、氧化铝四种粉尘的分散度，将其分散 度测定结果画到r r 坐标上，结果如图3 1 5 和图3 1 6 所示。 4 5 东北大学硕士学位论文第三章静电除尘器除尘效率影响因素的实验研究 | f 幻l? 一铃 ， n 孕f l巧 f| ( 侈7 乏名f ，f 7声 f4 a p v c 粉 n ， o - - - q 伏 f o - 氧化镁 d - 氧化铝 q lo 5l251 02 0 t a n 1 0 0 卜、卜7 饧。 ，7 o 。，o 蟛 芦f7 d 7zf 白 ，f a “?0 7 厂 a p v c 粉 b _ 飞灰 o - 氧化镁 d 一氧化铝 o 10 5l251 0 加 d i m o 嘧u m 1 0 0 图3 1 5 粉尘粒径分布图( 入口)图3 1 6 粉尘粒径分布图( 出口) f i g 3 1 5d i s t r i b u t i o no f p o w d e rs i z e ( i n l e t )f i g 3 1 6d i s t r i b u t i o no f p o w d e rs i z e ( o u t l e t ) 由图3 1 5 和图3 1 6 可以看出，几种粉尘的粒径分布在r r 坐标图中都近似成 一直线。为了测定同一粒径的不同比电阻粉尘的收尘效率，验证比电阻对收尘效率 东北大学硕士学位论文 第三章静电除尘器除尘效率影响因素的实验研究 由图可以看出，不同比电阻粉尘在5 “m 处的分级效率随比电阻的增大而降低，原因 在于比电阻越高，最佳电压越低，相应的收尘场强就越低，在粒径相同条件下收尘 效率