五区电除尘技术试验研究及应用.pdf

五区电除尘技术试验研究及应用 徐国胜 1 何 剑 1 袁淑霞 2 张玉海 2 1.西安理工大学水利水电学院, 西安 710048; 2.西安宇清环境工程科技公司, 西安 710054 摘要 五区电除尘技术是一种新型的电除尘器提效改造技术, 由于其性能优良、工作可靠、稳定运行, 工程投资少、施工 周期短等优点而得到广泛应用。 在模拟计算分析其阻力和对气流分布影响的基础上, 试验研究其对不同粉尘的收尘 性能, 结果表明 五区电除尘技术可高效捕集微细、高比电阻粉尘, 且设备阻力小, 气流分布理想。 关键词 五区电除尘; 提效改造; 气流分布; 阻力; 转板电场 TEST AND APPLICATION OF FIVE-AREA ELECTROSTATIC PRECIPITATOR Xu Guosheng1 He Jian1 Yuan Shuxia2 Zhang Yuhai2 1. Institute of Water Resource and Hydroelectric Engineering, Xi an University of Technology, Xi an 710048, China; 2. Xi an Yuqing Environmental Engineering Technology Co. , Ltd, Xi an 710054, China AbstractFive -area electrostatic precipitator FA -ESPis a new renovation technology for electrostatic precipitator, and is now extensively applied because of it  s perfect perance, stable running, lower engineering cost and short construction period.The resistance, the effect on airflow distribution and collection efficiency of FA -ESP were studied, and the results indicated that FA -ESP has small resistance, perfect airflow distribution and better perance of collecting fine or high specific resistance particles. Keywords five -area electrostatic precipitation; renovation;resistance;airflow distribution; rotary plate 五区电除尘技术专为改造已有电除尘器而研 发 [ 1] ,它具有收尘机理先进、高效捕集微细粉尘、 充分 利用内部空间、不增加设备规格尺寸、增加设备阻力 很小 、 工程周期短、 粉尘排放降低明显等特点 [ 2] 。 1 设备结构及工作原理 五区电除尘器的结构如图 1 所示 。 1进风口; 2均流荷电极; 3均流收尘极; 4原电场阳极; 5复荷电极; 6原电场阴极; 7原电场辅助电极; 8转板荷电极; 9转板收尘极; 10转板驱动装置; 11刮 刷 灰装置; 12可调声波器; 13壳体。 图 1 设备结构 工作原理如图 2。 图 2 五区电除尘工作原理 以二电场电除尘器为例 图 2 。含尘气体进入 电除尘器进风口后 ,首先经过均流电场 , 在达到气流 均布的同时 ,使粉尘凝聚 、 荷电 ,一部分荷电粉尘被均 流收尘极捕集。然后粉尘进入复荷电场区,被均匀且 充分荷电; 每经过一次复荷电场区, 粉尘就被均匀且 充分荷电一次, 接着粉尘进入普通电场区 ,像常规电 除尘器一样完成荷电捕集过程 。接着粉尘进入辅 助电场区, 该区电场强度大且均匀, 粉尘被捕集的机 会增多,辅助电极能捕集荷正电粉尘 。转板电场设置 在第二电场的出口侧 ,粉尘移动到转板荷电极时被再 次荷电 ,而后直接被转板收尘极捕获, 转板收尘极对 31 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 密度小的微细粉尘捕集效果更为明显, 转板收尘极的 清灰采用底部刮 刷 灰方式, 对比常规的振打清灰, 从根源上解决了二次扬尘问题 ,刮 刷 灰装置直接将 粉尘收集灰斗内 。 2 流场数值模拟试验 转板电场是五区电除尘的主要组成部分 ,也是对 其流场荷阻力影响最大的设备 [ 3- 4] 。下面介绍有关设 备阻力和气流分布的数值模拟试验情况 。 2. 1 数值计算建模 以工程所用的电除尘器为例, 采用 Fluent 软件计 算分析增设转板电场前后除尘器的阻力和气流分布, 以得出转板电场对电除尘器阻力和气流分布的影响 结果 。 电除尘器三维模型如图 3所示, 进口有三层气流 分布板, 开孔率分别为 62、52和 46, 出口槽形 板的等效开孔率为 36。转板收尘极为多孔板 开 孔率约为 70 , 其转动速度慢, 可假定其运动不影 响气流分布,在计算模型中将转板收尘极等效成两层 气流分布板。 图 3 三维模型 边界条件设置 进口边界条件选择速度进口边界 条件, 假定进口断面气流分布是均匀的 , 速度大小取 平均值 ,方向垂直于进口断面; 出口边界条件选择压 力出口边界条件。压力出口边界条件需要在出口处 设置静压 相对压力 和一组“回流”参数 。壁面条件 采用无滑移壁面条件 。气流分布板是多孔板 ,计算时 将其简化为均匀的透气板 ,用多孔跳跃模型模拟。 2. 2 设备阻力计算 3 种工况计算说明 工况 1,进风口内设三层气流 分布板,出口内设出口槽形板 ; 工况 2,进风口内气流 分布板不变 ,将出风口内的槽形板换成转板电场; 工 况3, 进风口内前两层气流分布板不变 , 将第三层气 流换成转板电场 ,出风口内的槽形板换成转板电场 。 计算 条 件 为 烟 气 温 度 150℃; 烟 气 密 度 0. 835 kg m 3 ; 烟气黏度 2. 385 10 -5 Pas; 工作压力 - 3 000 Pa。图 4 为 3 种工况条件下的设备阻力 曲线 。 图 4 转板电场对设备阻力的影响 图 4 可见 ,除尘器的阻力与烟气流速有关, 烟气 流速越大, 阻力越大 ; 增设转板电场前后 ,电除尘器阻 力变化不大 ,说明转板电场对设备阻力的影响很小 。 2. 3 流场分布及分析 由Fluent 计算得出的烟气流场分布云图如图 5 所示。图中的1 ,2, 3,4 分布表示一电场前 , 一、二电 场之间,二 、 三电场之间, 三电场后等 4 个断面 。 图 5 烟气流场分布图 通过对 3 种工况下各断面流速的相对均方根值 分析 ,可得到以下规律 a. 在设定的原始状态计算条 件下, 工况 1 进出口流速的相对均方根最小 , 分别为 0. 145和 0. 21。b. 在除尘器入口增设转板电场 ,可改 善气流分布的均匀性。c. 出口增设转板电场或改变 转板电场的开孔率 , 对断面 1、2 的影响很小 ,而对断 面3、 4 的影响大。d . 出风口转板电场的开孔率不当, 则断面 3、 4 的气流分布变差 ; 原设备气流分布 工况 1 对出风口转板电场的流场影响也很大 。e. 将出口 槽形板改造成转板电场时, 需要通过均流 ,导流调节 来达到气流分布的均匀性 。 32 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 3 收尘性能试验 3. 1 试验装置 收尘试验装置见图 6。 3. 2 试验条件 为检测转板电场的收尘性能, 试验样机选择普通 电场 、 转板电场和重力沉降 3种结构形式 。进行普通 电场试验时 ,样机内选用应用较多的极配形式 阳极 板为 480C 板、 阴极 RS 芒刺线, 极线距为 0. 5 m ,电场 长度为 2 m 。进行转板电场试验时 ,样机内装设有转 板电场组件 放电极为十齿芒齿线 。进行重力沉降 试验时,样机内无电场构件。 同极距分别采用 0. 4,0. 45,0. 5 m, 试验环境温度 9 ℃, 环境湿度 30, 入口 烟气含尘质量浓度约 470 mg m 3 。 1进气口; 2管道系统; 3试验粉尘进料口; 4采样检测口; 5试验样机; 6布袋除尘器。 图 6 收尘试验系统 3. 3 试验粉尘 试验粉尘选用 3 台不同的带式烧结机机头粉尘 分布为1 、 2 、 3 , 3 种粉尘的化学成分如表 1 所 示,粒度分布和比电阻如表 2所示。 表 1 粉尘化学成分 项目 SiO2Al2O3Fe2O3 CaOMgO Na2OK2OTiO2SO3MnO2 1粉尘9 . 311 . 6536. 973 . 711. 956. 1324. 562. 3212. 7 0. 108 2粉尘15 . 41 . 9145. 033. 92. 44. 6320. 642. 213. 16 0. 118 3粉尘 17. 41 1 . 2447. 434 . 222. 562. 2514. 971. 537. 72 0. 075 表 2 粉尘粒径分布和粉尘比电阻 项目 1 mm 10 mm 45 mm 100 mm 500 mm 平均直 径 mm 中位径 mm 平均直径 中位径 比电阻 1011Ψ cm 1粉尘97. 583. 547. 219. 4057.9641. 31.4033. 6 2粉尘96. 280. 457. 433. 2075.9761.291.2403. 1 3粉尘96. 876. 841. 112. 6046.9434.571.3581. 45 3. 4 试验结果 3 种粉尘、 3 种同极距下的转板电场和重力沉降 收尘试验效率结果见表 3。 3 种粉尘、 3 种同极距条件下普通电场的收尘效 率试验结果见表 4。 3. 5 试验结果分析 上述所测除尘效率实际是电场除尘作用和重力 沉降作用的共同结果, 因此为便于比较 , 将各试验条 件下的电场收尘效率汇总如图 7 所示 。 表 3 转板电场和重力沉降收尘效率 粉尘 标识 异极 距 mm 电场风 速 ms- 1 二次电 压 k V 二次电 流 mA 入口浓 度 gm- 3 测定效 率 1粉尘 2001. 04875 . 01. 00 . 46871 . 33 2251. 12180 . 01. 30 . 45680 . 67 2501. 06085 . 01. 50 . 47088 . 00 重力沉降试验1. 0480 . 48026 . 00 2粉尘2001. 01875 . 01. 10 . 48984 . 00 2251. 05280 . 01. 40 . 47172 . 67 2501. 09085 . 01. 40 . 45980 . 00 重力沉降试验1. 0290 . 47738 . 00 3粉尘2001. 05675 . 01. 10 . 47464 . 67 2251. 08380 . 01. 30 . 46486 . 00 2501. 07185 . 01. 40 . 46688 . 67 重力沉降试验1. 0670 . 47340 . 00 表 4 普通电场收尘效率 粉尘 标识 异极 距 mm 电场风 速 m s- 1 二次电 压 k V 二次电 流 mA 入口浓 度 gm- 3 测定效 率 1粉尘2001. 09660 . 05. 40 . 43963 . 33 2251. 10063 . 05. 20 . 55376 . 67 2501. 15769 . 03. 40 . 43363 . 33 2粉尘 2251. 10062 . 04. 60 . 50567 . 33 2501. 07770 . 03. 50 . 47977 . 33 3粉尘 2001. 09660 . 05. 20 . 74573 . 33 2251. 09355 . 03. 60 . 50585 . 33 2501. 09863 . 02. 70 . 46673 . 33 33 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 图 7 电场收尘效率 分析收尘性能试验数据可得出如下结论 a . 统计 平均电场试验收尘效率 , 转板电场较普通电场高 15; 而转板电场的长度不到普通电场的 1 2, 可见转 板电场的性能之优越 。b. 对于不同性质的粉尘,转板 电场和普通电场都有效率最高的极距范围,可见两者 都有极配优化的必要 。c . 对于相同的同极距, 转板电 场可获得较高的运行电压, 而二次电流偏低 ; 普通电 场可获得较高的二次电流 ,而运行电压偏低。转板电 场更有利于节能减排 。d. 转板电场对微细、 高比电阻 粉尘的捕集效率高, 且异极距越大 ,捕集效率越高 。 4 工程应用 改造设备概况 粉尘种类为 30 m 2 带式烧结机机 头原 电 除 尘 器 规 格 型 号 GD 60 -∏, 处 理 气 量 19 万 m 3 h , 电场风速 0. 88 m s, 2 个电场 , 同极距 0. 4 m ,电场长度 8 m , 通道数 18 个, 入口粉尘质量浓 度3～ 5 g m 3 ,出口排放粉尘质量浓度 0. 13 g m 3 ,排放 粉尘为土灰色絮状粉尘, 堆积密度 0. 35 g cm 3 。 实施改造时 ,采用五区电除尘技术进行改造 进 风口内增设均流电场 1 套, 一、二电场前各增设复荷 电场 2 套, 出风口内增设转板电场 1 套 。原设备壳 体, 进出风口, 阴阳极及振打 , 灰斗等均不作任何 改造 。 改造结果 改造实施投运 1 年后, 工程验收检测 出口排放粉尘质量浓度分别为39mg m 3 和 21 mg m 3 。 设备阻力增加约 80 Pa 。 5 结论 1 在电除尘器内部增设转板电场 ,无论是出风口 内还是进风口内 ,其增加阻力很小。 2 在除尘器入口增设转板电场, 有利于气流分布 的均匀性。在除尘器出口增设转板电场, 通过整体 包括原气流分布系统和转板 的流场数值模拟试验, 所得分布状态理想。 3 转板电场长度短, 收尘效率高 ,对微细粉尘和 高比电阻粉尘也有优越的性能 。 4 在五区电除尘技术的工程应用中, 检测证实其 对出口排放改善效果明显 。 参考文献 [ 1] 徐国胜, 徐立波. 五区电除尘技术原理及应用[ J] , 科技导报, 2007, 25 19 26 -28. 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