【摘要】：濕式靜電除塵技術(shù)具有高效去除微細顆粒物、低壓損、防止二次攜帶等優(yōu)點,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)、硫酸制造、磷礦加工等行業(yè)。然而目前的濕式靜電技術(shù)仍存在一些問題,集中體現(xiàn)在集塵極材料選擇和表面水膜分布不均引發(fā)的系列問題上。例如集塵極表面水膜不均引起的“干斑點”和“火花放電”故障、大部分設(shè)備采用的停機沖洗操作缺陷、集塵極采用耐腐蝕材料造成的設(shè)備成本較高等問題,限制了濕式靜電技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。針對上述問題,本文提出以柔性絕緣疏水纖維織物用作集塵極材料,旨在解決傳統(tǒng)濕式靜電技術(shù)電氣與設(shè)備故障根源。通過研究柔性集塵極表面水膜形成過程、內(nèi)在動力與液滴浸入蔓延規(guī)律,論證水在柔性疏水纖維織物集塵極表面形成均勻水膜的可行性；通過分析S03\酸霧氣溶膠核化、吸收競爭機制,揭示燃煤煙氣S03進入濕法脫硫塔前后的形態(tài)轉(zhuǎn)化與吸收規(guī)律；以S03轉(zhuǎn)化物粒度分布特征為據(jù),建立酸霧氣溶膠深度凈化小型試驗臺,通過測量不同給水率條件下柔性絕緣集塵極電阻率變化及V—I曲線,揭示柔性集塵極表面水膜特性與靜電場性能之間的耦合關(guān)系,提出柔性集塵極應(yīng)用于燃煤脫硫煙氣深度凈化的理論分析模型,指導(dǎo)中試試驗系統(tǒng)設(shè)計；通過中試試驗研究得出柔性集塵極應(yīng)用于燃煤脫硫煙氣深度凈化的組合操作參數(shù),并在2×220t/h鍋爐上實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 (1)采用浸潤質(zhì)量實時監(jiān)測法,在柔性集塵極毛細浸潤實驗臺上,測量了三種浸潤液體對兩種疏水性纖維織物(丙綸織物：840A；滌綸織物：728)浸潤過程中集塵極質(zhì)量的變化；利用浸潤過程分步吸收、材料表面膠化處理方式,得到液體浸潤織物過程存在的兩種獨立浸潤途徑,揭示了水在柔性絕緣疏水性纖維織物集塵極表面形成均勻水膜的可行性及內(nèi)在動力。研究發(fā)現(xiàn)：液體對柔性集塵極毛細浸潤過程,可分為浸入、毛細吸附、液固分離、織物表面液體蒸發(fā)四個階段;織物編織結(jié)構(gòu)、材料表面自由能、液體性質(zhì)等參數(shù)對織物毛細浸潤特性影響顯著；當液體浸潤同一織物,經(jīng)向和緯向浸潤規(guī)律表現(xiàn)相同,水浸潤840A、728織物過程分別符合ExpAssoc指數(shù)分布和Hill分布；液體浸潤量由織物纖維間隙毛細吸附量和織物表面空穴容液量兩個相互獨立部分組成,毛細吸附與空穴充滿過程同時發(fā)生并存在質(zhì)量交換；纖維間隙毛細吸附效應(yīng)、表面空穴內(nèi)液體產(chǎn)生的Laplace壓力與液體本身靜壓差、表面空穴內(nèi)液體之間的壓力差為柔性疏水絕緣纖維織物集塵極表面水膜的形成提供動力。 (2)以液滴擴散基礎(chǔ)理論為指導(dǎo),利用FASTCAM—10kC高速攝像系統(tǒng),拍攝不同性質(zhì)液滴在不同柔性集塵極材料表面的浸入擴散過程。運用數(shù)據(jù)無量綱化處理方法對拍攝內(nèi)容統(tǒng)計分析,得到液體、織物參數(shù)對液滴在集塵極表面浸入擴散特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：液體性質(zhì)、材料表面自由能決定二者之間的接觸角數(shù)值,水液滴與840A、728的接觸角分別為136.2°、52.5°,乙醇與840A、728的接觸角分別為41.9°、46.5°；接觸角越大,液滴浸入擴散速度越小,達到平衡時間越長；液滴浸入擴散過程可分為浸入擴散初期和浸入擴散后期兩個階段；在浸入擴散初期,液滴重力對擴散速度及體積浸入速度影響顯著,在浸入擴散后期,液體粘度、慣性力、材料表面能起主導(dǎo)作用；水液滴在728表面及乙醇液滴在728、840A表面的擴散形狀均為橢圓形,擴散過程分別符合ExpAssoc和Hill分布；水液滴在840A正、反面的浸入時間較長,擴散形狀為圓形,直徑略小于液滴最大直徑；織物表面紋理結(jié)構(gòu)、液滴體積和性質(zhì)、織物厚度、材料表面自由能對液滴浸入擴散特性產(chǎn)生明顯影響。 (3)在S03形態(tài)轉(zhuǎn)化實驗中,采用03氧化S02法產(chǎn)生S03,利用激光相位多普勒測速系統(tǒng)對S03轉(zhuǎn)化物進行粒度測量,得到典型濕法脫硫溫度下S03轉(zhuǎn)化物多分散性粒度分布特征,并為酸霧氣溶膠深度凈化試驗顆粒物粒徑選擇提供依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)：在溫度56°CS03與反應(yīng)器內(nèi)殘存少量空氣接觸時,S03與水分子快速結(jié)合轉(zhuǎn)化為H2SO4分子,而不是以S03分子形態(tài)存在；溫度是影響硫酸蒸氣核化凝結(jié)的關(guān)鍵因素；硫酸蒸氣凝結(jié)成核形成的酸霧氣溶膠顆粒物粒徑的估計值在[0,40]、[41,70]這兩個區(qū)間的概率為96%,兩段區(qū)間內(nèi)顆粒物平均粒徑分別為18μm和48μm;SO3進入濕法脫硫塔后全部以酸霧氣溶膠形態(tài)存在。 (4)在S03酸霧氣溶膠吸收特性實驗臺上,測量了室溫下不同吸收劑對S03酸霧氣溶膠的吸收率,對比分析了不同溫度下,鈣基濕法脫硫循環(huán)漿液對S03酸霧氣溶膠吸收率的變化,并對S03酸霧氣溶膠在吸收劑內(nèi)的核化、吸收過程存在的競爭機制進行了機理分析和實驗驗證。實驗測得不同吸收劑對S03酸霧氣溶膠的吸收率為：CaCO3(30%):60.79%,脫硫循環(huán)漿液：64.21%, NaOH(0.25mol/L):67.02%,去離子水：67.21%；吸收劑中各類溶解性粒子的存在降低了SO3酸霧氣溶膠的溶解度；溫度在50～85℃變化時,脫硫循環(huán)漿液對SO3酸霧氣溶膠的吸收率輕微波動；實際運行中燃煤產(chǎn)生的S03進入脫硫塔時全部轉(zhuǎn)化為H2SO4并形成大量亞微米級凝結(jié)核,酸霧氣溶膠的核化速度遠遠高于在吸收劑內(nèi)的溶解速度,最終形成大量微細硫酸霧懸浮于氣相中,而不能被脫硫漿液全部吸收；凈煙氣中的酸霧含有未脫盡的硫酸霧部分。 (5)以機理研究成果為基礎(chǔ),建設(shè)了柔性集塵極應(yīng)用于酸霧氣溶膠深度凈化小型試驗臺。重點在該試驗臺上考察了集塵極材料、比收塵面積、場強、顆粒粒徑、氣體溫度、進口濃度、水膜蒸發(fā)率等參數(shù)對酸霧氣溶膠脫除率的影響規(guī)律。利用FLUENT對靜電場內(nèi)導(dǎo)流板的設(shè)計進行優(yōu)化,優(yōu)化后電場內(nèi)速度均方根降為0.139,有利于柔性集塵極的張緊和垂直；當絕緣集塵極給水率為0.03L/m2時,材料電阻率降為半導(dǎo)體材料范疇；給水率為0.147Lm~-1h~-1時,測得728、840A、玻璃鋼(FRP)三種集塵極的電場特性相似,起暈電壓均為22kV,30kV以后,電暈電流728840AFRP;試驗工況下,840A對酸霧氣溶膠的脫除效率為99.4%；比收塵面積、進口濃度與酸霧氣溶膠脫除率成線性增加關(guān)系,場強與效率之間的關(guān)系符合Logistic模型,脫除率隨溫度的升高成指數(shù)衰減,表面水膜蒸發(fā)率對酸霧氣溶膠脫除率無明顯影響；通過各影響參數(shù)分析,對傳統(tǒng)效率公式進行了修正,提出了柔性集塵極應(yīng)用于燃煤脫硫煙氣深度凈化的理論分析模型。 (6)在柔性集塵極應(yīng)用于鈣基濕法脫硫煙氣深度凈化中試試驗臺上,發(fā)現(xiàn)試驗工況下728和840A集塵極對漿液滴、微細粉塵氣溶膠的脫除率均在99%以上；鋸齒芒刺線的工作性能優(yōu)于星形放電極,二者在低流量條件下偏差為1%-4%,在高流量下二者偏差為7-10%；試驗裝置出口煙氣酸霧含量10mg/m~3、漿液滴氣溶膠15mg/m~3,微細粉塵氣溶膠5mg/m~3；低pH值靜電脫除液體作為唯一水膜供給水源,柔性集塵極低溫高濕環(huán)境運行7個月后,性能持續(xù)表現(xiàn)優(yōu)異；728集塵極+芒刺線極配方式合理,兩電極表面保持高度清潔；柔性集塵極應(yīng)用于鈣基濕法脫硫煙氣深度凈化的工業(yè)化應(yīng)用中,推薦參數(shù)為：極配方式為728集塵極+芒刺線；氣體與水膜接觸方式為逆流接觸；極間距為400mm；氣體停留時間范圍為2s-2.5s；運行電壓在65-70kV時,比收塵面積推薦值為16-20m~2/(m~3/s)；工業(yè)化裝置的正常運行驗證了研究成果的正確性。 (7)建立柔性集塵極應(yīng)用于濕式氨法脫硫煙氣深度凈化的中試試驗臺,明確了適用于濕式氨法脫硫煙氣深度凈化技術(shù)的特性參數(shù)。試驗工況下,728集塵極對氨、銨鹽類氣溶膠的脫除率分別為89.24%和90.86%；預(yù)洗滌水量對裝置進口煙氣NH3和SO2含量均產(chǎn)生明顯影響；預(yù)洗滌水量的大小對氨氣溶膠的脫除率無明顯影響,銨鹽類氣溶膠脫除率隨預(yù)洗滌水量增加成線性增加；煙氣流量越大,氨氣溶膠和銨鹽類氣溶膠的脫除率均相應(yīng)降低,預(yù)洗滌水量越大,煙氣流量對污染物脫除率的影響越��；靜電脫除液體及過飽和煙氣冷凝液完全滿足集塵極給水率要求；柔性集塵極應(yīng)用于濕式氨法脫硫煙氣深度凈化的工業(yè)化應(yīng)用中,當氣體與水膜接觸方式為順流接觸時,推薦參數(shù)為：預(yù)洗滌水量范圍為0.09-0.18L/m3·h,氣體停留時間2s,運行電壓在60kV時,比收塵面積推薦值為18-22m~2/(m~3/s)。 柔性集塵極應(yīng)用于燃煤脫硫煙氣深度凈化技術(shù),高煙氣流速下具有氣溶膠脫除率高、煙羽能見度高、集塵極表面水膜均勻、清灰徹底、無間斷在線操作、運行成本低等優(yōu)點及現(xiàn)場應(yīng)用優(yōu)勢,使其有望成為協(xié)同脫除WFGD、SCR系統(tǒng)運行副產(chǎn)物的主流控制技術(shù)之一。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X701.3

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本文編號：2610643