湿式膜静电除尘器内颗粒物去除效率的研究

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静电除尘器内的离子风会对流场造成不同规模的扰动,对于颗粒物的运动与捕获有着显著影响。湿式膜静电除尘器在收尘壁面均布水膜来实现清灰目的,避免了二次扬尘。本文应用有限元COMSOL Multiphysics软件建立了静电场、流场、颗粒荷电与运动的多物理场耦合数值模型。实现了对湿式膜静电除尘器内电流体流动的研究。通过实验测试不同工况条件下湿式膜电除尘器的Ⅴ-Ⅰ特性和除尘效率,为进一步电除尘器性能改善提供理论依据。内容如下:第一,分析了三种收尘极板的板型对内部离子风扰动机理和颗粒物的荷电、捕获及运动轨迹的影响。发现不同的极板板形的电场和流场有着明显的不同,颗粒物荷电量与施加电压和入口风速及颗粒物释放位置相关,相同条件下M型板对离子风有较好的调控作用并且颗粒物的荷电量也较高。研究粒子迁移速度发现在离子风作用下颗粒物产生与向收尘极板运动方向相反的速度分量,这会影响到颗粒捕集效率。通过比较三种板型对颗粒物的去除效果,得到M型板>P型板>W型板。第二,研究了锯齿电极产生的离子风在湿式膜电除尘器内的流场分布。在电压-30k V,入口风速0.3 m/s时,锯齿锋尖端处产生一对反向对称涡旋,向收尘极板方向挤压主气流,并且流动通道中处于尖端指向入口处的涡旋要比尖端指向出口处的涡旋更大。引用电流体力与流体粘性力(EHD/Re2)比值分析离子风与电压、入口风速的关系,得到电压越高,离子风涡旋强度越强;入口风速越大,离子风对流场扰动越弱。水膜运动带动了气流在底部产生了涡旋,该涡旋产生了与主气流相垂直向上的速度分量,该分量与颗粒物重力方向相反,促使颗粒沿着主气流向出口方向沉降。水膜运动和离子风相互作用使流场分布更加复杂,随着入口风速的提高,水膜运动比起离子风对流场的影响较弱,但是对主气流运动的影响更为持续。第三,设计组建了湿式膜电除尘器实验平台。通过实验发现电晕电流随着电极线数量的增加而增加,在相同电压时,提高供水流量,降低风速能提高电晕电流值和除尘效率,而过高的粉尘浓度会使电流值降低。在电压40 k V时,电极线间距150 mm比极线间距75 mm的除尘效率高16.482%。在相同电压下,锯齿电极的尖端垂直于收尘极板比平行于收尘极板的电晕电流和除尘效率都高。通过在电极线和收尘极板之间与电极线和电极线之间配置辅助接地极研究对除尘效率的影响,发现在电极线和电极线之间配置接地极线对除尘效率有一定的提高。最后,基于粒子图像测速技术(Particle Image Velocimctry,PIV),设计组建了电除尘内流场拍摄实验系统。详细介绍了PIV仪器的工作原理和电除尘内流场拍摄实验的流程,阐述了拍摄试验过程中存在的技术难点。对干式电除尘器流场进行了测试,得到流场运动速度矢量分布。
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