电除尘器烟道微细粉尘的荷电凝并研究

论文摘要

进入21世纪,中国较快的经济增长速度导致更多的能源消耗,进而烟尘污染物的排放也大幅度地增加。可是现有的除尘器存在体积大,投资高,对微细颗粒作用效率低的问题。近来,气体电离放电物理、高气压非平衡等离子体物理等领域研究取得了令人瞩目的进展。研究表明粒子动量为1.2×10-22g·m/S时,离子源输出离子浓度达到1010/cm3以上。离子源技术和应用的研究成果将为电除尘技术的发展提供基础理论及方法上的支持。这些研究启示,气体粒子动量增加将导致离子浓度成倍数或成数量级地增加,在不增加电除尘器室数（有效集尘面积）,不改变原运行方式和参数条件下,利用烟道中气体粒子动量大的有利条件,可使微细烟尘在烟道高速流场的交变电场中与高浓度离子碰撞荷电,凝并成电除尘电场可捕捉的大粒径粉体,这将为电除尘技术捕集微细粉尘提供技术支持,有望解决目前电除尘器捕集亚微米烟尘效率低的问题。本课题从四个部分进行了电除尘技术在提高微细粉尘捕集效率的研究。第一部分是在电除尘器（ESP）烟道中的高浓度离子产生技术。本实验包括离子源、荷电凝并装置及电除尘器系统,实验讨论了粒子动量,单通道电晕极数目,电晕极线间距,异极间距和电晕极形状等对离子浓度的影响,分析了离子的空间分布规律,并对烟道中离子浓度和ESP中的离子浓度进行了比较。第二部分是烟道中荷电凝并参数对微细粉尘捕集效率的影响研究。本实验包括电场供电方式对荷电凝并影响、荷电凝并电场场强对微硅粉的实验影响、交变电场频率对硅粉粒数占有率的影响和不同粉尘的交变电场荷电凝并实验。第三部分研究烟道中高流场的离子产生物理过程,以求提高离子浓度,为微细烟尘荷电凝并提供基础条件及适于微细烟尘荷电凝并的交变电场的建立,实现微细烟尘荷电凝并粗化,提高电捕集效率。本文分别了进行空气粒子和中位径为0.2um的硅粉在x+yESP不同除尘方式下除尘效率的比较和分散度的分析。第四部分是新型管式离子检测仪的研制和应用。离子在电场中定向运动原理研制的小型化异极性管形离子浓度测试仪,在一定条件下摆脱了平板式测试仪对取样风速的限制,实现了对大气压高风速下（5～40m/s）离子浓度的测量。另外,新型离子浓度探测仪设备简单,占用空间小,对测量环境扰动小,极适于定点测量,为研究静电除尘器内部带电粒子的空间分布提供了较适宜的测试设备。以上实验结果启示,可在电除尘器入口烟道中设置等离子体产生装置和荷电凝并装置,可在烟道中完成微细烟尘荷电凝并成大粒径烟尘的物理过程,其荷电凝并效果高于目前电除尘器荷电凝并技术水平。实验结果表明可省去一个相当电除尘器的除尘室大小的荷电设备,将实现不增加电除尘室数,不改变原有运行方式和参数条件下解决现有电除尘器捕集微细粉尘的问题,为现有电除尘器改造提供技术上支持,也将为电除尘器设计提供新思路、新方法;同时新型离子浓度测试仪的应用,也会使静电除尘器中离子数据测量更加简便。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 大气粉尘污染现状
• 1.1.2 微细粉尘污染的危害
• 1.1.3 微细粉尘污染的治理标准
• 1.2 静电除尘器的选用
• 1.2.1 静电除尘在传统除尘方法中的优势
• 1.2.2 静电除尘器应用与发展现状
• 1.2.3 常规静电除尘器在微细粉尘脱除方面存在的问题
• 1.3 微细粉尘荷电凝并技术研究现状及发展趋势
• 1.4 本文研究意义及内容
• 第2章 微细粉尘的荷电凝并理论
• 2.1 电晕放电原理
• 2.2 粉尘的粒子荷电原理
• 2.2.1 电场荷电
• 2.2.2 扩散荷电
• 2.2.3 电场荷电和扩散荷电的综合作用
• 2.2.4 尘粒荷电的异常现象
• 2.3 荷电粉尘的凝并原理
• 2.3.1 布朗凝并
• 2.3.2 库伦凝并
• 2.4 荷电粒子凝并区电场的选择
• 2.5 荷电凝并装置位置的选择
• 第3章 微细粉尘的荷电凝并实验
• 3.1 实验系统与方法
• 3.1.1 实验系统
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 等离子体源实验
• 3.2.1 在不同电场强度下气体粒子动量与离子浓度的关系
• 3.2.2 在不同气体粒子动量下单通道电晕极数目与离子浓度的关系
• 3.2.3 在不同气体粒子动量下电晕极线间距与离子浓度的关系
• 3.2.4 在不同气体粒子动量下异极间距和离子浓度的关系
• 3.2.5 电晕极形状对离子浓度的影响
• 3.2.6 离子的空间分布研究
• 3.2.7 模拟烟道离子源与除尘器中离子浓度的比较
• 3.2.8 电场强度对离子浓度的影响
• 3.3 荷电凝并电场实验
• 3.3.1 电场供电方式对荷电凝并影响
• 3.3.2 荷电凝并电场场强对微硅粉的实验影响
• 3.3.3 交变电场频率对硅粉粒数占有率的影响
• 3.3.4 不同粉尘的交变电场荷电凝并实验
• 3.4 预荷电对除尘效率的影响实验
• 3.4.1 x+3ESP除尘方式对空气粒子浓度和除尘效率的影响
• 3.4.2 x+yESP除尘方式对空气粒子除尘效率的影响
• 3.4.3 硅粉x+yESP除尘方式不同粒径范围分散度的变化曲线
• 3.4.4 硅粉x+yESP除尘方式对粉尘浓度和除尘效率的影响
• 3.4.5 粉尘浓度对电除尘器效率的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 新型管式离子浓度测试仪的研制和应用
• 4.1 实验系统及测试方法
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 气体粒子动量对离子浓度的影响
• 4.2.2 电场强度对离子浓度的影响
• 4.3 结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢