（机械设计及理论专业论文）电除尘器振打加速度的分析研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 电除尘器目前已经成为最有效和应用最广泛的除尘设备之一。电除尘器对于 保护和改善环境、减少粉尘的排放、实现环境的可持续发展具有非常重要的意义。 电除尘器设计的评判主要标准之一是：电除尘器受振打锤打击后极板上平均 振打加速度满足清灰要求，同时极板上加速度分布均匀。由于电除尘器体积庞大、 结构复杂，因此在设计初准确计算除尘器加速度大小及分布规律，可以保证设计 质量，同时对新型极板的研究、新结构的研发等有重要意义。 本课题依托西安宇清环境工程科技有限公司的实际科研项目“电除尘器振打 加速度的计算 。本论文的主要工作如下： 根据振动理论、理论力学等相关知识，推导振打加速度的解析法公式，并 计算了单块集尘板的振打加速度。 针对除尘器的工作特性，借助有限元软件a b a q u s 计算电除尘器的振打 加速度以及加速度的分布规律，较好的解决了解析法公式计算精度不高，同时无 法对大型复杂的除尘器计算求解、计算过程较复杂等一系列问题。 电除尘器结构复杂，结构形式变化多样。为了探究电除尘器的各种参数对 振打加速度以及加速度分布规律的影响，本论文选取振打锤的类型、振打锤的质 量、振打锤的材料特性、极板的悬挂方式及砧座质量参数，通过分析得到了各种 参数对振打加速度的影响规律。 经过一年多的研究，本课题的研究成果已交付西安宇清公司，并通过该公司 工程项目的验证，证明了研究成果的准确性、正确性，具有较大的工程意义。 关键词：电除尘器，加速度，振打，有限元，极板 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t e pi st h em o s te 鼠c t i v ea n dm o s tw i d e l yu s e da so n eo fd u s tc o l l e c t i n g e q u i p m o 嫩s 。e p 瓤a sa ni m 跫o r 啪ts i g n i 蠡e 毅l c e 遗p r o 诧c 毫泌ga n di 擞p 硒v 主芏l go n v i 嬲e 鸸 r e d u c i n gd u s te m i s s i o n sa l l de n s u r i n gt l l ee n v i l 的n m e n t a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ( 壤ee v 鑫l 诚i 强嘲薹l 舷聪o f 畦猃e p s 如s i 寥i 鑫gi s 谯蘸谯ea v e 弼e 鑫c e e l e r 港强 m e e t sm er e q u i r e m e mo fd u s t - c l e a r i r i g 孤dm ep l a t er e q u i r e sau n i f 0 r ma c c e l e r a t i o n 撒蛆 b u t i 雌。b e ca _ 淞e 畦l ev o l 鼬eo fe - pi sb i g 越d 也e 啦t u ：陷i se o m p l e x ，c a l c u l a t i 藏g t 圣l ea c c c l e r a t i o na n dt 1 1 ed i s t r i b u t i o nl a wo ft h ea c c e l e r a t i o nb e f o r ed e s i 鼬i n g 证l ee p p l a yak e yr o l ei i l 鼬s 面n gm ed c s i 弘q 豫l 时强d h a sa l li m p o r c a n tp r a c t i c a ls i 印i f i c a n c c 洫t ks 搬d y i n go f 觳e wp l a 谂a n d 粼州s 嫩掰c 峨 t h i ss 蝴e c tr e l i e so nt h er e a l s e a r c h 证gi t e m ：“t h ec a l c u l a i o no fe p sv i b r a t i n g 鑫c e e l e 聪i 砸，啸h i c hi s 勤f 黻落ex i a 琏i 珏g 雌v 妇强攥雌p 蚵e 鹾l e c b o l o g yl i 撒沁d c o i n p a l l y n l ef o w l i l l gi st h em a i l lw o r k i i lt h i sp 印e r ： 懿a s e d 既谯e 虹o w l e 起eo f 爨掩v i h a t i 皴矗e o 戮w ed e r i v e 娃玲鑫n a l y t i e a lf o 燃娃1 8 o fv i b r a t m ga c c e l e r a t i o na n dc a l c u l a t em ea c c e l 删i o no fs i n 酉ed u s t - c 0 1 1 e c t i n g b yf o c u s 堍o n 也ew o 越n gc h a r a c t e r i s t i c so fe pa l l du s 堍也ef e ms o 胁批 t 0c o m p u t em ea c c e l 硎o n 觚dd i s 龋b u t i o nl 鲫吒t h i sp a p e rs o l v e sas e r 主e so fp r o b l e m 、v e l l f o re x 锄p l e ：t l l ec a l c u l a t i o np r e c i s i o ni sn o th i 曲；t h ea n a l 一i c a lm e t 王l o de a l l t s o l v e 斑ea c e e l e 豫t i o no f b 穗a l 通e 砷l e xe e 搬ee o w s e 主se o 掇p l i e 鑫t e d _ e t e e ph a sac o m p l e xs 饥l c 觚蟹锄dn l u l t i p l e xs t ) ，l e ，n l i sp a p e rc h o o s e sa n d 雒a l y z e s 氇es 毋l e so f 愈溉纛gh a n 聪也e 辨a l i 囊e so fs 翻受i n gh a m m 饿e 删砖 p r o p e n i e so fs t r i k i n gh a m m i o r t 1 1 eh a n g i n gs i t y l e so fp 1a _ t ea n dt h eq u a l i t i e so fa n v i li n r e s e a f c h i n g 吐l ei n 鼬鼹c e 鳓谯ea v 贸a g ea c c e l e 掇t i o n a 盘c rm o r em a i lo n ey e a rr e s e a r c h i n g ，t h er e s u l th 嬲b e e nc o n s i g n e dt ox i a n l q i n gc o m p a n y ，p a s s i n g 也ec o m p 撇y sv e r i f i c a t i o n t h ev e r i f i c a t i o np r o v e d 证a tt h e r e s 落t si sa e c l 臻a 协，c o f r e c ta 藏dh a 、豫ag f e a te n g i n e e r i n gs i g n i 蠡c a n x e y w o r 巷s ：e ea c c e l 躐滋潍，确h 蕊茑s 磁薰e ，f i 曩沁嚣l e m e 畴p l 蹴 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的丕煎 士学位论文一鱼盗尘孟盈主j 趣蓝查笪 脚盗嗑是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果。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了谢意。 学位论文作者签名彬叼 导师签名：互舅锄 签字日期：娜么卿 签字日期：z 口p 7 - 占群 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程”) ，愿意将本人的庭士学位论文幺镒! 垒盛拯盈丑熊建硬 盘盎却蟹弘提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n i 【i ) 在中国博 士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学 博硕学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中 国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据 库中使用和在互联网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部或部分内容。 作者签名：值垄翻 导师签名：量。塑鱼 7 仂p 夕年多月4 日 备注：审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 随着工业的快速发展，人类社会得到了快速的发展，但是发展的同时也造成 了环境的严重污染。固体污染，气体污染，特别是粉尘污染，给人类的生活、生 产带来了极大的不利和危害。根据国家环境保护总局测算，由于我国环境问题造 成的经济损失约占国民生产总值的1 0 。这表面我国的环境污染已经非常严重。 随着国际社会对环境突出问题的重视、国内提出的可持续发展战略、建设节约型 社会观点的提出与不断改进，环境问题被提到了一个新的历史高度。如何防止污 染，减少污染，研发设计出高效率，低成本的除尘设备变得刻不容缓。 电除尘器是利用电力进行收尘的装置，国外多称静电收尘器。电除尘器被广 泛的利用在矿山、冶炼厂、水泥厂的烟气除尘中。近十年来，电除尘器被广泛地 利用在垃圾焚烧炉、砖瓦厂窑炉、中小型火力发电厂烟气等。电除尘器对于保护 和改善环境，实现可持续性发展有非常重要的现实意义。 1 1 电除尘器的发展概况及国内外研究情况 1 1 1 电除尘器的发展概况 众所周知，粉尘在大气污染中占有相当大的比重，据美国统计，1 9 6 8 年所产 生的二亿吨污染物中，粉尘就占二千三百万吨。而我国现代化建设刚刚开始，工 业基础还很薄弱，工业水平还不高，但是由于粉尘造成的污染已十分严重。按国 家规定：城市每平方公里每月降尘量6 8 t ，但据1 9 7 9 年3 月监测，北京市居民区达 到3 9 t ，首钢工业区高达2 8 5 t 。有些工业城市的工业区，高达5 0 0 6 0 0 t ，有的甚至 高达1 0 0 0 t 以上，超过规定标准几十倍到几百倍。不论从环境保护还是从经济观点 来考虑，都不允许这样大的除尘量不经净化而排入大气。因此任何一个现代化的 工业窑炉，都要采用高效的收尘装置以净化排出的烟气。因为保护和改善环境， 是关系到保护人民身体键康、促进经济发展和民族后代生存繁衍的大事。1 9 7 9 年9 月我国颁布了中华人民共和国环境保护法，要求一切排烟装置，包括工业窑 炉、机动车辆、船舶等，都要采用有效的消烟除尘技术，使其粉尘排放符合国家 规定的标准。同时国家在基本建设项目环境保护管理办法中规定：防止污染和其 它公害的设施必须与主体工程同时设计， 后，其污染物的排放必须遵守国家或省、 同时施工，同时投产；建成投产或使用 市、自治区规定的排放标准【1 1 。 在许多工业生产过程中，需要制取或处理不同的气体，而另一些工矿企业按 照环境保护的要求需要将工艺生产过程中所产生的废气排入大气，因此有必要除 去工业气体中的固体或液体粒子。例如硫酸厂中用塔式法制硫酸的焙烧炉气，其 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 中含有细微的矿尘，如不设法除去，就会使塔发生堵塞并使成品酸受到污染。若 将上述炉气用于接触法制硫酸，除了要除去矿尘，还要除去毒害转化器中触媒的 硫酸雾、砷和硒等。炭黑生产中的气体和有色金属冶炼厂的烟气，都要进行净化 回收其中的有价值物质。钢铁厂、水泥厂和热电站等排出的烟气经烟囱排入大气 前，也需要进行净化，以防止大气被污染。所以随着环境保护事业的发展，电除 尘器的应用日益增多1 2 j 。 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，但是将这些现象应用于工业除尘，则是从上世 纪初开始的眵j 。 我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪6 0 年代。在 1 9 8 0 年以前，我国在国际电除尘器领域还处于非常落后的地位。改革开放以来， 我国国民经济持续不断地高速增长，环境保护对国民经济的可持续发展显得愈来 愈重要。受市场经济下的利益驱动，国内许多大、中型环保产业对电除尘器进行 技术研究和开发方面的投入不断加大，电除尘器的应用得到了长足的发展。国家 更是将高效电除尘器技术列入“七五 国家攻关项目。通过对引进技术的消化、 吸收和合理借鉴，到上世纪9 0 年代末，我国电除尘器技术水平基本上赶上国际同 期先进水平。 j 进入2 1 世纪以后，我国把“大力推进科学技术进步，加强环境科学研究， 积极发展环保产业 作为经济发展的重要相关政策，环保产业进一步得到重视。 随着国家对污染控制要求的不断提高，对粉尘排放的要求也大幅提高。 g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 火电厂大气污染物排放标准( 2 0 0 4 0 1 0 1 开始实施) 规定新建电厂 大气污染物的排放浓度控制在5 0 孵聊3 ( 标准状况，下同) 以下，而旧标准 g b l 3 2 2 3 9 1 要求粉尘排放浓度小于1 5 0 ，馏脚3 。电除尘器作为控制大气污染、解 决环保与经济发展之间的矛盾的主要设备之一，其应用技术进一步得到飞速发展。 目前，电除尘器已广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、 电子等众多行业。我国作为世界电除尘器大国立足于国际舞台，不仅在数量上， 而且在技术水平上都已进入国际先进行列。电除尘器技术从设备本体到计算机控 制的高低压电源，以及绝缘配件、振打装置、极板极线等已全部实现国产化，并 且已有部分产品出口到3 0 多个国家和地区。 在1 9 8 0 年以前，我国电除尘器的规模绝大多数都在1 0 0 朋2 以下，而其行业占 有量为有色冶金行业3 2 ，钢铁行业3 0 ，建材行业18 ，电力行业8 ，化工行 业5 ，轻工行业4 ，其他行业3 。随着我国经济的飞速发展，尤其是电力、建 材水泥行业的发展达到空前水平，到上世纪9 0 年代中期，电除尘器行业占有量的 格局已改变为：电力行业7 2 ，建材水泥行业1 7 ，钢铁行业5 ，有色冶金行业 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 3 ，其他行业3 。目前火力发电行业的电除尘器用量已占全国总量的7 5 以上， 6 4 8 研2 的电除尘器已在1 0 0 0 m w 的火电厂中成功运行。在化工行业，由于受国际 硫磺价格的影响，从上世纪9 0 年代中期采用硫磺制酸工艺取代硫铁矿制酸工艺的 企业急剧上升，使得电除尘器的行业占有量也随之大幅下降，直到近两年才有触 底反弹的迹象。 1 1 2 电除尘器的国内外研究情况 随着人们在追求经济增长的同时对环境保护的意识日益加强，电除尘器新技 术的研发真正地进入了崭新的时期。当前国内外电除尘器技术的研发热点主要是 以下几个方面： 泛比电阻电除尘器技术 泛比电阻电除尘器技术是在常规电除尘器的阴极框架上添加辅助电极，阳极 采用轻型极板，板面平行于气流且在垂直于气流方向上交错布置。一方面提高工 作电压，增强粉尘的荷电效果；另一方面减小收尘辅助极与阳极的间距，提高平 均收尘电场强度。这种结构形式能有效地抑制粉尘的二次飞扬，提高对低比电阻 粉尘和微细粉尘的适应性，满足日益严格的环保要求。 移动电极电除尘器技术 移动电极电除尘器技术是采用可移动的收尘极板和可旋转的刷子来构成移动 电极电场。粉尘在被收集到收尘极板上尚未达到形成反电晕的厚度时，就随移动 电极一起转移到没有烟气通过的灰斗内，被旋转的刷子彻底清除，收尘极板仍保 持清洁状态。由于清灰是在无烟气流通的灰斗内进行，消除了因清灰造成的二次 飞扬。 薄膜电除尘器技术 薄膜电除尘器技术是用纤维薄膜来代替金属收尘极，使湿式电除尘器在处理 高比电阻微细粉尘时达到高除尘效率，且解决了湿式电除尘器在潮湿环境中金属 极板被腐蚀的难题。纤维薄膜是以玻璃纤维、塑料等抗腐蚀、绝缘材料为添加剂， 制成可导电的薄膜收尘极板。其工作原理是：在纤维薄膜收尘极板上喷洒液体， 利用薄膜上毛细管的作用原理将收尘极表面被收集的粉尘不断被冲洗干净。这种 设备不但制造成本低、除尘效率高，而且由于所需的冲洗水量仅为采用金属收尘 极板时的1 6 0 ，减少了二次污水，使其运行成本也大大降低。 层流电凝聚技术 传统的电除尘理念认为，气体中粉尘微粒在电场中的驱进速度越高除尘效率 就越高，因而在设计工艺参数时尽可能选取使烟气呈紊流状态的流速。层流电凝 聚技术采用呈层流状态的烟气流速，其收尘效率与收尘极板面积成正比，收集于 收尘极板上的粉尘不会因为烟气的流通而返混到烟气中，且其中的微细粉尘颗粒 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 也会相互碰撞、浓缩凝聚“长大”，进一步减少二次飞扬的程度，故收尘效率大大提 高。 在具体结构上，传统电除尘器的设计是尽量采用大的极间距以求得高的驱进 速度。而层流电凝聚技术采用比较小的极间距( 1 0 0 m 肌) ，且极板表面平整光洁，使 气流保持层流状态，提高除尘效率。 随着国家对污染控制要求的不断提高，特别是对粉尘排放浓度的控制越来越 严格，进一步促进了电除尘器技术的不断发展。各种电除尘新技术的开发和研究 方兴未艾，正逐步深入到更高的除尘机理的研究层面。传统的除尘理论是将粉尘 的收集过程当作一个稳态过程来看待的，但实际上收尘过程却是非稳态的，目前 已有科研人员开始研究电除尘的非稳态理论和技术。虽然迄今为止尚未有人研究 出粉尘荷电与工作电压、粉尘比电阻特性，以及粉尘厚度之间的定量关系，但有 理由相信在不久的将来，一旦在除尘理论上的研究有所突破，必将给电除尘器行 业的发展带来质的飞跃。 1 2 课题的来源及研究目的意义 “电除尘器振打加速度的分析研究 项目来源于西安宇清环境工程科技有限 公司的一个实际科研项目。 目前国内使用最广泛的除尘器有布袋除尘器和静电除尘器。虽然布袋除尘器 相对静电除尘器而言，布袋除尘器的效果更加稳定，但布袋除尘器花费的资金要 比电除尘器多得多，动辄就要好几百万，同时布袋除尘器的清理以及维护工作也 比较麻烦。布袋除尘器的使用年限也只有短短的两三年时间，比起电除尘器1 5 2 0 年的使用寿命来说，就更显得短暂了；而且用户使用成本也会大大增加。所以 目前大多数的厂家还是会选择电除尘器。 评判电除尘器设计好坏的标准，主要是电除尘器的收尘能力和清灰能力。国 外在这方面已经做了大量的研究，真正的掌握了除尘器设计的关键技术。国内对 电除尘器的收尘能力早就有系统的研究，对于清灰能力的研究国内也有研究，但 是所提出的研究方法限制于当时计算机的计算能力。目前计算机的计算能力大幅 度的提高，同时有限元分析软件所处理问题的范围越来越广，因此有必要探索和 提出新的计算方法。电除尘器的清灰工作主要是通过振打来实现的，清灰能力主 要是看振打加速度的大小及振打加速度的分布规律。目前对电除尘器振打清灰能 力的研究主要是通过试验法得到，通过试验结果来指导后期的设计。在产品成型 前对设备加速度的分析研究，为除尘器设计提出指导意义的清灰能力的研究还很 少。 本文通过分析研究得出了正确可行的计算方法：解析法与有限元法。基于该 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 方法可以得到除尘器极板上加速度值及加速度的分布规律，同时分析不同结构形 式的电除尘器的结构参数对加速度及分布规律的影响，为电除尘器的清灰能力的 好坏评判提供可靠的依据，指导后期的设计。本文通过对电除尘器振打加速度的 研究将有助于电除尘器结构本体的设计、电除尘器极板的研究与开发、振打锤的 型式、振打方式等的开发研究。使研究人员开发出设计合理，运行可靠，清灰能 力强，满足实际要求的电除尘器。 1 3 课题主要研究内容 电除尘器振打加速度的分析研究包括：加速度解析公式的推导计算、加速度 计算有限元方法的探索与形成、电除尘器结构参数对振打加速度的大小及加速度 分布规律的影响研究。 根据振动理论、材料力学理论、理论力学理论等多学科知识，对结构简单的 电除尘器结构进行简化，推导出计算振打加速度的解析公式。同时针对解析法对 问题进行简化的不足、对大型复杂电除尘器结构求解的复杂性和费时等不足问题， 探索基于有限元分析计算振打加速度的方法。利用大型通用非线性有限元软件 a b a q u s 对电除尘器振打加速度进行分析研究，并将加速度计算结果与实测结果 对比，证实有限元分析法的可行性与正确性。进一步分析电除尘器的结构形式、 极板的悬挂方式、振打锤大小、振打锤刚度、砧座的质量等因素对振打加速度的 影响规律。可以总结为以下几个方面的内容： 电除尘器振打机理分析及清灰要求； 电除尘器振打加速度解析法计算； 电除尘器振打加速度有限元分析； 振打加速度影响因素的分析研究。 重庆大学硕士论文2 电除尘器原理及振打清灰技术 2电除尘器原理及振打清灰技术 2 1 电除尘器工作的基本原理 电除尘器的机理，就其特性而言，是属于物理学范畴，更确切的说，应该是 属于电物理学。但是从电除尘的实践经验来看，还涉及到许多其它学科，其中包 括化学、气溶胶工艺学、化学工程学、电气工程学、电子学、空气动力学、机械 工程学、振动力学和公用工程学等。 电除尘器中离子、电子和气体分子相互作用和运动规律1 3 j1 4 】如图2 1 所示： 电晕区 - 雷- e 、 图2 1 电除尘器工作原理示意图 电除尘器的除尘过程可以分为四个阶段： 气体的分离； 粉尘获得离子而荷电； 荷电粉尘向电极移动； 将电极上的粉尘清除到灰斗中去。 第一阶段：是在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通以高压直流 电流，形成高压电场，将空气电离。 第二阶段：在使粉尘荷电前，首先通过加入电除尘器阴、阳极之间的高压电 ( 7 0 k v 左右) 使电场内的气体产生电离，使电场内充满大量的正负粒子；当带着 粉尘的烟气进入电场后，粉尘即与阴、阳粒子结合使粉尘荷电，粉尘荷电及所带 电量的多少除了与电场内阴、阳即粒子密度有关系外，还与尘粒的粒径、电场强 度和停留时间等有关系。 6 重庆大学硕士论文 2 电除尘器原理及振打清灰技术 第三阶段：烟气以垂直于电力线方向进入电场，在碰到荷电和扩散荷电两种 机理的共同作用下，粉尘被荷电。从电场空间电荷分布规律可知，粉尘中的很少 一部分随烟气途径放电极附近与正离子结合带正电，其余绝大部分与负离子结合 而带负电，在电场力的作用下，按“同性相斥，异性相吸 原理向与各自极性相 反的电极运动，到达正负电极。 第四个阶段：是从电极上回收粉尘，干式电除尘器多用振打的方式，湿式除 尘器则以水冲洗。 2 2 电除尘器振打清灰机理分析 2 2 1 电除尘器振打清灰机理 电除尘器阳极板、阴极线在工作一段时间后，捕集的粉尘达到一定厚度后需 对极板和极线进行清灰，否则会使捕尘效果下降。因此，通过电除尘器振打装置 使捕集的粉尘落入灰斗并及时排出，以保证电除尘器能够有效的工作。振打装置 的任务就是随时清除粘附在电极上的粉尘，以保证电除尘器的正常运行。常用的 清灰方式有机械式振打清灰，气动式振打清灰和电磁振打清灰。 2 2 2 振打清灰的基本要求 对振打装置的基本要求 电除尘器除尘区的增效将会给振打清灰增加难度，因此此时不仅所捕集的厚 度有所增加，而且细小颗粒的数量也会有所增加，粉尘在极板或极线上的附着力 也随之改变。加速度和频率大小的设计须视具体的工况而定，同样的除尘器在不 同的工况中所需的振打力度和频率是不一样的。加速度太大，会使粉尘击碎，特 别是细小粉尘，其结果是被击碎的粉尘引起二次扬灰。另外，过大的加速度和频 率会加快电除尘器运动部件及连接部件的耗损，减小其寿命，提高能耗。加速度 太小，清灰能力不够。因此对振打装置有基本要求【1 】： 1 ) 能使电极获得足够大的加速度，在整排收尘极板及整排放电极框架上的加 速度都能得到充分的传递。既能使粘附的电极上的粉尘脱落，又不至于使过多的 粉尘重新卷入气流，造成二次飞扬。 2 ) 能够按照粉尘的类型和浓度布同，对各电场的振打强度、振打时间、振动 周期等进行适当的调整。 3 ) 工作可靠，维护方便。 对振打力和剥落率的要求 在实际运行中，带电粉尘层对收尘极板或者极线的附着力主要是电场吸引力 e 与粉尘之间或粉尘与捕尘极板间的粘附力c 把粉尘紧紧压在捕尘极板上。为了 使沉积在捕尘极板上粉尘能与捕尘极板或者极线能有序的发生分离，就必须有一 7 重庆大学硕士论文2 电除尘器原理及振打清灰技术 个用在粉尘层上的法向力互，使互 乞+ ，而方向相反，此时粉尘层与捕尘板 或者极线相分离而靠自重落入灰斗中回收。或者有平行于捕尘极板的切向力e 或 b 作用于粉尘，使他们能够克服粉尘层与极板间摩擦力蚝( e + ) 或者 b ( c + c ) 从而使粉尘层与收尘极板产生滑动而靠自重落下，在电除尘器主要是靠 振动或煮撞击( 即电除尘器界称为的振打) 的方式获得加速度q ，口y ，吒来达到 清灰的目的。即要求达到： 1 ，、 吒二( c + ) ( 2 1 ) 粉尘层上的法向惯性力就能克服法向作用力c + c ，而使其与极板相分离， 靠自重而下落。 或者 1，、 q2 二( e + ) ( 2 2 ) 1 巳寺跏y ( e + ) ( 2 3 ) 粉尘层上的切向惯性力就能克服粉尘层与极板间的摩擦力而产生相互滑动。 对极板的要求 电除尘器收尘极极板通过振打锤打击砧座产生振打加速度，以使得极板上的 粉层脱落。振打力及剥落率与极板有关系。为了保证振打力及剥落率，保证电除 尘器的清灰能力，因此对收尘极板以及极板的吊挂有相关的要求。常见的电除尘 器极板结构如下图2 2 所示。 图2 2 电除尘器极板结构 f i g2 21 1 1 es 劬c t u r eo fe l e c 乜d s t a t i cp r e c i p i t a t o r sp l a t e l 一悬挂横梁；2 基础框架；3 悬挂轴；4 一阳极板；5 一档块；6 传动轴：7 振打锤 1 ) 对极板性能的要求 收尘极是收尘极板通过上部悬吊杆及下部冲击杆组装后的总称。收尘极板又 重庆大学硕士论文 2 电除尘器原理及振打清灰技术 称阳极板或者沉淀板。其作用是捕集荷电粉尘。冲击振打时，极板表面附着的粉 尘成片状或团状脱落板面，落入下部灰斗，达到除尘的目的。对收尘极板性能的 基本要求是【1 】： a 极板表面的电场强度分布比较均匀； b 极板受温度影响的变形小，并且具有足够的强度； c 与放电极之间不易发生电闪络； d 板面的振打加速度分布较均匀； e 干式电除尘器振打时，粉尘容易振落，二次扬尘少；湿式电除尘器的极板 容易形成水膜； 重量要尽可能轻，价格要便宜。 但在实际设计应用中，收尘极板的形式大都比较简单，一般侧重于保证极板 的足够刚度和减少极板上粉尘的二次扬灰。同时对收尘极板的加工要求严格，消 除锐边毛刺，以避免出现火花放电。 极板的材质取决于被处理烟气的性质，一般采用普通碳素钢。如果净化有腐 蚀的烟气，可采用不锈钢或在钢板上加涂料。极板多用1 2 2 坍的卷钢轧制。实践 证明，每一排极板不宜用整块钢板制作成一体，而应由若干块极板拼装而成。整 排极板的长度称为电场长度，一般在4 5 所以内，高度为2 1 5 所，视电除尘器尺寸 而定。每块极板的宽度一般不超过1 小，现代的极板都采用专用轧机轧制加工，保 证安装的极间距离和公差要求。 我国5 0 年代从苏联、东德引进的电除尘器，多采用鱼鳞形极板。由于这种极 板本身的自重大，振打加速度分布均匀性差，鱼鳞片的凸起部分常常为粉尘所堵 塞。经对小c 形极板( 宽2 3 0 扰历) 与鱼鳞板板进行对比试验的结果证明，小c 形 极板的收尘性能略优于鱼鳞板，而单位面积的重量比为l ：2 8 。此后，鱼鳞板基本 上被c 形板所代替。 7 0 年代初，我国首次进行的3 6 0 所29 种规格的电除尘器系列设计，全部采用 z 形极板。1 9 7 5 年，第一台z 形极板轧机试轧成功，z 形极板得到普及。随着电 除尘器大型化，又出现了宽4 8 0 朋朋的大c 形极板。这两种极板，从断面形状来看， 基本都是中间比较平直，两端做成钩形，目的在于减少粉尘的二次飞扬【l 】。 2 ) 对极板吊挂的要求 收尘极最常用的吊挂方式有自由悬挂和紧固型。这两种方式是基于对振打机 理不同角度的理解而产生的。 自由悬挂型以单点偏心吊挂为代表。采用这种悬吊方式的极板上、下端均焊 有加强板，上端加强板的悬吊点位于极板二分之一宽度的中心线上，仅用一个销 轴定位。极板在悬吊杆内允许有5 埘历的横向移动，使之形成偏心悬挂。极板由于 9 重庆大学硕士论文2 电除尘器原理及振打清灰技术 本身重力矩的作用向右侧偏斜，由冲击杆内的挡块将它找正。极板偏心愈大，下 部加强板与挡铁的正压力愈大。当振打力从右边传递过来时，下端加强板对挡铁 产生相对运动，极板绕上端偏心悬挂点回转，然后靠自重落下，再次与挡铁碰撞。 单点偏心吊挂的极板振打时位移较大，振打力一定时，其传递振打力较小，但比 较均匀。其固有频率较低，因此清灰效果较好。这种悬挂方式用于烟气温度较高 的场合。极板上、下端均用螺栓加以固定。借助垂直于极板的法向振打加速度， 使粉尘层与极板分离。这种悬吊方式，极板振打位移下，极面振打加速度大，固 有频率高，振打力从振打杆到极板的传递性能好。唯安装工作量较大，必须采用 高强度螺栓并将所有的螺栓拧紧。目前，国内采用这种方式的居多。 紧固形吊挂有两种方式： a 将极板上悬吊杆固定在一根弹性梁上，弹性梁由薄钢板压制成形，传递冲 击振打时允许有轻微的弹性变形。弹性梁的尺寸取决于悬吊极板的自重极极板粘 灰的荷重。采用这种结构形式可以使极面振打加速度分布较均匀。 b 挂钩悬挂方式。这种极板宽7 3 5 肌聊，上部通过悬挂梁的挂钩定位，下部固 接。极板受热伸长时，由于上端不是固接，影响异极距的可能性小得多。这种吊 挂方式与紧固型的固有频率不同，极板上端部分的振打加速度衰减相对较少，有 人认为，极板振打时产生一定的位移量有利于粉尘层的脱落。还要制作、安装简 单方便等优点。 2 3 电除尘器振打清灰技术的发展 我国早期电除尘器的清灰技术一般有两种形式。一是振动清灰，在捕尘极板 的顶部设置振动器，使捕尘极板在正弦干扰力作用下产生强迫振动，这类振动清 灰因扰动力的频率不高，因此即使扰动力不小，消耗能量不小，但捕尘极板获得 的振动加速度均很小，清灰效果不好。目前在板卧式电除尘器中均已不再采用此 种振打清灰方式，只有在管式电除尘器中尚有采用这种方式清灰的；二是撞击式 振打装置，它是通过传动装置使相邻二组捕尘极板绕夹板向上提升，当凸轮脱开 时，捕尘极板排依靠重力矩回转下落，引起两组极板排的互相撞击，使集尘板获 得振打加速度。 这类凸轮拉杆式撞击装置由于要把整排极板提升，因此消耗的能量很大，又 由于两极排板相互撞击后很难分开，这样撞击时间丁。较长。现场实测也证实了这 一点，这种振打方式，极板上的振打加速度明显偏小，且振打清灰效果也较差。 到7 0 年代中期开始采用侧向挠臂锤振打装置，这类振打装置是由传动装置旋 转提升挠臂锤，使锤达到最高势能位置时回转下落去振打整组捕尘极板排下面振 打杆端部的砧板，通过撞击使板面上各处获得振打加速度。可见这种振打加速度 1 0 重庆大学硕士论文 2 电除尘器原理及振打清灰技术 是由一小物体去打击一个质量大得多的物体，因而他们撞击时接触时间十分短暂， 虽然期动量的变化要不上述凸轮拉杆式撞击振大装置的动量变化小的多，但是由 于丁。很小，一般仅为o 1 0 2 毫秒，因此振打力的峰值就很大，而除尘设备中的 清灰原理，也只需要在某一瞬间，极板有教大的振打加速度，使粉尘层的惯性力 能克服作用力，使它与捕尘极板相分离而下落。对这类挠臂锤振打装置，西欧的 一些著名的电除尘器厂商，如西德l u r g i 公司，瑞士e l e x 公司，瑞士f 1 出公司， 英国b e a b o d y 公司都是不惜花费昂贵代价进行研究。我国7 0 年代中期，s h w b 系 列化电除尘器设计时开始采用这类振打装置。开始时清灰效果不好，后经大量的 实验研究与现场测试，证实了振打锤的形式，当在相同振打力矩条件下，以线接 触形式比点接触式有更好的振打效果；同样在相同的振打力矩条件下，重锤振打 比轻锤振打效果好。但当锤的型式选定后，其臂长又必须符合撞击中心的要求， 对不同的粉尘性质，不同的捕尘极板组结构形式，即使在同一台电除尘器，捕尘 极板所处的电场位置都应选取不同的振打锤的重量；以及两次振打间隔时间的合 理选取；还有振打装置与捕尘极板组的制造按照都有严格的要求，必须使振打锤 与砧板间的相对位置安装的合适，才能获得较大的振打力且整排极板的加速度比 较均匀等。在经过近十年的努力后，基本上已使我国生产的采用挠臂锤振打清灰 装置的电除尘器取得了较好的清灰效果。 8 0 年代中后期，我国龙净企业公司又引进了美国g e 公司顶部电磁锤振打器 清灰的电除尘器。顶部振打清灰是在捕尘极板组顶部进行振打，它以美国为主， 与西欧的侧向振打清灰已形成目前国际上电除尘器振打清灰的二个主要形式。龙 净企业公司经消化吸收于1 9 9 1 年试制成电除尘器且经过省级鉴定。顶部振打电除 尘器在美国有好几家厂商及几种方式，如g e 公司的电磁锤振打，l o d g e c o t t r e l l 公司的顶部机械振打，还有c e 公司的电除尘器振打。我国现引进了g e 公司的技 术，还有不少电厂引进了l o d g e c o t t r e u 公司，c e 公司的电除尘器用于6 0 0 m w 发 电机组或3 0 0 m w 发电机组的烟尘治理。从目前的情况来看，顶部振打清灰确实有 其优点，特别是g e 公司的电磁锤振打器进行顶部振打，装置安置在项部壳体之上， 不在烟尘中运行，检查维修方便，工作稳定可靠。如能在振打锤的设置、振打力 传递等环节上进行深入研究工作，顶部振打清灰完全能像侧向振打清灰一样达到 稳定可靠的运行，而且能有更好的发展前途【7 】。 2 4 本章小结 本章重点介绍了以下知识：电除尘器工作基本原理的四个阶段；电除尘 器振打清灰的基本原理及要求；电除尘器振打清灰技术的发展。 重庆大学硕士学位论文3 电除尘器振打加速度解析法计算 3电除尘器振打加速度解析法计算 为了使电除尘器极板获得足够的振打加速度以及均匀的加速度分布，同时保 证振打加速度不会引起极板的疲劳破坏，因此在设计初有必要对电除尘器振打加 速度大小及分布规律进行分析研究。 本章将重点介绍单块集尘板及整组阳极板受锤振打后的振打加速度的解析法 分析研究。 3 1 单块集尘板振打加速度解析法计算 振打锤经过自由落体运动撞击砧座，使得极板上产生振打加速度。根据振动 理论等相关知识推导出计算加速度的解析法公式。 计算模型如图3 1 所示。 图3 1 集尘板计算模型 f i g3 1 c 伽叩u t i n gm o d e lo f d u s t c o l l e c t i n gp l a t e 集尘板下端通过连接板与振动杆紧固连接，上端通过连接板与固定刚架相连 接。我们研究目的是集尘板的平面内响应，因为集尘板的切向刚度较大，因此可 以将集尘板简化成梁，其下端附加一质量；上端可以看成与一悬臂梁相连接，组 成复合悬臂梁，如图3 2 所示。 1 2 图3 2 集尘板简化图 f i g 3 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f d u s t c o l l e c t i i l gp l a t e 下面通过自由振动法吲与强迫振动法嘲分析集尘板经振打后在平面内的加速 度响应。 3 1 1 自由振动法计算 设连接板长厶，弹性模量为鼠，截面惯距为厶，质量为。集尘板长为厶， 弹性模量为e ，截面惯距为以，截面面积为氐，质量为m 。振打杆质量为尬，挠 臂锤质量为托，挠臂锤从高度为厅出自由落下，连接板、集尘板、振打杆及挠臂锤 密度为p 。 组合悬臂梁的自由振动方程及边界条件 设少( z ，) 表示组合梁在平面内横向振动的位移，根据梁的弯曲振动，设梁的干 扰力为零，得到梁的自由振动方程f 1 5 】： e 以孑+ 声擎_ 0 ( 3 1 ) 由梁的自由端和固定端的变形连续性，可得边界条件为： 卜鬻窘+ 鬻窘 x = o 时 f 垒：一鱼坠立+ 芷盟立 【苏2 邑，o 缸3 b 山苏2 1 3 ( 3 2 ) 重庆大学硕士学位论文 x = 时 3 电除尘器振打加速度解析法计算 ( 3 3 ) 组合悬臂梁的自由振动方程的解 假设有分离变量形式的解存在，令y ( x ，f ) = y ( 工) 丁( f ) ，可以证明r ( r ) 必须是f 的 谐和函数，方程的解j ，( x ，) 可以表示为： y ( x ，) = y ( x ) s i n ( p r + l f ，)( 3 4 ) 其中取z ) 为振型函数，p 为梁的谐振频率。振型函数可以表示为： 】，( x ) = c l c 办触+ c 2 s 矗奴+ c 3c o s h + c 4s 血缸 ( 3 5 ) 谐振频率的计算公式为： 盯 p = 七2 ，地 ( 3 6 ) 、p s 将( 3 5 ) 式带入( 3 4 ) 式中得： y ( 石，f ) = ( c l 幽缸+ c 2 s 办h + c 3c o s 妇+ c 4s i n 叔) s i i l ( p ，+ y ) ( 3 7 ) 将( 3 7 ) 式带入边界条件( 3 2 ) 、( 3 3 ) 式中，得到频率方程。记口= 形，卢= 邑厶巨以， y = ， a = 碣，则频率方程可表示为： 口o ( a ) = s 办九+ 以c 办九 6 0 ( 九) = c 办九+ 皿s 乃a c o ( 允) = s i n 允+ 以c o s a 乩( 旯) = c o s 允+ 以s i n 允 口( 九) 6 ( 允) ( 3 8 ) ( 3 9 ) 一降卜孤3c o s a + ( 譬咖2 寸n 允 二鬈鬻：蒜葛 埘一扣3 舭降伽钟卜傺州咖a 卜“叫 ( 譬咖2 n 卢2 c 舰- 2 胁肌降卜 由频率方程可以求出根丑，由见= 得墨= 丑，带入谐振频率公式 庳2 悟 中得到第f 阶频率及相应的振型： 1 4 塑酽 所 o = i l 咖虿咖一吼 巨 置 o = 、i， 允 ，l d 、i， 允 ，i 反 + 、i， 允 ，i c 、i， 允 ，j、 + 、， 允 ，i 6 、i， 允 ，f + 、i， 允 ，j 口 、l， 允 ， 中其 i i i i ) ) 九， 1、 c ( c j 重庆大学硕士学位论文 3 电除尘器振打加速度解析法计算 一2 悟俐詹 ( 3 1 1 ) 将砖= 肛带入振型函数中得到： 鬈( x ) = 口( 丑) 如砖工+ 6 ( 九) s 办毛x + c ( 丑) c o s 忍工+ d ( 丑) s i n 岛x ( 3 1 2 ) 其中 m 卜( 警卜枷s 九+ 降伽2 小九 篡掣簿算2 酚聊c ( 班3 聃丑一( 譬咖2 卜小叶譬州咖丑 m ，- ( 鲁咖2 卜卢2 一铆州一( 譬卜 集尘板平面振动的加速度计算 根据迭加原理，梁的位移为： y ( 蹦) ：主掣( 4 fs i i l ”忍c 哪f ) ( 3 1 4 ) 其中常数4 ，忍由梁的初始状态决定。 可以把振打锤从顶端回转下落对振打杆产生冲击，相当于使振打杆产生一个 初始速度h 从而极板作自由振动，极板上各点产生振打加速度，于是有： 当，= o 时： f y ( x ，o ) = o 1 掣i f = o = 熊磊 。j 5 垮公式( 3 1 4 ) 初始条件( 3 1 5 ) 中，且利用组合梁振型函数 z ( x ) ) 的加权正交性 r m ( x ) z ( x ) z ( x ) 出= o( 3 1 6 ) lrm ( x ) 鬈2 ( x ) 出= p se 誓2 ( x ) 出+ 研：h 2 ( ，) 其中聊( x ) = 伊+ 6 ( 一x ) 为组合梁的质量密度函数。可以得到： 4 - 一”墟3 ， n 忉 【忍= o 得到组合梁位移公式： 小力2 赫高脊孙灿 埘 重庆大学硕士学位论文3 电除尘器振打加速度解析法计算 对组合梁的位移函数求二阶导数即可得到组合梁上坐标薯处在时刻的加速 度为： 掣摩 国2 l f = f ， ( 3 1 9 ) 利用数值积分的五点公式即可求出组合梁上各点受冲击后的加速度响应： a 2 y ( x ，f ) 卜= 五一1 国2 l f = 0 缸2 茜y ( 鹕+ 。) 一警y ( + ，) + 9 5 少( 硝+ ：) 一芋y ( 蛳) + 蔷y ( ) ( 3 2 0 ) 其中垃= f ，+ ，一f ，为计算的时间步长。 初始速度v 1 的计算 扰臂锤对振打杆珑：的冲击可考虑为对心碰撞，为了考虑梁的质量确的 3 3 1 4 0 附加到质量所：上，在撞击结束川，的速度作为组合梁端部x = 处的初速度 v 1 。扰臂锤自由度办处下落，撞击到朋，时，m ，的速度为： 1 l d = 2 咖( 3 2 1 ) 碰撞前所，的速度为零，设材料的恢复系数为g ，则 m ：型埤 ( 3 2 2 ) + 聊2 + 而取 计算结果与实际值对比 计算模