高风速复合式电收尘器的试验研究

烟尘、粉尘排放量近几年来有所波动，但都是触目惊心的超大排放量 j。随着环保要求的不断提高，电收尘器以其效率优势，从众多收尘设备中脱颖而出。然而，传统的电收尘器为了获得较大的收尘效率，必须把收尘器内的风速降到0．6～1．2 m／s，通常粉尘在收尘器内停留的时间要高达4—5 S 。这样，就会造成传统电收尘器体积巨大，钢材浪费严重，一次性投资大的问题。为此，我们进行了高风速复合式电收尘器(HWSCESP)的试验研究，取有效驱进速度60=0．90 m／s，远高于传统电收尘器的60=0．03～0．18 m／s。HWSCESP系统在理论上是流体力学、电动力学、静电学有机结合，应用到电收尘器当中，是对现有电收尘器的一次变革；实践当中，它将成为发展中国家企业所能承担的高效率、低成本的新型电收尘器。试验以收尘效率作为收尘指标，以粉尘初始浓度和工作电压作为影响因素进行单因素分析，分别考察各因素对收尘效率的影响规律。
1 试验方法
1．1 试验流程
HWSCESP试验流程如图1所示。

试验以电收尘器主体，包括电源、风机及粉尘供料装置(空压机及供料器)，各部分由管路相连；P1、P2为气流参数采样点，P3为电参数检测与控制点。
1．2 试验设备及材料
(1)HWSCESP系统：自行设计并委托镇江市远东环保机械设备厂加工的HWSCESP实验系统。
(2)锅炉飞灰：镇江水泥厂供热锅炉处取的锅炉飞灰。这种飞灰是适用于电收尘器除去的多种粉尘之一。
(3)无胶滤筒：山东省武城消声器材厂生产。
(4)无油空气压缩机一鞍山无油空压机厂生产。
1．3 设计参数
(1)进口压力：P．： 一1470 Pa；
(2)出口压力：P =一3093 Pa；
(3)漏气率：C。=5％ ；
(4)停留时间：0．5～1 s；
(5)当地大气压：P =101．3 kPa；
(6)气体温度：t=20~C；
(7)粉尘微粒直径：40／xm；
(8)电晕电极：选用星形电晕电极(放电效果仅次于芒刺状电晕极线 。而实验需要经常拆装，后者很容易在操作中受到破坏掉刺)，放电点的曲率半径为r =0．05 cm，作计算电晕极线半径；
(9)收尘极板：根据上述“高风速”理论，参照前人的研究成果，确定选用自行设计的∞一2C型收尘极板，及辅助的c型极板；前者宽200 mm，高35 mm，卷出边半径20 mm，卷入边半径15 mm，后者宽100 mm，高35 mn'l，卷边半径35 mm；
(10)电极配置：主收尘极板配2根星型电晕线，辅助极板配一根。由于该装备为实验装备，参数可调，且采用大极距技术，故电收尘器同极距取：B=380～500 mm；异极距：b。=190～250 mm；放电点与极板间距b=190～250 mm；放电点间距2C=100mm，230 mm，245 mm间隔。配置如图2所示。

数个∞．2C型收尘极板，垂直于含尘气流方向，呈鱼鳞状摆放于电收尘器本体内，如图2所示。含尘气流高速向∞一2C型收尘极板运动，被极板由中间引流至两侧c型槽，再导向至收尘极板表面，由电场作用加以捕集。由图2可见，气流沿收尘极板表面绕行，大大延长尘粒运动轨迹，由于摩擦作用，在边界层内风速会迅速降低，使得电场力轻松对粉尘加以捕集。这样既保证了平均风速大大提高，又解决了由于高速粉尘不易捕集的难题。理论和实验表明，ESP电场气流速度在保证收尘效率不降低条件下，可以提高到4 m／s，是现在ESP的约4倍，在处理风量相同、收尘效率相同的情况下，能把常规电收尘器截面积成数倍减少。由于大幅度提高风速，以极短时间把烟尘驱赶到收尘极上加以捕集，从而大大减小电场长度。体积较现在常规ESP大幅减少，实现了ESP小型化。
1．4 实验方法
调节风机于适当的风量、供料器灰斗于适当粉尘量、适当的收尘面积以及工作电压。将圆管断面分成若干个等面积圆环，然后将断面两垂直直径上各圆环的中点作为测点进行采样。采样完毕，在采样仪器中读出平均风量、平均风速、平均电压和采样体积等数据，取出采样枪中的滤筒，再次于烘干箱中105oC烘干2 h。取出置于干燥皿中干燥冷却。之后再次用电子天平称重以计算出总收尘效率 ，将进口增重输入采样仪中，得到进出口粉尘浓度。
2 试验结果与分析
2．1 粉尘初始浓度对收尘指标的影响将粉尘初始浓度作为变量，考察其对于收尘效率的作用规律 (图3)。

其他参数情况为：工作电压47 kV，有效收尘面积14．5 m^2 ，系统风速稳定在1．75 m／s左右，大气压
力101．3 kPa，平均烟温9℃ 。
图3反映了收尘效率随粉尘浓度变化的规律：
(1)粉尘初始浓度<5 g／m 时，收尘效率相对较低；
(2)从5 g／m 到45 g／m 时，收尘效率呈相对稳定且逐步上升之势；(3)>45 g／m 时收尘效率有所下降。
上述现象，作者认为原因为：(1)粉尘初始浓度<5 g／m 时，系统内粉尘较少，减少了粉尘微粒与
电离的气体相结合的机会，收尘效率较低；(2)当粉尘初始浓度由5 g／m 增加到45 g／m 时，情况稳
定，尘粒移动速度与离子移动速度相当，电荷活动大大升高，电流升高导致收尘效率提高；(3)粉尘初始
浓度>45 g／m 时，系统内粉尘量太大，大部分空间离子电荷给了尘粒，而尘粒移动速度远低于离子移
动速度，电荷活动大大降低，使收尘器形成所谓电晕封闭现象，电流下降，因而收尘效率有所下降。
2．2 工作电压对收尘指标的影响
在一定范围内，工作电压越高，收尘效果越好，收尘效率越高。
将工作电压作为变量，考察其对于收尘效率的作用规律(图4)。

其他参数情况为：粉尘初始浓度约5 g／m ，有效收尘面积14．5 171 ，系统风速稳定在1．75 m／s左
右，大气压力1O1．1 kPa，平均烟温9℃ 。
图4反映了收尘效率随工作电压变化的规律：
工作电压对收尘效率的作用显著，在其他条件稳定的情况下，收尘效率随着工作电压的提高而提高。当工作电压由20 kV上升至40 kV时，收尘效率上升趋势显著；当工作电压由40 kV上升至47 kV时，收尘效率上升趋势缓和。
2．3 有效收尘面积对收尘指标的影响
将有效收尘面积作为变量，考察其对于收尘效率的作用规律(图5)。

其他参数情况为：粉尘初始浓度约5 g／m ，工作电压47 kV，系统风速稳定在1．75 m／s左右，大气压力101．5 kPa，平均烟温10℃ 。
图5直观地反映了收尘效率随有效收尘面积变化的规律：在其他条件稳定的情况下，收尘效率随着有效收尘面积的提高而提高。
2．4 系统风速对收尘指标的影响
对于一定型号规格的电收尘器，其收尘效率是指处理风量在一定范围内而言 。传统除尘器认为，气体流速取0．6～1．3 m／s，为宜，但我们采用了数个(|)一2C型收尘极板以及大极距技术，可将平均风速提高到4 m／s。
将系统风速作为变量，考察其对于收尘效率的作用规律(图6)。
其他参数情况为：粉尘初始浓度约5 g／m ，工作电压47 kV，有效收尘面积为14．5 m ，大气压力101．6 kPa，平均烟温10oC。

图6反映了收尘效率随系统风速变化的规律：
在其他条件稳定的情况下，收尘效率随着系统风速的提高而提高，在风速提高到4 m／s时收尘效率最大。当系统风速高于4 m／s时，收尘效率开始降低，这是因为由于气流流速增大，减少了粉尘微粒与电离的气体相结合的机会，加大了粉尘微粒被高速气流带走的数量，也加大了二次扬尘，故收尘效率降低。
3 结 论
结合以上数据，再将各参数调整到最佳数据，结果表明：当粉尘初始浓度在45 g／m ，工作电压在
47 kV，有效收尘面积为14．5 m ，系统风速为3．8 m／s时，收尘效率可达99．92％ 。由此可见，HWSCESP是高效率、低成本的新型电收尘器。