高风速横向极板电除尘技术理论分析与实验研究

摘要

目前,我国工业进入高速发展的阶段,大气污染造成的环境问题也越来越严重。治理大气污染物已成为十分紧迫的任务,其中电除尘器由于效率高、能耗低、能处理大烟气量的高温烟气,是颗粒物污染控制设备中应用最广泛的一种,在大气环境污染控制方面起到了很重要的作用。
　　 课题分别进行了理论分析、CFD模拟计算及实验研究三阶段工作。针对现有电除尘器存在的问题,对电除尘器的结构进行一定改进与优化,设计一种新型高风速横向极板电除尘器,以期能够解决电除尘器体积庞大,成本过高的问题。
　　 文中在横向极板电除尘器设计过程中引入计算流体力学(CFD)技术,数值模拟计算使用Fluent流体仿真软件系统,采用SIMPLE算法,处理横向极板电除尘器内复杂旋流场时采用RNG k-ε模型,对课题设计的新型高风速横向极板电除尘器除尘区域内流场进行数值模拟,并根据数值模拟结果对横向极板电除尘器的设计和运行进行优化。模拟结果表明,电除尘器内部整体气流分布较好,集尘板间隙处风速较高,可有效减少离子复合,从而提高除尘区域中电晕离子浓度；同时流场分布的模拟结果表明集尘极板背面风速较小,有利于捕集灰尘。根据数值模拟结果,可以得知横向极板电除尘器的除尘性能较好,技术经济性较佳。
　　 实验研究中首先建立实验室规模的横向极板电除尘系统,设计可行性实验,考察注入能量密度φ,气流速度v,集尘板间距d等因素对自制小型横向极板电除尘装置的离子浓度的影响。实验结果表明,在横向极板电除尘系统中,随着风速v的提高,增加了电晕离子的动量,系统离子浓度最高达2.42×109/cm3,除尘装置有效的提高了离子输运率,大大增加了尘粒荷电的几率。
　　 结合离子浓度实验的结果,设计新型高风速横向极板电除尘器,并进行模拟烟气净化实验,通过考查外加电压U,烟气流速V,粉尘浓度θ等因素对模拟烟气除尘效率的影响。实验结果表明,当集尘极板间距d=40mm,外加电压U=18.27kV,系统风量Q=3050m3/h,气流速度v=3.53m/s,烟尘浓度θ=55g//m3,有效除尘面积Se=5.76m2时,横向极板电除尘系统除尘效率η可达到98.12％。在保证除尘效率的同时,有效提高了电场内气流速度,对粒径在8～25μm范围内的微细尘粒去除效果良好,捕集效率在90％以上,性能远远超过传统电除尘器。