朱唯卓,沈之旸,嚴(yán) 佩,鄭成航,高 翔,倪明江,岑可法 (浙江大學(xué),能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310027)

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高溫?zé)煔庵蓄w粒靜電脫除特性的實(shí)驗(yàn)研究

朱唯卓,沈之旸,嚴(yán) 佩,鄭成航,高 翔*,倪明江,岑可法 (浙江大學(xué),能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310027)

摘要:研究溫度90～450℃條件下靜電除塵器的放電特性及除塵特性,分析溫度、工作電壓、煙氣流速及顆粒濃度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)于顆粒靜電脫除效率的影響.結(jié)果表明,當(dāng)溫度從90℃上升至450℃,在比收塵面積為46.5m2/(m3?s-1),粉塵初始濃度約為750mg/Nm3的工況下,顆粒脫除效率均可達(dá)到98%以上.隨著電壓升高,除塵效率不斷提高,但其升高趨勢(shì)逐漸變緩.在相同電壓下,隨著溫度的上升,電暈電流顯著增大,強(qiáng)化顆粒荷電,顆粒的脫除效率提高;而在相同電流下,高溫下較低的空間場(chǎng)強(qiáng)使得顆粒的驅(qū)進(jìn)速度減小,導(dǎo)致顆粒脫除效率下降.煙氣流速提高降低了顆粒的脫除效率,PM1.0受煙氣流速的影響較PM10更為明顯.顆粒初始濃度的上升增強(qiáng)了顆粒的碰撞及團(tuán)聚作用,在一定程度上有利于增強(qiáng)顆粒的脫除效果.

關(guān)鍵詞：溫度；靜電除塵器；電暈放電；顆粒；除塵效率

* 責(zé)任作者, 教授, xgao1@zju.edu.cn

化石能源燃燒是造成我國(guó)大氣污染的重要原因,化工、冶煉、水泥、電力等作為重點(diǎn)耗能行業(yè),是污染物排放的主要源頭之一.由于重點(diǎn)耗能行業(yè)自身特點(diǎn),大量生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)包含高溫?zé)煔?用于能源轉(zhuǎn)化、熱量傳輸和產(chǎn)品生產(chǎn),然而這些高溫?zé)煔庵谐y帶大量顆粒物,如煤化工過(guò)程中高溫氣化煤氣中的煙塵與炭黑顆粒、冶金行業(yè)高溫?zé)煔庵械牡V石顆粒、水泥和玻璃窯爐高溫?zé)煔庵械臒焿m等[1-5].為保證生產(chǎn)過(guò)程的長(zhǎng)期穩(wěn)定及系統(tǒng)設(shè)備的可靠性,最大程度地利用氣體的顯熱、潛熱和動(dòng)力能以及最有效地利用氣體中的有用資源,必須實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾膬艋痆6].國(guó)內(nèi)外高溫?zé)煔夥蹓m治理技術(shù)主要包括高溫靜電除塵技術(shù)、高溫過(guò)濾除塵技術(shù)、高溫旋風(fēng)分離技術(shù)、顆粒床除塵技術(shù)[7-10]等.采用陶瓷過(guò)濾、顆粒床過(guò)濾等手段存在壓力損失大、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行困難、能耗高等多種問(wèn)題,而靜電除塵技術(shù)具有壓降小、運(yùn)行穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)[11],且高溫靜電除塵在改善低硫煤灰比電阻過(guò)高的問(wèn)題,以及對(duì)SCR反應(yīng)器中催化劑的保護(hù)方面更有優(yōu)勢(shì)[12].通過(guò)靜電作用實(shí)現(xiàn)高溫條件下顆粒的高效捕集并實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用已成為重要研究方向.

Fulyful等[13]采用數(shù)值計(jì)算方法模擬了20～427℃,1～4atm下靜電除塵器的電暈放電特性,模擬結(jié)果顯示,放電電流隨著溫度的增加而增加,隨著壓力的增加而減小.Villot等[14]研究了510～ 680℃,0.1～1Mpa的生物質(zhì)裂解氣氛下顆粒的捕集效果,獲得了95%～99%的除塵效率.Noda等[15]考察了煤粉燃燒爐后363K到623K高溫下靜電除塵器的運(yùn)行性能,發(fā)現(xiàn)溫度變化下的粉塵比電阻、堿金屬含量等特性的變化影響了電除塵器的除塵效率. Xiao等[16]研究了350℃到700℃的高溫下靜電除塵器的除塵性能,結(jié)果表明在保證相同除塵效率條件下,除塵器消耗電功率隨溫度的增加而增加.許津津等[17]、顧中鑄等[18]研究了無(wú)電暈式高溫靜電除塵技術(shù),采用稀土材料制作的新型電極對(duì)高溫下的細(xì)顆粒捕集做了實(shí)驗(yàn)研究,得到了超過(guò)90%的除塵效率,并對(duì)不同類(lèi)型電極的使用壽命開(kāi)展了相關(guān)研究.盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)高溫靜電除塵已有一定的研究基礎(chǔ),但是積累較多的是針對(duì)高溫高壓條件下,高溫常壓下的理論研究還不夠完善[19-21].因而,有必要深入研究溫度變化條件下特別是高溫常壓下靜電除塵器的放電特性以及關(guān)鍵參數(shù)對(duì)顆粒脫除的影響規(guī)律.

為了探究溫度、電壓等因素對(duì)于顆粒物靜電脫除的作用機(jī)理,從而進(jìn)一步強(qiáng)化高溫?zé)煔庵蓄w粒的靜電脫除效果,本文通過(guò)搭建線板式高溫靜電除塵器,研究高溫下電暈放電特性變化規(guī)律,以及不同溫度、電壓、煙氣流速、顆粒濃度等運(yùn)行參數(shù)對(duì)顆粒靜電脫除效率的影響,分析確定影響高溫靜電場(chǎng)中顆粒物高效脫除的關(guān)鍵參數(shù),以強(qiáng)化顆粒在高溫靜電場(chǎng)中的脫除.

1　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

高溫靜電除塵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示,主要包括高溫?zé)煔獍l(fā)生裝置、多級(jí)電磁振動(dòng)給料機(jī)、高溫靜電除塵器本體、高壓供電裝置和顆粒采樣測(cè)量裝置.

圖1　實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)示意Fig.1　Schematic diagram of experimental setup

高溫?zé)煔獍l(fā)生裝置包括前端風(fēng)機(jī)和本體前的煙氣管道,管道外層(Heat Ⅲ段)布置電加熱絲,通過(guò)電加熱的方式產(chǎn)生高溫?zé)煔?采用多級(jí)電磁振動(dòng)給料機(jī)將飛灰顆粒分散到氣路中.高溫靜電除塵器本體為線板式結(jié)構(gòu),收塵極為除塵器本體的4個(gè)壁面,本體截面積尺寸為150mm×240mm,收塵壁面高度為1.2m.放電極采用2根直徑3mm的圓桿電極線,極線相距90mm,從而控制線板間距均為75mm.本體壁面外層均布置電加熱系統(tǒng),分為上下兩段(由Heat Ⅰ段和Ⅱ段組成),用于補(bǔ)償煙氣流動(dòng)過(guò)程中的熱量損失,減小煙氣進(jìn)出口溫差.除塵器本體進(jìn)出口及三段電加熱處均布置熱電偶用于溫度測(cè)量,通過(guò)控制電加熱系統(tǒng)來(lái)控制進(jìn)出口煙氣溫度.本體頂部布置300mm直徑的絕緣瓷套,瓷套上端覆蓋99.5%純度的剛玉陶瓷板用于放電極線固定,以保證高溫下的絕緣性能.高壓供電采用工頻高壓電源(DRTDM 40/2.0),額定輸出電壓最高為40kV,最大電流50mA.顆粒采樣測(cè)量裝置采用芬蘭Dekati公司的FPS-4000稀釋系統(tǒng)和靜電低壓撞擊器升級(jí)版(ELPI+TM)實(shí)時(shí)在線測(cè)量煙氣中顆粒物的粒徑分布以及數(shù)量、質(zhì)量濃度.

1.2 飛灰顆粒特性

實(shí)驗(yàn)顆粒采用某燃煤電廠的飛灰顆粒,其化學(xué)組成如表1所示.顆粒的粒徑分布采用馬爾文激光粒度儀—Malvern 2000進(jìn)行測(cè)試,如圖2所示.中值粒徑為16.746μm,其中1μm以下的顆粒體積約占5.56%,1～2.5μm的顆粒約占6.14%, 2.5～10μm的顆粒約占24.6%,10μm以上的顆粒約占63.7%.

表1　飛灰顆粒的化學(xué)組成Table 1　Chemical composition of the fly ash sample

圖2　飛灰顆粒的粒徑分布Fig.2　Particle size distribution of fly ash

常溫下,用ELPI+測(cè)得的顆粒數(shù)濃度粒徑分布如圖3所示,顆粒的數(shù)濃度分布為雙峰分布.其中1μm以下的顆粒數(shù)目約占總數(shù)的55%,1～ 2.5μm的顆粒數(shù)目約占30%,2.5μm以上的顆粒約占15%.

圖3　顆粒數(shù)目濃度的粒徑分布Fig.1　Particle size distribution of number concentration

不同溫度下的飛灰顆粒比電阻由高溫比電阻測(cè)試儀測(cè)出,如圖4所示.當(dāng)溫度由60℃增加到600℃時(shí),飛灰比電阻的變化范圍為4.95×107～ 4.17×1011?·cm.飛灰比電阻由表面電導(dǎo)率和體積電導(dǎo)率兩部分組成.低溫條件下以表面導(dǎo)電為主,高溫條件下則以體積導(dǎo)電為主;溫度介于中間時(shí),則由表面導(dǎo)電與體積導(dǎo)電共同作用[22].因表面比電阻隨溫度的升高而升高,體積比電阻隨溫度的升高而下降,共同作用下的合成比電阻存在一個(gè)最大值.當(dāng)溫度在150℃左右,表面電導(dǎo)和體積電導(dǎo)共同作用的導(dǎo)電率達(dá)到最低,飛灰比電阻達(dá)到最高值4.17×1011?·cm;當(dāng)溫度不斷上升,顆粒內(nèi)部導(dǎo)電占主導(dǎo)地位,體積電導(dǎo)率不斷上升,在600 ℃下比電阻達(dá)到最低.

圖4　不同溫度下飛灰顆粒比電阻特性Fig.4　Resistivity of fly ash at different temperatures

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用多級(jí)電磁振動(dòng)給料機(jī),布置在風(fēng)機(jī)前端,顆粒通過(guò)形成的負(fù)壓作用分散到氣路中.進(jìn)入氣流中的顆粒量由控制器調(diào)節(jié)給料機(jī)的振動(dòng)頻率來(lái)控制.電加熱均由可編程溫控儀控制,通過(guò)熱電偶測(cè)溫反饋給溫控儀,以調(diào)節(jié)電加熱功率,控制進(jìn)出口煙氣溫差在10℃以?xún)?nèi).除塵器進(jìn)出口均布置采樣口,煙氣經(jīng)采樣管抽入至稀釋器FPS-4000中,經(jīng)潔凈干燥空氣稀釋后進(jìn)入靜電低壓撞擊器ELPI+TM進(jìn)行顆粒物分級(jí)濃度測(cè)量.通過(guò)對(duì)高溫靜電除塵器進(jìn)出口顆粒濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量,對(duì)比分析濃度變化以得到不同工況下的顆粒脫除效率.為了排除顆粒自身沉降及冷熱側(cè)采樣口溫度變化的影響,除塵效率η定義如下:

式中:η為顆粒脫除效率;min為顆粒入口質(zhì)量濃度,mg/N m3,mout為顆粒出口質(zhì)量濃度, mg/N m3.

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,改變溫度、工作電壓、煙氣流速、顆粒初始濃度等運(yùn)行參數(shù),分析這些關(guān)鍵參數(shù)變化對(duì)顆粒脫除效率的影響規(guī)律(表2).

表2　主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 2　The main parameters of the experiments

2　結(jié)果與討論

2.1 電壓對(duì)顆粒靜電脫除效率的影響

由圖5所示,除塵效率均隨工作電壓的升高而增強(qiáng).而隨著電壓的不斷升高,效率隨電壓增強(qiáng)的趨勢(shì)逐漸變緩.這是因?yàn)轭w粒的驅(qū)進(jìn)速度與顆粒的荷電量以及場(chǎng)強(qiáng)大小成正比[23].電壓的提高一方面提高了電暈電流,使得空間離子密度增加,飛灰顆粒更容易被荷電從而被捕集;另一方面,顆粒電場(chǎng)荷電與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,電壓的提高使得空間場(chǎng)強(qiáng)增大,強(qiáng)化顆粒往極板的驅(qū)進(jìn)運(yùn)動(dòng)[24].而當(dāng)空間離子密度足夠大時(shí),顆粒均能達(dá)到較為充分的荷電,電壓的提高只能起到提高空間場(chǎng)強(qiáng)的作用.因而,隨著電壓的升高,除塵效率不斷增強(qiáng),但增強(qiáng)的趨勢(shì)逐漸變緩.

圖5　250℃下顆粒的分級(jí)脫除效率Fig.5　Fractional particle collection efficiencies at 250℃

同時(shí),可以發(fā)現(xiàn)粒徑大于1μm的大顆粒的脫除效率較高,可達(dá)98%以上.而在0.1～1μm粒徑段顆粒脫除效率較低,其中存在一個(gè)顆粒脫除效率低點(diǎn),脫除效率不到65%.產(chǎn)生這種分布是由顆粒荷電和流體曳力相互作用形成的[25].

顆粒在靜電除塵器中的荷電主要由電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電組成.對(duì)于顆粒粒徑小于0.1μm的細(xì)微顆粒,顆粒的擴(kuò)散荷電占主導(dǎo)地位,對(duì)于顆粒粒徑大于1μm的大顆粒,顆粒的電場(chǎng)荷電占主導(dǎo)地位[26].大顆粒的驅(qū)進(jìn)速度與顆粒粒徑d以及電場(chǎng)強(qiáng)度的平方E2成正比,隨著粒徑的增大,脫除效率增大[27];小顆粒的驅(qū)進(jìn)速度則和溫度T以及Cm成正比, Cm為坎寧漢(Cunningham)修正因子,對(duì)于粒徑小于1μm的小顆粒,曳力計(jì)算必須引入Cm加以修正[27],而Cm隨顆粒直徑的減小而增大,所以對(duì)于以擴(kuò)散荷電為主的小顆粒,隨著粒徑的減小,脫除效率增大.對(duì)于0.1～1μm粒徑段,電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的共同作用造成了顆粒脫除效率的下降,且存在一個(gè)脫除效率低點(diǎn)[28].

2.2 溫度對(duì)顆粒靜電脫除效率的影響

2.2.1 溫度對(duì)于電暈放電的影響 如圖6所示,當(dāng)溫度從90℃增加至450℃,隨電壓的增大,電暈電流的增加速率明顯提高.如圖7所示,在18kV工作電壓下,電流值從90℃下的24μA增加至450 ℃的351μA.

圖6　溫度對(duì)電暈放電特性的影響Fig.6　Effect of temperature on the characteristics of corona discharge

可見(jiàn),在相同電壓下,電流隨著溫度升高而顯著增加.根據(jù)湯森放電理論[29],總放電電流可表示為:

式中:i為總放電電流A;α為湯森第一電離系數(shù);γ為湯森第三電離系數(shù);d為極間距m.

圖7　相同電壓下電暈放電電流隨溫度變化規(guī)律Fig.7　Variation of corona current with temperature under the same voltage

湯森第一電離系數(shù)α為電子雪崩中一個(gè)電子在經(jīng)過(guò)1cm路程中與中性氣體離子碰撞產(chǎn)生的電子數(shù)目,湯森第三電離系數(shù)γ為正離子等撞擊陰極表面時(shí)從陰極表面逸出的二次電子數(shù)目.α與γ均隨著相應(yīng)的電子及離子能量的提高而增大[30].隨著溫度的上升,造成氣體相對(duì)密度減小,分子自由程增大,電子、離子在進(jìn)行下一次碰撞前加速的距離增大,其獲得的能量得到提高,從而使得電離系數(shù)α與γ增大,電子雪崩過(guò)程加劇,更多氣體分子被電離成正離子和電子.電暈電流隨著α與γ的增大而增加.因而,施加相同電壓,高溫下將獲得更高的電暈電流.

2.2.2 不同溫度下顆粒脫除效率變化規(guī)律 圖8為不同溫度下顆粒脫除效率隨工作電壓的變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)中靜電除塵器比收塵面積為46.5m2/(m3/s),粉塵初始濃度控制在750mg/N m3左右.隨著電壓的提高,高溫條件下率先獲得較高顆粒脫除效率.

圖8　不同溫度下顆粒的脫除效率Fig.8　Particle collection efficiencies at different temperatures

圖9結(jié)合圖8可以發(fā)現(xiàn),在相同電壓下,高溫下的顆粒脫除效率相較于低溫的更高.以12kV的工作條件為例,當(dāng)溫度從150℃提高到450℃時(shí),顆粒脫除效率從39.1%上升至77.3%.而隨著工作電壓的不斷提高,相同電壓下高低溫段除塵效率差距逐步減小.其原因在于在低工作電壓下(如12kV),電暈電流較小,空間離子密度較低,只有部分顆粒能夠荷上電荷而被脫除,因而除塵效率都較低[16].但是高溫相比于低溫條件下,電暈電流大幅增加,以12kV為例,當(dāng)溫度從150℃提高到450℃時(shí),電暈電流大小從3μA上升至50μA,增加了顆粒荷電幾率,從而提高了顆粒脫除效率.而在較高工作電壓下,電暈電流都有大幅度提升,有足夠的空間電荷量使得顆粒達(dá)到較好的荷電效果,因而在相同空間場(chǎng)強(qiáng)分布下,不同溫度除塵效率差距逐步減小,而其差距主要在于:當(dāng)電流密度增大,空間離子密度增大,電場(chǎng)荷電及顆粒擴(kuò)散荷電均增強(qiáng),且擴(kuò)散荷電量qd與溫度T成正比,溫度的升高強(qiáng)化了顆粒的擴(kuò)散荷電,更有利于細(xì)微顆粒的脫除.因此,施加相同電壓,高溫條件下有著更高的顆粒脫除效率.

圖9　相同電壓下顆粒的脫除效率Fig.9　Particle collection efficiencies under the same applied voltage

圖10　相同電暈電流下顆粒的脫除效率Fig.10　Particle collection efficiencies under same corona current

由圖10可見(jiàn),工況溫度從90℃增加到450℃,控制相同的煙氣流速0.466m/s以及相同的電暈放電電流50μA,顆?？偯摮蕪?4.1%下降至77.3%.由2.2.1可知,在相同電壓下,高溫段產(chǎn)生了更大的電暈電流;相反,要達(dá)到相同電暈電流,低溫下要施加更高的工作電壓.以50μA電暈電流為例,450℃下對(duì)應(yīng)電壓約為12kV,而在90℃下的對(duì)于電壓約為20.5kV.根據(jù)2.2.1的分析,更高的工作電壓提高了靜電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度,增強(qiáng)顆粒電場(chǎng)荷電的同時(shí)也增強(qiáng)顆粒所受電場(chǎng)力,提高顆粒的驅(qū)進(jìn)速度,從而大幅提高了大顆粒的脫除效果.所以,在相同電暈電流條件下,低溫段的顆粒脫除效率更高.

2.3 煙氣流速對(duì)顆粒靜電脫除效率的影響

由圖11可見(jiàn),在350℃時(shí)低流速下的顆粒脫除效率明顯高于較高流速,且在較低工作電壓下差距更為明顯.以16kV工作電壓為例,當(dāng)煙氣流速?gòu)?.707m/s下降到0.466m/s,顆粒脫除效率從92.8%提高到96.1%.這是因?yàn)闊煔饬魉俚淖兓绊戭w粒在除塵器中的停留時(shí)間,低流速條件下,顆粒停留時(shí)間更長(zhǎng),荷電更加充分且有更長(zhǎng)的時(shí)間往極板進(jìn)行驅(qū)進(jìn)運(yùn)動(dòng),從而獲得更高的顆粒脫除效率[31].

圖11　不同煙氣流速下顆粒的脫除效率Fig.11　Particle collection efficiencies with different gas flow velocities

相對(duì)應(yīng)的,不同比收塵面積下顆粒的除塵效率隨電壓的變化規(guī)律如圖12所示,隨著煙氣流速的下降,除塵器比收塵面積增大,顆粒脫除效率得到提高.基于Deutsch公式,顆粒脫除效率可表示為η=1-exp (-Aω/Q)[27],其中A/Q為除塵器的比收塵面積(SCA),可以發(fā)現(xiàn)顆粒的脫除效率與比收塵面積SCA成正相關(guān),這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符.

圖13對(duì)比了PM10、PM2.5與PM1.0的脫除效率隨煙氣流速的變化規(guī)律.在26.9kV工作電壓下,當(dāng)煙氣流速?gòu)?.466m/s提高到0.707m/s,PM1.0、PM2.5與PM10的脫除效率從98.7%、98.8%和99.0%分別下降到93.0%、97.5%與98.5%.可以發(fā)現(xiàn),PM1.0受煙氣流速的影響更為明顯,脫除效率下降了約6%.這是因?yàn)镻M1.0的顆粒粒徑更小,獲得的荷電量較低,所受電場(chǎng)力下降,其驅(qū)進(jìn)速度更小.可見(jiàn)小粒徑顆粒驅(qū)進(jìn)運(yùn)動(dòng)至極板需要更長(zhǎng)的停留時(shí)間,其受停留時(shí)間的影響更大.因而隨著煙氣流速增大,小粒徑顆粒脫除效率下降更為明顯.

圖12　不同比表面積下顆粒的脫除效率Fig.12　Particle collection efficiencies with different specific collection areas (SCA)

圖13　煙氣流速對(duì)不同粒徑顆粒脫除效率的影響Fig.13　Effect of gas flow velocity on fractional particle collection efficiencies

2.4 初始濃度對(duì)顆粒靜電脫除效率的影響

圖14反映了初始濃度對(duì)于顆粒靜電脫除效率的影響,由圖14可知,在350℃的工作溫度下,隨著顆粒初始濃度的上升,顆粒的脫除效率逐步上升,且當(dāng)顆粒初始濃度到達(dá)一定程度后,除塵效率基本變化不大.分析其原因如下:顆粒濃度增加造成顆粒之間空間間距的減小以及高溫下分子熱運(yùn)動(dòng)的加劇,都增強(qiáng)了顆粒間的碰撞團(tuán)聚作用,小顆粒團(tuán)聚形成大顆粒的幾率增大,更容易被脫除;另外,根據(jù)Podlinski等[32]的研究結(jié)果,顆粒數(shù)目的上升使得空間電荷增多,這增大了電場(chǎng)的畸變程度,改變了電場(chǎng)力的分布,在極線附近的顆粒受到較強(qiáng)的電場(chǎng)力,驅(qū)進(jìn)速度提高.因而,顆粒初始濃度的上升在一定程度上有利于增強(qiáng)顆粒的脫除效果.

圖14　不同初始濃度下顆粒的脫除效率Fig.14　Particle collection efficiencies with different inlet particle concentrations

3　結(jié)論

3.1 在較高溫度下(350～450℃),靜電除塵器可以保持良好的除塵效率.當(dāng)溫度從90℃上升至450℃,在比收塵面積為46.5m2/(m3?s-1),粉塵初始濃度約為750mg/N m3的工況下,顆粒脫除效率均可達(dá)到98%以上.

3.2 在相同電壓下,隨著溫度的提高,電離系數(shù)增大,電子雪崩加劇,電暈電流顯著增強(qiáng),顆粒的脫除效率提高.而在相同電流下,高溫下較低的空間場(chǎng)強(qiáng)使得顆粒的驅(qū)進(jìn)速度減小,導(dǎo)致顆粒脫除效率的下降.

3.3 煙氣流速的提高降低了顆粒的脫除效率.PM1.0受煙氣流速的影響較PM2.5與PM10更為明顯,當(dāng)煙氣流速?gòu)膹?.466m/s提高到0.707m/s, PM1.0脫除效率下降達(dá)6%.

3.4 顆粒的脫除效率隨著顆粒濃度的上升而略有提高.顆粒濃度的增加使得空間電荷增多,電場(chǎng)畸變程度增大,擾動(dòng)加劇,顆粒的碰撞及團(tuán)聚作用更為明顯,增強(qiáng)了顆粒脫除效果.

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Experimental investigation on particle collection performance of electrostatic precipitator at high

temperatures. ZHU Wei-zhuo, SHEN Zhi-yang, YAN Pei, ZHENG Cheng-hang, GAO Xiang*, Ni Ming-jiang, CEN Ke-fa (State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1009～1016

Abstract：An experimental-scale electrostatic precipitator was built to investigate the characteristics of corona discharge and particle collection at various temperatures ranging from 90℃ to 450℃. The influence of several key parameters (temperature, applied voltage, particle concentration and gas flow velocity) on particle collection efficiency were analyzed, and the results indicate that the collection efficiency can reach higher than 98% as the gas temperature increases form 90

℃ to 450℃, when the specific collection area (SCA) of the ESP is 46.5m2/(m3?s-1) and the inlet mass concentration of particles is about 750mg/Nm3.The collection efficiency increases with the increase of applied voltage, yet the growth rate reduces gradually. At the same voltage, as the temperature increases, the corona current increases substantially, which enhances the particle charging and finally improves the collection efficiency. However, at the same corona current, the particle collection efficiency decreases because of the low electric field intensity at high temperature. The increase in gas flow velocity reduces the particle collection efficiency, and the influence of gas flow velocity on PM1.0removal is much more significant than PM10. The increase in particle concentration enhances the collisions among particles and leads to particle coagulation, which is conducive to particle removal.

Key words：temperature；electrostatic precipitator；corona discharge；particle；collection efficiency

作者簡(jiǎn)介：朱唯卓(1990-),男,浙江金華人,浙江大學(xué)碩士研究生,主要從事高溫?zé)煔忸w粒物脫除研究.

基金項(xiàng)目：國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51125025);國(guó)家“973”項(xiàng)目(2013CB228504);國(guó)家863項(xiàng)目(2013AA065002)

收稿日期：2015-09-07

中圖分類(lèi)號(hào)：X701.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6923(2016)04-1009-08