（环境工程专业论文）高风速横+向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究.pdf

独创性声明 i i i ii iii ii i ii i ii i i ii fy 18 9 4 2 3 3 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 、曲灸明 2 力1 1 年f 月，岁日 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密百。 学位论文作者签名：切炙咽 加f f 年占月f 夕日 指导教师签名：气拭 劲i 年g 月垆日 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 t h e s t u d y o f i m p r o v i n g d u s td r i v i n gv e l o c i t yo n h i g h v e l o c i t yt r a n s v e r s ep l a t ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r 姓 2 0 11 年4 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 高风速横向极板电除尘器是在传统横向极板电除尘器理论建立起来的新式 除尘器，它将电晕线置于同排相邻收尘极板的间隙中，能够大大发挥气流的有利 作用。本研究课题分别从理论分析、试验研究以及驱进速度修正三个方面来研究 高风速横向极板除尘器对提高粉尘驱进速度的效果。 本文对实验室规模的小型高风速横向极板电除尘系统进行离子试验研究，分 别通过改变外加电压u ，气流速度，集尘板极间距d 来测试电除尘装置的离子 输运特性。试验结果得出：外加电压在1 5 k v - 1 8 k v ，极间距在3 0 m m 5 0 m m 之间， 烟气流速在3 m s 7 m s ，产生的离子浓度较高。当外加电压1 7 k v , 气流速度为4 m s 时，离子浓度可达到4 8 10 9 c m 3 ，比传统除尘装置离子浓度提高两个数量级。 提高粉尘驱进速度目的是为了提高除尘器的除尘效率。本文以离子浓度试验 结果为参考，对高风速横向极板电除尘器进行模拟烟气试验，通过改变外加电压 u ，极间距d ，烟气流速v ，粉尘浓度0 等因素模拟烟气除尘效率，代入多依奇公 式计算粉尘有效驱进速度，通过绘制曲线分析各因素对驱进速度的影响关系，寻 找有利于提高驱进速度的参数范围。结果表明，外加电压在1 7 2 1 k v 、极间距为 4 0 m m ，烟气流速在4 r n s 左右，除尘装置除尘效率较高，粉尘更容易与粒子荷电 被收尘极板捕集，除尘效果好，粉尘的驱进速度达到1 5 0c m s 左右。 本文通过大量试验得对理论驱进速度与有效驱进速度关系曲线进行拟合，通 过拟合结果对多依奇公式进行修正。拟合结果表明，烟气流速发生改变时，有效 驱进速度与理论驱进速度为一阶线性关系，得出驱进速度的修正系数为o 6 3 。通 过f l u e n t 软件对试验的部分参数进行数值模拟，模拟结果表明：集尘板间隙 处风速较高，能够减少电晕线附近的离子复合，提高了除尘器内部产生的离子浓 度，提高了离子的输运特性，有利于粉尘驱进速度的提高，模拟结果与试验结果 在一定范围内存在一致性。 关键词：驱进速度；粉尘荷电；离子浓度；除尘效率；电除尘器 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 i i 江苏大学硕士学位论文 a bs t r a c t h i g hv e l o c i t yt r a n s v e r s ep l a t ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o rw a san e wd u s tt h a tb u i l t u pi nt h et r a d i t i o n a lt h e o r yo fl a t e r a lp l a t ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r , i ts e tt h ec o r o n a w i r ei nt h eg a po f a d j a c e n tc o l l e c t i n gp l a t e sa n dt h ef l o wc a np l a yg r e a t l yb e n e f i c i a lt o c o l l e c t i n g t h er e s e a r c hs t u d yi m p r o v i n gh i g hs p e e dt r a n s v e r s ep l a t ee l e c t r o s t a t i c e f f e c to fd r i v i n gv e l o c i t yf r o mt h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n d d r i v i n gv e l o c i t yc o r r e c t i o nt h r e ea s p e c t s i nt h i sp a p e r , i o n sc o n c e n t r a t i o nw a st e s t e db yas m a l ll a b o r a t o r ys c a l e h i g hg a s s p e e dh o r i z o n t a lp l a t ee s ps y s t e ma n dt h ee l e c t r i c a lt r a n s p o r tp r o p e r t i e so fd u s t r e m o v a ld e v i c ei o n sw a st e s t e db yc h a n g i n gt h ea p p l i e dv o l t a g eu ，f l o wv e l o c i t yv ， d i s t a n c ed t h er e s u l t so b t a i n e d ：t h ea p p l i e dv o l t a g ew a sa t15 k v - 18 k v , p o l es p a c i n g w a sa t3 0 m m - 5 0 m ma n dt h eg a sf l o ws p e e dw a sa t3 m s 一7 r n sc a n p r o d u c e dah i g h e r c o n c e n t r a t i o n w h e nt h ea p p l i e dv o l t a g ew a sa t17 k v , g a ss p e e dw a sa t4 r n s ，t h ei o n c o n c e n t r a t i o nw a su pt o4 8 10 9 c m 3 ，d u s tr e m o v a ld e v i c ei n c r e a s e dt w oo r d e r so f m a g n i t u d et h a nt h et r a d i t i o n a lc o n c e n t r a t i o n i m p r o v i n gt h ed r i v i n gv e l o c i t yw a st oi m p r o v et h ee s pc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y t h i sp a p e rw a sr e f e r e n c e db yi o nc o n c e n t r a t i o na n ds i m u l a t e dh i 曲s p e e dh o r i z o n t a l p l a t ee s pd u s tr e m o v et e s tb yc h a n g i n gt h ea p p l i e dv o l t a g eu ，e l e c t r o d ed i s t a n c ed ， f l o wg a ss p e e dv ，a n dd u s tc o n c e n t r a t i o n0s i n g l ef a c t o r , e t c s u b s t i t u t e dt h er e s u l t s i n t od e u t s c hf o r m u l at oc a l c u l a t ed r i v i n gv e l o c i t y , b yd r a w i n gt h ec u r v et oa n a l y s i s v a r i o u sf a c t o r so nt h ei m p a c to fd r i v i n gv e l o c i t y , l o o k i n gf o rt h er a n g eo f p a r a m e t e r s t oi m p r o v et h ed r i v i n gv e l o c i t y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e a p p l i e dv o l t a g ew a sa tt h e 17 21k v , p o l es p a c i n gw a sa t4 0 m m ，g a sf l o ws p e e dw a sa tt h e4 r n so rs o ，a h i g h e r d u s tc o l l e c t i n gw a si n s i d et h ed e v i c e ，d u s tp a r t i c l e sw a sm o r ee a s i l y c h a r g e da n d c a p t u r e db yc o l l e c t i n gp l a t e ，d u s tc o l l e c t i n g v e l o c i t yw a s a tt h e15 0c m so rs o e f f e c ti sw e l la n dn o wd u s t d r i v i n g i nt h i sp a p e r , t h ec u r v ew a sf i t t e db yal a r g en u m b e ro ft h et h e o r e t i c a l d r i v i n g v e l o c i t ya n de f f e c t i v ed r i v i n gv e l o c i t ya n df i r i n gr e s u l tw a su s e dt oa m e n d e dd e u t s c h f o r m u l a f i t t i n gr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eg a sf l o ws p e e dc h a n g e d ，t h et h e o r e t i c a l d r i v i n gv e l o c i t y a n de f f e c t i v e d r i v i n gv e l o c i t y r e n d e r e dt h ef i r s t o r d e rl i n e a r r e l a t i o n s h i pa n dt h ec o r r e c t i o nf a c t o ri 80 6 3 p a r to ft h et e s tb yf l u e n ts i m u l a t i o n p a r a m e t e r s ，s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ：d u s tp l a t eg a pc a nk e e pah i g hf l o ws p e e d ， i i i 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 c a l lr e d u c et h ei o n i cc o m p o u n dn e a rt h ec o r o n aw i r e ，i m p r o v ei o nc o n c e n t r a t i o ni nt h e i n t e r n a l l yd u s t ，i n c r e a s e di o n sc o n c e n t r a t i o na n d i s g o o d t o i m p r o v ed r i v i n g v e l o c i t y t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h et e s tr e s u l t sw a sc o n s i s t e n c yi nac e r t a i nr a n g e o f m e m o r y k e y w o r d s ：d r i v i n gv e l o c i t y ；d r i v i n gv d o c i t y ；i o nc o n c e n t r a t i o n ；c o l l e c t i o ne f f i c i e n c y ；e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 课题研究背景1 1 2 本文研究的目的及意义_ 2 1 2 1 研究目的2 1 2 2 研究意义3 1 3 电除尘技术的应用及发展趋势3 1 3 1 电除尘器的应用3 1 3 2 电除尘器的研究现状：4 1 3 3 电除尘器的发展趋势5 1 4 提高电除尘器粉尘驱进速度研究进展6 1 4 1 供电电源和供电方式6 1 4 2 电晕线结构和离子风7 1 4 3 改善气流分布：8 1 4 4 电凝并技术9 1 4 5 改变电场结构1 0 1 5 课题研究路线及内容1 2 第二章 提高电除尘器粉尘驱进速度的原理与试验设计1 4 2 1 电除尘器的工作原理1 4 2 2 新式高风速横线极板除尘器除尘机理1 7 2 3 驱进速度的计算及影响驱进速度因素2 0 2 3 1 理论计算法2 0 2 3 2 试验修正法2 2 2 3 3 综合法2 3 2 4 衡量驱进速度高低的重要指标2 3 2 4 1 离子浓度一2 3 2 4 2 除尘效率2 4 v 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 2 5 高风速横向极板电除尘器试验设计2 4 2 5 1 试验装置2 4 2 5 2 粉尘参数2 6 2 5 3 试验方案2 7 2 5 4 试验过程与测试内容2 8 第三章高风速横向极板除尘器粉尘驱进速度试验研究。2 9 3 1 外加电压对驱进速度的影响2 9 3 1 1 外加电压对离子浓度影响规律2 9 3 1 2 外加电压对除尘效率影响规律2 9 3 1 3 不同外加电压下驱进速度的计算及分析3 1 3 2 极间距对驱进速度的影响3 2 3 2 1 极间距对离子浓度影响规律3 2 3 2 2 极间距对除尘效率影响规律3 3 ：二 3 2 3 不同极间距下驱进速度的计算及分析一3 3 3 3 烟气流速对驱进速度的影响3 4 3 3 1 烟气流速对离子浓度变化规律；3 4 3 3 2 烟气流速对除尘效率影响规律3 5 3 4 其他因素综合作用对驱进速度的影响规律3 7 3 4 1 外加电压与烟气流速3 7 3 4 2 极间距与粒径大小一3 8 3 4 3 极间距与烟尘浓度4 0 3 5 影响离子浓度和除尘效率的多因素正交试验设计及分析4 2 3 5 1 离子浓度正交试验4 2 3 5 2 除尘效率工f 交试验4 3 3 6 j 、结4 6 第四章理论驱进速度与有效驱进速度关系分析。4 8 4 1 不同参数条件下有效驱进速度与理论驱进速度关系4 8 4 1 1 外加电压条件下驱进速度的修正4 8 4 1 2 极间距条件下驱进速度的修正5 0 v i 江苏大学硕士学位论文 4 1 3 烟气流速条件下驱进速度的修正5 1 4 1 4 数值模拟驱进速度修正。5 3 4 2 驱进速度计算误差分析5 5 4 2 1 离子计测试距离影响5 5 4 2 2 气流速度影响5 6 4 2 3 粉尘粒径影响：5 7 4 3 小结5 8 第五章结论与展望 5 9 5 1 结论5 9 5 2 论文创新性6 0 5 3 存在问题与建议6 l 参考文献。6 3 i 1 9 芝谢6 7 研究生期间发表论文。6 8 v l i 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 江苏大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 我国是以煤作为初级能源的国家，大气污染呈现为煤烟型污染特征，随着原 煤的燃烧，污染物排放到大气中，空气中粉尘数量不断增加，城市大气环境中总 悬浮颗粒物浓度普遍超标，严重影响人民的健康。我国在大气污染治理技术方面 做了很大的努力，但与人民对环境的日益要求增高相比远远不够，资金的投入和 技术商品化应用远远低于发达国家，尤其是在洁净煤技术；冶金、化工、建材等 行业的的治理技术非常薄弱。技术的缺乏导致大气污染控制的效果越来越差。随 着国民经济发展，人们对大气环境的要求越来越高，国家也出台相应的标准对微 细粉尘的控制日益严格，从2 0 0 4 年1 月1 日起，实施新建电厂排放浓度 5 0 m g n m m l j 的新标准。日益完善的袋式除尘技术运行维护费用虽高，但却具有排 放浓度低、对烟尘变化不敏感的显著优点。因此电除尘技术面临袋式除尘器的严 峻挑战。 自2 0 0 3 年4 月以来，国内原材料价格，特别是钢材价格持续上涨，如3 m m 热轨板材就在几个月的时间内由2 9 0 0 元屯上升到5 1 4 0 元吨，涨幅达7 7 ，其 他规格的钢材涨幅也都在6 0 以上【l 】。在如此短的时间内，涨幅如此之大，为历 史上所罕见。这给以钢材为主要原材料且交货周期又相对较长的电除尘器行业带 来了前所未有的冲击，使得本已处于微利的电除尘行业，出现了严重的生存危机， 并波及了电力、冶金、水泥等行业国家重点建设项目的正常进行。由于电除尘器 本身的技术瓶颈加上制造除尘器成本的上升，我国电除尘器的应用和发展正面临 着前所未有的挑战。针对这一现状，本文从驱进速度的角度出发，分析得出提高 驱进速度的关键因素，节省除尘器的占地面积，提高电除尘器的除尘效率，为设 计经济、高效、环保的新式除尘器提供理论指导。 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 1 2 本文研究的目的及意义 1 2 1 研究目的 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究还处于实验室研究阶段，由 于与传统的除尘器结构相差很大，没有许多数据进行参考，通入气流速度大小既 满足有利通过动量对驱进速度的提高又要防止由于气流过高时产生的二次扬尘 导致除尘效率下降，寻求气流速度与其他参数存在的最佳组合，主要研究目的为 以下三个方面： ( 1 ) 为解决电除尘器内离子输运项低下的问题，从理论上对采用高风速横向 极板电除尘技术进行分析，通过改变放电极结构，大大提高风速的作用效果，减 少放电线周围正负离子复合，使除尘器内部离子浓度提高，进而增加尘粒与离子 的荷电几率，粒子所受气流作用力和库伦力大大增加，带电粒子在电场内的驱进 速度随之提高，粉尘的除尘效果增强，可以用来解决现有电除尘器驱进速度过低 导致的除尘器体积过大，对微细粉尘捕效果不佳的问题。 ( 2 ) 通过对新式除尘器内部颗粒进行受力分析，得出理论驱进速度公式通过 公式得出影响驱进速度的参数。对外加电压、极间距、气流速度影响离子浓度参 数进行试验，分析各因素对离子浓度的影响规律，寻找提高离子输运特性的有利 参数条件，结合离子浓度试验的结果，在各参数进行模拟烟各气净化试验，通过 改变外加电压，极间距，气流速度，粉尘浓度等参数，测得各参数条件下除尘效 率，结合已知条件计算出有效驱进速度，通过曲线分析各因素对粉尘驱进速度的 曲线，分析高除尘效率高驱进速度的，然后对模拟烟气进行多因素正交试验， 寻找高除尘效率的参数组合，并计算粉尘驱进速度大小。 ( 3 ) 设计驱进速度的计算是设计工业除尘器的一个难题，本文所研究的高风速 横向极板除尘器内部气流速度大大提高，传统的多依奇公式不适合驱进速度的计 算。作者对离子浓度试验和除尘试验得到的数据进行整理分类，通过分析筛选， 计算得到理论驱进速度和有效驱进速度，对理论驱进速度和有效驱进速度进行曲 线拟合，得出两者之间的函数关系，对多依奇公式进行修正，为高风速横向极板 电除尘器提设计驱进速度计算提供依据。 2 江苏大学硕士学位论文 1 2 2 研究意义 随着我国电力工业的发展，排放的煤烟气体对社会的污染程度越来越严重， 如何实现对烟尘气体高效率的去除，实现经济、社会和环境的协调发展，是我们 现在面临的一项严峻考验。2 0 0 3 年新实施的火电厂排放标准要求将粉尘排放浓 度控制到5 0 m g m 3 ，使现在的绝大多数的电除尘器难以达到新的烟尘允许排放标 准，主要原因在于对微细烟尘的捕集效率过低。电除尘器以其出众的效率优势被 广泛应用。传统型式的电除尘器为了获得较高的除尘效率，电场风速之能达到 0 6 - - , 1 2 m s 且需要的除尘通道过长，造成传统结构电除尘器体积臃肿庞大，钢材 浪费严重，设备一次性投资大。 由d e u t s c h 除尘公式知，驱进速度是除尘效率的关键参数，也是提高除尘效 率最有效的途径。烟尘的驱进速度增加多少倍，除尘器的集尘面积相应减少多少 倍，同时也使除尘器的体积相应减小。横向极板电除尘器可以很大提高电收尘器 内烟气流速，通过理论分析和试验研究的方法确定高风速横向极板电除尘器最佳 设计参数，使气流成为有利于收尘的因素，解决现有除尘器粒子输运低，产生离 子浓度低，对微细粉尘驱进速度低，难以达到国家排放标准，通过提高动量来提 高离子输运特性。本文通过离子浓度试验和除尘试验，寻找有利于提高粉尘驱进 速度和除尘效率的因素条件关系，得出最佳的烟气流速范围，使烟气流速提升保 证除尘效率的同时又有利于增大除尘器的处理量，增加除尘器单位体积的处理风 量，减小电收尘器的体积，减少了钢材的使用量，节约了电能，减少除尘设备的 一次性成本过大的问题，为设计高效率、低成本的新型电除尘器提供一种新的途 径。 1 3 电除尘技术的应用及发展趋势 1 3 1 电除尘器的应用 电除尘器广泛应用于火电、钢铁、有色、建材、化工、轻工、电子、机械等 行业的各种工业炉窑【2 】o 早于8 0 年代初以前，冶金、有色和水泥行业应用除尘器 的台数较多，火电厂应用数量较少。8 0 年代中期以后，2 0 0 m w 以上机组大量建 3 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 成，3 0 万千瓦、6 0 万千瓦的机组陆续安装使用电除尘器。目前，8 0 万千瓦、1 0 0 万千瓦机组均安装电除尘器，火电厂已成为电除尘器的最大用户，安装使用量已 占全国电除尘器总量的7 5 以上；水泥工业在9 0 年代中期以后，出现了5 0 0 0 8 0 0 0 吨日及1 0 0 0 0 吨日的大型生产线，配置的都是电除尘器【3 1 。这样使得电除尘 行业的产量和产值直线上升。2 0 世纪末，电除尘器在火电厂中的应用几乎占了绝 对的比例，但后来在处理河南高密煤和内蒙准格尔煤时，出现了一些问题。主要 是在煤的飞尘中s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e 0 2 含量在9 0 以上、n a 2 0 和k 2 0 含量很低时，烟 尘的比电阻较高，一般在5 x 1 0 1 0 以上，且粉尘颗粒较细，增加了电除尘器的捕集 难度。加上近年来，袋式除尘在技术上的进步，从而出现了袋式除尘器取代电除 尘器的应用范例，电除尘器在电力系统的应用地位面临着挑战【4 1 。2 0 0 4 年1 月1 日 起实施的火电厂大气污染物排放标准) ) ( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 规定不得超过5 0 m g m 3 ， 江苏大学硕士学位论文 大功率高频开关电源【i o 】和三相大功率硅整流电源已经成功研制，是电除尘供 电技术的创新。但与电除尘器的匹配及适应性开发，尚需在使用中不断完善。 已开发以电除尘技术和等离子体技术相结合【ll 】的新型电除尘器。等离子体技 术的核心技术已经解决，关键设备已经生产，通过等离子体和除尘设备的联合作 用，可以同时去除粉尘、s o x 、n o x ，带来环境和经济方面的效益，未来应用前 景广阔。 高等院校是我电除尘技术开发创新的重要力量，是我国电除尘技术研究的坚 实后盾，他们在电除尘机理方面的基础理论研究也在不断开发创新。如对烟尘特 性、飞尘粒度数据处理，电除尘器收集机理的研究，电除尘器中尘粒凝聚的研究， 磁增反电晕荷电技术的研究，电除尘器内气流分布特性的研究，斜气流技术的模 拟试验，合理的振清灰方式及声波清灰的研究，电除尘器优化控制的仿真研究等。 这些开发创新进一步提高了对电除尘器基本理论的充分认识，对我们进一步挖掘 电除尘器潜力，充分发挥出电除尘技术的优势，起到积极作用。 1 3 3 电除尘器的发展趋势 目前，电除尘理论还不能指导实践，电除尘器本体结构形式还不尽合理，供电 电源达不到本体要求以及高比电阻的障碍等是制约电除尘器发展的主要因素，但 由于电除尘本身具有无可比拟的效率优势，使得其成为极具潜力的除尘设备。我 国的电除尘技术虽然起步晚、但发展快，潜力大。今后，人们需要从理论上充分认 识电除尘器诸多环节的相互影响，找出我国电除尘器生产研制的总体水平同国外 先进技术相比还存在的差距，电除尘器的选型技术，供电电源研究、高频开关电源 的研究和开发，电除尘器品种、规格和性能，本体的有些元、器件的加工工艺，产 品外观等方面进一步严格和改善。传统电除尘器在生产实践中通常面临诸如高入 口浓度、高比电阻、细粉尘、粉尘黏度大等问题，而电除尘器本体部分的改造程 度在很大程度上取决于基础理论方面对传统电除尘的突破程度，随着环保标准的 不断提高，原有的其他除尘器或传统电除尘器已不能满足环保要求，因此，基于老 式除尘器的电除尘器改造是电除尘器本体改造的主要内容，电除尘器设计过程中 的选型、极配形式设计、极间距设计、气流均布设计、振打设计都必须建立在因 地制宜，综合考虑的基础上。电除尘供电控制系统力求开发适应性广、多功能、 5 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 智能型、一体化、节能、大功率、体积小、成本低、可靠性高的新型控制系统。 同时，计算机技术的深入应用和除尘、脱硫、脱硝一体化也日益成为电除尘器改 造的热门话题。 1 4 提高电除尘器粉尘驱进速度研究进展 驱进速度是影响除尘器效率的一个关键因素，粉尘驱进速度是影响除尘效率 的关键参数，研究对驱进速度影响的因素显得直观重要。粉尘驱进速度的影响因 素很多【1 2 1 ，尘粒半径、粉尘介电常数、气体的粘度系数、气体的温度、压力和密 度，荷电场强和收尘场强操作电流与电压，电除尘器的主体结构尺寸如两极间距、 相临线距等，另外还有粉尘的附着力、粘结性、密度，气体的含尘浓度和流态，粉 尘的比电阻，操作的稳定性，电晕闭塞与反电晕等，这其中很多因素是很难改变的， 如粉尘特性、气体的粘度系数。驱进速度的大小直接影响除尘效率的高低，提高 粉尘的驱进速度能够从根本上解决现有除尘设备对粉尘颗粒尤其是微细粉尘捕 集效率过低的问题，为解决这个问题，很多学者都进行了相关研究。 1 4 1 供电电源和供电方式 电除尘器的除尘效率，主要取决于尘粒的驱进速度，而驱进速度是随着荷电 场强和收尘场强的提高而增大的【”】。为实现更高的除尘效率就要尽可能提高电场 强度，由于电场强度与电除尘器的电流和电压有关，所以，驱进速度对于电气操 作条件也很敏感【1 4 1 。较高的电压峰值能有利于电场荷电，而平均电压有利于粉尘 的捕集，合理的电压供应对驱进速度的影响很大。 静电除尘器的供电电源是提高粉尘驱进速度的重要因素，提高供电水平可以 在节能的同时，有效收集高比电阻粉尘，提高除尘效率。电除尘器中的电晕极和 收尘极之间的高压电场主要起着三大作用，它的强弱直接关系到除尘效率的大小 【l5 1 。首先，电晕极附近电场很强，能产生大量的自由电子和正离子，形成电晕； 其次，电场可以使气体负离子与粉尘离子碰撞并将负电荷传给粉尘粒子；第三， 提供了捕集荷电粉尘粒子所必须的力。但是直流电存在一个临界电压击穿值，使 得通过提高电压来提高驱进速度这个方式受到了瓶颈限制。而采用交流电比直流 6 江苏大学硕士学位论文 电更有优势【1 6 】，它可以提供一个较高的峰值，可以激发出更多的带电粒子，使粉 尘荷电更充分，从而提高粉尘所有电场力，更有利于粉尘的的捕集，现在常采用 与常规电源不同的高频变换式电源、间歇供电和脉冲供电的技术来改变粉尘的荷 电特性。 近年来，电源技术取得很大的进展。2 0 0 3 年c o g h d l 7 1 ，2 0 0 4 年a h m a d i 1 8 1 等人 分别进行了荷电粉尘的流体动力学研究。试验结果表明，交变电场对异极性离子 具有较强的荷电凝聚作用，无火花放电的峰值电压，可提高粉尘粒子的荷电量， 从而使粉尘粒子获得更大的驱进速度，达到提高收尘效率的目的。交变电场的应 用改善了粉尘，特别是对微小粉尘的收集性能。2 0 0 5 年，m a r e k 1 9 】等人通过提高 外加电压，对1 1 5 l a m 的微细粉尘有很好的去除效果。2 0 0 7 年浙江大学的r u ix i e 等人【2 0 】运用谐振技术，变压技术和磁体技术研究出一种短时间内提高输出电压， 降低能源损耗的高压脉冲电源。通过试验计算得到该脉冲电源在4 k v 功率在1 0 k h z 时，电源能够有效的运行。脉冲电源能够提供一个压缩的电流和电压波形， 电压峰值比常规电压要高许多，能够满足电除尘器就电源高压的需求，所以用高 压脉冲电源供电要比常规高压要好很多。高压脉冲供电【2 l 】能使脉冲供电能使极板 间电场强度增大，使极板间电流密度分布均匀性趋好，改善电除尘器的运行状况， 有效抑制反电晕，提高粉尘的荷电量，增加尘粒的驱进速度，提高电除尘器的除 尘效率。2 0 0 9 年，p 狄e r 等人【2 2 1 对开关电源进行研究表明，采用开关技术能够大 大提高除尘器的处理效率，对微细粉尘处理效果也很好，烟气排放浓度 1 5 m g m 3 以下。 1 4 2 电晕线结构和离子风 电晕线的结构的直接影响着电晕线的伏安特性曲线，电晕线的结构直接决定 着总放电强度和电流密度，关系到电晕线放电能力的强弱，决定了放电区粒子的 浓度【2 3 1 。大量研究表明长芒刺电晕极具有明显的优势，长芒刺电晕极产生的场强 高于其他电晕极的场强，芒刺电晕极能产生较强的离子风，能增加粒子的驱进速 度、助长粒子的凝聚。 2 0 0 1 年，j e d r u s i k 等人【2 4 1 ，2 0 0 4 年，i u g a 等人【2 5 1 对板状芒刺结构，管状芒刺 结构，线状芒刺结构和尖刺状结构进行试验，通过对不同粒径粉尘的除尘效率的 7 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 比较，得出了刺管状是最佳放电结构的结论。2 0 0 5 年，k s p n i k a s 等人【2 6 】在试 验室模拟电除尘器内部的流动和收集机制，由于放电极以及电压供应方式不同产 生离子风，分析表明离子风对气流和横向输运率产生显著影响，尤其是对粉尘小 微粒的影响从而直接影响到除尘器的除尘效率。离子风产生的气流使气流方向由 单向流动变成向四面八方扩散，在超出收集板的边界后仍能保持高度的非均匀分 布，从而有利于对小粉尘颗粒的收集，模拟结果表明，如果忽视离子风的作用， 除尘效率将1 主i 9 9 9 5 下降至j j 9 9 6 5 。h i n d s 2 7 】指出，在电晕极附近，电风可高达 7 5 m s ，而l i a n g 和l i n 【2 8 】却由半经验公式计算出圆形电晕极与平板接地间的平均风 速为1 1 6 2 r n s 。2 0 0 7 年，李庆等人f 2 9 】采用了在收尘极板分区布点的方式测量离子风 速分布，测得风速在l m s 左右在相同的电压下离子风速随收尘极距的增大而减小， 且收尘极距越小，风速特性曲线越陡；正对应着放电极线，测得离子风速较大，距离 放电极线越来越远，离子风速逐渐减小。2 0 0 8 年，p o d l i n s k i 等人【3 0 】通过p i v 技术对 不同密度和不同粒径大小的粉尘粒子运动进行试验，颗粒的运动剧烈状态取决于 电晕线附近的风速大小。 江苏大学硕士学位论文 除尘器的除尘效率。 2 0 0 8 年，z h c n ”【3 3 】应用电除尘器内粒子的二维运动模型，分析了考虑粒子返 流时出入口气流分布对电除尘器效率的影响，作者用返流函数模拟断面不均匀的 浓度分布，除尘器内的有效驱进速度直接和反流有关，建立应用范围更广的返流 函数，证实曲线型的出入口气流分布可以改善粒子返流，提高驱进速度。2 0 0 8 年，s h a hm e h a q u e 等人【3 4 】对入口断面不同点的气流速度大小进行测试预测除尘 器内部的风速大小变化，试验结果表明，准备的测试结果对边界条件的定义以及 数值模拟准确性具有很重要的作用。2 0 0 9 年，方芬【3 5 】提出高质量的气流均匀性来 保证除尘效率，减少二次扬尘以提高气流均匀性，气流分布的均匀性不佳，直接 影响电除尘器的除尘效率。含尘浓度及气流分布的均匀性对提高电除尘器的除尘 效率有着很重要的作用，因此我们要在设计试验调试中认真考虑好与之相联系 的诸多因素，从而提高电除尘效率。 1 4 4 电凝并技术 粉尘粒径对驱进速度有直接的影响，这是由于电量与质量的比值不同所致。 当粒径为0 2 0 5 “m 时，驱进速度最低，由于驱进速度随颗粒粒径而变，大量的 驱进速度很低的微细粉尘粒子只能在后续电场捕集。人们为了提高粉尘粒子的驱 进速度，采用某些技术，创造条件预先让细小的粉尘粒子先行碰撞凝并成大颗粒， 然后再进入电场荷电。粉尘粒子的空间电荷对电场强度有着极大的影响，随着含 尘浓度的增加，荷电粉尘粒子的密度也会增加，荷电粉尘粒子形成的大量空间电 荷会对电晕放电产生屏蔽效果，降低电晕电流，是电晕极产生离子的浓度大大下 降。另一方面，由于荷电粉尘粒子形成的空间电场畸变形成的收尘极附近电厂的 瞬时增加，会引起频繁的火花放电，也会影响电源工作的稳定性，使离子浓度下 降，粉尘和电量减少，使捕集效率大大降低。 2 0 0 5 年w a n gl i a n z e 等人【3 6 】建立了求解外加直流电场中偶极荷电颗粒在库 仑力的影响下凝并系数的解析式，为更直观认识电凝聚变化提供了依据。2 0 0 6 年 j h b y e o n 等人【歹7 】在除尘器前采用介质阻挡放电对粉尘进行预荷电，由预荷电场 和收尘场组成收尘系统，进行了不同电参数条件下的试验。结果表明电除尘器的 除尘效率得到了明显的提高；且在其它电参数不变的情况下，介质阻挡放电电场 9 高风速横向极板电除尘器提高粉尘驱进速度研究 强度越高效果越好。2 0 0 6 生l z a l g u a c i l t 3 8 】通过改变电晕电压的大小寻求增加粉尘凝 聚和提高除尘效率的最佳参数，当外界电压为3 4 k v 对5 3 5 n m 微细粉尘有很好的 凝聚效果。2 0 0 9 年谭百贺等人【3 9 】进行了双极电场的预荷电研究，将含尘气体分为 两部分，分别通过正负电场，然后通过气体湍流混合在一起，通过库仑力和范德 华力的共同作用发生凝并，试验结果表明：采用双极荷电可以是凝并效果提高 1 0 ，除尘效率大大提升。 1 4 5 改变电场结构 改变电场结构是最有效的最节能提高除尘效率的一个重要方面【4 0 j ，很多学者 在这方面都进行了大量的研究，通过改变电场结构不仅提高除尘效率，而且同时 能够减少节省钢材和电能的使用，使除尘器能达到更好的经济效益。 ( 1 ) 单双区电场结构 粉尘荷电要求电场内有较大的电晕电流，而收集荷电后的粉尘却只需要高 场强，但不需要大电流，以免发生反电晕，为防止电除尘器发生反电晕问题并提 高除尘效率，在末电场采用双区电场结构【4 1 1 ，将粉尘荷电、收尘的过程及其电源 供电设备分开，使两个区域的电气运行参数分别达到最佳化，分别强化其荷电和收 尘功能。章荣发【4 2 1 对双区电场进行试验，得出双区电场的收尘区具有高电压、低 电流和电流密度分布比较均匀的特点，通过两台样机进行对比性除尘效率试验表 明，与传统卧式电除尘器相比，双区电场可使粉尘平均驱进速度提高2 0 左右； 除尘效率则随之上升，并将粉尘排放浓度降低到5 0 m g m 3 以下。 ( 2 ) 泛比电阻除尘器 泛比电阻电除尘器是在吸收原式电除尘器优点的基础上，通过改进电场结构 来提高电除尘器对烟尘的适应能力，有效地抑制粉尘反电晕和二次飞扬的发生，从 而达到提高除尘效率，降低设备造价，扩大电除尘器应用范围的目的。黄三明等1 4 3 】 运用试验室冷态模拟，试验结果表明相对原式电除尘器和常规电除尘器，泛比电 阻电除尘器能够在更高的工作电压下运行，进一步提高了除尘效率，驱进速度改善 系数分别为1 3 0 和1 3 3 。泛比电阻电除尘器在大幅度提高除尘效率的同时，能耗 也显著降低，节能达1 4 以上，是一种高效节能型除尘设备。泛比电阻电除尘器对 粉尘浓度的变化有良好的适应性。 1 0 江苏大学硕士学位论文 ( 3 ) 传统横向极板除尘器 横向极板电除尘器在国内已经有了一定的研究：西安热工研究院已经对横向 极板电除尘器进行了一定的研究，并积累了一定的经验，并就其发明的横向折角 槽板式电除尘器申请了国家专利m 】。专利的结构特点是改常规电除尘器中收尘极 板与气体流入方向平行的布置形式，代之以将具有一定角度的若干块槽型收尘极 板错列横置于工作室内，使除尘器内电场方向与含尘气体的流入方向基本一致。 在收尘极板面积不增加和气体流速不降低的情况下，