高温气体中细颗粒物静电捕集研究

摘要

发展以煤炭清洁转化清洁发电技术为代表的洁净煤技术是实现我国能源可持续利用的重要方面。煤炭清洁转化发电中通过热解分离煤炭中的不同组分，实现各种成分的梯级利用，但热解产生的高温气体中含有大量颗粒物，对各种成分（焦油、煤气等）的分离和利用有着严重影响。在高温气体除尘技术中，静电除尘有着除尘效率高、气体处理量大、压力损失小，可靠性高等优点。但运行温度、气体成分和颗粒性质等关键参数对静电除尘器除尘特性有着重要影响，需要展开深入研究。开展了不同温度下电极结构、运行参数、气体成分和颗粒特性对颗粒静电捕集影响规律的基础和中试试验研究，以揭示颗粒高温下的静电捕集机理并提高其静电捕集效率。
　　本研究主要内容包括：⑴实验发现表面光滑的圆杆电极相对尖刺电极和螺线电极能够达到更大电压，形成更高的电场强度，从而在700K和900K时能够取得较高颗粒物捕集效率。研究了不同温度下除尘器中光滑圆杆电极的直径和放电极间距变化对颗粒捕集的影响规律；在所有试验温度下，5 mm直径电极收尘特性优于3 mm和8 mm电极；300K下55mm放电极间距电极的颗粒捕集效率最高，达99.6％，而随着温度升高，110 mm间距电极颗粒捕集效率优于55 mm间距电极和165mm间距电极，在900K下仍能达到87.4%。⑵温度上升导致起晕电压和最大工作电压明显下降，且电晕区间减小；300 K起晕电压/最大工作电压为17 kV/39 kV，而温度上升到900 K则下降到9 kV/17 kV。工作电压的下降导致了颗粒静电捕集效率从99.8%下降到95%，且达到相同的颗粒捕集效率所需的输入功率显著增加。静电除尘器的除尘效率和颗粒驱进速度随着烟气中颗粒浓度的上升而略有上升，而气体流速的上升降低了静电除尘器的除尘效率，但对于颗粒驱进速度则基本没有影响。⑶基于气体电离能、电负性和离子迁移率等气体性质开展了不同混合气体的放电实验，采用N2、He、CO2混合成的模拟煤气代替实际煤气开展高温静电除尘的实验方法。基于可循环高温静电实验台开展了飞灰颗粒和煤热解颗粒在空气和模拟煤气中的静电捕集研究。空气相比与模拟煤气，其起晕电压较低，最大工作电压更高，放电特性优于模拟煤气，有利于颗粒的荷电和捕集，但空气粘性相比模拟煤气更大，对颗粒捕集不利；300K下空气和模拟煤气中的飞灰颗粒静电捕集效率分别为99.5%和99.3%，而温度上升到900K后，二者分别为86.2%和88.6%。对比飞灰颗粒和煤热解颗粒在模拟煤气中的静电捕集结果发现，飞灰颗粒和煤热解颗粒在300K下的颗粒捕集效率较为接近，分别为99.3%和99.1%，随着温度的升高，差别逐渐拉大，900K下分别为88.6%和78.7%。煤热解颗粒含碳量较高，比电阻较小，在900K下比电阻为1.17×105Ωcm，已经接近静电除尘器的所适用的颗粒比电阻范围边缘，运动到收尘极板上的颗粒迅速释放电荷，在气流作用下产生二次夹带作用，导致煤热解颗粒的捕集效率在900 K下低于飞灰颗粒。⑷基于实验室研究的结果，设计并搭建了300 mm同极距的线板式静电除尘器，并研究了实际高温烟气中颗粒的捕集效果，控制燃烧器一次风流量为215 Nm3/h，当烟气温度从1020K增加到563K时，烟气流速从0.45m/s增加到0.25m/s，且对应最大工作电压从17.0 kV上升为43.5kV，颗粒捕集效率从73.2%上升为99.2%；调整入口烟气流量，在当烟气流速从0.52 m/s减少到0.3m/s时，颗粒捕集效率从66.2%下降为82.2%；对应驱进速度则相对稳定，分别为2.6cm/s和2.4cm/s。

目录

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符号列表

1 绪论

1.1 研究背景

1.2高温除尘技术研究进展

1.3高温静电除尘的研究现状和技术特点

1.4本文研究内容

2.1引言

2.2实验装置和方法

2.3实验结果与分析

2.4本章小结

3.1 引言

3.2实验装置和方法

3.3实验结果

3.4本章小结

4.1引言

4.2实验装置和方法

4.3实验结果

4.4本章小结

5.1引言

5.2中试试验设计与方法

5.3实验结果与讨论

5.4本章小结

6.1全文总结

6.2本文主要创新点

6.3未来工作展望

参考文献

作者简历