五區(qū)電除塵技術(shù)試驗研究及應(yīng)用
摘要：五區(qū)電除塵技術(shù)是一種新型的電除塵器提效改造技術(shù)，由于其性能優(yōu)良、工作可靠、穩(wěn)定運行，工程投資少、施工周期短等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在模擬計算分析其阻力和對氣流分布影響的基礎(chǔ)上，試驗研究其對不同粉塵的收塵性能，結(jié)果表明：五區(qū)電除塵技術(shù)可高效捕集微細、高比電阻粉塵，且設(shè)備阻力小，氣流分布理想。
關(guān)鍵詞：五區(qū)電除塵,提效改造,氣流分布,阻力,轉(zhuǎn)板電場
五區(qū)電除塵技術(shù)專為改造已有電除塵器而研發(fā)，它具有收塵機理先進、高效捕集微細粉塵、充分利用內(nèi)部空間、不增加設(shè)備規(guī)格尺寸、增加設(shè)備阻力很小、工程周期短、粉塵排放降低明顯等特點。
1設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理
五區(qū)電除塵器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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工作原理如圖2。
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以二電場電除塵器為例(圖2)。含塵氣體進入電除塵器進風(fēng)口后，首先經(jīng)過均流電場，在達到氣流均布的同時，使粉塵凝聚、荷電，一部分荷電粉塵被均流收塵極捕集。然后粉塵進入復(fù)荷電場區(qū)，被均勻且充分荷電；每經(jīng)過一次復(fù)荷電場區(qū)，粉塵就被均勻且充分荷電一次，接著粉塵進入普通電場區(qū)，像常規(guī)電除塵器一樣完成荷電一捕集過程。接著粉塵進入輔助電場區(qū)，該區(qū)電場強度大且均勻，粉塵被捕集的機會增多，輔助電極能捕集荷正電粉塵。轉(zhuǎn)板電場設(shè)置在第二電場的出口側(cè)，粉塵移動到轉(zhuǎn)板荷電極時被再次荷電，而后直接被轉(zhuǎn)板收塵極捕獲，轉(zhuǎn)板收塵極對密度小的微細粉塵捕集效果更為明顯，轉(zhuǎn)板收塵極的清灰采用底部刮(刷)灰方式，對比常規(guī)的振打清灰，從根源上解決了二次揚塵問題，刮(刷)灰裝置直接將粉塵收集灰斗內(nèi)。
2流場數(shù)值模擬試驗
轉(zhuǎn)板電場是五區(qū)電除塵的主要組成部分，也是對其流場荷阻力影響最大的設(shè)備b刮。下面介紹有關(guān)設(shè)備阻力和氣流分布的數(shù)值模擬試驗情況。
2．1數(shù)值計算建模
以工程所用的電除塵器為例，采用Fluent軟件計算分析增設(shè)轉(zhuǎn)板電場前后除塵器的阻力和氣流分布，以得出轉(zhuǎn)板電場對電除塵器阻力和氣流分布的影響結(jié)果。
電除塵器三維模型如圖3所示，進口有三層氣流分布板，開孔率分別為62％、52％和46％，出口槽形板的等效開孔率為36％。轉(zhuǎn)板收塵極為多孔板(開孔率約為70％)，其轉(zhuǎn)動速度慢，可假定其運動不影響氣流分布，在計算模型中將轉(zhuǎn)板收塵極等效成兩層氣流分布板。
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邊界條件設(shè)置：進口邊界條件選擇速度進口邊界條件，假定進口斷面氣流分布是均勻的，速度大小取平均值，方向垂直于進口斷面；出口邊界條件選擇壓力出I=l邊界條件。壓力出口邊界條件需要在出口處設(shè)置靜壓(相對壓力)和一組“回流”參數(shù)。壁面條件采用無滑移壁面條件。氣流分布板是多孔板，計算時將其簡化為均勻的透氣板，用多孔跳躍模型模擬。
2．2設(shè)備阻力計算
3種工況計算說明：工況1，進風(fēng)口內(nèi)設(shè)三層氣流分布板，出口內(nèi)設(shè)出口槽形板；工況2，進風(fēng)口內(nèi)氣流分布板不變，將出風(fēng)口內(nèi)的槽形板換成轉(zhuǎn)板電場；工況3，進風(fēng)口內(nèi)前兩層氣流分布板不變，將第三層氣流換成轉(zhuǎn)板電場，出風(fēng)口內(nèi)的槽形板換成轉(zhuǎn)板電場。
2．3流場分布及分析
由Fluent計算得出的煙氣流場分布云圖如圖5所示。圖中的1，2，3，4分布表示一電場前，一、二電場之間，二、三電場之間，三電場后等4個斷面。
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通過對3種工況下各斷面流速的相對均方根值分析，可得到以下規(guī)律：a．在設(shè)定的原始狀態(tài)計算條件下，工況1進出口流速的相對均方根最小，分別為0．145和0．21。b．在除塵器入口增設(shè)轉(zhuǎn)板電場，可改善氣流分布的均勻性。c．出口增設(shè)轉(zhuǎn)板電場或改變轉(zhuǎn)板電場的開孔率，對斷面1、2的影響很小，而對斷面3、4的影響大。d．出風(fēng)I=I轉(zhuǎn)板電場的開孔率不當(dāng)，則斷面3、4的氣流分布變差；原設(shè)備氣流分布(工況1)對出風(fēng)口轉(zhuǎn)板電場的流場影響也很大。e．將出I=I槽形板改造成轉(zhuǎn)板電場時，需要通過均流，導(dǎo)流調(diào)節(jié)來達到氣流分布的均勻性。
3收塵性能試驗
3．1試驗裝置
收塵試驗裝置見圖6。
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3．2試驗條件
為檢測轉(zhuǎn)板電場的收塵性能，試驗樣機選擇普通電場、轉(zhuǎn)板電場和重力沉降3種結(jié)構(gòu)形式。進行普通電場試驗時，樣機內(nèi)選用應(yīng)用較多的極配形式：陽極板為480C板、陰極RS芒刺線，極線距為0．5 m，電場長度為2 m。進行轉(zhuǎn)板電場試驗時，樣機內(nèi)裝設(shè)有轉(zhuǎn)板電場組件(放電極為十齒芒齒線)。進行重力沉降試驗時，樣機內(nèi)無電場構(gòu)件。
同極距分別采用0.4，0.45，0.5 m，試驗環(huán)境溫度9℃，環(huán)境濕度30％，入口煙氣含塵質(zhì)量濃度約470 mg／ma。
3．3 試驗粉塵
試驗粉塵選用3臺不同的帶式燒結(jié)機機頭粉塵(分布為1#、2#、3#)，3種粉塵的化學(xué)成分如表l所示，粒度分布和比電阻如表2所示。
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3．4試驗結(jié)果
3種粉塵、3種同極距下的轉(zhuǎn)板電場和重力沉降收塵試驗效率結(jié)果見表3。
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3種粉塵、3種同極距條件下普通電場的收塵效率試驗結(jié)果見表4。
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3．5試驗結(jié)果分析
上述所測除塵效率實際是電場除塵作用和重力沉降作用的共同結(jié)果，因此為便于比較，將各試驗條件下的電場收塵效率匯總?cè)鐖D7所示。
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分析收塵性能試驗數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論：a．統(tǒng)計平均電場試驗收塵效率，轉(zhuǎn)板電場較普通電場高15％；而轉(zhuǎn)板電場的長度不到普通電場的1/2，可見轉(zhuǎn)板電場的性能之優(yōu)越。b．對于不同性質(zhì)的粉塵，轉(zhuǎn)板電場和普通電場都有效率最高的極距范圍，可見兩者都有極配優(yōu)化的必要。c．對于相同的同極距，轉(zhuǎn)板電場可獲得較高的運行電壓，而二次電流偏低；普通電場可獲得較高的二次電流，而運行電壓偏低。轉(zhuǎn)板電場更有利于節(jié)能減排。d．轉(zhuǎn)板電場對微細、高比電阻粉塵的捕集效率高，且異極距越大，捕集效率越高。
4工程應(yīng)用
改造設(shè)備概況：粉塵種類為30 m2帶式燒結(jié)機機頭原電除塵器規(guī)格型號GD 60．II，處理氣量19萬m3，h，電場風(fēng)速0.88 m／s，2個電場，同極距0．4 m，電場長度8 m，通道數(shù)18個，人口粉塵質(zhì)量濃度3—5 gin’，出口排放粉塵質(zhì)量濃度0．13 g，m3，排放粉塵為土灰色絮狀粉塵，堆積密度0．35/cm3。
實施改造時，采用五區(qū)電除塵技術(shù)進行改造：進風(fēng)口內(nèi)增設(shè)均流電場1套，一、二電場前各增設(shè)復(fù)荷電場2套，出風(fēng)口內(nèi)增設(shè)轉(zhuǎn)板電場1套。原設(shè)備殼塵。傳統(tǒng)電場 體，進出風(fēng)口，陰陽極及振打，灰斗等均不作任何改造。
改造結(jié)果：改造實施投運1年后，工程驗收檢測出口排放粉塵質(zhì)量濃度分別為39 nlg，m3和21 mg，m3。設(shè)備阻力增加約80 Pa。
5結(jié)論
1)在電除塵器內(nèi)部增設(shè)轉(zhuǎn)板電場，無論是出風(fēng)口內(nèi)還是進風(fēng)口內(nèi)，其增加阻力很小。
2)在除塵器入口增設(shè)轉(zhuǎn)板電場，有利于氣流分布的均勻性。在除塵器出口增設(shè)轉(zhuǎn)板電場，通過整體(包括原氣流分布系統(tǒng)和轉(zhuǎn)板)的流場數(shù)值模擬試驗，所得分布狀態(tài)理想。
3)轉(zhuǎn)板電場長度短，收塵效率高，對微細粉塵和高比電阻粉塵也有優(yōu)越的性能。
4)在五區(qū)電除塵技術(shù)的工程應(yīng)用中，檢測證實其對出口排放改善效果明顯。
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