電除塵器中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡及流場(chǎng)分析.pdf

1、自20世紀(jì)開(kāi)始，電除塵器(Electrostatic Precipitator)做為煙氣處理裝置在工業(yè)中就有著廣泛的應(yīng)用。相比其他處理手段，有著高效率，低運(yùn)行費(fèi)用，維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。然而現(xiàn)有電除塵器依然需要進(jìn)一步改造，尤其需要提高對(duì)于細(xì)顆粒物的捕集效率，以應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題和不斷提升的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。電除塵器的基本原理為利用電暈放電使顆粒荷電，并利用靜電場(chǎng)驅(qū)進(jìn)荷電顆粒，使顆粒附著在收塵極上從而去除。其中的不利因素在于由電暈放電引起的離子

2、風(fēng)會(huì)改變內(nèi)部流場(chǎng)的形態(tài)，使內(nèi)部流場(chǎng)由均勻分布的層流變?yōu)閺?fù)雜的湍流。其不僅使顆粒的運(yùn)動(dòng)更加難以預(yù)測(cè)，也使得收塵效率受到不可忽視的影響。濕式電除塵器(Wet Electrostatic Precipitator)使用沿收塵極板壁面的均勻水膜來(lái)達(dá)到清灰的目的。大部分濕式電除塵器壁面的水流方向垂直于流場(chǎng)方向，其流動(dòng)會(huì)更進(jìn)一步復(fù)雜化內(nèi)部流場(chǎng)。為更好的理解電除塵器內(nèi)部顆粒在上述復(fù)雜物理?xiàng)l件下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而有針對(duì)性的提升電除塵器的效率，電除塵器內(nèi)部

3、流場(chǎng)優(yōu)化必須做為設(shè)計(jì)運(yùn)行中的考量因素之一。
　　目前熱門(mén)的用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模電除塵器流場(chǎng)可視化的設(shè)備有激光-多普勒速度計(jì)(Laser-Doppler velocimetry)以及粒子成像測(cè)速儀（Particle Image Velocimetry）等[1，2]。Mizeraczyk等[3]使用2維及3維PIV分別研究一次流均勻分布的情況下離子風(fēng)對(duì)電除塵器內(nèi)部流體的影響。并且對(duì)其他影響因素，如不同粒徑的顆粒物收集、極線排布方式及不同施加

4、電壓等也有研究報(bào)道[4，5]。根據(jù)他們的結(jié)果，電除塵器內(nèi)部流體在離子風(fēng)的干擾下會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜，同時(shí)導(dǎo)致內(nèi)部粒子運(yùn)動(dòng)軌跡變得難以預(yù)測(cè)。
　　本論文從工業(yè)角度出發(fā)，首先利用統(tǒng)計(jì)學(xué)與正交實(shí)驗(yàn)方法，定量分析并指出電除塵器中對(duì)收塵效率有主要影響的兩種因素（間距和電壓）。在此基礎(chǔ)上使用PIV方法在自行開(kāi)發(fā)的小型濕式電除塵器上進(jìn)行了流場(chǎng)診斷分析，將內(nèi)部的顆粒運(yùn)動(dòng)及流場(chǎng)變化可視化，結(jié)果表明，在濕式電除塵器中，離子風(fēng)帶來(lái)的二次流及極板水膜流動(dòng)均能對(duì)

5、一次流產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而也會(huì)明顯的影響收塵效率。
　　傳統(tǒng)的電除塵器中，由于線電極都是布置于極板中心，僅極板間距和電極形式有區(qū)別。因此其內(nèi)部的流場(chǎng)形態(tài)也基本相同。若要進(jìn)一步提升效率，則需要進(jìn)行流場(chǎng)優(yōu)化以減少原流場(chǎng)形態(tài)對(duì)一次流的阻礙。因此考慮采用新型的極線配置方案，以對(duì)不可避免產(chǎn)生的離子風(fēng)進(jìn)行有效利用，使內(nèi)部流場(chǎng)得到合理配置。為達(dá)到這一目的，現(xiàn)有電除塵器必須經(jīng)過(guò)改造，而最簡(jiǎn)單的做法則是將現(xiàn)有電除塵器中的相鄰極板移除，這樣做的好處是滿

6、足設(shè)計(jì)產(chǎn)生的流場(chǎng)形態(tài)的同時(shí)減少了設(shè)備投資，并且后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方案具有進(jìn)一步提升效率的潛力。
　　在確定了渦流對(duì)除塵效率的影響后，實(shí)驗(yàn)首先對(duì)移除極板的干式電除塵器進(jìn)行了流場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明，在非中心軸線上布置極線可以有效的改變內(nèi)部流場(chǎng)的形態(tài)，并且與以往的流場(chǎng)形態(tài)不同的是，離子風(fēng)造成的渦流并未阻礙了整體內(nèi)部流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，而是對(duì)一次流進(jìn)行了有效的疏導(dǎo)，增加了一次流的流道長(zhǎng)度。其原理類(lèi)似于廢水處理時(shí)凈水器中的折流板。在離子風(fēng)形成的不對(duì)稱(chēng)渦

7、流阻擋的作用下，能夠使一次流流道增長(zhǎng)。收塵效率的結(jié)果也表明，流道優(yōu)化過(guò)后的電除塵器不僅能夠以一半的收塵面積達(dá)到原有電除塵器的收塵效率，并且由于間距增加，火花放電幾率減小，潛在收塵能力相比改造前更高。
　　而實(shí)際對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行改造的方案有無(wú)數(shù)種可能，一一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證受到很多方面的限制，因此為了快速得到結(jié)果，開(kāi)始考慮使用數(shù)值模擬的方案對(duì)電除塵器內(nèi)部流場(chǎng)和顆粒物軌跡進(jìn)行仿真。本文隨后采用COMSOL方案成功再現(xiàn)出濕式電除塵器內(nèi)部在離子風(fēng)影響條件