【摘要】：目前,我國工業(yè)已進入高速發(fā)展的階段,大氣污染造成的環(huán)境問題越來越嚴重,治理大氣污染物已成為十分緊迫的任務(wù)。電除塵器由于效率高、能耗低、能處理大煙氣量的高溫煙氣,是顆粒物污染控制設(shè)備中應用最廣泛的一種,在大氣環(huán)境污染控制方面起到了十分重要的作用。但由于其存在體積龐大、一次性投資高、鋼材用量多、對于PM10以下微細粉塵捕集效率低等問題,嚴重制約了其更進一步的應用。 從高氣壓(-0.1MPa)非平衡等離子體物理、氣體電離放電物理學來分析,目前電除塵器存在的關(guān)鍵問題是電除塵器放電區(qū)域離子輸運率低,使電除塵器電場中離子濃度僅為106-107/cm3左右,進而使煙塵顆粒荷電量和驅(qū)進速度低,是造成電收塵器目前存在問題的主要原因。從帶電粒子的運動規(guī)律可知,離子在輸運過程中需要克服電場對帶電粒子的束縛力,因此提高帶電粒子的動量是解決離子源輸出濃度及輸運項低下問題的有效方法。 論文設(shè)計的新型橫向極板電除塵器采用一種新的放電除塵結(jié)構(gòu)形式,選用ω型集塵極板,并將放電極設(shè)置在迎氣流的集塵極間隙出口端。由于流過放電電場的氣體流速高達5m/s～20m/s,大大增加了帶電粒子動能,使離子有效擺脫了電場的束縛,提高了離子輸運率和離子濃度,進而有利于粉塵荷電和除塵效率的提高。 針對電除塵器存在的問題,論文分別進行了新型橫向極板電除塵器理論分析、CFD數(shù)值模擬與設(shè)計、除塵試驗系統(tǒng)設(shè)計及試驗研究四部分工作。分析了新型橫向極板電除塵的相關(guān)理論,采用CFD數(shù)值技術(shù)并結(jié)合電除塵器設(shè)計方法,設(shè)計了一套1000m3/h新型橫向極板電除塵試驗系統(tǒng),進行了電除塵器離子輸運特性和除塵性能試驗研究工作。同時根據(jù)數(shù)值模擬設(shè)計并結(jié)合離子輸運特性和除塵性能試驗的結(jié)果,改進和優(yōu)化了除塵器的設(shè)計工藝和參數(shù),設(shè)計了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗系統(tǒng),并進行模擬煙氣凈化試驗,研究新型橫向極板電除塵器的技術(shù)性能,為該項除塵技術(shù)的應用和推廣提供依據(jù),為解決電除塵技術(shù)現(xiàn)存的問題提供一種有效方法。 文中在電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用計算流體力學(CFD)技術(shù),對課題設(shè)計的新型橫向極板電除塵器除塵區(qū)域內(nèi)流場進行數(shù)值模擬。計算采用SIMPLE算法,用前處理軟件ICEM對幾何模型進行網(wǎng)格劃分,用FLUENT流體仿真軟件借助離散相模型考查煙氣風速v、粉塵粒徑dp、外加電壓U三種因素與除塵效率之間的關(guān)系,并根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果對新型橫向極板電除塵器的設(shè)計和運行進行優(yōu)化。模擬設(shè)計結(jié)果表明,電除塵器內(nèi)部整體氣流分布較好,集塵板間隙處風速較高,可有效減少離子復合,從而提高除塵區(qū)域中離子濃度；模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),除塵效率隨外加電壓、粉塵粒徑的提高而增大,煙氣風速在一定范圍內(nèi)成為了提高除塵效率的有利因素。同時流場分布的模擬結(jié)果表明,集塵極板背面風速較小,有利于捕集灰塵。數(shù)值模擬結(jié)果表明,新型橫向極板電除塵器的除塵性能較好,技術(shù)經(jīng)濟性較佳。 此外,模擬設(shè)計結(jié)果表明,新型橫向極板電除塵系統(tǒng)設(shè)計時應在灰斗中設(shè)置擋板,防止部分煙氣從除塵器下部灰斗中流過,并造成二次揚塵,降低除塵器的粉塵除塵效率。當除塵器入口煙氣風速v為1.2-4.4m/s時,壓力損失不高,v為4.4m/s時,壓力損失也只有幾百帕,低于中阻力除塵設(shè)備的壓力損失。為了獲得較高的除塵效率,相鄰平行集塵極板間距d應選定為90mm左右,除塵器入口煙氣風速v為2.5-3.5m/s,外加直流電場電壓U為18-20kV。 在試驗研究中,首先建立了1000m3/h試驗室規(guī)模的新型橫向極板電除塵系統(tǒng),并進行了離子輸運特性試驗,考察了距放電極距離L、外加電場電壓U、煙氣速度v、集塵板間距d等因素對自制新型橫向極板電除塵裝置的離子濃度n。的影響。試驗結(jié)果表明,在橫向極板電除塵系統(tǒng)中,隨著風速v的提高,增加了放電電場中離子的動量,產(chǎn)生的離子濃度最高可達9.12x109/cm3,與傳統(tǒng)除塵器比較,離子濃度可提高2個數(shù)量級以上。由于除塵裝置有效的提高了離子輸運率,可大大增加塵粒荷電的幾率,提高粉塵粒子的荷電量和驅(qū)進速度。 此外,結(jié)合離子輸運特性試驗的結(jié)果,進行了模擬煙氣凈化試驗,并考查了外加電壓U、有效收塵面積A、煙氣流速v、粉塵比電阻p、粉塵濃度C0和粉塵粒度dp等因素對模擬煙氣除塵效率η的影響。試驗結(jié)果表明,當集塵極板間距d=100mm,外加電壓U=18.2kV,煙氣速度v=2.85m/s,煙塵濃度Co=10.2g/m3,有效除塵面積A=1.12m2時,橫向極板電除塵系統(tǒng)除塵效率η可達到99.21%。在保證除塵效率的同時,有效提高了電場內(nèi)氣流速度,對粒徑在0-10μm范圍內(nèi)的微細塵粒去除效果良好,捕集效率在90%以上。 依據(jù)數(shù)值模擬設(shè)計和試驗研究結(jié)果,對1000m3/h新型橫向極板電除塵試驗系統(tǒng)進行了改進和優(yōu)化,設(shè)計了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗系統(tǒng),并依據(jù)該套除塵系統(tǒng)進行了除塵性能試驗。實驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電除塵器相比,新型橫向極板電除塵器具有較大技術(shù)優(yōu)勢。通過理論分析和試驗結(jié)果可以看出,新型橫向極板電除塵器的橫截面積和有效收塵面積與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電除塵器相比,縮小了將近2倍,橫向極板電除塵器的體積明顯減小。同時,橫向極板電除塵器的煙氣流速高達3.0m/s,除塵區(qū)域內(nèi)氣流速度是傳統(tǒng)電除塵器的近3倍；同時荷電塵粒在除塵電場中的驅(qū)進速度比普通結(jié)構(gòu)的電除塵器提高了近7倍之多,高達188.6cm/s。因此,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電除塵器相比,本課題研究設(shè)計的新型橫向極板電除塵器具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,可有效降低耗費鋼材量和一次性投資,有望解決電除塵器存在的技術(shù)問題。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X701.2

【引證文獻】

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1 張宇;;空調(diào)機除塵系統(tǒng)的研究[J];科技創(chuàng)新導報;2011年34期

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2 王晶;新型寬間距雙渦旋極板ESP數(shù)值模擬及工業(yè)試驗裝置設(shè)計[D];江蘇大學;2017年

3 劉詩雯;新型電除塵器數(shù)學模型的建立及仿真研究[D];江蘇大學;2016年

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本文編號：2661527