CN101298064B

CN101298064B - 一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法及装置

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Publication number: CN101298064B
Application number: CN2008100196967A
Authority: CN
Inventors: 依成武; 吴春笃; 欧红香; 储金宇; 陈志刚; 邵学军
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: CN101298064A

Abstract

一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法，属气体放电物理和环境工程等技术领域。本发明是将放电极设置在两个相邻的集尘极板的侧板间隙中间，并靠近间隙出口端，烟尘驱进速度方向与烟气流动方向相同，迎气流方向的两个集尘极侧面间隙距离为集尘极宽度的30％左右，流经两个集尘极板侧面的烟气流速为5m/s～25m/s，放电极施加直流电压为20～56kV。本发明提高了放电间隙的离子输运项、离子浓度；同时增加了烟尘荷电凝聚几率，进而提高了电除尘器中烟尘驱进速度，解决电除尘器中的烟尘驱进速度低而造成电除尘器性能差，体积庞大、耗钢材大及运行成本高等问题。

Description

一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法及装置

技术领域

本发明涉及一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法及装置，属气体放电物理和环境工程等技术领域。

背景技术

现代电除尘及空气净化技术具有高收(除)尘效率、高可靠性。它在减少工业烟尘对环境污染方面所起的作用，越来越引起人们的重视。大型的电收(除)尘器(EP)已在电力、建材、钢铁、有色冶金、化工以及气体净化等领域上被成功的加以应用。目前电除尘器的数量占国内市场总量的75％，中国已成为世界上电除尘器生产、应用大国。可是，目前还有学者认为电除尘技术仍存在着不少问题。例如，不能高效率捕集超微细的烟尘和高比电阻(＞10¹⁰Ω·cm)的粉尘；同时还存在一次投资和运行费用过高，维修工作量大，体积庞大等缺点，因而阻碍了电收尘器大规模的推广应用。

传统的EP一般采用收尘极板与风向平行摆放的结构形式。尘粒的合速度μ_p是气流速度μ与驱进速度ω的向量和。若在时间增量Δt_p内，则有δ＝ωΔt_p，，在边界层δ内所有尘粒都被收集到集尘极上，但是超过这个时间增量，尘粒就极有可能不被收尘极板所收集。要提高收尘效率，只能采取：①降低气流速度μ；②加大收尘极板长度；③提高驱进速度ω等手段。从经济角度来看，提高驱进速度ω是最好的选择。但是由于受电场的击穿强度限制，电场中的库仑力几乎处于临界值，尘粒驱进速度只能在很小范围内得以改善。把收尘极板从平行气流方向排列改成垂直气流方向，此时在边界层内尘粒向集尘极板上运动速度μ_n是风速μ与驱进速度ω的代数和，因而大大提高了尘粒向集尘极运动的速度。边界层增厚，尘粒被集尘极板捕捉所需的时间大大减少，将风速这一不利于捕捉尘粒的条件转变成有利的条件，从而会大大提高收尘的效果。

20世纪90年代以后，我国开始了这方面的研究工作，并取得了一定进展。1995年，白希尧等人对收尘极板垂直于气流方向的EP作了可行性研究，得出了横向布置收尘极板有利于提高尘粒驱进速度、减小EP体积、降低造价等结论。2003年，陈祖云等人的研究结果表明，当烟气速度为1.26m/s，烟尘在电场中停留时间为1.6s时，除尘效率达98.16％。2006年，依成武等人采用横向布置双C型集尘极板的高风速复合式电除尘器(HVCEP)处理烟气量为3600m³/h的模拟烟气，当烟气速度为1.75m/s，烟尘在电场中停留时间为2.1s时，燃煤飞灰除尘效率达99.64％，体积较常规EP有了一定程度的减少。尽管人们对横向EP进行了许多试验和研究，并取得了一些研究进展，但由于没有有效增加电场中离子浓度以及烟尘的荷电量，因此现有横向EP还没有从根本上解决传统EP存在的一次投资和运行费用过高，维修工作量大，体积庞大等问题。

发明内容

本发明的目的是为解决电除尘器中的烟尘驱进速度低而造成电除尘器性能差，体积庞大、耗钢材大及运行成本高等问题，提供了一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法和装置。

实现所述目的的技术方案是将放电极放置在迎烟气气流的两个相邻集尘极板间隙中，即放电极设置在两个相邻的集尘极板的侧板间隙中间，并靠近间隙出口端，使烟尘驱进速度方向与烟气流动方向相同。其中集尘极板两端侧面为C型，侧面宽度为40mm～70mm。放电极为星型线、锯齿线、芒刺线或鱼骨线。迎气流方向的两个集尘极侧面间隙距离为集尘极宽度的30％左右，流经两个集尘极板侧面的烟气流速为5m/s～25m/s。在放电极合集尘极之间施加直流电压为20～56kV。放电极、集尘极的材料为金属，集尘极间隙对应后面集尘极板中心线上。

由于烟气风速高达5m/s～25m/s，使带电粒子获得较高动能，摆脱了电场力的束缚，大大降低了电子、离子在电离放电通道中进行复合反应，进而提高了放电间隙的离子输运项、离子浓度；同时增加了烟尘荷电凝聚几率，进而提高了电除尘器中烟尘驱进速度，大幅度提升了电除尘器性能。

有益效果：

(1)把放电极设置在迎气流的集尘极间隙中，流过间隙的气体流速将从目前的0.8m/s～1.2m/s提高到5m/s～25m/s，进而提高了离子输运率，离子浓度将从目前10⁶/cm³～10⁷/cm³提高到10⁸/cm³～10⁹/cm³，可将目前的烟尘驱进速度从3cm/s～20cm/s提高到10cm/s～200cm/s。

(2)由于有效提高了EP中烟尘荷电凝聚的离子浓度，可成数量级增加烟尘荷电量及粒径，有效改善烟尘的荷电凝聚性能，因而大大提高了超细颗粒和高比电阻烟尘的捕集效率。

(3)解决电除尘器中的烟尘驱进速度低而造成电除尘器性能差，体积庞大、耗钢材大及运行成本高等问题，提供了一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法。

附图说明

图1烟尘受力运动轨迹示意图。

图1中：1放电极，2烟尘，3烟尘气流作用力F_v，4荷电烟尘的静电力F_q，5烟气携带烟尘的流动轨迹，6C型集尘极，7集尘极两侧面。

图2高风速复合式电收尘系统示意图。

图2中：8烟道，9烟尘浓度、粒度测试仪，10电收尘器本体，11离子浓度测试仪、粉尘荷电仪，12直流高压电源设备，13高压Q表。

图3放电极和收尘集板布置图。

图4提高烟气趋紧速度的电收尘器侧剖面图。

图4中：14进风管道，15进风斗，16均风板，17电收尘器箱体，18电收尘器壳体，19出风斗，20出风管道。

图5外加激励电压与离子浓度关系曲线。

图6外加激励电压对收尘效率的影响。

图7有效收尘面积对收尘效率的影响。

图8烟气风速对收尘效率的影响。

图9烟尘颗粒粒径对收尘效率的影响。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图说明详细叙述本发明的具体实施例。

如图3所示，将放电极放置在迎烟气气流的两个相邻集尘极板间隙中，即放电极1设置在两个相邻的集尘极板6的侧板7间隙中间，并靠近间隙出口端，使烟尘驱进速度方向与烟气流动方向相同。迎气流方向的两个集尘极侧面间隙距离为集尘极宽度的30％左右。在放电极合集尘极之间施加直流电压为20～56kV。采用金属放电极与集尘极，集尘极间隙对应后面集尘极板中心线上。

步骤1：图2中由直流高压电源设备12对电收尘器10施加直流高电压，在图1中放电极1和C型集尘极6之间形成20～56kV高压直流电场，使烟尘2充分荷电，在烟尘气流作用力F_v3和荷电烟尘的静电力F_q4的综合作用下，被收集到集尘极两侧面7。烟气携带烟尘的流动轨迹如5所示。由于烟尘的驱进速度与携带烟尘的气流方向一致，烟尘向集尘极有效驱进速度ω应为烟尘仅在库仑力作用下的驱进速度ω_e与烟尘流速υ_o的代数和。可使电除尘器中烟尘驱进速度从目前的3cm/s～20cm/s提高到10cm/s～200cm/s，大幅度提升了电除尘器性能。

步骤2：在高压直流电场中产尘的离子浓度和烟尘荷电量分别由图2中AIC型正负离子浓度计和EST-111A粉尘荷电仪11检测；电收尘系统中的烟尘颗粒浓度和粒度分别由CEM50C粉尘含量在线检测仪和CIS-50V粒度粒形测试仪9检测；施加在放电极上的高压直流电压值由高压Q表13测量。

步骤3：图5是外加激励电压U与离子浓度关系曲线。在气体中采用AIC型正负离子浓度计测得的气体正负离子浓度如图5所示。从图5可知，当外加激励电压为20kV～25kV时，气体正负离子浓度较低，仅为10³/cm³左右；随着外加激励电压的增加，气体正负离子浓度呈指数增加，当U为40kV时，正负离子浓度大约提高到10⁹/cm³，之后虽有增加但增加幅度不大。实验结果表明，把放电极设置在迎气流的集尘极间隙中，流过间隙的高风速气流把外力施加到离子身上，可把离子从流光通道强电场中输运出去，进而通过减少离子损失率L(N)等方法，提高了离子输运率，使离子浓度提高2～3个数量级。

步骤4：外加激励电压U对收尘效率的影响实验结果如图6所示。试验条件为：有效收尘面积A＝15.3m²，烟气风速υ_o＝9.2m/s，大气压力P＝101.3kPa，平均烟温T＝24℃，入口平均全压P_I＝-0.21kPa，出口平均全压P_o＝-0.94kPa。

电收尘器工作时，电晕电极附近产生高压电晕电场，致使电晕放电、粒子荷电，粉尘电场作用下做定向移动，从而产生收尘效果。在一定范围内，U越高，收尘效果越好，η越高；但是U过高，将产生火花放电，进而使收尘效率下降。从图6看出：U对η的作用显著，在其他条件稳定的情况下，η随着U的提高而提高。当U由20kV上升至36kV时，η上升趋势显著；当U由36kV上升至42kV时，η上升趋势趋缓，高于42kV时，η接近100％。

步骤5：图7是有效收尘面积A对收尘效率η影响的实验结果。其横坐标数据分别是0、2、4、6、8、10、12排收尘极板加电时的有效收尘面积。图7直观的反映了η随A变化的规律。试验条件为：有效收尘面积A＝15.3m²，烟气风速υ_o＝9.2m/s，外加直流激励电压为46kV，大气压力P＝101.3kPa，平均烟温T＝23℃，入口平均全压P_I＝-0.21kPa，出口平均全压P_o＝-0.95kPa。从图中看出：A对η的作用明显，在其他条件稳定的情况下，η随着A的增加而提高。由0到6排加电，收尘效率上升趋势较为明显，6到10排加电，收尘效率上升趋势较为缓和。

当除尘系统不加电，单纯以机械式原理收尘，η已经达到74％以上；即使12排全部加电，A也仅为17.6m²，也远小于传统电收尘器。而由实验结果可知，在其他参数相同的情况下，其η并不比传统电收尘器差。这意味着该系统可实现收尘设备的小型化，大大降低其一次性投资。

步骤6：图8是烟气风速υ_o对收尘效率η影响的实验结果。试验条件为：有效收尘面积A＝15.3m²，外加直流激励电压为46kV，大气压力P＝101.3kPa，平均烟温T＝19℃，入口平均全压P_I＝-0.22kPa，出口平均全压P_o＝-0.96kPa。从图8看出：υ_o对η影响较大，在其他条件稳定的情况下，υ_o为4m/s～9.5m/s时，η基本不变，接近100％；高于9.5m/s时，η随着υ_o的提高而降低。当υ_o由9.5m/s提高到15.8m/s时，η由99.54％降为75.1％。

步骤7：图9是烟尘颗粒粒径对收尘效率影响的实验结果。试验条件为：有效收尘面积A＝15.3m²，烟气风速υ_o＝9.2m/s，大气压力P＝101.3kPa，平均烟温T＝23℃，入口平均全压P_I＝-0.22kPa，出口平均全压P_o＝-0.95kPa。当除尘系统不施加直流高压电时，仅以旋风机理收尘，η随烟尘颗粒粒径增加而增加。当烟尘颗粒粒径在0～10μm之间时，η仅为6.8％；在10～20μm之间时，η为19.6％；在20～80μm之间时，η为55％～70％；当烟尘颗粒粒径大于100μm时，η接近100％。

当外加直流激励电压为46kV时，在电除尘和机械式除尘综合作用下，可获得较高的除尘效率。当烟尘颗粒粒径在0～10μm之间时，η为81.8％；在10～40μm之间时，η为90％～95％；当烟尘颗粒粒径大于40μm时，η接近100％。

实验结果表明，该新式除尘系统由于有效提高电除尘器中烟尘驱进速度和EP中烟尘荷电凝聚的离子浓度，可成数量级增加烟尘荷电量及粒径，有效改善了烟尘的荷电凝聚性能，因而大大提高了超细颗粒的捕集效率。解决了电除尘器中的烟尘驱进速度低而造成电除尘器性能差，体积庞大、耗钢材大及运行成本高等问题。

Claims

1. 一种提高电除尘器中的烟尘驱进速度方法，其特征在于放电极(1)设置在两个相邻的集尘极板(6)的侧板(7)间隙中间，并靠近间隙出口端，烟尘驱进速度方向与烟气流动方向相同，迎气流方向的两个集尘极侧面间隙距离为集尘极宽度的30％左右，流经两个集尘极板侧面的烟气流速为5m/s～25m/s，放电极施加直流电压为20～56kV。

2. 根据权利要求1所述的一种提高电除尘器中的烟尘驱进速度方法，其特征在于集尘极板两端侧面为C型，侧面宽度为40mm～70mm。

3. 根据权利要求1所述的一种提高电除尘器中的烟尘驱进速度方法，其特征在于放电极为星型线、锯齿线、芒刺线或鱼骨线。

4. 根据权利要求1所述的一种提高电除尘器中的烟尘驱进速度方法，其特征在于放电极、集尘极的材料为金属。

5. 根据权利要求1所述的一种提高电除尘器中的烟尘驱进速度方法，其特征在于集尘极间隙对应后面集尘极板中心线上。