大型电除尘器关键技术研究

论文摘要

随着我国经济的高速发展,生态环境正面临着挑战。冶金企业中有许多生产过程产生粉尘,如原料破碎、烧结及粉状物料运输过程等,都不可避免地产生粉尘。根据2005年6月国家环保总局发布的《2004年中国环境状况公报》,颗粒物仍然是影响我国空气质量的重要污染物。2004年烟尘排放量为1095万吨,工业粉尘排放量为904.8万吨。特别是固体排放物中的微尘,会引发人类各种疾病。由此可见做好收尘工作,对于保护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境有着非常重要意义。所以,加快我国大气污染治理的先进技术装备的研究、开发和推广刻不容缓。电除尘器是现代工业用于除尘的主要设备,随着国家环保排放标准的提高,现有电除尘设备无论从规模还是除尘效率都无法满足要求。目前,从国外引进大型高效的电除尘器价格昂贵。虽然国产电除尘器需引进费用的1/3左右,但是国产的大型除尘设备刚刚起步,众多技术还不够成熟。远远不能满足冶金工业的发展需求。目前,我国电除尘器主要存在以下几个方面的问题:①振打引起的二次扬尘严重;②电除尘器内部结构不够合理,导致气流不均匀;③除尘效率不理想;④对微细粉尘的收尘效果差。针对以上问题,论文以山西某电厂240平米电除尘器为原型,采用数值仿真和试验模拟两种方法对除尘器的主要影响因素进行了研究。首先,采用PRO/E软件建立电除尘研究模型,利用计算流体动力学软件(CFX)对电除尘器内部流场进行了多种情况的模拟。其次,按得出的优化方案搭建试验台,进行模型试验,验证数值计算结果的可靠性。对振打装置,利用有限元软件进行仿真,得出电除尘器阳极板上的加速度分布规律,对振打机构进行优化设计。通过以上研究,达到提高收尘效率,特别是有效收集微尘。本论文为电除尘器的气流均匀分布及振打装置设计提出了一套有效的解决方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 1.5 本课题研究的技术路线
• 1.5.1 电除尘器流场分析技术路线
• 1.5.2 电除尘器振打机构分析技术路线
• 2 电除尘器概述
• 2.1 电除尘器基本工作原理
• 2.2 电除尘器的结构及分类
• 2.2.1 电除尘器本体结构
• 2.2.2 电除尘器分类
• 2.3 本章小结
• 3 气-固两相流基本理论及CFD 概述
• 3.1 两相流模型的近似
• 3.2 湍流两相流守恒基本方程组
• 3.2.1 两相流或多相流系统控制体
• 3.2.2 体平均概念
• 3.2.3 相内微观守恒方程组
• 3.2.4 层流多相流体平均守恒方程组
• 3.2.5 湍流多相流时平均守恒方程组
• 3.3 单颗粒动力学模型
• 3.3.1 单颗粒运动方程
• 3.3.2 均匀流场中单颗粒的运动
• 3.3.3 颗粒的重力沉降
• 3.3.4 颗粒的惯性沉聚
• 3.3.5 颗粒在非均匀流场中的受力和行为
• 3.3.6 一般形式的颗粒运动方程
• 3.4 颗粒轨道（欧拉-拉格朗日）多相流模型
• 3.4.1 基本假设
• 3.4.2 基本守恒方程
• 3.4.3 轨道模型的评价
• 3.5 CFD 技术概述
• 3.5.1 计算流体动力学简介
• 3.5.2 CFX 软件简介
• 3.6 本章小结
• 4 电除尘器内部流场CFD 研究
• 4.1 电除尘器气流分布对除尘效率的影响
• 4.2 电除尘器中气流分布不均匀的原因
• 4.3 改善电除尘器气流分布均匀性的方法
• 4.4 电除尘器气流分布均匀性的评定标准
• 4.5 电除尘器气流分布模型建立原理
• 4.5.1 流动的力学相似
• 4.5.2 模型的相似准则
• 4.6 电除尘器原型及仿真模型参数确定
• 4.7 初始条件及边界条件的确定
• 4.7.1 定义求解控制
• 4.7.2 定义输出数据及写入定义文件
• 4.8 模拟的求解
• 4.9 数值仿真内容
• 4.10 数值仿真结果分析
• 4.10.1 流动介质为空气
• 4.10.2 流动介质为空气和粉尘的两相流
• 4.10.3 粉尘对气流分布的影响
• 4.10.4 荷电粉尘在电场力作用下对气流分布的影响
• 4.11 本章小结
• 5 电除尘器气流分布试验
• 5.1 模型试验台结构
• 5.2 模型试验测试系统及测点布置
• 5.3 电除尘器气流分布试验内容
• 5.4 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 电除尘器阳极板振打装置研究
• 6.1 振打清灰机理
• 6.1.1 粉尘受力分析
• 6.1.2 振打装置工作原理
• 6.1.3 振打效果的评价
• 6.2 振打装置模型
• 6.2.1 振打装置结构
• 6.2.2 测点布置
• 6.3 振打装置系统仿真
• 6.3.1 几何模型的建立
• 6.3.2 网格划分
• 6.3.3 约束及边界条件施加
• 6.3.4 仿真结果分析
• 6.4 影响极板表面加速度的因素
• 6.4.1 振打锤质量对极板表面加速度的影响
• 6.4.2 振打砧质量对极板表面加速度的影响
• 6.5 结论
• 6.6 本章小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录