【摘要】：目前,我國(guó)工業(yè)已進(jìn)入高速發(fā)展的階段,大氣污染造成的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)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?zé)煔?是顆粒物污染控制設(shè)備中應(yīng)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(duì)于PM10以下微細(xì)粉塵捕集效率低等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了其更進(jìn)一步的應(yīng)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(xué)來(lái)分析,目前電除塵器存在的關(guān)鍵問(wèn)題是電除塵器放電區(qū)域離子輸運(yùn)率低,使電除塵器電場(chǎng)中離子濃度僅為106-107/cm3左右,進(jìn)而使煙塵顆粒荷電量和驅(qū)進(jìn)速度低,是造成電收塵器目前存在問(wèn)題的主要原因。從帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知,離子在輸運(yùn)過(guò)程中需要克服電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的束縛力,因此提高帶電粒子的動(dòng)量是解決離子源輸出濃度及輸運(yùn)項(xiàng)低下問(wèn)題的有效方法。 論文設(shè)計(jì)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(guò)放電電場(chǎng)的氣體流速高達(dá)5m/s～20m/s,大大增加了帶電粒子動(dòng)能,使離子有效擺脫了電場(chǎng)的束縛,提高了離子輸運(yùn)率和離子濃度,進(jìn)而有利于粉塵荷電和除塵效率的提高。 針對(duì)電除塵器存在的問(wèn)題,論文分別進(jìn)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(jì)、除塵試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)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(jì)方法,設(shè)計(jì)了一套1000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了電除塵器離子輸運(yùn)特性和除塵性能試驗(yàn)研究工作。同時(shí)根據(jù)數(shù)值模擬設(shè)計(jì)并結(jié)合離子輸運(yùn)特性和除塵性能試驗(yàn)的結(jié)果,改進(jìn)和優(yōu)化了除塵器的設(shè)計(jì)工藝和參數(shù),設(shè)計(jì)了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng),并進(jìn)行模擬煙氣凈化試驗(yàn),研究新型橫向極板電除塵器的技術(shù)性能,為該項(xiàng)除塵技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供依據(jù),為解決電除塵技術(shù)現(xiàn)存的問(wèn)題提供一種有效方法。 文中在電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),對(duì)課題設(shè)計(jì)的新型橫向極板電除塵器除塵區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算采用SIMPLE算法,用前處理軟件ICEM對(duì)幾何模型進(jìn)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(fēng)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(duì)新型橫向極板電除塵器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。模擬設(shè)計(jì)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(fēng)速較高,可有效減少離子復(fù)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(fēng)速在一定范圍內(nèi)成為了提高除塵效率的有利因素。同時(shí)流場(chǎng)分布的模擬結(jié)果表明,集塵極板背面風(fēng)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(jì)性較佳。 此外,模擬設(shè)計(jì)結(jié)果表明,新型橫向極板電除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(guò),并造成二次揚(yáng)塵,降低除塵器的粉塵除塵效率。當(dāng)除塵器入口煙氣風(fēng)速v為1.2-4.4m/s時(shí),壓力損失不高,v為4.4m/s時(shí),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(yīng)選定為90mm左右,除塵器入口煙氣風(fēng)速v為2.5-3.5m/s,外加直流電場(chǎng)電壓U為18-20kV。 在試驗(yàn)研究中,首先建立了1000m3/h試驗(yàn)室規(guī)模的新型橫向極板電除塵系統(tǒng),并進(jìn)行了離子輸運(yùn)特性試驗(yàn),考察了距放電極距離L、外加電場(chǎng)電壓U、煙氣速度v、集塵板間距d等因素對(duì)自制新型橫向極板電除塵裝置的離子濃度n。的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,在橫向極板電除塵系統(tǒng)中,隨著風(fēng)速v的提高,增加了放電電場(chǎng)中離子的動(dòng)量,產(chǎn)生的離子濃度最高可達(dá)9.12x109/cm3,與傳統(tǒng)除塵器比較,離子濃度可提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。由于除塵裝置有效的提高了離子輸運(yùn)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(jìn)速度。 此外,結(jié)合離子輸運(yùn)特性試驗(yàn)的結(jié)果,進(jìn)行了模擬煙氣凈化試驗(yàn),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(duì)模擬煙氣除塵效率η的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)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(shí),橫向極板電除塵系統(tǒng)除塵效率η可達(dá)到99.21%。在保證除塵效率的同時(shí),有效提高了電場(chǎng)內(nèi)氣流速度,對(duì)粒徑在0-10μm范圍內(nèi)的微細(xì)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(jì)和試驗(yàn)研究結(jié)果,對(duì)1000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化,設(shè)計(jì)了一套3000m3/h新型橫向極板電除塵試驗(yàn)系統(tǒng),并依據(jù)該套除塵系統(tǒng)進(jìn)行了除塵性能試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(shì)。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)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(shí),橫向極板電除塵器的煙氣流速高達(dá)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(shí)荷電塵粒在除塵電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度比普通結(jié)構(gòu)的電除塵器提高了近7倍之多,高達(dá)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(jì)的新型橫向極板電除塵器具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),可有效降低耗費(fèi)鋼材量和一次性投資,有望解決電除塵器存在的技術(shù)問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：X701.2

【引證文獻(xiàn)】

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4 周e，

本文編號(hào)：2661527