ESP电场粉尘浓度分布及其高浓度区粉尘气流强制收集技术研究

摘要

自从1907年美国人科特雷尔(CottrellF.G.)将世界上第一台电除尘器成功应用于工业生产以来[1]，电除尘器以其除尘效率高、阻力低、烟气处理量大、耐热温度高等优点而广泛应用于有色金属、冶金、电力、建材、石油、化工等行业。近年来，由于国家环保部门对大气粉尘排放标准要求日益严格，要求自2004年1月1日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目(第3时段)火力发电燃煤锅炉烟尘最高允许排放浓度为50mg/Nm3[33]，现行的电除尘器不能满足新的大气粉尘排放要求。如何经济有效地提高电除尘器的收尘效率成为电除尘领域的研究热点。 国内外通常是以增大收尘极板面积、电场长度或电场数量来弥补收尘效率不高的缺陷，但这样往往增加投资，而且收尘效率提高仍难以满足排放要求。理论和实验研究表明，在电收尘器收尘极板附近存在高浓度粉尘区，应用高浓度区粉尘循环收集系统对高浓度区粉尘和振打清灰造成的二次飞扬粉尘加以收集可以有效减少粉尘的通过率，降低出口烟气含尘浓度。将此技术融入新电除尘器结构设计中，并对运行中电除尘器加以改造，具有效果显著、投资少和实施容易等突出优点。针对此项技术开展深入的理论与实验研究既具有学术意义又具实用价值。 应用静电除尘传质紊流掺混数学物理模型计算出的收尘通道粉尘浓度空间分布证实在电除尘器断面上由极线到收尘极板粉尘浓度逐渐增大，对电场中不同断面粉尘浓度的实验测试进一步验证在收尘极板处存在高浓度粉尘区。理论分析与实验研究表明以往采用的电风影响下的紊流掺混系数不够准确，通过对粉尘浓度分布实测数据的分析，提出电风影响下的紊流掺混系数的空间变化规律。借鉴他人的研究成果对清灰振打造成的粉尘再飞扬形成的粉尘流失现象加以理论描述，针对在收尘极板附近存在高浓度粉尘区和振打清灰造成的二次飞扬粉尘在极板附近形成的高浓度粉尘两项客观事实，首次提出在收尘极板末端增加等速吸风口对高浓度粉尘区气流加以强制收集。最后，将收尘极板附近高浓度区粉尘气流绕Z型极板流动简化为平行流与偶极流叠加的绕圆柱体流场，可以指导在不同吸风量条件下吸风口的结构设计。理论与实验研究取得的初步研究成果已经证明静电除尘器高浓度区粉尘气流再收集系统可以有效改善静电除尘器的粉尘收集性能，是静电除尘器领域中一项创新技术。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1静电除尘技术研究现状

1.2静电除尘理论发展历史概况

1.2.1层流传输理论

1.2.2紊流传输理论

1.3课题提出与研究内容

第二章静电除尘器粉尘静电收集理论基础

2.1电晕放电机理

2.1.1气体的电离

2.1.2电晕放电电压和电晕电流计算

2.1.3电除尘器电场强度

2.2粉尘粒子荷电机理及饱和荷电量计算

2.2.1场致荷电机理及饱和荷电量

2.2.2扩散荷电机理及饱和荷电量

2.2.3场致荷电和扩散荷电的综合作用

2.3荷电尘粒力学行为分析与收尘理论基础

2.3.1电场空间荷电尘粒动力学分析

2.3.2收尘极板粉尘层粉尘粒子力学行为分析

2.3.3收尘效率影响因素及荷电尘粒理论驱进速度

第三章静电除尘器粉尘传输过程理论分析

3.1传输过程数学物理模型

3.2静电收尘空间紊流掺混系数的确定

3.2.1不考虑电风影响下的紊流掺混系数

3.2.2电风影响下的紊流掺混系数

第四章静电除尘器粉尘浓度场理论与实验研究

4.1实验装置与测试方法

4.1.1实验装置

4.1.2测试方法

4.2模型电除尘器空间浓度分布

4.2.1未加电场下粉尘浓度分布

4.2.2高压电场作用下的粉尘浓度分布

4.3静电场粉尘浓度空间分布理论计算

4.3.1静电除尘器阻力系数实验测定

4.3.2荷电粒子理论驱进速度计算

4.3.3收尘通道粉尘浓度分布理论计算

4.3.4收尘通道内紊流掺混系数与浓度空间分布

第五章高浓度区粉尘气流强制收集技术的理论分析

5.1粉尘粒子二次扬尘和返流损失对收尘效率的影响及解决方法

5.2近极板气体流场研究

5.2.1流体力学基础

5.2.2收尘极板表面流体绕流流场

5.3静电收尘高浓度区粉尘循环收集系统

5.4高浓度区粉尘再净化对电除尘器收尘效率的影响分析

第六章结论和建议

参考文献

致 谢