熱濕交換對(duì)靜電場(chǎng)對(duì)細(xì)顆粒物作用機(jī)制研究.pdf

1、面對(duì)日益嚴(yán)格的顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)，濕式水膜靜電除塵技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。濕式水膜靜電除塵器極板表面連續(xù)流動(dòng)的水膜將極板表面沉積的顆粒沖刷至灰斗。濕式水膜靜電除塵器所處理的煙氣成分復(fù)雜、溫/濕度范圍廣。配套無組織塵排放源的工業(yè)用靜電除塵器（20～200℃，不飽和）;配套濕法脫硫系統(tǒng)的濕式靜電除霧器（50～80℃，飽和）;用于干式靜電除塵增效的錯(cuò)流式干濕耦合靜電除塵器（80～150℃，不飽和）。在溫/濕度場(chǎng)、流場(chǎng)和靜電場(chǎng)的耦合作用下收塵極板表面水膜

2、和煙氣間同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)過程，放電空間內(nèi)形成一非均相分布的溫/濕度場(chǎng)。非均相分布的溫/濕度場(chǎng)作用下，靜電場(chǎng)內(nèi)電暈放電、顆粒物荷電、遷移和沉積規(guī)律發(fā)生改變。
　　鑒于此，本文主要以濕式柔性水膜極板靜電除塵器為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的研究方法對(duì)靜電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)等多場(chǎng)耦合作用下收塵極板表面液膜內(nèi)水分的遷移，空間溫/濕度場(chǎng)的分布及演變規(guī)律，非均相分布溫度/濕度場(chǎng)對(duì)電暈放電及顆粒物荷電、改性、受力、遷移、沉積規(guī)

3、律的影響等問題展開研究。主要研究工作及取得的成果如下:
　　1)圍繞著干式和濕式水膜極板靜電場(chǎng)中極板表面電暈電流密度分布的差異，從煙氣濕度和極板表面液膜兩方面對(duì)靜電場(chǎng)中電暈放電特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。定量分析了不同極配參數(shù)下干式和濕式水膜極板表面電暈電流密度的差異。同時(shí)利用Comsol Multiphysics仿真軟件對(duì)干式碳鋼和濕式水膜極板靜電場(chǎng)內(nèi)電暈放電過程進(jìn)行數(shù)值模擬，著重考察了極板表面液膜對(duì)電暈放電過程中電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度和粒子（

4、電子、離子）濃度的影響。結(jié)果表明，煙氣濕度增加，靜電除塵器的工作電壓窗口增大。濕式水膜極板靜電場(chǎng)的電暈電流比干式極板靜電場(chǎng)高50～80％。濕式水膜極板與干式極板表面電暈電流密度比δ與電暈電流密度分布呈正相關(guān)關(guān)系。極板表面區(qū)域不同，電暈電流密度比δ不同（1＜δ＜3）。極板表面液膜使極板表面電暈電流密度分布變得不均勻。濕式水膜極板靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度和電子溫度均大于干式極板靜電場(chǎng)，放電區(qū)域內(nèi)的粒子密度（電子、離子）約為干式極板靜電場(chǎng)的2倍;<

5、br>　　2)圍繞靜態(tài)靜電場(chǎng)中收塵極板表面液膜的失重規(guī)律展開研究，考察了極配形式及液膜屬性等參數(shù)對(duì)極板表面液膜蒸發(fā)特性的影響并提出了適用于直流靜電場(chǎng)的液膜蒸發(fā)模型。在此基礎(chǔ)上，著重研究了靜電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)耦合條件下的液膜失重規(guī)律并分析了多場(chǎng)協(xié)同作用下液膜失重的主導(dǎo)因素。結(jié)果表明，直流靜電場(chǎng)中極板表面液膜中水分子被極化，離子風(fēng)沖擊液膜表面，提高了液膜與煙氣間的熱質(zhì)交換速率，液膜蒸發(fā)為一等速蒸發(fā)過程。液膜添加溶質(zhì)，蒸發(fā)速率受到抑制，液膜

6、蒸發(fā)分為等速和降速兩個(gè)過程，氣液接觸面首先析出晶體。靜電場(chǎng)和流場(chǎng)相互耦合，提高了煙氣的湍流強(qiáng)度。溫度場(chǎng)提高了分子動(dòng)能，溫度場(chǎng)和靜電場(chǎng)耦合作用下的液膜蒸發(fā)速率大于單場(chǎng)直接疊加后的蒸發(fā)速率。低溫度和低流速時(shí)，外加靜電場(chǎng)對(duì)煙氣與濕極板表面間熱質(zhì)交換速率的提高更加顯著;
　　3)分析了顆粒物在干式和濕式水膜極板靜電場(chǎng)中的荷電和荷電顆粒在收塵極板表面堆積形貌、粒徑分布特性。以電子在沉積顆粒間的遷移傳遞過程為基礎(chǔ)，分析了濕式水膜極板表面顆粒沉

7、積、長(zhǎng)大及脫落機(jī)理，明確了極板表面液膜在顆粒物荷電、堆積和脫落過程中的作用。結(jié)果表明，極板表面液膜對(duì)顆粒物的荷電過程具有促進(jìn)作用，尤其對(duì)以擴(kuò)散荷電為主導(dǎo)機(jī)制的顆粒物(Di＜0.1μm)荷電量的提升效果更明顯。靜電除塵器實(shí)現(xiàn)了顆粒物的分級(jí)脫除，同一位置處(L=200cm)，濕式水膜極板表面沉積顆粒物中PM2.5的含量大于干式極板（77.32％干式、80.09％濕式），極板表面液膜提高了靜電場(chǎng)內(nèi)顆粒物的沉積效率。干式極板表面顆粒堆積形貌、粒

8、徑分布與極板表面電暈電流密度分布一致;濕式水膜極板表面堆積的顆粒呈無規(guī)則的散點(diǎn)球狀分布;
　　4)研究了煙氣與濕式水膜極板表面熱濕交換過程中，靜電場(chǎng)內(nèi)溫/濕度場(chǎng)的分布及演變規(guī)律、出口煙氣中顆粒物的粒徑分布和靜電場(chǎng)內(nèi)顆粒物的脫除特性，明確了熱濕交換過程對(duì)靜電場(chǎng)中顆粒物的作用機(jī)制。同時(shí)，以出口煙氣中團(tuán)聚體的表面微觀形貌為基礎(chǔ)，探討了顆粒物在煙氣中水作用下的團(tuán)聚模型及發(fā)展機(jī)理。研究結(jié)果表明，靜電場(chǎng)作用下，極板表面液膜中水分子蒸發(fā)趨中運(yùn)動(dòng)

9、與帶電水合離子趨壁運(yùn)動(dòng)相互矛盾，濕度場(chǎng)重新分布，放電空間中濕度場(chǎng)濃淡分離。熱濕交換過程中，煙氣中亞微米顆粒物(Di＜0.1μm)的數(shù)量濃度降低，微米級(jí)顆粒物(Di＞1μm)的數(shù)量濃度上升，顆粒物在水分子的作用下團(tuán)聚并長(zhǎng)大。低熱濕交換速率時(shí)，顆粒物間團(tuán)聚形式主要以細(xì)顆粒物間相互黏附和細(xì)顆粒物黏附粗顆粒物為主，形成的團(tuán)聚體尺寸較?。―i≈1μm）;高熱濕交換速率時(shí)，低熱濕傳遞速率下形成的團(tuán)聚體進(jìn)一步團(tuán)聚，團(tuán)聚體尺寸較大（Di≈3μm），同時(shí)