電除塵器中帶電粒子運動軌跡及流場分析.pdf

1、自20世紀(jì)開始，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，低運行費用，維護方便等優(yōu)勢。然而現(xiàn)有電除塵器依然需要進一步改造，尤其需要提高對于細顆粒物的捕集效率，以應(yīng)對日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問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，并利用靜電場驅(qū)進荷電顆粒，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)會改變內(nèi)部流場的形態(tài)，使內(nèi)部流場由均勻分布的層流變?yōu)閺?fù)雜的湍流。其不僅使顆粒的運動更加難以預(yù)測，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達到清灰的目的。大部分濕式電除塵器壁面的水流方向垂直于流場方向，其流動會更進一步復(fù)雜化內(nèi)部流場。為更好的理解電除塵器內(nèi)部顆粒在上述復(fù)雜物理條件下的運動狀態(tài)，從而有針對性的提升電除塵器的效率，電除塵器內(nèi)部

3、流場優(yōu)化必須做為設(shè)計運行中的考量因素之一。
　　目前熱門的用于實驗室規(guī)模電除塵器流場可視化的設(shè)備有激光-多普勒速度計(Laser-Doppler velocimetry)以及粒子成像測速儀（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)對電除塵器內(nèi)部流體的影響。并且對其他影響因素，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)的干擾下會變得相當(dāng)復(fù)雜，同時導(dǎo)致內(nèi)部粒子運動軌跡變得難以預(yù)測。
　　本論文從工業(yè)角度出發(fā)，首先利用統(tǒng)計學(xué)與正交實驗方法，定量分析并指出電除塵器中對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方法在自行開發(fā)的小型濕式電除塵器上進行了流場診斷分析，將內(nèi)部的顆粒運動及流場變化可視化，結(jié)果表明，在濕式電除塵器中，離子風(fēng)帶來的二次流及極板水膜流動均能對

5、一次流產(chǎn)生重要影響，進而也會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)部的流場形態(tài)也基本相同。若要進一步提升效率，則需要進行流場優(yōu)化以減少原流場形態(tài)對一次流的阻礙。因此考慮采用新型的極線配置方案，以對不可避免產(chǎn)生的離子風(fēng)進行有效利用，使內(nèi)部流場得到合理配置。為達到這一目的，現(xiàn)有電除塵器必須經(jīng)過改造，而最簡單的做法則是將現(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)計產(chǎn)生的流場形態(tài)的同時減少了設(shè)備投資，并且后續(xù)實驗結(jié)果表明該方案具有進一步提升效率的潛力。
　　在確定了渦流對除塵效率的影響后，實驗首先對移除極板的干式電除塵器進行了流場測試，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)部流場的形態(tài)，并且與以往的流場形態(tài)不同的是，離子風(fēng)造成的渦流并未阻礙了整體內(nèi)部流場的運動，而是對一次流進行了有效的疏導(dǎo)，增加了一次流的流道長度。其原理類似于廢水處理時凈水器中的折流板。在離子風(fēng)形成的不對稱渦

7、流阻擋的作用下，能夠使一次流流道增長。收塵效率的結(jié)果也表明，流道優(yōu)化過后的電除塵器不僅能夠以一半的收塵面積達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。
　　而實際對流場進行改造的方案有無數(shù)種可能，一一實驗驗證受到很多方面的限制，因此為了快速得到結(jié)果，開始考慮使用數(shù)值模擬的方案對電除塵器內(nèi)部流場和顆粒物軌跡進行仿真。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