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电除尘器对烧结灰除尘性能影响的试验研究

　　摘　要: 在电场断面面积为0. 3 m2 (600 m×500m) 的电除尘器(ESP) 实验系统上, 采用正交试验法, 确定电晕线型式、含尘浓度、电压值和风量(电场风速) 4 个试验因子, 总除尘效率为指标值, 进行电除尘器对烧结灰除尘性能的试验研究。研究结果表明, 当气含尘浓度从15 g/m 3 提高到25 g/m 3 时, ESP 的总除尘效率G从96. 87% 降至87. 55%; 当电源电压值由85 kV 增至96 kV 后, ESP 的总除尘效率从98. 16% 降至87. 55%; 当ESP 的电场风速由0. 62 m/s 增至0. 79 m/s, 总除尘效率由96. 87% 降至92. 46%; 星型线ESP 的除尘效率相对较低; 尖端放电可改善ESP 用于高比电阻粉尘时的操作性能, 芒刺线、锯齿线ESP 的除尘效率分别高达99. 46% 和99. 55%。
　　关键词: 环境工程; 电除尘器; 电晕闭塞; 除尘效率
0　引　言
　　由于电除尘器的独特性能使其在工业烟气除尘中占有重要的、不可替代的地位, 应用非常广泛, 使得开展电除尘器性能的研究对于科研、工程技术开发及研究性实验教学都具有很大的推动作用。
　　影响电除尘效率的因素除了影响电晕放电的因素, 气体的温度、压力和组成外, 还有其他重要的因素。如电场风速、含尘浓度、电晕线型式、电源电压等。本文在电除尘器实验系统上,通过改变试验条件考察这些因素对电除尘器除尘效率的影响,进行电除尘器对烧结灰除尘性能影响的试验研究。
1　试验方案的设计
　　1. 1　试验条件
　　1. 1. 1　试验装置
　　试验在电除尘器实验系统上进行, 如图1 所示。电除尘器电场断面面积为0. 3 m 2 (600 cm ×500 cm ) , 电除尘器内电晕线可以拆装。高压电源采用CGD 型静电电压器(电压0～ 100kV )。
　　1- 高压电源; 2- 风机; 3- 电除尘器; 4- 加料口; 5- 灰头; 6、7- 取样口
　　图1　电除尘试验系统装置图
　　 1. 1. 2　试验尘样
　　试验尘样采用徐州钢铁总厂烧结分厂1# 电除尘器收集的烧结灰。烧结灰的真密度Q p 测定结果[1 ]为4. 506 g/cm 3, 尘样总重G总= 10. 006 6 g, 粒径分布见表1。
　　表1　烧结灰粒径分布的测定结果
　　 粒径分组1 2 3 4 5 6 7 8
　　粒径dp/Lm < 1. 37 1. 37～ 2. 03 2. 03～ 4. 43 4. 43～ 9. 52 9. 52～ 12. 53 12. 53～ 17. 81 17. 81～ 21. 39 > 21. 39 频率分布1. 51 1. 33 6. 08 9. 03 7. 07 7. 28 3. 89 63. 82
　　1. 2　试验方案的确定
　　本试验是在常温常压下进行的冷态试验。选择芒刺线、锯齿线、星形线3 种电晕线, 通过试验比较它们的除尘效率。以电晕 线型式、含尘浓度、电压值和风量4 个影响因素为因子(见表2) , 总除尘效率为指标值, 根据表2 设计的各因子不同水平的试验条件用正交表L 9 (34) 安排试验。
　　表2　试验的影响因子及其水平
　　 因子水平电晕线型号含尘浓度(约值) /(g·m- 3) 电压 ? kV 风量 /(m3·s- 1) 1 锯齿线15 96 0. 185 2 芒刺线20 90 0. 210 3 星型线25 85 0. 226
　　2　试验数据与分析
　　2. 1　不同气流含尘浓度对电除尘器除尘效率的影响试验条件: 电晕线为星型线, 烧结灰浓度为15 g/m 3, 电压96 kV , 风量0. 85m3/ s。不同气流含烧结尘浓度对电除尘器除 尘效率影响的试验结果见表3。
　　表3　不同含尘浓度下电除尘器的总除尘效率 Table 3　Total collection eff ic iency of ESP under different dustconcentrations
　　含尘浓度?(g·m- 3) 总除尘效率G?% 15 96. 87 20 89. 95 25 87. 55
　　当烧结灰的含尘浓度为15 g/m 3、电除尘器对其总除尘效率为96. 87%时, 对应的分级效率见图2 (第8 组为100%)。
　　图2　对烧结灰的分级效率
　　Fig. 2　ESP fraction of sinter ing dust
　　由表3 可知, 在风量为0. 185 m3/s , 即电场风速偏低(0. 62 m /s) 的试验条件下, 当气流含烧结灰尘浓度从15 g/m 3 提高到 25 gm 3 时, 总除尘效率G从96. 87%降低到87. 55%。根据荷电机制可知[3 ] , 电除尘器电场中的电晕电流是由气体离子和粉尘 离子运动形成的, 随气体含尘浓度的增加, 粉尘离子数量也增多, 粉尘离子形成的电晕电流虽然不大, 但形成的空间电荷却很 大, 相应地, 气体离子形成的空间电荷减少。由于尘粒离子的迁移率极小, 所以, 严重抑制电晕电流的产生。当浓度太大时, 部分 颗粒不能及时荷电, 使这部分粉尘颗粒在到达电除尘的收尘极之前就直接随气流被风机抽走了, 从而降低了除尘效率。还有可能是, 进料浓度增大后, 单位时间内停留在电场中的粉尘量增大, 会在不同程度上产生电晕闭塞现象, 其结果是电流逐渐下降, 除尘效率也相应逐渐降低。电除尘器的除尘效率在含尘浓度达到一定之后随含尘浓度增加而降低, 这对飞灰也同样适用。
　　2. 2　不同电晕线对静电除尘器除尘效率的影响试验条件为: 烧结灰的浓度为15 g/m 3, 电压96 kV , 风量0. 185 m3?s, 不同电晕线对电除尘器除尘效率的影响见表4。
　　表4　同等条件下不同电晕线的电除尘器对粉尘的除尘效率 Table 4　Collection eff ic iency of ESP with different electrode- type
　　电晕线型号总除尘效率G/% 锯齿线99. 46 锯齿线96. 871) 芒刺线99. 55 星型线96. 87
　　 1) 飞灰含尘浓度为20 g/m 3, 电压值90 kV , 风量0. 210 m3/ s。
　　由表4 可知, 同样条件下, 采用芒刺线和锯齿线电除尘器的除尘效率较高, 而星型线的除尘效率较低。说明不同电晕线对电 除尘器性能的影响较大。对比表3 和4 可知, 同样含尘浓度下(20 g?m 3) , 电晕线为星型线时总除尘效率为89. 95% , 锯齿线时则为96. 87%。分析原因如下: 1) 由于粉尘易在星型线外侧积聚, 引起电晕线结灰肥大, 其除尘效率相对较低; 2) 芒刺线和锯齿线都用尖端放电代替沿极线全长放电, 因而比其他型式放电强度高, 起晕电压低, 电风强, 所以一般采用这两种电晕线时电除尘器的除尘效率较高, 除尘效率高达99. 46%～ 99. 55%; 并且芒刺线和锯齿线两者的除尘效率无显著差异。
　　2. 3　不同电源电压对电除尘器除尘效率的影响试验条件为: 1) 烧结灰, 含尘浓度25 g?m 3, 星型线, 风量0.185m 3?s; 2) 飞灰, 含尘浓度15 g?m 3, 星型线, 风量0. 185m3? s。
　　不同电源电压对电除尘器除尘效率影响的试验结果见表5。
　　表5　不同电源电压值时电除尘器的总除尘效率 Table 5　Collection eff ic iency of ESP with different electr icsource voltage
　　粉尘类型电压值?kV 总除尘效率G?% 96 87. 55 烧结灰90 92. 10 85 98. 16 96 92. 61 飞灰90 92. 27 85 93. 14
　　由表5 可知, 在试验条件下, 电源电压值由85 kV 增至96 kV 后, 电除尘器对烧结灰除尘效率从98. 16%降低到87. 55% , 对飞灰除尘效率从93. 14%降低到92. 61%。这是因为, 电压为96 kV 时的火花放电频率比85 kV 时的火花放电频率大, 这使得96 kV 产生的二次飞扬程度比85 kV 时大, 这就使得在96kV 时, 已沉积下的粉尘因火花放电而被激起又重新进入气流的量比较多, 从而降低了除尘效率。并且电除尘器对烧结灰的总除尘效率下降幅度大于对飞灰的下降值。试验条件下, 当电源电压值由85 kV 增至96 kV 后, ESP 对烧结灰除尘效率从98.16% 降至87. 55%; 并且对烧结灰的总除尘效率下降幅度(10.51% ) 远大于对飞灰的下降值(0. 53%) , 这主要是前者的气流含尘浓度为25 g?m 3, 远大于后者的15 g?m 3, 这也验证了电场二次飞扬使电除尘器除尘效率降低。
　　2. 4　不同电场风速对电除尘器除尘效率的影响不同电场风速条件下, 电除尘器对烧结灰除尘效率影响的试验结果见表6。试验条件为: 星型线, 含尘浓度15 g?m 3, 电压值96 kV。
　　表6　改变风量电除尘器的总除尘效率Table 6　Collection eff ic iency of ESP with different gas veloc ity风量?(m3·s- 1) (对应动压值?P a)风速?(m·s- 1) 总除尘效率G?% 0. 185 (200) 0. 62 96. 87 0. 210 (250) 0. 70 94. 57 0. 226 (300) 0. 79 92. 46 由表6 可知, 当风量由0. 185 m 3?s 增至0. 226 m3?s 时, 相当于电除尘器的电场风速由0. 62 m?s 增至0. 79 m ?s, 总除尘效率由96. 87%降至92. 46%。原因主要是, 粉尘在电场中荷电后沉积于收尘极上需要一定的时间, 而风量过大即电场风速变高, 容易使已经沉积在收尘极的粉尘产生二次飞扬。
　　3　结　论
　　1) 气流含尘浓度对电除尘器除尘效率影响O大。对星型线, 单电场电除尘器烧结灰的含尘浓度不宜超过20 g?m 3; 电源电压对电除尘器对烧结灰除尘效率的影响较为显著, 电源电压太高火花放电频率过大, 引起二次飞扬严重, 降低ESP 的除尘效率, 电除尘器对烧结灰的除尘电源工作电压值85 kV 较为合适;不同电场风速对电除尘器除尘效率的影响较大, 当试验系统电场风速由0. 62 m?s 增至0. 79 m?s, ESP 的总除尘效率由96.87% 降至92. 46%。电除尘器系统对烧结灰除尘的电场风速以0. 70 m?s 为宜。
　　2) 不同电晕线对电除尘器除尘效率影响的结果表明, 尖端放电可改善ESP 用于高比电阻粉尘时的操作性能[4 ] , 尖端放电更适合于比电阻高的粉尘的除尘。
　　a) 星型线由于粉尘容易附着而肥大, 烧结灰的除尘效率和适宜的含尘浓度均比较低;
　　b) 用尖端放电代替沿极线全长放电的芒刺线和锯齿线, 放电强度高, 起晕电压低, 电风强, 采用这两种电晕线时ESP 的除尘效率分别高达99. 46%和99. 55%; 并且芒刺线和锯齿线两者的除尘效率无显著差异;
　　c) 芒刺线和锯齿线对烧结灰适宜的含尘浓度可望提高, 这有待于进一步的研究。文章来源：http://www.btpenghe.com.cn
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