WESP陽(yáng)極表面改性及潤(rùn)濕特性研究.pdf

1、我國(guó)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(guó)出現(xiàn)的大范圍、長(zhǎng)時(shí)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(shì)。在濕式靜電除塵器運(yùn)行過(guò)程中，由于液體表面張力和剛性陽(yáng)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(wèn)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(dòng)引起極間距變動(dòng)進(jìn)而引起電場(chǎng)不穩(wěn)等問(wèn)題。
　　本文通過(guò)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(rùn)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(rùn)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(shí)間來(lái)描述濕式靜電除塵器陽(yáng)極板表面潤(rùn)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(zhǎng)時(shí)間有效，因此我們通過(guò)在碳鋼表面涂覆耐腐蝕環(huán)氧樹(shù)脂層進(jìn)而涂覆其他改性材料對(duì)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(duì)改性后的表面進(jìn)行了潤(rùn)濕特性的試驗(yàn)研究;同時(shí)通過(guò)對(duì)有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面進(jìn)行開(kāi)孔、開(kāi)槽處理增強(qiáng)表面液體的再分布，并通過(guò)單股流降水研究了其表面的潤(rùn)濕特性，分析了開(kāi)孔特征數(shù)、開(kāi)槽特征數(shù)、開(kāi)槽寬度比、板厚和給水流量對(duì)開(kāi)孔槽表面的潤(rùn)濕特性的影響，定性討論了開(kāi)

4、孔、開(kāi)槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的液體流動(dòng)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(kāi)孔剛性陽(yáng)極用于煙氣細(xì)顆粒物脫除的試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)改性陽(yáng)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(duì)細(xì)顆粒物的脫除的影響，并研究了煙氣停留時(shí)間、工作電壓、初始濃度、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)顆粒物脫除效率的影響規(guī)律。同時(shí)也對(duì)有機(jī)玻璃和玻璃鋼開(kāi)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(shuō)明。主要結(jié)論如下:
　　(

5、1)在潤(rùn)濕特性試驗(yàn)臺(tái)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(rùn)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(shù)脂、GFCⅠ改性后表面潤(rùn)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(rùn)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(duì)改性后表面的潤(rùn)濕特性有較大的影響。當(dāng)織物的厚度較大時(shí)，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(guò)大或過(guò)小均不利于液膜擴(kuò)散，面密度過(guò)小，纖維束間隔稀疏，不能形成有效的毛細(xì)管，面密度過(guò)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(rùn)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(duì)改性表面的液體擴(kuò)散動(dòng)力影響是不同的，40～70℃處理表面的液體擴(kuò)散過(guò)程符合Hill分布，80℃處理表面的液體擴(kuò)散過(guò)程符合DoseResp分布，90℃處理表面的液體擴(kuò)散過(guò)程符合Exponential分布，對(duì)50℃表面來(lái)說(shuō)，液體擴(kuò)散的主要?jiǎng)恿赡苁敲?xì)作用力，對(duì)90℃處理表面來(lái)說(shuō)，液體擴(kuò)散初期的可能是重力其主要作用，對(duì)于其他表面來(lái)說(shuō)，這兩種作用力相互促進(jìn)并存在競(jìng)爭(zhēng)。最終改性表面的水膜成膜率均為100％，潤(rùn)濕特性優(yōu)于基材碳鋼。持液量越大

8、，說(shuō)明單位表面持留的液體越多，對(duì)表面的潤(rùn)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(rùn)濕一定面積需要的水量小，水膜平均厚度越低說(shuō)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(shí)表面的溝流更加趨向于厚度增加。
　　(2)改進(jìn)潤(rùn)濕特性機(jī)理試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)單股流布水研究開(kāi)孔、開(kāi)槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的潤(rùn)濕特性和流動(dòng)特性，分析開(kāi)孔特征數(shù)、開(kāi)槽特征數(shù)、開(kāi)槽寬度比、板厚和給水流量對(duì)開(kāi)孔槽表面的

9、潤(rùn)濕特性的影響規(guī)律，定性討論開(kāi)孔、開(kāi)槽有機(jī)玻璃和玻璃鋼表面的液體流動(dòng)型態(tài)。研究發(fā)現(xiàn):有機(jī)玻璃質(zhì)輕，但潤(rùn)濕特性略差，玻璃鋼表面水膜易擴(kuò)展，潤(rùn)濕特性較好。有機(jī)玻璃表面開(kāi)孔特征數(shù)≥0.75時(shí)，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(kāi)孔特征數(shù)為0.6、0.5時(shí)，給水流量增大，表面和孔中水膜波動(dòng)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(kāi)孔部分表面上的水膜匯聚孔中，同時(shí)未開(kāi)孔部分表面上的水膜也引導(dǎo)孔中的水膜離開(kāi)孔，這取決于水膜的表面張力和水膜本身的重力之間的競(jìng)爭(zhēng)。有機(jī)玻璃開(kāi)矩形槽，迎流邊長(zhǎng)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(kāi)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(kāi)槽特征數(shù)為0.15時(shí)，開(kāi)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(zhǎng)較小，給水流量較小或較大兩個(gè)極端，這說(shuō)明水膜的波

11、動(dòng)一方面可以增強(qiáng)孔槽中水膜在迎流邊長(zhǎng)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(gè)方面相輔相成，相互促進(jìn)。玻璃鋼開(kāi)矩形槽，迎流邊長(zhǎng)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(shí)，迎流邊長(zhǎng)為3mm的表面潤(rùn)濕特性較好，當(dāng)板厚增大為5mm時(shí)，迎流邊長(zhǎng)為4mm的表面潤(rùn)濕特性較好，并且開(kāi)槽下方的水膜面積擴(kuò)展明顯。孔中成膜率高一般出現(xiàn)在流向邊長(zhǎng)較小，給水流量較小或較大兩個(gè)極端。玻璃鋼開(kāi)槽的孔中成膜率明顯比有機(jī)玻

12、璃低，這可能與開(kāi)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(dòng)型態(tài)以過(guò)流為主，存在背流;玻璃鋼的表面當(dāng)迎流邊長(zhǎng)較大時(shí)均為過(guò)流，迎流邊長(zhǎng)小時(shí)，過(guò)流、繞流、偏流、近壁面過(guò)流以及繞流后匯合均能出現(xiàn)，尤其當(dāng)流向邊長(zhǎng)為4mm時(shí)，表面的流動(dòng)型態(tài)比較復(fù)雜，這對(duì)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(tái)，采用模擬煙氣，對(duì)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(duì)氣體溫度、停留時(shí)間、工作電壓、初始濃度、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)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(shí)間為4s時(shí)，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(wú)反電暈、無(wú)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(duì)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(guò)程中，存在有氣液換熱，水蒸氣蒸發(fā)等過(guò)程，運(yùn)行參數(shù)對(duì)各物理過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，顆粒的脫除是各種物理過(guò)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(duì)顆粒的脫除有抑制作用。停留時(shí)間延長(zhǎng)、工作電壓提高均會(huì)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(duì)顆粒脫除效率影響不大。
　　(4)在使用開(kāi)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(tái)上，采用模擬煙氣，對(duì)開(kāi)孔槽極板的伏安特性進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比研究3種形式的開(kāi)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(duì)工作電壓、初始濃度、停留時(shí)間、沖洗水流量等主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)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(kāi)槽玻璃鋼極板的電場(chǎng)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(kāi)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(shí)間為4s時(shí)，3種類型的開(kāi)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(guò)40kV時(shí)，開(kāi)橫槽和開(kāi)圓孔的玻璃鋼極板性能相當(dāng)，并優(yōu)于開(kāi)豎槽的玻璃鋼極板。開(kāi)槽玻璃鋼極板適用于風(fēng)速低，停留時(shí)間長(zhǎng)的工況，表面水膜均布孔槽中存有水膜時(shí)可以阻止顆粒穿越極板避免