高溫電暈放電機理及粉塵比電阻特性研究.pdf

1、高溫靜電除塵由于其壓力損失小、除塵效率高、適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點是一種極具前景的高溫工業(yè)煙氣凈化技術(shù)。本文針對影響高溫靜電除塵器高效穩(wěn)定運行的兩個關(guān)鍵因素（高溫電暈放電規(guī)律和高溫粉塵比電阻特性）開展研究，通過實驗與理論相結(jié)合的方法分析了溫度對氣體電離放電的影響機理，揭示了高溫下粉塵比電阻的變化規(guī)律，并研究了高溫下電暈放電與比電阻對顆粒靜電捕集特性的共同影響機制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了293K~1073K下電暈放電規(guī)律，獲得

2、了各溫度下放電電流與起暈/擊穿電壓，發(fā)現(xiàn)高溫下放電電流急劇增大。通過相同氣體密度下高溫常壓放電實驗與低壓常溫放電實驗的對比，提出了溫度除了通過分子自由程來影響電暈電流外，高溫下還存在額外的高溫效應(yīng)電流△It，973K高溫實驗電流密度為3.095mA/m2，而相同氣體密度下30.9kPa低壓實驗電流密度僅為1.619mA/m2。通過飽和離子電流的計算分析，發(fā)現(xiàn)高溫下主要來源于電子電流，873K、973K溫度下分別高達79.5％和94.1%

3、。隨著溫度升高，起暈與擊穿電壓之間的穩(wěn)定電暈區(qū)間逐漸減小，高溫電暈放電更易擊穿，當溫度從293K升高至873K，異極距35mm時穩(wěn)定電暈區(qū)間從14kV下降至6.8 kV。實驗研究發(fā)現(xiàn)通過增大異極距或使用光桿/螺旋電極代替鋸齒電極可提高高溫放電穩(wěn)定性，并擴大高溫電暈操作電壓范圍。⑵設(shè)計搭建了高溫可變氣氛粉塵比電阻測試裝置，研究了293K~1073K范圍內(nèi)溫度對粉塵比電阻的影響規(guī)律。從全國多行業(yè)搜集飛灰50余種，對各飛灰的化學組分、粒徑分布

4、、形貌特征及比電阻進行了測試分析，分析對比了不同行業(yè)飛灰比電阻的典型特征。重點研究了飛灰各化學元素在飛灰顆粒導電中的作用機制，發(fā)現(xiàn)飛灰比電阻與Fe、K、Na原子數(shù)量呈負相關(guān)性，而與Ca原子數(shù)量呈正相關(guān)性。提出了堿金屬元素和鐵元素為比電阻的敏感化學元素，高溫下飛灰顆粒內(nèi)部導電主要由堿金屬陽離子作為電荷載體，而Fe3O4通過改變顆粒內(nèi)部原子的排列結(jié)構(gòu)來影響電荷載體的數(shù)目或遷移速度。在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法建立了293K~1073K溫

5、度范圍內(nèi)飛灰比電阻預(yù)測模型，并進行了模型準確性分析，結(jié)果顯示實驗比電阻值與模型預(yù)測值的相對誤差小于10%的數(shù)據(jù)點占92.3%，模型預(yù)測準確性較高，最終形成了飛灰比電阻隨其化學組分及溫度變化的系列關(guān)系圖譜。⑶選取燃煤電站/水泥窯尾/玻璃爐窯飛灰作為典型的中/高/低比電阻粉塵，研究了373K~823K下溫度及比電阻對顆粒靜電脫除特性的共同影響機制。發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，電暈放電特性及粉塵比電阻均發(fā)生顯著變化，使得顆粒靜電脫除效率隨之變化，溫度4

6、53K時，水泥窯尾粉塵比電阻高達1.75×1013Ω·cm，其脫除效率僅為88.95%，低于燃煤電站/玻璃爐窯飛灰的97.05%和96.07%；溫度升高至793K時，由于高溫擊穿電壓減小，燃煤電站和水泥窯尾飛灰脫除效率分別從403K時的95.9%、95.0%下降至89.92%、83.74%，然而玻璃爐窯飛灰由于793K時其比電阻僅為1.12×105Ω·cm，導致其脫除效率大幅下降至65.91%。最后探索了高溫下靜電除塵器粉塵極限排放濃度