燃煤锅炉微细颗粒电除尘特性及电场逃逸机理的研究

论文摘要

随着火电厂粉尘排放标准日益严格,现有电除尘器的运行效率将越来越难以满足排放要求。对燃煤飞灰的物化性质尤其是微细颗粒的电除尘特性及逃逸机理进行深入的试验与理论研究分析可以为提高电除尘器运行效率提供可靠依据。本文通过对燃煤飞灰的形成机理及其比电阻等电除尘特性以及高铝煤灰在电除尘器中的行为进行了研究,合理的揭示了电除尘器微细颗粒的逃逸机理,并对高铝煤灰及电除尘器逃逸飞灰的有效捕集方法进行了探讨。研究的主要成果及创新之处:1.建立了燃煤飞灰大颗粒形成的破碎模型及亚微米颗粒形成的气化—凝结模型,并选择采集了国内四家电厂的电除尘器入口烟道飞灰,利用巴库粒度分析仪测定其粒径分布。模型计算结果与实测数据均显示,燃煤飞灰粒径分布为双峰分布,两峰值点分别出现在10μm和0.1μm左右。2.针对烟气中荷电颗粒的电场特性及收尘极板粉尘层的反向场强对电除尘器电晕电场的影响,建立了颗粒群空间荷电模型,提出了荷电衰减系数的概念。模型计算表明,在0～10μm的粒径范围内,离子扩散对荷电衰减系数的影响显著,随着粒子变细,离子扩散引起的荷电衰减逐渐增大。3.发现了燃煤锅炉飞灰的化学成分随粒径分布的规律及机理。实验表明,SiO2、TFeO含量随飞灰粒度变细逐渐降低,Al2O3、CaO、MgO含量则随着粒度的减小而逐渐增加。由于不同化学成分的煤灰熔融特性决定了颗粒表面自由能的大小,而表面自由能越大,可形成越细的颗粒。从而造成飞灰中不同化学成分随粒径分布的差异。4.飞灰的介电性质是影响电收尘效率的重要因素。利用自主研发的高压直流粉尘试验系统对燃煤飞灰的漏泄电流和比电阻进行了实测分析。实验结果表明:施加在灰层上的电压、通过灰层的漏泄电流和飞灰的比电阻三者之间的关系不总是遵循经典的欧姆定律;飞灰的伏安特性曲线在高、中、低三个电压段具有不同的形态特征;随着电压的提高,飞灰的比电阻呈下降趋势,下降幅度在1个数量级(101Ωcm)以内。导致这一现象发生的原因是飞灰具有高电阻属性和非密质属性。5.高铝灰中的Al元素大多是以高比电阻的莫莱石和刚玉形态存在,并且绝大部分Al2O3都是以极微细的非结晶体存于灰中。所以,随着Al2O3含量的增加,飞灰比电阻增加。Al2O3含量较高的粉体具有较大的表面自由能,粘附性较差,因此对电场气流速度特别敏感,易产生二次扬尘,使电除尘器效率降低。而二次扬尘使高铝灰在极板上获得的正电荷重返气流并在电场空间与负电荷的大量复合,造成电晕电流的急剧增加。所以,表现在伏—安特性曲线上就有了初期电流增加很慢,曲线变化比较平缓,当达到一定电压后电流上升迅速加快,曲线斜率改变的幅度较大,但

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电除尘器逃逸微细颗粒的危害
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容及目的
• 第二章 飞灰粒径分布模型的研究
• 2.1 引言
• 2.2 燃煤飞灰的形成
• 2.2.1 煤中矿物质及其与飞灰的关系
• 2.2.2 煤粉燃烧过程中飞灰的形成
• 2.3 大颗粒飞灰形成机理及粒径分布
• 2.3.1 单个煤粉颗粒与飞灰粒径的关系
• 2.3.2 煤粉颗粒与飞灰粒径分布的关系
• 2.4 亚微区飞灰粒径分布模型的建立
• 2.4.1 无机矿物的气化
• 2.4.2 气化矿物的气相浓度
• 2.4.3 亚微米颗粒均相集结模型的建立
• 2.4.4 亚微米颗粒凝聚模型的建立
• 2.5 模型验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 电晕电场中飞灰颗粒荷电机理的研究
• 3.1 引言
• 3.2 纯气流中单个飞灰颗粒荷电机理
• 3.2.1 电场荷电
• 3.2.2 离子扩散荷电
• 3.2.3 复合荷电过程
• 3.3 飞灰颗粒群荷电模型的研究
• 3.3.1 颗粒群粒子荷电方程
• 3.3.2 荷电衰减系数的提出
• 3.4 微细颗粒荷电特性的研究
• 3.5 静电除尘理论模型的建立
• 3.5.1 荷电颗粒在电除尘器中受力情况的分析
• 3.5.2 粉尘粒子在电除尘器中的输运
• 3.5.3 输运模型边界条件的建立
• 3.6 本章小结
• 第四章 燃煤飞灰电除尘特性的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 无动力微细粉尘采样器的设计
• 4.2.1 无动力采样器的结构设计
• 4.2.2 采样器现场试验
• 4.3 燃煤飞灰常规物化性质的试验研究
• 4.3.1 电除尘器飞灰化学成分分析
• 4.3.2 飞灰粒度对其比电阻影响机制的试验研究
• 4.4 燃煤飞灰介电特性的试验研究
• 4.4.1 燃煤飞灰的伏－安特性
• 4.4.2 燃煤飞灰的电阻性和电容性
• 4.4.3 燃煤飞灰的电击穿特性
• 4.5 高铝飞灰电除尘特性的试验研究
• 4.5.1 高铝飞灰比电阻特性
• 4.5.2 热态电除尘器收集高铝飞灰的伏－安特性
• 4.5.3 高铝飞灰粘附性
• 4.6 本章小结
• 第五章 电除尘器微细颗粒电场逃逸机理的研究
• 5.1 引言
• 5.2 电除尘器逃逸飞灰的物化性质
• 5.2.1 电除尘器逃逸飞灰的粒度分布
• 5.2.2 电除尘器逃逸飞灰的化学成分
• 5.2.3 电除尘器逃逸飞灰的比电阻
• 5.3 电除尘器飞灰电场逃逸机制分析
• 5.3.1 飞灰粒径对电场逃逸的影响
• 5.3.2 飞灰比电阻对电场逃逸的影响
• 5.3.3 微细颗粒荷电机制对电场逃逸的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 电除尘器逃逸飞灰捕集方法的探讨
• 6.1 引言
• 6.2 混燃改性技术的研究
• 6.2.1 高低铝煤混燃飞灰电除尘特性的试验研究
• 6.2.2 高低煤化程度煤种混燃改善飞灰介电特性的研究
• 6.3 静电—布袋复合式除尘器的研究
• 6.3.1 静电—布袋复合式除尘器概述
• 6.3.2 静电—布袋复合式除尘器的设计计算
• 6.3.3 静电—布袋复合式除尘器阻力特性试验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果