不锈钢纤维滤袋式电除尘器的实验研究

第31卷第6期1999年12月　南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Jou rnal of N an jing U n iversity of A eronau tics&A stronau tics　V o l.31N o.6　D ec.1999不锈钢纤维滤袋式电除尘器的实验研究α苏明旭1)　袁保宁2)　罗　涌2)　刘德彰1)(1)南京航空航天大学动力工程系　南京,210016)(2)无锡东雄重型电炉有限公司　无锡,214081)摘要　对一种新型的不锈钢纤维滤袋式电除尘器(简称袋式电除尘器)进行了理论分析和实验研究。

研究结果表明,该滤袋式电除尘器比管式电除尘器和现在使用的袋式除尘器都具有更高的除尘效率,而且对细微粉尘具有更强的捕集能力。

从效率与过滤风速、电场电压及粉尘浓度的关系曲线中,也显示出这些基本参数对滤袋式电除尘器除尘效率的影响规律。

因此,可广泛应用于炼钢电炉和工业炉窑的除尘设备。

作者的工作有助于研究电除尘器,对设计高效率和寿命长的电除尘装置具有指导作用。

关键词:静电除尘器;效率;过滤除尘;过滤风速;粉尘浓度中图分类号:T K09;X756引 言目前,用于对烟尘污染的除尘方式主要有:重力除尘、惯性力除尘、离心力除尘、洗涤除尘,滤袋除尘和电除尘等。

对较细粉尘(<5Λm)以袋式除尘和电除尘为主。

发达国家在除尘器的基础理论和应用方面的研究都开展得较早,如德国鲁奇公司、日本三菱公司、美国NO XSO公司等在除尘机理、除尘器设计、造型和维护使用等方面虽都有一套较成熟的经验模式,并且其研究工作的力度仍在不断加大[1～4]。

我国对除尘技术的研究起步较晚,从70年代开始,对电除尘器的气流分布、结构优化、清灰振打、烟气调质等方面进行了一些研究工作,但进展缓慢。

电除尘器虽已开始使用,但许多企业仍在沿用老式的布袋除尘器。

本文将电除尘与袋式除尘的优点集于一体,构成一种新型的不锈钢纤维滤袋式电除尘器,并对其机理与应用进行了研究。

1　除尘原理电除尘器的电场力是在高达几万伏甚至十几万伏的高压电作用下的静电场中形成的。

α收稿日期:1999203225;修改稿收到日期:1999205218第一作者　苏明旭　男,硕士生,1976年6月生。

11放电极;21集尘板;31粉尘层;41未荷电的粉尘颗粒;51荷电的粉尘;61电晕区图1　静压除尘器工作原理示意图其除尘工作原理如图1所示[5,6],当带粉尘的气体进入电除尘器时,将经历气体电离、粉尘荷电、荷电粉尘被捕集和从集尘极上清灰等四个主要阶段。

普通的袋式除尘机制,若将滤袋的一个捕集单元看作一圆柱(或圆球),即如图2所示,它有扩散沉降、直接截留、静电沉降和惯性沉降等几种作用。

一般情况下,这几种捕集机制对粉尘的捕集所起的作用是相当的。

若将滤袋材料换作不锈钢纤维并作为电场的一极,在它与放电极之间加上数万伏的高压电,这就构成不锈钢纤维滤袋电除尘器。

这样,就可使原袋式除尘机制中的静电沉降效应成百上千倍地增加[7];同时,滤料对粉尘的粘附作用也会大大加强。

因此,作为除尘器集尘极的不锈钢纤维滤料,就起着过滤和静电吸附的双重作用,大大提高了对粉尘颗粒的捕集能力。

2　实验装置及测试方法模型实验装置如图3所示,高电压通过高压电源设备给出。

用于产生电晕放电的关键部件——放电极,采用了十字交叉鱼骨针电极。

集尘极由不锈钢金属纤维(直径8Λm ,平均孔径30Λm )烧结的滤袋构成,整个滤袋高1500mm ,直径250mm 。

11扩散沉降;21直接截留;31静电沉降;41惯性沉降图2　袋式除尘捕集机制11风机;21阀门;3151101131插板阀;41粉尘加注器;61绝缘子;71筒体;81滤袋;91放电极;111帽头;121反吹管图3　实验装置示意图实验中采用水排和倾斜式微压计测量烟气流量和压力损失,出口粉尘浓度的测量则由如图4所示的激光探头粉尘浓度测量装置完成[8～10]。

工作时,激光经过空间滤波器1和透镜2,形成一束平行光并穿过被测的粉尘群3,然后被收集透镜4聚集在一个经过特殊设计的多元光纤分布板5上,再经光纤传输至光电检测器6,其信息最后由计算机7处理后得出颗粒平均尺寸及粉尘浓度。

其中,收集透镜4是由一傅里叶透镜构成,它可将具有相同散射角的散射光聚焦在焦平面的同一个环内。

046南　京　航　空　航　天　大　学　学　报第31卷11半导体激光器及其空间滤波器;21准直透镜;31被测粉尘;41傅里叶透镜;51多元光纤分布板;61光电检测器;71计算机图4　浓度测量装置示意图3　实验结果与分析实验中采用的粉尘平均粒径为7Λm ,粉尘在实验前经烘干处理。

实验中的过滤速度与除尘器压力损失对应关系由表1列出。

实验的工况:①电压u 为40kV 和0kV ,过滤风速v 为1～6m m in ,入口粉尘浓度为2,4,6,8g m 3;②过滤风速为3m m in ,电压为10,20,30,40,50kV ,入口粉尘浓度为2,4,6,8g m 3。

根据实验结果可讨论以上三个参数的变化对除尘效率的影响及其内在规律。

现取其中一组实验结果进行讨论(见图5～7):表1　压力损失表v m ・m in -1123456压力损失 mmH 2O46～5072～7590～95106～110120～124144～150图5　除尘效率2过滤风速关系(浓度:4g m 3)(1)在一定的粉尘浓度下,袋式电除尘器在加电压(40kV )和零电压下除尘效率都有随过滤风速增大而下降的趋势。

在不加电压时,这种下降趋势比较明显,而在加上40kV电压后,过滤风速增大对除尘效率的影响作用将明显减弱。

这充分表明了对这种袋式电除尘器施加高电压可使其在较大的过滤风速下仍能保持很高的除尘效率。

换句话说,在保证除尘效率不下降的情况下,同一台除尘器在加上高电压后可以有数倍于不加电压时的处理烟气量。

这一结论可由袋式除尘器的除尘机理进行分析,当颗粒在击中捕集物后是被气流冲动带跑还是继续停留在捕集物图6　除尘效率2粉尘浓度关系(过滤风速:3m m in )表面主要取决于颗粒与捕集物之间的粘着作用。

如前所述,颗粒与捕集物之间的粘着力,不考虑化合结合力,从宏观角度考虑主要有三种:范德华斯力、毛细管粘着力、静电库仑粘着力。

通常情况下(无外加电场),范德华斯力和毛细管粘着力及静电库仑粘着力处于同一数量级,在增大过滤风速时,更强的气流和颗粒运动将使粘着不够紧密的颗粒脱离捕集物,被急速的气流扯开而带走,同时,过滤风速的增大还可能使原来形成的链状的集合体断裂,从而破坏已经建立起来的稳定的筛滤作用,使除尘器对粉尘颗粒的捕集效果下降。

当加上高电压后,使除尘机理中的静电效应大大加强,同时也使静电库仑粘着力成百上千倍地增大,保证了粉尘与滤料、粉尘与粉尘之间有足够的粘着力来抵抗气流扯动的影响。

缓解了坍陷或穿孔现象的发生。

146第6期苏明旭,等:不锈钢纤维滤袋式电除尘器的实验研究图7　除尘效率2电压关系(过滤风速:3m m in )(2)在过滤风速一定的情况下,随着入口粉尘浓度增大,不加电压时除尘器的除尘效率会明显下降,而加电压时除尘效率没有明显的下降趋势。

这一结果表明在对袋式除尘器加上高电压后,除尘效率受入口粉尘浓度的影响较小,它对粉尘浓度的适应性较强。

在实验工况内还没有明显的电晕闭塞现象出现。

但是每台电除尘器都有一个粉尘浓度适应范围,如果浓度继续增高至产生电晕闭塞,就会出现电晕电流几乎为零,气体离子所形成的空间电荷减少,粉尘粒子荷电的机会也相应减少,除尘效率就会显著下降。

所以,如果待处理的粉尘浓度很高,一般应采用分级处理的方法,可在前面先由一旋风式除尘器或其他简易除尘器进行处理,这样,既可解决浓度过高带来的问题,又可充分发挥电除尘的高效率。

(3)在除尘器的过滤风速一定(3m m in ),入口粉尘浓度一定的情况下,除尘效率随着所加电压的增大而提高。

电压主要是从三个方面影响除尘效率:①影响电晕电流的大小,从而影响空间自由电荷的数目。

电压越高,气体的电离作用加强,自由电荷越多,粒子荷上电的机会就越大,同时粒子的荷电量也会相应增加,这样,除尘器中运动的粉尘就会尽快地受到更强的电场力的作用。

②直接影响电场强度的高低,在除尘装置几何尺寸一定的情况下,所加电压越高,电场强度越大,粒子所受的电场力相应增大。

③影响粉尘颗粒与捕集物之间的粘附效果,在加上数万伏的高电压后,粉尘颗粒与捕集物间的静电库仑粘着力会成百上千倍地增加,强大的粘附效果使得颗粒很难被气流带走,因而除尘效率大大提高。

(4)将本实验结果与管式电除尘器实验[6]相比较可知,在同等工况条件下,本装置可获得比管式电除尘器更高的除尘效率及对细微粉尘颗粒的捕集效果,同时还具有更高的处理烟气能力和较低的电压等级。

其中,对细微颗粒捕集能力的提高主要是由扩散沉降捕集机制和粉尘层二次过滤实现的。

4　结 论不锈钢纤维滤袋式电除尘器的模型实验表明,结合电除尘与袋式除尘原理研制的新型不锈钢纤维滤袋式电除尘器的方案是可行的,这种新型除尘装置具有以下优点:(1)在一定的粉尘浓度、过滤风速和电压条件下,电除尘器的除尘效率可以高达99.9%以上,虽然比管式电除尘器仅提高1%左右,但它显示出对细微粉尘(1Λm 左右)很强的捕集能力,使烟气净化更彻底。

(2)由于过滤风速的提高,除尘器对烟气的处理能力大大加强,可达到普通布袋除尘器的4～5倍,使除尘装置结构缩小,占用厂房面积大大减少,投资费用也可减少。

(3)由于采用了不锈钢金属滤袋,除尘器的进口烟气温度比普通布袋除尘器大大提高,可达到300℃以上,因此,不需对烟气掺入大量冷空气。

大大节约了能耗,降低了运行成本。

246南　京　航　空　航　天　大　学　学　报第31卷参考文献1　Sandboch F .P rinci p les of po llu ti on con tro l .N ew Yo rk :L ongm an ,1982.16～312　C raw fo rd M .A ir po llu ti on con tro l theo ry .Cam b ridge ,1976.64～1053　D avies C N .A ir filtrato r .A cadem ic P ress ,1973.30～514　[日]井伊谷著.除尘装置的性能.马文彦译.北京:机械工业出版社,1986.66～1085　黎在时.静电除尘器.北京:冶金工业出版社,1993.25～50,91～976　孙　在.管式电除尘器的实验研究:[学位论文].南京:南京航空航天大学,19987　Sergeer Y A ,M u rom sky M Y .O n p ropagati on of concen trati on distu rbances in am agnetically stab ilized flu idized bed .M u lti phase F low ,1994,20(4):927～9388　李海青.多相流粉测技术进展.北京:石油工业出版社,1996.164～2059　朱　震,王式民.用光学计数方法检测排烟粉尘尺寸分布及浓度.能源研究与利用,1998,(4):24～2710　陆　勇,叶　茂,王式民,等.双光路光散射法在线测量粉尘浓度的实验研究1东南大学学报,1999,29(1):69～73Exper i m en ta l I nvestiga tion of Sack -Electrosta tic Prec ip ita torM ade of F ibrous Sta i n less Steel S u M ing x u 1)　Y uan B aon ing 2)　L uo Y ong 2)　L iu D ez hang1)1)　D epartm en t of Pow er Engineering,N an jing U n iversity of A eronau tics &A stronau tics N an jing,210016(2)W ux iDongx i ong H eavy A rc 2Fu rnace Co .L td W ux i ,214081)Abstract A theo retical and exp eri m en tal investigati on on a new typ e of sack 2electro static p reci p itato r (SEP )m ade of fib rou s stain less steel is p resen ted .T he exp eri m en tal resu lts show that the SEP is m o re efficien t than a tubu lar 2EP and o ther ex isting sackp reci p itato rs .It draw s a conclu si on that SEP is better in co llecting sligh t p articles thantubu lar 2EP and sack p reci p itato rs.T he cu rves of efficiency versu s filtering velocity ,vo ltage and du st con sistency indicate how these p ri m ary p aram eters influence the efficiency of the SEP .T herefo re ,the SEP m ay be u sed as a ex ten sively du st trap fo r steel m ak ingelectric 2fu rnaces and som e o ther indu strial ones.T he w o rk is help fu l to research electro static p reci p itato r and design efficien t and endu rab le electro static p reci p itato r equ i pm en ts.Key words :electro static du st p reci p itato rs ;efficiency ;du st rem oval by filtrati on ;filteringvelocity ;du st con sistency 346第6期苏明旭,等:不锈钢纤维滤袋式电除尘器的实验研究。