【摘要】：中國以煤炭為主的能源消費(fèi)格局短期內(nèi)難以改變,大氣環(huán)境污染形勢仍然十分嚴(yán)峻,因此,控制燃煤煙塵排放刻不容緩。干式電除塵器是控制燃煤煙塵排放的主流裝置之一,對塵粒的收集效率可以達(dá)到99.5%以上,但是對微細(xì)塵粒的收集效率較低,主要原因是傳統(tǒng)電除塵器(ESP)電場中產(chǎn)生的離子濃度低,微細(xì)塵粒荷電凝并幾率低,造成了微細(xì)塵粒收集效果差的問題。渦旋電除塵技術(shù)是捕集微細(xì)塵粒的一種有效方法,它采用迎氣流方向交錯(cuò)布置的渦旋型集塵板,將放電極布置在同排集塵板間隙的出口端,使煙氣流在集塵板內(nèi)表面形成渦旋,提高了放電電場中的離子濃度,可以促進(jìn)了塵粒的荷電、碰撞、凝并和慣性分離,進(jìn)而提高了微細(xì)塵粒的捕集效果。因此,該項(xiàng)技術(shù)解決了微細(xì)粉塵收集的難題,為解決大氣煙塵污染問題提供技術(shù)支撐。由于渦旋型電除塵器(VEP)的荷電、凝并和收塵過程極為復(fù)雜,目前尚無比較準(zhǔn)確實(shí)用的電凝并收塵效率理論計(jì)算模型。因此,本文根據(jù)紊流傳質(zhì)原理,構(gòu)建了荷電粒子的二維輸運(yùn)方程、電凝并方程和電凝并收塵效率理論計(jì)算模型。通過對模型的計(jì)算求解,分析VEP內(nèi)部流場特性和塵粒的運(yùn)動特性,揭示荷電粒子的凝并規(guī)律和收塵規(guī)律。在理論研究的基礎(chǔ)上,調(diào)控電場工作電壓等物理參量,進(jìn)行微細(xì)塵粒電捕集試驗(yàn),為VEP的實(shí)際應(yīng)用提供最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.加入紊流擴(kuò)散、彌散、電風(fēng)和場強(qiáng)分布不均等影響的因素,建立同極性荷電塵粒的二維輸運(yùn)方程和電凝并方程。結(jié)合邊界條件,采用分離變量法求解輸運(yùn)方程,得到VEP收塵效率公式。耦合電凝并效率公式,得到適合VEP的電凝并收塵效率理論計(jì)算修正模型。2.利用MATLAB軟件編程求解VEP電凝并收塵效率計(jì)算模型,揭示塵粒粒徑di變化對塵粒的綜合荷電量C、驅(qū)進(jìn)速度ω、電凝并收塵效率η0的影響規(guī)律。當(dāng)塵粒粒徑增加時(shí),塵粒的綜合荷電量、驅(qū)進(jìn)速度和電凝并收塵效率不斷提高。由于電凝并收塵效率的計(jì)算值略大于試驗(yàn)收塵效率,兩者都隨塵粒粒徑的增大而增加,兩者相差的最大值和最小值分別為3.7%、0.2%;而Deustch計(jì)算收塵效率與試驗(yàn)收塵效率相差較大,兩者相差的最大值和最小值分別為17.2%、4.5%。可見,電凝并收塵效率公式的計(jì)算值與實(shí)際更為接近。3.采用FLUENT軟件模擬VEP的內(nèi)部流場,多截面系統(tǒng)分析集塵板側(cè)寬B,集塵板排距L、電場平均風(fēng)速V等物理參量對流場特性的影響,揭示渦旋結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律;當(dāng)B為15 mm、L為120 mm、V為3.4 m/s時(shí),在集塵板排間隔中可形成4個(gè)左右穩(wěn)定勻稱的渦旋,且放電極附近為高風(fēng)速湍流區(qū)域,集塵極附近為低風(fēng)速層流區(qū)域,這種流場狀態(tài)對塵粒的捕集最為有利。借助DPM模型,進(jìn)一步分析塵粒粒徑di、電場平均風(fēng)速V、荷電狀態(tài)對塵粒運(yùn)動軌跡和捕集效率η′的影響,揭示塵粒運(yùn)動軌跡的演化規(guī)律,得出各級塵粒的捕集效率。當(dāng)電場工作電壓為18 k V,di分別為1μm、2.5μm、4μm、10μm、15μm時(shí),則塵粒的η′分別為67.4%、70.9%、75.7%、87.8%、94.8%。4.通過調(diào)控電場工作電壓U、電場平均風(fēng)速V、同排集塵板間隙D等物理參量,進(jìn)行單因素和多因素離子濃度試驗(yàn),研究離子的輸運(yùn)特性,確定這些物理參量與離子濃度ne的定量規(guī)律。在最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)條件下,VEP放電電場中的ne為7.0×109/cm3以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)ESP電場中產(chǎn)生的離子濃度值。5.通過調(diào)控電場工作電壓U、煙氣停留時(shí)間T、集塵板排距L和有效集塵面積S等物理參量,進(jìn)行單因素和多因素影響試驗(yàn),從宏觀角度研究這些物理參量對VEP收塵效率η和分級收塵效率η′的影響規(guī)律,尋求最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)U為18 k V,T為0.59 s,L為100 mm,S為1.13 m2時(shí),η為90.4%;對于粒徑為0-1μm、1-2.5μm、2.5-4μm、4-10μm、10-15μm的微細(xì)塵粒,η′分別為82.5%、84.4%、86.5%、90.6%、95.3%。6.采用粒子圖像檢測技術(shù)(PIV)從微觀角度分析VEP內(nèi)部的流場特性,揭示渦旋結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。結(jié)果表明,在一定風(fēng)速范圍內(nèi),集塵板排間隔中形成了明顯的渦旋區(qū)域和層流區(qū)域,有利于提高塵粒的荷電效果、凝并幾率和捕集效率。風(fēng)速增加,離子輸運(yùn)率增加,渦旋區(qū)域增大,有利于提高電場中的離子濃度和塵粒荷電凝并的幾率,進(jìn)而提高微細(xì)塵粒的捕集效率;但是,由于層流層變薄,不利于塵粒的捕集,塵粒容易發(fā)生二次飛揚(yáng)。因此,風(fēng)速必須控制在一定范圍內(nèi)。7.設(shè)計(jì)雙電極VEP試驗(yàn)系統(tǒng),通過改變電場工作電壓U、煙氣停留時(shí)間T和同排集塵板間隙D等物理參量,進(jìn)行單因素和多因素影響試驗(yàn),研究這些物理參量對塵粒捕集效率的影響規(guī)律,尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。在最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)條件下,雙電極VEP對PM10、PM15的捕集效率分別為92.5%、93.1%。綜上可知,與傳統(tǒng)ESP相比,VEP可高效捕集微細(xì)塵粒,且體積大幅度減小,能耗降低,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯,是一種極具應(yīng)用潛力的新型電除塵器。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X701.2
【圖文】：

圖 1.1 管式 ESP 圖 1.2 板式 ESPFig.1.1 Wire tube type ESP Fig.1.2 Wire plate type ESP區(qū)式 ESP 可以在同一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)塵粒的荷電與捕集，而雙區(qū)式ESP則域完成塵粒的荷電與捕集。單區(qū)式ESP主要分為線管式ESP和線板式板分別為長圓筒形和長方形平面。區(qū)式 ESP 收塵過程為：當(dāng)含塵煙氣流經(jīng)荷電區(qū)時(shí)，塵粒荷電，而后進(jìn)行捕集，凈化后的煙氣直接排出，示意圖如圖 1.3 所示[55-57]。

圖 1.1 管式 ESP 圖 1.2 板式 ESPFig.1.1 Wire tube type ESP Fig.1.2 Wire plate type ESP區(qū)式 ESP 可以在同一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)塵粒的荷電與捕集，而雙區(qū)式ESP則域完成塵粒的荷電與捕集。單區(qū)式ESP主要分為線管式ESP和線板式板分別為長圓筒形和長方形平面。區(qū)式 ESP 收塵過程為：當(dāng)含塵煙氣流經(jīng)荷電區(qū)時(shí)，塵粒荷電，而后進(jìn)行捕集，凈化后的煙氣直接排出，示意圖如圖 1.3 所示[55-57]。

圖 1.1 管式 ESP 圖 1.2 板式 ESP1.1 Wire tube type ESP Fig.1.2 Wire plate type E ESP 可以在同一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)塵粒的荷電與捕集，而雙區(qū)式成塵粒的荷電與捕集。單區(qū)式ESP主要分為線管式ESP和別為長圓筒形和長方形平面。 ESP 收塵過程為：當(dāng)含塵煙氣流經(jīng)荷電區(qū)時(shí)，塵粒荷電捕集，凈化后的煙氣直接排出，示意圖如圖 1.3 所示[55-5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2779206