稀土钨热电子发射式高温静电除尘器粉尘荷电特性的研究

论文摘要

我国发电以燃煤发电技术为主,粉尘已成为我国大气的首要污染物之一。本文所讨论的稀土钨热电子发射式高温静电除尘技术是一种新颖的高温烟气净化的方法,与传统的电晕式静电除尘技术不同,它是以稀土钨复合材料制成的阴极在高温下发射电子的方式使烟气中的粉尘荷电,然后依靠电场力的作用将粉尘捕集,从而达到除尘效果的新型电除尘技术。热电子发射式高温静电除尘技术的关键是在高温烟气环境下热电子的高密度、稳定发射,烟气中的粉尘捕集热电子荷电的特性直接影响静电除尘器的除尘效率,因而对粉尘荷电特性的研究就显得尤其重要。前期,就稀土钨发射阴极在不同温度及电压下的发射特性进行了实验。实验结果表明,发射电流密度随外加电压的增大而增大,当电压达到1000V左右之后,发射电流密度随电压增大而明显地增大；温度对发射电流密度也有显著的影响,发射电流密度随着温度的升高而增加,当温度升高到约1000℃以上时,发射电流密度随温度的升高而增加的速率变快。基于前期的实验结果,本文建立了热电子发射式高温静电除尘器的数理模型,其中包括：①粉尘荷电模型,该模型综合考虑了电场荷电与扩散荷电同时作用的情况；②电场分布模型,模型考虑了空间电荷对除尘器内电场分布情况的影响：③速度场分布模型,该模型分为轴向流速计算模型和驱进速度计算模型两部分,且计算驱进速度时考虑了二次扬尘的影响；④粉尘粒子的输运模型,考虑了在电风作用下粉尘粒子的输运。论文采用二阶有限差分的数值计算方法,利用MATLAB软件将上述四块模型相互耦合,模拟了在不同工况下稀土钨热电子发射式高温静电除尘器粉尘的荷电特性,并对模拟结果进行了分析讨论,模拟结果符合电除尘器的一般规律。这为进一步的稀土钨热电了发射式高温静电除尘器的设计研究提供了一定的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高温电除尘技术的发展现状
• 1.2.1 传统电除尘技术的发展状况
• 1.2.2 稀土钨热电子发射高温电除尘技术发展现状
• 1.3 电除尘器数学模型的研究现状
• 1.4 选题意义及主要研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第2章 稀土钨热电子发射特性实验
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 稀土钨热电子发射阴极
• 2.1.2 实验系统
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 电压对发射电流密度的影响
• 2.2.2 温度对发射电流密度的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 热电子发射式高温电除尘数学模型
• 3.1 粉尘荷电模型
• 3.1.1 电场荷电
• 3.1.2 扩散荷电
• 3.1.3 综合荷电
• 3.2 电场分布模型
• 3.2.1 空间电荷密度计算
• 3.2.2 电场分布计算模型
• 3.3 速度场分布模型
• 3.3.1 轴向流速计算模型
• 3.3.2 驱进速度计算模型
• 3.4 粉尘粒子输运模型
• 3.4.1 速度场作用下粉尘粒子的输运
• 3.4.2 扩散场作用下粉尘粒子的输运
• 3.4.3 电风作用下粉尘粒子的输运方程
• 3.5 本章小结
• 第4章 数值模拟及结果分析
• 4.1 数值计算方法
• 4.1.1 有限分差分法
• 4.1.2 网格划分
• 4.1.3 输运方程的有限差分
• 4.1.4 计算方法及计算框图
• 4.2 模型及算法准确性验证
• 4.3 数值模拟相关参数
• 4.3.1 粉尘基本性质
• 4.3.2 阴极发射电流
• 4.4 数值计算及结果分析
• 4.4.1 粉尘荷电量模拟结果
• 4.4.2 空间电荷密度模拟结果
• 4.4.3 电场强度模拟结果
• 4.4.4 轴向流速模拟结果
• 4.4.5 驱进速度模拟结果
• 4.4.6 粉尘浓度模拟结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 影响粉尘荷电特性的因素
• 5.1 烟气流速的影响
• 5.2 烟气温度的影响
• 5.3 除尘电压的影响
• 5.4 粉尘粒径的影响
• 5.5 粉尘浓度的影响
• 5.6 除尘器长度的影响
• 5.7 除尘器管径的影响
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 创新点
• 6.2 总结
• 6.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术成果
• 致谢