(70)--27新型横向极板电除尘器中荷电粒子的驱进速度.pdf

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1、摘要：为了探讨新型横向极板电除尘器中荷电粒子驱进速度的变化规律，通过对荷电粒子进行受力分析，得到理论驱进速度的表达式；通过改变外加电压、除尘电场平均气流速度、异极距等参数进行除尘实验，根据多依奇公式，由除尘效率反推出荷电粒子的有效驱进速度，探讨各因素对有效驱进速度的影响规律。结果表明：在正常工作电压范围内，荷电粒子的有效驱进速度随着外加电压的增大而增大；随着除尘电场平均气流速度、异极距的增大，荷电粒子的有效驱进速度呈先增大后减小的趋势；通过对不同条件下荷电粒子的理论驱进速度与有效驱进速度进行拟合，得到半经验驱进速度表达式。关键词：横向极板电除尘器；荷电粒子；驱进速度中图分类号：X701.2文献

2、标志码：A文章编号：1008-5548（2016）01-0011-04Drift Velocity of Charged Particles in NovelTransverse Plate Electrostatic PrecipitatorHUANG Yanan，SHI Xuexin，YI Chengwu，WANG Huijuan，DU Yansheng（School of Environment and Safety Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）Abstract：To obtain the drift vel

3、ocity variation regularity of chargedparticles in a novel transverse plate electrostatic precipitator，the equationof theoretical drift velocity was deduced based on the force analysis ofcharged particles.The dust removal experiment was conducted bychanging factors of applied voltage，mean airflow vel

4、ocity，electrode andplate distance.The effective drift velocity of charged particles was deducedfrom dust removal efficiency according to Deutsch formula.The effect ofeach factor on the effective drift velocity was discussed.The results showthat the effective drift velocity of charged particles incre

5、ases with theincrease of applied voltage under normal operating voltage.With theincrease of mean airflow velocity as well as electrode and plate distance，the effective drift velocity of charged particles increases first and thendecreases.The semi-empirical drift velocity formulas are obtained byfitt

6、ing theoretical drift velocity with effective drift velocity of chargedparticles under different conditions.Keywords:transverse plate electrostatic precipitator；charged particle；drift velocity2011年9月颁布的国家标准GB 132232011火电厂大气污染物排放标准将燃煤锅炉的烟尘允许排放最大质量浓度由原来的标准状态下的50 mg/m3减小到20 mg/m3，而目前电除尘器普遍存在放电电场产生的离子浓度

7、较小，对微细粉尘颗粒的捕集效率较低等缺点，因此电除尘器对烟尘的处理难以达到新的排放标准1-4。为了解决现有电除尘器对微细粉尘捕集效率低的问题，研究者利用横向极板电除尘器进行了大量探索5-9。在横向极板电除尘器中，由于收尘极板垂直于气流方向布置，荷电粒子受到的电场力与惯性力方向几乎一致，因此，在两者的共同作用下，荷电粒子向收尘极板运动的迁移加快，与之相关的驱进速度也增大9。由多依奇公式可知，驱进速度是影响除尘效率的一个关键指标10-11，其大小直接影响除尘效率，因此，增大粉尘驱进速度能够从根本上解决现有除尘设备对粉尘颗粒尤其是微细粉尘捕集效率过低的问题。Yi等8提出的新型横向极板电除尘器能显著增

8、大除尘电场离子浓度和提高粉尘捕集效率，将每立方厘米的离子个数增多到109以上，对可吸入颗粒物PM10的除尘效率超过90%，为解决微细粉尘特别是超微细粉尘捕集效率低下的问题提供了新思路和新方法。本文中主要对影响新型横向收尘极板电除尘器中荷电粒子驱进速度的因素进行探讨，并通过对理论驱进速度与有效驱进速度拟合得到半经验驱进速度表达式，为该除尘器的优化以及日后工业化设计提供依据。1理论基础新型横向收尘极板电除尘器是基于现有的横向极板电除尘器，通过改变电极配置设计的一种新型电除尘器。其电极结构特点如下：采用与气流方向垂直布置的双涡旋型收尘极板，并将放电极设置在同排相新型横向极板电除尘器中荷电粒子的驱进速

9、度流态化第22卷中 国 粉 体 技 术中 国 粉 体 技 术邻收尘极板间隙且靠近气流出口方向的一端。电极结构示意图如图1所示。双涡旋型极板结构形式能使烟气气流在收尘极附近形成旋涡，延长烟尘停留时间，增大微细粉尘荷电碰撞概率，进而有利于提高微细粉尘的捕集效率；并且，当气流流经收尘极板间隙时，由于通过面积骤然减小，气流速度快速增大，较大的气流速度能有效减少离子复合，增大离子浓度，进而增加粒子荷电量；同时，惯性力作用会导致荷电粒子向收尘极板的迁移速度增大，增大荷电粒子的驱进速度。荷电粒子在除尘电场中主要受电场力、动力学黏性阻力和重力的作用。与前两者相比，重力作用很小，可以忽略。根据牛顿第二定律，粒子

10、受到的电场力qE以及动力学黏性阻力3dp0有以下关系12：md0dt=qE-3dp0，（1）式中：m为荷电粒子质量，kg；0为力场作用下荷电粒子的驱进速度，m/s；t为时间，s；dp为粉尘粒径，m；为气体黏度，Pas；q为烟尘荷电量，C；E为除尘器中收尘电场强度，V/m；对上式求解、化简12，可得0qE3dp。（2）假设在气流曳力作用下，荷电粒子在很短的时间内即与气流速度达成一致，即荷电粒子在力场作用下，在向收尘极板迁移的过程中具有初始速度v，则荷电粒子的理论驱进速度可表示为0v=qE3dpv，（3）式中v为除尘电场气流速度，m/s。2实验2.1实验装置实验系统主要由除尘器主体、供电装置、进粉

11、装置以及检测仪器组成，如图2所示。除尘器主体尺寸为1.2 m0.345 m0.36 m；单个收尘极板面积为0.035 m2，总收尘面积为1.12 m2；收尘极板排间距为0.09 m；进、出口管路直径分别为0.2、0.3 m。供电装置为GYDY-50型高压电源，电压量程为50 kV。粉尘发生装置将粉尘喷入进气管道，并由引风机将粉尘引入到除尘电场中。实验所用粉尘为滑石粉，采用粒度分析仪（CIS-50V型，荷兰Ankersmid公司）测得粉尘中可吸入颗粒物PM10的质量分数约为99.8%。采用气体多功能分析仪（350M/XL型，德国Testo公司）检测进、出口管道的气流速度，流量，温度，压力等参数，

12、并根据管道与除尘器横截面积的比值计算除尘电场平均风速。采用烟尘浓度在线测量仪（50C型，美国CEM公司）检测进出口管道烟尘浓度。2.2实验方案1）由式（3）可知，该新型电除尘器中荷电粒子的驱进速度与粉尘自身特性、电场强度、气流速度有关，而电场强度又与外加电压和异极距有关，因此，本文中通过改变外加电压U、除尘电场气流速度v、异极距b等参数进行除尘实验，得出各参数条件下的除尘效率。由下式12计算：10，（4）式中0、分别为进、出口管道粉尘质量浓度，g/m3。根据多依奇公式，由反推出有效驱进速度e，探讨各因素对e的影响规律。e计算公式12如下：eQAln（1），（5）式中：Q为处理烟气量，m3/s；

13、v为除尘电场气流速度，m/s；A除尘器横截面积，m2；为除尘效率。2）结合实验参数，根据式（3）计算荷电粒子的理论驱进速度，将不同参数条件下的与e进行拟合，得到两者之间的关系式，为确定该电除尘器的设1收尘极；2放电极；3气流。图1电极结构示意图Fig.1Schematic diagram of electrodes1空气压缩机；2粉尘静电喷涂仪；3粉尘浓度测试仪；4气流均布板；5收尘极；6放电极；7气体多功能测试仪；8接地极；9高压直流电源；10引风机。图2新型横向极板电除尘系统流程图Fig.2Schematic diagram of novel transverse plateelectro

14、static precipitator system12第1期计驱进速度提供理论依据。式（3）中，E可以用平均电场强度U/b表示；v用电场平均风速代替。3结果与讨论3.1外加电压对有效驱进速度的影响在b为30 mm，v为2.8 m/s，0为235 mg/m3，大气压强为101.2 kPa，温度为25 的条件下，外加电压U对有效驱进速度e的影响如图3所示。可以看出，U从12 kV增大到18 kV的过程中，e随着U的增大而逐渐增大，U为18 kV时，e达到最大值81.9 cm/s。当U增加到18.6 kV时，e迅速减小，原因是该电压超过了电除尘器的正常工作电压，除尘器内出现电场击穿现象，电除尘器不

15、能正常工作，从而导致驱进速度减小13。当外加电压较小时，产生离子的能力较强，不利于粉尘荷电，进而导致e较小；随着U的增大，产生离子的能力逐渐增强，粉尘的荷电概率和荷电量增大，荷电粒子所受电场力增大，从而导致荷电粒子向收尘极板迁移速度增大，e就会增大。由此可知，在正常工作电压范围内，e随着U的增大而增大。图4所示为不同电压条件下拟合出的e与的关系曲线。可以看出，e与近似呈线性关系，其关系式为e=8 295.23+29.66。（6）3.2气流速度对有效驱进速度的影响在U为17.3 kV，b为30 mm，0为195 mg/m3，大气压强为101.2 kPa，温度为25 的条件下，气流速度v对有效驱进

16、速度e的影响如图5所示。可以看出，v由1 m/s增大到3.1 m/s时，e随着v的增大呈线性增大。原因是：一方面，随着v的增大，粒子的惯性力增大，在电场力与惯性力的综合作用下，粒子向收尘极板的迁移速度增大；另一方面，增大v可以有效减少离子的复合，有利于粒子荷电，进而显著增大e。此后，随着v的继续增大，e呈现减小趋势，此时通过增大动量来增大e的效果不佳。其原因是此时流量的增加速率大于离子浓度的增加速率，粉尘荷电量开始减小，e开始减小。同时，气流速度越大，对收尘极板的冲刷作用越强，容易造成已经捕集的粉尘被重新带走，产生二次扬尘，降低除尘效率，从而造成此时的e较小。由此可知，气流速度取为3 m/s左

17、右时，既有利于增大e，又能同时增加处理烟气量。图6所示为不同气流速度条件下拟合的e与的关系曲线。由图可知，e与呈非线性关系，其关系式为图3外加电压对有效驱进速度的影响Fig.3Effect of applied voltage on effective drift velocity图4不同电压时理论驱进速度与有效驱进速度的拟合曲线Fig.4Fitting curve of theoretical drift velocity andeffective drift velocity at different voltages图5气流速度对有效驱进速度的影响Fig.5Effect of airfl

18、ow velocity on effective drift velocity图6不同气流速度时理论驱进速度与有效驱进速度的拟合曲线Fig.6Fitting curve of theoretical drift velocity andeffective drift velocity for different airflow velocities流态化黄亚楠，等：新型横向极板电除尘器中荷电粒子的驱进速度13第22卷中 国 粉 体 技 术中 国 粉 体 技 术e=-28.57+0.61-8.362。（7）3.3异极距对有效驱进速度的影响设U为相应b的最大外加电压，在v为2.9 m/s，0为23

19、5 mg/m3，大气压强为101.2 kPa，温度为25 的条件下，异极距b对有效驱进速度率e的影响如图7所示。由图可知：随着b的增大，e呈现线性增大的趋势；当b为30 mm时，e达到最大值83.6 cm/s；随着b的继续增大，e开始减小；当b为40 mm时，e减小到52.3 cm/s。原因是b的大小限制了最大外加电压的大小，b过小，则除尘器在较小的电压下就会产生火花放电，不利于离子产生。b过大，则单位体积内产生的离子相对减少，也不利于离子输运和粉尘荷电，导致e不大。当b取30 mm时，可以获得较大的离子浓度，从而有利于增大e。图8所示为不同异极距条件下拟合出的e与的关系曲线。由图可知，e与呈

20、非线性关系，其关系式为e=-80 015.29+974.79-2.972。（8）4结论1）新型横向极板电除尘器中，在正常工作电压范围内，荷电粒子有效驱进速度随着外加电压的增大而增大；随气流速度、异极距的增大，荷电粒子有效驱进速度呈现先增大后减小的趋势。2）通过对荷电粒子理论驱进速度与有效驱进速度进行拟合，得到了新型横向极板电除尘器中荷电粒子半经验驱进速度计算式，为确定该电除尘器的荷电粒子驱进速度设计值提供了理论依据。参考文献（References）:1王成福.工业微细粉尘的危害与有效捕集研究J.科技通报，2013，29（1）:185-189.2薛建明，刘涛.新标准下燃煤电厂环保设施改造技术方案

21、分析J.中国环保产业，2014（10）:37-42.3 BYEON J H，HWANG J H，PARK J H，et al.Collection of submicronparticles by an electrostatic precipitator using a dielectric barrierdischargeJ.Journal of Aerosol Science，2006，37（11）:1618-1628.4 PARKER K，HAALAND A T，VIK F.Enhanced fine particle collect-ion by the application of

22、 SMPS energisationJ.Journal of Electro-statics，2009，67（2/3）:110-116.5邬长福，周永安.横向极板电收尘器收尘极板的研究J.环境工程，1996（5）:29-34.6陈祖云，杨胜强，邬长福.纵横复合收尘极板电除尘器除尘性能研究J.安全与环境学报，2006（3）:100-104.7聂衍韬，向晓东.横向双极电除尘器性能实验研究J.环境工程，2015（1）:77-79.8 YI Chengwu，DOU Peng，WU Chundu，et al.Experimental study on alaboratory scall transver

23、se-plate electrostatic precipitatorJ.FreseniusEnvironmental Bulletin，2010，19（11）:2472-2479.9邹永平，周永安，张谷贻.横向极板电收尘器粒子驱进速度的研究J.环境工程，1990（1）:26-28.10 JEDRUSIK M，GAJEWSKI J B，SWIERCZOK A J.Effect of theparticle diameter and corona electrode geometry on the particlemigration velocity in electrostatic preci

24、pitatorsJ.Journal of Electro-statics，2001，51:245-251.11 DUMITRAN L M，ATTEN P，BLANCHARD D，et al.Drift velocityof fine particles estimated from fractional efficiency measurements ina laboratory-scaled electrostatic precipitatorJ.IEEE Transactions onIndustry Applications，2002，38（3）:852-857.12郝吉明，马广大，王书

25、肖.大气污染控制工程M.3版.北京:高等教育出版社，2010.13张忠东.静电场击穿电压的研究J.大学物理实验，2009（2）:16-18.图7异极距对有效驱进速度率的影响Fig.7Effect of electrode and plate distance oneffective drift velocity图8不同异极距时理论驱进速度与有效驱进速度的拟合曲线Fig.8Fitting curve of theoretical drift velocity andeffective drift velocity for different electrode and plate distances14