WESP陽極表面改性及潤濕特性研究.pdf

1、我國燃煤電站鍋爐形成的細(xì)顆粒是大氣細(xì)顆粒物的主要排放源之一，這與我國出現(xiàn)的大范圍、長時間嚴(yán)重霧霾天氣密切相關(guān)。濕式靜電除塵器采用水膜清灰方式，可有效避免細(xì)顆粒物二次揚(yáng)塵，并具有高的電暈電流和明顯的顆粒凝并效果，在超細(xì)顆粒物控制排放方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。在濕式靜電除塵器運(yùn)行過程中，由于液體表面張力和剛性陽極表面機(jī)械加工平面度偏差，剛性收塵表面普遍存在沖洗水量大、沖洗水膜分布不均、停機(jī)沖洗操作等問題;纖維織物收塵極存在編織物張緊固定不佳產(chǎn)

2、生變形及振動引起極間距變動進(jìn)而引起電場不穩(wěn)等問題。
　　本文通過分析固體表面水膜形成的機(jī)理，得出改善影響固體表面的潤濕特性的方法有兩大類，一類是在固體表面涂覆親水層，另一類是改變固體表面的微觀結(jié)構(gòu)。表征固體表面潤濕特性的參數(shù)不能局限于接觸角，基于重量法和影像學(xué)方法本文提出用表面持液量、表面飽和持液量、表面流量、水膜成膜率、孔中成膜率、水膜平均厚度和臨界飽和時間來描述濕式靜電除塵器陽極板表面潤濕特性。
　　在濕式靜電除塵器的高

3、濕高電壓環(huán)境下，一般的改性方法難以維持較長時間有效，因此我們通過在碳鋼表面涂覆耐腐蝕環(huán)氧樹脂層進(jìn)而涂覆其他改性材料對其表面進(jìn)行親水改性，并從表面涂覆材料種類、處理工藝、編織結(jié)構(gòu)、處理溫度等方面對改性后的表面進(jìn)行了潤濕特性的試驗(yàn)研究;同時通過對有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面進(jìn)行開孔、開槽處理增強(qiáng)表面液體的再分布，并通過單股流降水研究了其表面的潤濕特性，分析了開孔特征數(shù)、開槽特征數(shù)、開槽寬度比、板厚和給水流量對開孔槽表面的潤濕特性的影響，定性討論了開

4、孔、開槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的液體流動型態(tài)。
　　本文根據(jù)極板的特性分別搭建了涂覆親水改性剛性極板和開孔剛性陽極用于煙氣細(xì)顆粒物脫除的試驗(yàn)臺，對改性陽極板用于細(xì)顆粒物脫除的性能進(jìn)行了分析與研究，考察了極板表面水膜對細(xì)顆粒物的脫除的影響，并研究了煙氣停留時間、工作電壓、初始濃度、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對顆粒物脫除效率的影響規(guī)律。同時也對有機(jī)玻璃和玻璃鋼開槽格柵板在工業(yè)應(yīng)用裝置中的積灰情況進(jìn)行了比較說明。主要結(jié)論如下:
　　(

5、1)在潤濕特性試驗(yàn)臺上，使用單股流布水，分析基材、耐腐蝕層和改性后各表面的潤濕特性，探尋使改性表面水膜均布的附加層材料種類、材料處理工藝、編織結(jié)構(gòu)以及處理溫度。研究發(fā)現(xiàn):環(huán)氧樹脂、GFCⅠ改性后表面潤濕特性與基材相近;細(xì)沙粒，玻璃微珠，玻璃纖維短切絲改性后潤濕特性相近，但是親水性改善有限。附加層材料為疏松玻璃纖維絲布，當(dāng)改變附加層的處理工藝后，改性表面親水性良好:水滴接觸GFCⅡ、GFCⅢ、GFCⅣ改性表面后迅速擴(kuò)散，接觸角為零，成膜率

6、為100％，比基材碳鋼表面增加34～40倍。玻璃纖維布的編織密度和編織方法對改性后表面的潤濕特性有較大的影響。當(dāng)織物的厚度較大時，更加利于改性表面維持疏松狀態(tài)，有利于液膜擴(kuò)散，織物的面密度過大或過小均不利于液膜擴(kuò)散，面密度過小，纖維束間隔稀疏，不能形成有效的毛細(xì)管，面密度過大，纖維束致密，也不利于液膜擴(kuò)散。厚度為0.25mm，面密度為220g/m2的玻璃纖維布改性表面表現(xiàn)出較好的潤濕特性，持液量高，表面流量較小，水膜成膜率100％。處理

7、溫度對改性表面的液體擴(kuò)散動力影響是不同的，40～70℃處理表面的液體擴(kuò)散過程符合Hill分布，80℃處理表面的液體擴(kuò)散過程符合DoseResp分布，90℃處理表面的液體擴(kuò)散過程符合Exponential分布，對50℃表面來說，液體擴(kuò)散的主要動力可能是毛細(xì)作用力，對90℃處理表面來說，液體擴(kuò)散初期的可能是重力其主要作用，對于其他表面來說，這兩種作用力相互促進(jìn)并存在競爭。最終改性表面的水膜成膜率均為100％，潤濕特性優(yōu)于基材碳鋼。持液量越大

8、，說明單位表面持留的液體越多，對表面的潤濕效果越好。表面流量越小，成膜率越大，液體在表面擴(kuò)展的面積越大，潤濕一定面積需要的水量小，水膜平均厚度越低說明液體在表面的鋪展性較好，表面的親水性較好。表面的接觸角滯后值越大，給水流量變大時表面的溝流更加趨向于厚度增加。
　　(2)改進(jìn)潤濕特性機(jī)理試驗(yàn)臺，通過單股流布水研究開孔、開槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的潤濕特性和流動特性，分析開孔特征數(shù)、開槽特征數(shù)、開槽寬度比、板厚和給水流量對開孔槽表面的

9、潤濕特性的影響規(guī)律，定性討論開孔、開槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的液體流動型態(tài)。研究發(fā)現(xiàn):有機(jī)玻璃質(zhì)輕，但潤濕特性略差，玻璃鋼表面水膜易擴(kuò)展，潤濕特性較好。有機(jī)玻璃表面開孔特征數(shù)≥0.75時，孔中成膜率均可達(dá)100％，板厚增大和給水流量增大，表面飽和持液量、成膜率和停水后表面液體持留量均有增大;開孔特征數(shù)為0.6、0.5時，給水流量增大，表面和孔中水膜波動劇烈導(dǎo)致孔中成膜率低，孔下部的表面也出現(xiàn)斷流，呈液滴滾落，板厚增大，孔中的水膜沿板厚方向

10、擴(kuò)散，孔中的水膜可引導(dǎo)未開孔部分表面上的水膜匯聚孔中，同時未開孔部分表面上的水膜也引導(dǎo)孔中的水膜離開孔，這取決于水膜的表面張力和水膜本身的重力之間的競爭。有機(jī)玻璃開矩形槽，迎流邊長增大，表面的飽和持液量增大，水膜成膜率提高，孔中成膜面積增大;開槽特征數(shù)為0.3的玻璃鋼孔槽中更加容易實(shí)現(xiàn)水膜完整，開槽特征數(shù)為0.15時，開槽寬度比為0.1的孔槽中也可以實(shí)現(xiàn)水膜完整。水膜完整一般出現(xiàn)在流向邊長較小，給水流量較小或較大兩個極端，這說明水膜的波

11、動一方面可以增強(qiáng)孔槽中水膜在迎流邊長方向的擴(kuò)展，另一方面也可以增強(qiáng)在板厚方向的擴(kuò)展，這兩個方面相輔相成，相互促進(jìn)。玻璃鋼開矩形槽，迎流邊長增大，表面的飽和持液量減小，水膜成膜率下降，孔中成膜面積減小;板厚為2mm時，迎流邊長為3mm的表面潤濕特性較好，當(dāng)板厚增大為5mm時，迎流邊長為4mm的表面潤濕特性較好，并且開槽下方的水膜面積擴(kuò)展明顯?？字谐赡ぢ矢咭话愠霈F(xiàn)在流向邊長較小，給水流量較小或較大兩個極端。玻璃鋼開槽的孔中成膜率明顯比有機(jī)玻

12、璃低，這可能與開槽處的微結(jié)構(gòu)有關(guān)。單股流降水情況下，有機(jī)玻璃的表面流動型態(tài)以過流為主，存在背流;玻璃鋼的表面當(dāng)迎流邊長較大時均為過流，迎流邊長小時，過流、繞流、偏流、近壁面過流以及繞流后匯合均能出現(xiàn)，尤其當(dāng)流向邊長為4mm時，表面的流動型態(tài)比較復(fù)雜，這對液膜的再分布起到積極的作用。
　　(3)建立使用涂覆親水改性剛性極板作為收塵極的煙氣細(xì)顆粒物脫除的小型試驗(yàn)臺，采用模擬煙氣，對改性極板的伏安特性進(jìn)行試驗(yàn)，研究改性極板表面水膜增強(qiáng)顆

13、粒物脫除效率的機(jī)制，對氣體溫度、停留時間、工作電壓、初始濃度、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對顆粒物脫除效率的影響規(guī)律進(jìn)行討論。研究表明:停留時間為4s時，在同等電壓水平下改性剛性極板的除塵效率高于傳統(tǒng)剛性極板，且改性剛性極板在44kV的電壓條件下即可達(dá)到傳統(tǒng)剛性極板在60kV電壓條件下的脫除效率，這是由于使用改性剛性極板產(chǎn)生的電暈電流較大，細(xì)顆粒物顆粒的荷電速率較快，從而有利于收塵。改性剛性極板表面的纖維層可以減少反沖氣流，可減少顆粒的電遷

14、移阻力;表面水膜連續(xù)均勻，無反電暈、無二次揚(yáng)塵，水膜蒸發(fā)使煙氣濕度提高，顆粒荷電量和電遷移速度提高，均能提高顆粒脫除效率。使用改性剛性極板表面可形成穩(wěn)定均勻水膜的最小耗水量為0.04t/(h·m2)，對粒徑小于0.48μm的顆粒有較高脫除效率。濕式靜電除塵器在實(shí)際運(yùn)行過程中，存在有氣液換熱，水蒸氣蒸發(fā)等過程，運(yùn)行參數(shù)對各物理過程都會產(chǎn)生一定的影響，顆粒的脫除是各種物理過程共同作用的結(jié)果。隨著氣體溫度的升高，電暈電流逐漸增大，熱泳力逐漸增

15、強(qiáng)，有利于提高顆粒的脫除效率，但氣體粘度增大，這對顆粒的脫除有抑制作用。停留時間延長、工作電壓提高均會引起顆粒脫除效率的增加，但顆粒物進(jìn)口濃度、沖洗水流量對顆粒脫除效率影響不大。
　　(4)在使用開孔槽玻璃鋼極板作為收塵極的煙氣細(xì)顆粒物脫除試驗(yàn)臺上，采用模擬煙氣，對開孔槽極板的伏安特性進(jìn)行試驗(yàn)，對比研究3種形式的開孔槽玻璃鋼極板表面水膜增強(qiáng)顆粒物脫除效率的機(jī)制，對工作電壓、初始濃度、停留時間、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對顆粒物脫除效

16、率的影響規(guī)律進(jìn)行討論。研究發(fā)現(xiàn):3種類型的開槽玻璃鋼極板的電場特性基本相似;所有極板的總除塵效率均隨著電壓的上升而升高，開圓孔的玻璃鋼極板的總脫除效率提高幅度較大一些，停留時間為4s時，3種類型的開孔槽玻璃鋼極板的總脫除效率在各電壓下均高于傳統(tǒng)剛性極板;當(dāng)工作電壓超過40kV時，開橫槽和開圓孔的玻璃鋼極板性能相當(dāng)，并優(yōu)于開豎槽的玻璃鋼極板。開槽玻璃鋼極板適用于風(fēng)速低，停留時間長的工況，表面水膜均布孔槽中存有水膜時可以阻止顆粒穿越極板避免