張 霞,宋麗娜,范啟娟,雷 芬

(陜西省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,陜西西安 710061)

電除塵器斜氣流狀態(tài)下粉塵沉降試驗(yàn)研究

張 霞,宋麗娜,范啟娟,雷 芬

(陜西省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,陜西西安 710061)

針對(duì)電除塵器在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的除塵效率下降問題,提出斜氣流這一新型技術(shù),對(duì)均勻氣流與斜氣流分布狀態(tài)進(jìn)行可視化研究;在兩種氣流狀態(tài)下進(jìn)行粉塵沉降試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析、總結(jié)相應(yīng)規(guī)律;對(duì)我國電除塵器氣流技術(shù)的發(fā)展提出了建議。

電除塵器;均勻氣流;斜氣流技術(shù);粉塵沉降

1 問題的提出

氣流分布是電除塵器收塵效率的一個(gè)重要影響因素。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,電除塵器內(nèi)氣流分布越均勻越好,并依此在電除塵器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里做出了相應(yīng)規(guī)定。傳統(tǒng)電除塵器效率公式——多依奇公式是基于通道縱向任一斷面上粉塵濃度是均勻的、進(jìn)入電除塵器的粉塵等粒子立即荷電、忽略電風(fēng)及二次揚(yáng)塵等這些假設(shè),而實(shí)際情況并非如此。

粉塵濃度的均勻分布是以其載體密度均一、溫度均勻分布為前提的。實(shí)際上,進(jìn)入電除塵器的含塵氣體由多種成分組成,其密度不一致,溫度分布也不均勻。密度低的熱氣流逐漸向電場上部流動(dòng),密度高的低溫氣流匯集在電場下部,使粗塵粒容易分布在斷面下部;由于存在溫度梯度,產(chǎn)生的熱斥力推動(dòng)塵粒從高溫側(cè)向低溫側(cè)移動(dòng),致使電除塵器電場橫斷面的粉塵濃度呈現(xiàn)上小、下大的分布規(guī)律。又因?yàn)榉蹓m的驅(qū)進(jìn)速度與粒徑大小成正比,通過電場的含塵氣體中粒徑較大的塵粒荷電量大,驅(qū)進(jìn)速度高,先被收塵極收集。而粒徑較小的塵粒,收集所需時(shí)間較長。因此,在除塵器電場縱斷面的粉塵濃度呈前大、后小的分布狀況[3]。

粉塵分布不均導(dǎo)致電場空間分布發(fā)生變化,使得電場某些空間電荷量增加,自由離子濃度下降,電暈區(qū)電場變?nèi)?隨著粉塵濃度差距的增大,這種影響愈大;嚴(yán)重情況下,將導(dǎo)致電暈封閉,最終影響電除塵器的性能和除塵效率。

2 斜氣流技術(shù)機(jī)理

加拿大等國的一些學(xué)者以電除塵器空氣動(dòng)力場和粉塵濃度實(shí)際分布為切入點(diǎn),在試驗(yàn)中改變氣流分布狀況,以進(jìn)口煙箱上小、下大分布,出口煙箱上大、下小分布。通過有序地使氣流分布不均勻化,從而達(dá)到粉塵濃度分布的均勻化,此項(xiàng)技術(shù)被稱為斜氣流技術(shù) SGFT(Skew Gas-Flow Technology)[4]。

斜氣流技術(shù)將整個(gè)除塵器電場分為 A、B、C、D四個(gè)區(qū)域 (圖 1)。A區(qū)為低流速區(qū),該區(qū)的細(xì)塵降落到灰斗的落差大,向后飄移的距離遠(yuǎn),較低的 A區(qū)流速可以縮短飄移距離,有助于頂部細(xì)塵落入灰斗;C區(qū)粗塵降至灰斗的落差小,即使遇到較強(qiáng)水平氣流的攜帶,向后飄移的距離也不會(huì)遠(yuǎn),容易被灰斗所收集;在出口氣流中的 B區(qū)粉塵濃度很低,雖然流速較高,但不會(huì)增加單位時(shí)間內(nèi)粉塵的排放量;D區(qū)為低流速區(qū),低氣速再加上靠近灰斗,有利于細(xì)微粉塵的捕集,從而減輕了單位時(shí)間內(nèi)的粉塵排放量[5-6]。由于 SGFT可均衡氣流,不需過度振打電暈線和集塵板,提高了平均無故障時(shí)間,從而提高了電除塵器設(shè)備運(yùn)行的可靠性[7-8]。

圖 1 斜氣流分布狀態(tài)下實(shí)際粉塵濃度分布規(guī)律

3 粉塵沉降試驗(yàn)系統(tǒng)及方案

為了進(jìn)一步研究斜氣流技術(shù),我們?cè)趯氫擁?xiàng)目改造模型上進(jìn)行了粉塵沉降試驗(yàn)。本試驗(yàn)系統(tǒng)以寶鋼二燒機(jī)頭電除塵器為原型進(jìn)行設(shè)計(jì),3電場結(jié)構(gòu),取模型比尺為 1∶14。每個(gè)電場分別設(shè)置 6排煙氣通道。為能準(zhǔn)確把握模型內(nèi)粉塵沉降規(guī)律,綜合考慮對(duì)稱情況、特殊考查點(diǎn)以及可行性因素,最終確定的粉塵采樣點(diǎn)方案為:沿氣流方向分別在各電場前后兩端設(shè)置 6個(gè)采樣斷面 (如圖 2所示),垂向方向設(shè)置 3個(gè)水平;每個(gè)斷面的每個(gè)水平設(shè)置 6個(gè)采樣點(diǎn),這樣,每個(gè)斷面共設(shè)置 18個(gè)采樣點(diǎn),共計(jì) 108個(gè)采樣點(diǎn)。

選取水泥為試驗(yàn)用粉塵。粉塵的選取考慮可行性、方便性及經(jīng)濟(jì)性。在相同加灰時(shí)間、加灰量、相同風(fēng)量、振動(dòng)參數(shù)以及已經(jīng)調(diào)試好的兩種氣流狀態(tài)下,分別將粉塵通入試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?。整個(gè)試驗(yàn)處于不通電狀態(tài),試驗(yàn)系統(tǒng)后部設(shè)置布袋除塵器以免粉塵排入外界造成污染。試驗(yàn)結(jié)束后,打開模型取出各采樣點(diǎn)取樣小盒,稱重粉塵。

圖 2 采樣斷面設(shè)置示意

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 過流斷面氣流分布可視化

為了更好地分析粉塵沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù),我們結(jié)合兩種氣流的分布狀態(tài)進(jìn)行研究。過流斷面氣流分布的等值圖采用 Surfer軟件繪制,可以直接反映出斷面氣流分布特性。圖 3為均勻氣流分布時(shí)各斷面流速等值圖,圖 4為斜氣流分布時(shí)各斷面流速等值圖,其中十字代表 8×8的 64個(gè)測(cè)點(diǎn)位置。從圖 3、4各斷面流速分布可以明顯看出,整個(gè)流速分布已具有良好的斜氣流分布趨勢(shì)。

4.2 粉塵沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.2.1 斷面方向質(zhì)量分布對(duì)比

從表 1可以看出,第 1斷面的各個(gè)參數(shù),均為斜氣流高于均勻氣流,這是由斜氣流調(diào)節(jié)措施達(dá)成的。為了形成斜氣流廓線,在進(jìn)口氣流分布板上設(shè)置了3根 45°橫向折流條以增大進(jìn)口底部風(fēng)速,這樣,在粉塵進(jìn)入時(shí),由于折流條的作用,將粉塵驅(qū)趕到電場下部,導(dǎo)致沉降量明顯增大;從第 2斷面開始情況有所變化,斜氣流狀態(tài)下粉塵平均值、總量、P25、P75較均勻氣流均有所變小,到第 3斷面此趨勢(shì)更加明顯;第 4斷面斜氣流狀態(tài)下各參數(shù),尤其是粉塵沉降量大幅度提高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于均勻氣流,其原因是在均勻氣流模式基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)的斜氣流模式使得垂向的氣流分布在第 2、3斷面附近開始發(fā)生變化,由進(jìn)口開始的下降趨勢(shì)轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì),風(fēng)向向下轉(zhuǎn)為向上,到達(dá)第 4斷面時(shí)徹底將風(fēng)向抬升。值得注意的是:進(jìn)口第一電場的沉降量占到總沉降量的 50%以上,超過了后兩個(gè)電場沉降量之和。由此可見,進(jìn)口第一電場是一個(gè)相當(dāng)重要的區(qū)域。

4.2.2 垂向質(zhì)量分布對(duì)比 (水平對(duì)比)

表 2將兩種氣流狀態(tài)下,各水平的粉塵沉降總量進(jìn)行了對(duì)比。

表 1 均勻氣流與斜氣流狀態(tài)下各斷面粉塵沉降量統(tǒng)計(jì)對(duì)比 g

表 2 均勻氣流與斜氣流狀態(tài)下各水平粉塵沉降量統(tǒng)計(jì)對(duì)比 g

兩種流態(tài)在垂直方向的總體變化趨勢(shì)一致,均為自下而上逐級(jí)遞減。這一點(diǎn)與普通的沉降規(guī)律相符合。由于重力作用,進(jìn)入除塵器的粉塵在不斷地向下運(yùn)動(dòng),使得除塵器下部空間的粉塵濃度高于上部空間,下方采樣小盒的捕集率高于上方。斜氣流狀態(tài)下第一、二水平與均勻氣流粉塵沉降量相比分別增加了 40%、24.6%,平均值、中位數(shù)、P25、P75、P95均有所增長,而第三水平略低于均勻氣流狀態(tài)。這說明斜氣流分布與均勻氣流分布相比,增加了電除塵器下部空間的粉塵濃度,減少了上部空間的粉塵濃度。分析其原因是因?yàn)樾睔饬鲗⒎植荚陔妶銮安?、底部的粉塵驅(qū)趕到電場后部、中部,這樣使集塵面積盡可能得到充分利用,而不需要過度振打電暈線和集塵板,提高了平均無故障時(shí)間及設(shè)備的可靠性,從而提高了電除塵器的捕集效率。

綜合考慮整體粉塵沉降情況,在不通電時(shí),斜氣流狀態(tài)下粉塵沉降量為 162.938 g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于均勻氣流狀態(tài)下的 138.261 g,而在其中起主導(dǎo)作用的當(dāng)屬第一水平的粉塵沉降量,其粉塵沉降量占總沉降量的 50%之多。而粉塵經(jīng)過第一水平后馬上就要進(jìn)入灰斗,因此,可以用其來表示整個(gè)電場的粉塵沉降效率;從表 2可以明顯看出,在斜氣流狀態(tài)下粉塵沉降量本體值遠(yuǎn)大于均勻氣流,幾個(gè)極值也明顯超出均勻氣流,由此表明,斜氣流可明顯改善粉塵沉降規(guī)律,提高除塵效率,也說明第一水平在除塵器中的特殊性。為此,將第一水平兩種氣流狀態(tài)下的粉塵沉降采用 surfer軟件繪制成圖,更直觀地反映出粉塵沉降規(guī)律,以驗(yàn)證上述分析 (圖 5、圖 6)。

5 結(jié)論與展望

(1)對(duì)氣流和粉塵沉降量進(jìn)行可視化,可以較好地把握氣流和粉塵的整體趨勢(shì),提高試驗(yàn)效率。

(2)兩種氣流分布狀態(tài)下,一、二、三電場以及一、二、三水平的粉塵沉降量依次遞減,一電場與第一水平的粉塵沉降量占全部沉降量 50%多,可見其在除塵器中的特殊地位。

(3)試驗(yàn)表明,斜氣流能夠?qū)㈦妶銮安?、底部的粉塵抬升到電場后部、中部,這樣使集塵面積盡可能得到充分利用,而不需要過度振打電暈線和集塵板,提高了平均無故障時(shí)間及設(shè)備可靠性,從而提高了電除塵器捕集效率。

(4)本試驗(yàn)形成的斜氣流廓線不是十分平滑,建議將除塵器設(shè)計(jì)成進(jìn)口煙箱中心線略低于出口煙箱中心線,這樣可以使煙氣在電除塵器中自然向上傾斜,以形成平滑斜氣流廓線。

試驗(yàn)表明,斜氣流可以明顯改善粉塵在電除塵器中的沉降規(guī)律,有利于粉塵被收塵極捕集,提高除塵效率。而且調(diào)節(jié)方法簡便易行、十分經(jīng)濟(jì),特別適用于電除塵器的改造。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究與實(shí)際工程應(yīng)用,表明斜氣流技術(shù)在提高除塵效率以及減少二次揚(yáng)塵等方面均好于均勻氣流分布形式,可以應(yīng)用于實(shí)際工程中并能取得良好的效果?，F(xiàn)階段的工作是通過反復(fù)實(shí)踐和參數(shù)調(diào)整優(yōu)化來總結(jié)規(guī)律,其在工業(yè)應(yīng)用中一定大有作為。

[1]Lind L.Influence of gas distribution on precipitatorperformance[C].6thSymposium.On the Transf And Utiliz of Partic,Contr Techn,1982.

[2]Ojanpera R,Hein A G.Skewed Gas Flow Technology-A method to improve precipitator performance[J].Babcock&W ilcox,(BR):1669-1671.

[3]高瑞生.煙塵濃度分布對(duì)二次揚(yáng)塵影響的探討[J].電力環(huán)境保護(hù),2001,17(3):26-29.

[4]Christian Andersson,Leif Lind.A Critical review on the concept of gas distribution[C].Proceedings of the eighth international conference on electrostatic procipitation,2001.

[5]黨小慶,高蕊芳,馬廣大,等.燃煤電廠電改袋式除塵器氣流分布數(shù)值分析[J].電力環(huán)境保護(hù),2008,24(2):31-33.

[6]SarnM.Influence of dust re-entrainment and skew gas-flaw technology on ESP efficiency[C].Proceedings of the eighth international conference on electrostatic precipitation,2001.

[7]胡滿銀.電除塵器斜氣流分布的實(shí)驗(yàn)研究[J].華北電力技術(shù),2005,(1):11-13.

[8]于國強(qiáng),徐國勝.斜氣流技術(shù)初探[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2007,1(30):97-99.

[9]李喆,張霞.斜氣流技術(shù)的試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用[J].電力環(huán)境保護(hù),2009,25(16):46-49.

Experimental study on the dust sediment under Skew Gas-Flow in ESP

Based on the existing questions of the collect ion efficiency declined appeared in the course of operating to the electrostatic precipitator,the new-type Skew Gas-Flow technologywere proposed.The visualization investigat ion were researched to uniform flow and Skew Gas-Flow current distribution.The dust sed iment exper imentwere carried on under two kinds of air current states.The test results were compared and analyzed and the corresponding principalwere summarized.Certain suggestions for development of the current electrostatic prec ipitator techno logy were put forward.

electro static precipitator;uniform flow;Skew Gas-Flow Technology;dust sed iment

X701.2

B

1674-8069(2010)01-028-04

2009-10-12;

2009-11-03

張霞 (1982-),女,內(nèi)蒙古包頭市人,碩士,主要從事環(huán)境規(guī)劃與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究工作。E-mail:hangxia20002000@sina.com