电除尘环境下可吸入颗粒物运动轨迹数值模拟

采用有限体积法求解电晕放电电场,利用k-ε双方程湍流模型、动量方程附加电场力源项的方法求解电流场,利用拉格朗日法、四阶龙哥库塔积分荷电速率方程分别求解颗粒运动轨迹及颗粒荷电量,基于随机轨道模型并考虑颗粒间湍流扩散,计算离散相和流体相相间耦合,采用R-R粒径分布模型,模拟了电除尘器内电势分布、电荷分布和颗粒运动轨迹.求解结果表明,电除尘器内电势和空间电荷密度在电晕线附近最大,向四周不断减小,计算值与文献实验值吻合良好.电除尘器内颗粒运动轨迹为偏向极板的曲线,且受湍流扩散影响显著.颗粒粒径越大,工作电压越高,气流速度越小,颗粒越容易被收尘极板捕集.     

高比阻荷电粉尘反电晕现象的机理分析

在采用高压直流供电的工业电除尘器中,当粉尘颗粒为高比电阻的粉尘进入强场荷电后到达正电的收尘极板时,易形成负电粉尘层吸附在收尘极板上,不易被振打装置清除形成的反电晕现象。分析了高比电阻的粉尘吸附在收尘极板上极板附近电位和附加反向电场的时间变化趋势,建立了电极中荷电粉尘运动方程,进行了多粒子轨迹模拟,结果表明,由于附加反向电场的存在,部分高比电阻的粉尘将无法到达集尘极,据此分析了反电晕现象的原因并且提出了一种解决方案。     

高速载气及离子风对粉尘粒子预荷电的影响

采用线板式电晕放电结构,对通过放电通道的高速粉尘粒子载气实施电离,使粉尘预荷电后,迅速流向电收尘器的收集区.结果表明,离子风速对粉尘预荷电影响甚微,而决定于电场强度和载气速度的大小,所以预荷电区置于高流速的通风管道内,不仅有利于提高预荷电效率,还可以减小除尘器的体积,降低除尘器的能耗及运行费用.     

静电除尘器离子风研究

在静电除尘器中,电晕线产生的离子风增加了除尘器驱进速度,对提高除尘器的除尘效率有重要作用.本实验对实验条件进行简化,在除尘器空载情况下,采用在收尘极分区布点的方法,改变设计参数,测量收尘极板上的速度分布,并对实验结果进行分析.     

两种喷雾荷电方法的机理与试验研究

研究压力喷雾荷电中两种主要荷电方法——在喷头上施加电压的直接荷电法和在喷头附近安置电晕电极的电晕荷电法的荷电机理;探讨荷电电压、雾化水压和雾化液体电导率等因素对雾滴荷质比的影响;建立了雾滴荷质比的经验公式.由试验结果和理论分析得到直接荷电法的机理是尖端效应,电晕荷电法的机理为碰撞荷电.将这两种荷电方法与感应荷电法进行了比较,指出了这三种荷电方法在消烟除尘中应用时的适用条件.     

圆形线—板式电极极板电流密度分布研究

电流密度分布是圆形线—板式电除尘器重要的电气特性之一。为进一步弄清圆形线—板式电极极板电流密度的分布规律,提高该类型电除尘器的除尘效率,有效防止反电晕,文中在异极距(b)为100 mm的条件下,分别测定了同样极板面积下1~8根电晕线的总放电电流情况;利用Tassicker边界探头(BP)法测定电晕线束状放电点正下方的电流密度分布。结果表明,总电晕电流随电晕线数量增加先增大后减小。当外加电压为40~60 k V、电晕线数量为2根时总电流值总是最大。单根电晕线束状放电点正下方的电流密度分布与t分布模型有较好的一致性;双根电晕线内侧电流密度由于电晕线间的放电抑制作用而低于t分布值,双电晕线外侧电流密度当r≥0.4b时与t分布趋于一致,最大电流密度值出现在外侧0.2b附近。     

气态悬浮焙烧炉电收尘器的改造

通过对山西铝厂3号焙烧炉电收尘与2号焙烧炉电收尘的比较,分析了3号炉收尘效率差的原因。同时,根据多依奇电收尘效率η的计算原理,提出对3号炉电收尘器的极板和极线进行全面改造,解决因极板、极线变形、清灰装置不良和返灰系统能力不足而影响电收尘运行状况不良的问题。     

逆流荷电双区ESP改善高比电阻粉尘除尘效果

为了改善ESP对含高比电阻粉尘烟气的除尘效果,对比测定了常规单、双区及逆流荷电双区三种静电除尘器模型在净化分别含有正常或高比电阻粉尘气体时的U-I特性和除尘效率.常规单、双区ESP在净化含高比电阻粉尘气体的过程中,当极间电压升高至50 kV时,收尘电场发生反电晕,且除尘效率开始下降;而逆流荷电双区ESP净化含高比电阻粉尘气体与净化含有正常比电阻粉尘的U-I特性曲线并无明显差异,两种粉尘的净化效率与极间电压之间的关系曲线也呈相同的变化态势.研究结果证实,对于净化含有高比电阻粉尘烟气,新型ESP可以避免发生反电晕,有效改善除尘效果.     

电极结构对电流体运动的影响

为了研究电极结构的变化对除尘器中电晕放电产生的二次流与主流一次流耦合后形成的流场以及电场分布的影响，设计了线-传统板与2种不同结构的线-开孔板极配方式.在建立电晕放电和流场的多物理场耦合数值模型的基础上，利用COMSOL软件模拟研究了3种不同极配方式下的电除尘器通道内的电场与流场特征.模拟结果表明：电极结构对除尘器内部近板电场及流场分布影响较大.新型开孔板的近板电场强度高于传统板，随着入口流速的增大，离子风对除尘器通道内流场的扰动逐渐减小.结果同时表明孔结构能有效降低近收尘极板流速，在入口流速为0.5 m/s时，新型开孔板近板风速相比传统板分别降低了14.58%和15.62%,入口流速为1.0 m/s时，近板流速分别降低了19.94%和20.20%.这一结果表明新型开孔结构能有效减小收尘极板附近流速，减少二次扬尘，提高除尘效率.     

永久磁铁放电极电晕放电的磁增强放电特性及其对细小粉尘荷电的影响

研究了一种新型的磁增强预荷电技术,采用永久磁铁作为预荷电器的放电极,提高对微小气溶胶颗粒的荷电效率.对永久磁铁放电极的放电特性进行了测量,并与传统的放电极进行了比较.还分别采用传统的预荷电器和新型的永磁放电极电晕放电预荷电器对细小气溶胶颗粒进行荷电,并对其伏安特性曲线和除尘效率进行了测量和比较,初步分析了永磁放电极电晕放电预荷电器的荷电机理, 极间区域自由电子和负离子浓度的增加,有效地增强了离子的扩散荷电机制和自由电子的荷电机制.因此这种新型的磁增强预荷电技术在捕集细小气溶胶颗粒方面有着广泛的应用前景.     

燃煤电厂电除尘PM10和PM2.5的排放控制IV:采用二维PIV 除尘

 利用粒子成像测速法(PIV)和电子低压冲击仪(ELPI),研究实验室规模的电除尘器(ESP)内电场强度、电晕放电功率和气流场等因素对PM₁₀(粒径小于10 μm 的颗粒物)分级收尘效率.电除尘器为线-板式电极结构,其中板-板间距为200 mm,高电压电极为单根或双根.实验颗粒物采用艾灸烟作为示踪粒子,气体流量85 m³/h,颗粒物初始质量浓度33 mg/m³左右.实验结果表明,随着电场强度或电晕放电功率的增加,在高压电晕极线周围气流场从有规律的单个涡旋发展为相互作用的多个涡旋,优化电晕放电离子风分布是提高PM₁₀收集效率和降低电耗的关键.从颗粒物个数浓度、外加电场或电晕放电功率看,可将电除尘器性能以电场强度为3 kV/cm 为界分为2 个区域.当电场强度低于3 kV/cm 时,分级除尘效率随着电场强度或电除尘指数的增加而增加.然而,当电场强度远大于3 kV/cm 时,收尘效率基本不变或降低.     

高流场中微细粉尘荷电凝并粗化对电捕集效率的影响

 目前电除尘器存在微小颗粒粉尘捕集效率低、本体体积庞大和能耗高等问题。本文基于烟道中粒子动量高,放电通道中离子输运特性较好的特点,将离子源、荷电凝并装置设置于电除尘器前烟道中。实验结果表明,离子浓度随电场强度加大而增加;在高离子动量情况下,烟道中的离子浓度可达到1.97×109/cm3,比现有电除尘器的离子浓度高出2~3个数量级;矩形电晕极优于圆形电晕极,而芒刺电晕极起晕电压低,耗能少,产生离子浓度高且稳定,因此以芒刺电晕极为最佳;中位径为0.2?滋m的硅粉、中位径为6?滋m的滑石粉和两种粉体的混合粉等微细颗粒荷电凝并后被粗化为电除尘器有效捕集的颗粒,电捕集效率显著提高。本实验可在不增加电除尘器室数、不改变原有运行方式和运行参数条件下,有效解决现有电除尘器预荷电离子浓度过低问题,增大其捕集效率。     

ESP电场中高质量浓度区粉尘气流的强制收集技术

针对目前电除尘器实际收尘效率偏低的问题,探讨了提高电除尘器收尘效率的相关措施.通过电场粉尘传输模型的数学解析和断面质量浓度实测,表明电场中粉尘分布存在质量浓度梯度,愈靠近极板质量浓度愈高.在电除尘器收尘极板末端用吸风口强制收集高质量浓度粉尘气流,对强制收集的高质量浓度粉尘气流采用高效布袋处理或循环至入口进行二级处理,可以显著降低电除尘器出口粉尘排放量.同时强制吸风可以显著改善由于振打清灰造成的粉尘二次飞扬.对等速吸风口流函数的分析,揭示出吸风高度与收尘效率之间的数学关系.     

用电除尘器收集低比电阻粉尘的研究

为了解决用电除尘器收集低比电阻粉尘的问题,提出用导电涂料涂敷ESP极板,使极板表面形成具有一定比电阻的涂层.讨论了普通极板和涂层极板的放电特性,分析表明,只要涂层比电阻在105Ω.cm<ρc<109Ω.cm范围内,即可用以收集低比电阻粉尘.推导出了涂层比电阻计算公式,可精确计算导电粉体在涂料中的掺入比例.利用电除尘器模型对极板有、无涂层时的收尘性能进行了实验对比,结果表明,用电除尘器收集低比电阻粉尘时,极板有涂层时的收尘效率显著高于极板无涂层时的收尘效率.     

线-板式电除尘器场强正态分布模式假设及其检验

根据线-板式电除尘器的电场分布特征。提出线-板式电极问电场分布服从正态分布假设。在此假设下，以电晕区边缘和收尘极板表面作为边界条件，应用高斯定理导出线．板式电除尘器的电场分布理论计算式。该式与Oglesby等报道的线-板式电场的数值解有极好的一致性。研究表明，无论是单根还是多根电晕线，在电晕区外，所得场强分布式在整个线-板式电除尘器内处处连续可导。     

泛比电阻电除尘器极间场强分析

泛比电阻电除尘器是一种具有辅助电极和交错平板收尘极的新型电除尘器，它对高比电阻粉尘及低比电阻粉尘均具有较高的收集效率。本文对其极间场强进行了理论分析，导出了电场强度分布式，并与普通线．板式极间场强进行了比较，结果表明，泛比电阻电除尘器的收尘场强较普通的线-板式电除尘器高，且更均匀，从而提高了对泛比电阻粉尘的收集效率。     

磁场环境下工作电压对线板式静电除尘器中同种颗粒除尘效率的影响

为了提升线板式静电除尘器(electrostatic precipitator,ESP)的除尘性能,利用Gambit软件构建了ESP网格模型,结合磁场能降低颗粒逃逸率的机理,将磁场引入到ESP中,模拟了同种颗粒的运动轨迹,计算并对比了不同工作电压下的除尘效率。结果表明:磁场的引入可有效提升线板式ESP对同种颗粒的捕集性能,且在低工作电压时更为显著;同一磁场环境下,工作电压对颗粒除尘效率的提升能力由强变弱;随着磁感应强度的增大,颗粒逃逸的数量不断减少,但磁场的相对贡献逐步减小。     

ESP电场粉尘非稳态收集过程数值仿真

基于ESP电场荷电粒子非稳态收集理论,得出非稳态收集过程中驱进速度的计算方法.根据紊流传质原理,推导出紊流掺混系数的表达式,并且针对收尘极板表面存在层流边层的事实提出新的极板处边界条件.对于粉尘非稳态收集过程的二维粒子输运方程,采用有限差分方法,运用逐次超松弛迭代法构造静电除尘输运方程的差分格式,利用Matlab仿真语言进行数值仿真,得到静电除尘器电场非稳态粉尘收集过程中不同时刻粉尘粒子的质量浓度分布规律,并根据断面质量浓度分布得出分级效率.对模型不同断面的粉尘质量浓度的实测结果与模拟结果进行比较,二者吻合较好.基于非稳态收集过程的数值模拟得到的收集效率比传统理论计算结果更加准确.