膜結(jié)構(gòu)濕式電除塵器實驗研究.ppt

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膜結(jié)構(gòu)濕式電除塵器實驗研究,1,,介紹內(nèi)容,2,1.濕式電除塵器概述2.膜結(jié)構(gòu)濕式電除塵器實驗研究,1.濕式電除塵器概述,3,與ESP基本相同，WESP由電暈線(陰極)、沉淀極(陽極)、絕緣箱和供電電源組成。（1）工作原理：在除霧器的陽極板(筒)和陰極線之間施加數(shù)萬伏直流高壓電，在強(qiáng)電場的作用下，陰陽兩極間的氣體發(fā)生充分電離，使得除霧器空間充滿帶正、負(fù)電荷的離子；隨工藝氣流進(jìn)人除霧器內(nèi)的塵(霧)粒子與這些正、負(fù)離子相碰撞而荷電，帶電塵(霧)粒子由于受到高壓靜電場庫侖力的作用，分別向陰、陽極運(yùn)動；到達(dá)兩極后，將各自所帶的電荷釋放掉，塵(霧)粒本身則由于其固有的黏性而附著在陽極板(筒)和陰極線上，然后通過流體沖洗的方法清除。,與一般干式靜電除塵器（ESP）原理相同，通過對顆粒物荷電，借助靜電力將顆粒物除去。WESP一般在飽和濕煙氣條件下工作。WESP較ESP可以采用更高的設(shè)計煙氣流速，因此體積更小。WESP借助水力清灰，不會產(chǎn)生集塵及二次飛揚(yáng)?？刹捎盟綒饬?、上升及下降氣流幾種設(shè)計形式。因此，顆粒的重新攜帶和由于振打帶來的損失對于干式ESP來說是需要考慮的，而WESP需要考慮的主要問題是使集塵極表面的水膜水均勻穩(wěn)定，不產(chǎn)生斷流和干區(qū)，以及集塵極的腐蝕問題。,4,（2）WESP與干式ESP的比較,（3）WESP技術(shù)的效果與作用,WESP應(yīng)用的直接效果可有效去除SO3、重金屬、微細(xì)粉塵（PM2.5）、細(xì)小液滴、等，去除效率可達(dá)90％以上?？纱蟠蠼档蜔煔獾牟煌该鞫龋啙岫龋?。WESP應(yīng)用的間接效果基本上解決了濕法脫硫帶來的問題SO3和水霧的大量去除，可以有效降低煙囪防腐的防腐等級可以滿足更高的環(huán)保要求減少水耗、降低運(yùn)行費(fèi)用,與干式ESP相比，WESP特別適合于以下場合：煙氣含濕量高，煙溫接近露點溫度；煙氣中含有黏性顆粒和霧滴（如硫酸霧）；需要有效捕集亞微米細(xì)顆粒。綜上，WESP特別適合于捕集經(jīng)濕法脫硫或洗滌后煙氣中的細(xì)顆粒；因此，目前WESP常與濕法煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)合，用于捕集脫硫凈化濕煙氣中的細(xì)粉塵、酸霧及汞等。,整體式WESP/WFGD系統(tǒng),6,（4）WESP的適用場合,（5）WESP存在的主要問題,沖洗水難以均布于集塵極表面，導(dǎo)致極板上水道和收集塵?！案晌埸c”的形成，不能連續(xù)地洗滌極板上積聚的粉塵；由于其常工作在潮濕的環(huán)境中，導(dǎo)致集塵極腐蝕較為嚴(yán)重。美國俄亥俄州立大學(xué)于上世紀(jì)九十年代末提出了薄膜濕式靜電除塵技術(shù)（見圖10.2），利用纖維薄膜取代了傳統(tǒng)的金屬集塵電極，使?jié)袷诫姵龎m器在處理高比電阻微細(xì)粉塵時能獲得更高的除塵效率，且解決了濕式電除塵器在潮濕環(huán)境中金屬極板被腐蝕的難題。,濕式薄膜靜電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu),7,(6)WESP國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀,WESP已經(jīng)在制酸和冶金等工業(yè)過程中取得廣泛和成功的應(yīng)用。在電廠應(yīng)用還不普及，目前在北美僅有幾家美國電廠使用WESP來控制煙氣混濁度及收集酸霧、粉塵顆粒。如：2000年NB電力公司Dalhousie電廠315MW容量WFGD系統(tǒng)WESP改造。2001年Xcel能源公司Sherburne電廠兩臺750MW的機(jī)組2002年NB電力ColesonCove電廠的3350MW機(jī)組等。在日本，WESP也得到應(yīng)用，日本三菱重工研究開發(fā)的WESP已有10多套在燃煤電廠中應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用表明，WESP對濕煙氣中的細(xì)粉塵、酸霧及汞等均有較佳的脫除效果。,8,國外情況,國內(nèi)情況,在冶金行業(yè)、硫酸工業(yè)已有多年成功的運(yùn)行經(jīng)驗，是一項非常成熟的技術(shù)。已制定《電除霧器》標(biāo)準(zhǔn)HJ/T323-2006。技術(shù)特點：單體處理煙氣量較小，一般不超過5萬m3/h。設(shè)計煙氣流速較低，一般為1m/s左右。集塵極多采用PV或FRP材質(zhì)。還沒有處理大煙氣量、用于濕法脫硫后的應(yīng)用。,9,2.膜結(jié)構(gòu)濕式電除塵器實驗研究,濕式靜電除塵器對于收集酸性煙霧和細(xì)微粒子有很大的前景，也同時消除實質(zhì)上的二次揚(yáng)塵。但是，由于噴灑水的表面張力導(dǎo)致的干斑的形成和收集器表面的腐蝕，限制了當(dāng)前濕式除塵器的可應(yīng)用性。膜濕式除塵器以編織纖維膜為載體，解決了板式收塵極布水的不均勻問題。膜濕式靜電除塵器（MWESP)以編織纖維膜為收塵極，改變電除塵設(shè)備對鋼材的依賴；以重力協(xié)助下的毛細(xì)作用為布水機(jī)理，改變板式收塵極的布水不均勻性；作為液相載體的編織纖維膜具有眾多的可選擇性，多種耐酸材料的選擇避免濕式除塵設(shè)備的腐蝕問題；同時完全消除二次揚(yáng)塵并維持穩(wěn)定的高場強(qiáng)。,2.1前言,10,2.2布水機(jī)理,編織纖維中的毛細(xì)作用,h——毛細(xì)效應(yīng)高度，m,q——毛細(xì)管流量，m3/s,η——液體粘度,mL——毛細(xì)管長度,m,毛細(xì)效應(yīng)高度與液體流量成反比，毛細(xì)管越細(xì)，當(dāng)量半徑越小，毛細(xì)效應(yīng)高度則越大，但液體流量顯著減小，因此不可能在提高毛細(xì)效應(yīng)高度的同時達(dá)到增大毛細(xì)管流量的目的?？梢娫诿?xì)效應(yīng)高度一定時，只能通過增加毛細(xì)管的根數(shù)來提高液體流量。,r——表示毛細(xì)管當(dāng)量半徑，mθ——固液接觸角,11,重力協(xié)助的毛細(xì)作用布水,水的毛細(xì)作用傳輸保證了極板上任何位置都可以保證有水流的經(jīng)過，使得在極板干斑形成最小化——即當(dāng)水珠或水道流過持續(xù)地薄片或板時形成的干燥斑點。,固態(tài)板式收塵極,編織纖維膜收塵極,金屬板,碳纖維膜,12,布水方式,定壓布水,管孔布水,這種布水方式簡單，但注意的是小孔間距一定要保證間距間的膜可以有效潤濕，并具有載運(yùn)吸收的粉塵的能力。,這種布水方式相對復(fù)雜，但其一方面可以保證布水完全的均勻性和穩(wěn)定性，不存在由于點供水時導(dǎo)致一定程度的差別，另一方面可以進(jìn)一步節(jié)約用水。,13,2.3試驗裝置圖,膜濕式靜電除塵器實驗系統(tǒng),14,2.4布水均勻性與膜特性試驗研究,采用管路小孔的供水方式，控制范圍為2.297～6.234L/min，為膜提供均勻的布水，設(shè)計之前，先對管路的布水均勻性進(jìn)行計算機(jī)模擬，作為這種方案可行的依據(jù),進(jìn)水口、出水孔管徑圖布水方式示意圖,（1）布水器布水均勻性模擬,15,針對碳基纖維和二氧化硅基纖維可能被用來在各種典型的電除塵環(huán)境下代替鋼板的可行性進(jìn)行研究。其一個很重要目的為實現(xiàn)膜材料選擇的本地化，所以選用材料為各種國產(chǎn)碳纖維編織膜以及一種用于對比的耐酸布以及金屬陽極板。,（2）編織纖維膜特性研究,碳纖維技術(shù)參數(shù),實驗用碳纖維,16,單點供水浸潤性質(zhì),耐酸布布水特性,單點供水浸潤實驗,17,纖維束方向?qū)嶒?纖維束方向?qū)嶒?單向,雙向,18,毛細(xì)作用能力研究,3k碳纖維膜6k碳纖維膜12k碳纖維膜,3k、6k、12k三種碳纖維膜采用的都為同一種PAN基碳纖維原絲，K是指一束纖維束中所包含的碳纖維絲數(shù)量，所以并不存在毛細(xì)管材料特性導(dǎo)致的毛細(xì)作用高度不同。由圖我們可以看到三種碳纖維紗在400倍放大下的粗細(xì)無明顯差異。,19,蓄水量研究,不同碳纖維膜蓄水量,3k的碳纖維膜的蓄水量最少，而12k的最大，6k碳纖維膜介于兩者之間，這可以由三種碳纖維膜在在相同面積下原絲數(shù)量不同的到合理解釋，而同時我們由表的第五列可以看到質(zhì)量利用率最高的是3k碳纖維膜，而單位質(zhì)量的蓄水量最少的為12k碳纖維膜，因此我們推斷在保證膜的布水均勻性和粉塵承載能力的前提下，應(yīng)該選擇單位面積質(zhì)量較小的纖維膜，以節(jié)約成本。,20,質(zhì)量成本計算,采用纖維膜代替金屬陽極板可以徹底的減少鋼材用量，降低安裝、運(yùn)輸、維修和服務(wù)的工作量和成本，并且能夠降低改裝和新型設(shè)計應(yīng)用方面的整體費(fèi)用。,本章小結(jié),1）布水均勻性模擬通過壓力分布和出水孔流速分布比較，證明這種管孔布水方式可以保證膜上部的供水均勻，布水方式設(shè)計可以滿足實驗要求。2）單點供水浸潤實驗得到在布水孔間距增大到100mm時，可以保證膜的整體潤濕。3）通過纖維束方向?qū)嶒灪兔?xì)作用的進(jìn)一步分析得到編織纖維膜的毛細(xì)作用主要源于纖維束中纖維絲之間形成的毛細(xì)孔，各種膜的毛細(xì)作用高度不同證明了纖維紗中纖維絲之間并不是理想的緊密規(guī)則排列，也存在著一定程度的空隙，這種空隙隨著單束纖維紗的纖維絲根數(shù)增加而減小。4）三種碳纖維膜的蓄水量質(zhì)量利用率隨著單位面積的增大而減小，在不考慮其他因素的前提下選用單重較小的纖維膜更具有經(jīng)濟(jì)性。5）簡要的傳統(tǒng)靜電除塵器的收塵極對比，采用纖維膜代替金屬收塵極具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。,22,2.5極配特性實驗研究,正四斜二齒相間齒長20mm芒刺板,齒長30mm芒刺板齒長40mm芒刺板,三種干式膜伏安特性,(1)空載伏安特性,23,三種濕式膜伏安特性,3k碳纖維膜布水與無水6k碳纖維膜布水與無水,12k碳纖維膜布水與無水,3k碳纖維膜，無水和布水下的火花放電電壓基本相同，在相同外加電壓下，場電暈電流為干式膜收塵極略高，而6k和12k膜的電暈電流也表現(xiàn)為類似情況，但6k和12k膜在布水時便火花放電電壓比無水時明顯提高，差距達(dá)10KV左右。,24,采用12k碳纖維膜,正四斜二齒相間芒刺線齒長20mm芒刺板,齒長30mm芒刺板齒長40mm芒刺板,25,（2）負(fù)載伏安特性,定載荷下各種放電極伏安特性,,,正四斜二齒相間芒刺線齒長20mm芒刺板,齒長30mm芒刺板齒長40mm芒刺板,26,正四斜二齒相間芒刺線齒長20mm芒刺板,齒長30mm芒刺板齒長40mm芒刺板,27,不同載荷下伏安特性,（3）變載下伏安特性,為了確定在效率試驗中，不同程度載荷對電場的影響情況，我們測試采用給料機(jī)分別給料為20g/min、30g/min、40g/min、50g/min、75g/min、100g/min下的伏安特性，由于前邊試驗中已經(jīng)得出結(jié)論，布水量并不明顯影響到電場特性，所以在這里調(diào)節(jié)供水量為定值250L/h。,28,1）碳纖維膜完全可以替代金屬收塵極。2）12k碳纖維膜在提供更好的布水均勻性的同時，更保持相同電壓下更高的電暈電流。3）濕式膜相對于干式膜，提供更高的火花放電電壓，以維持更高的電場強(qiáng)度，這對收塵是十分有利的。4）在空載和負(fù)載情況下，布水量的不同并不對電場的伏安特性產(chǎn)生明顯的影響，幾種膜的伏安特性主要取決于放電極形式，其中齒長40mm芒刺板表現(xiàn)優(yōu)異。5）在滿足布水量有效沖刷膜上收集的粉塵情況下，載荷的變化對電暈電流產(chǎn)生微小影響，電場特性沒有明顯變化。由以上結(jié)論，我們在以后的效率試驗中采用電暈極為齒長40mm芒刺板，收塵極為12k碳纖維膜。,（4）本章小結(jié),29,2.6效率實驗研究,滑石粉效率,用中位徑為19.62μm的滑石粉，其粒度分布接近工業(yè)粉塵,測試工況及計算結(jié)果,電除塵器的捕集效率可以達(dá)到99.9%，而本實驗中實驗2的除塵效率最高，99.624%，原因為本實驗系統(tǒng)是搭建在實驗室的單室單通道小型設(shè)備，有效收塵膜面積也只有0.8m2，與實際電除塵器尺寸相差甚遠(yuǎn)。所以很有必要將其與同等實驗條件下的其他收塵極形式的除塵效率進(jìn)行比較。,30,不同收塵極形式下除塵效率,沒有防風(fēng)槽的平鐵板在主煙氣流沖擊極板上以收集的灰塵形成二次揚(yáng)塵，導(dǎo)致效率最低。芒刺板充分利用在接地收塵極板上芒刺的反電暈產(chǎn)生的強(qiáng)離子風(fēng)作用，變不利收塵為有利收塵，所以提供比較高的收塵效率。碳纖維氈由于其絮狀纖維的良好導(dǎo)電性和電場中電場力作用下無數(shù)細(xì)小纖維尖端指向放電極，相當(dāng)于更多芒刺的芒刺板，收塵效率進(jìn)一步提高，但由于碳纖維氈的物理拉伸強(qiáng)度不大和沉積在碳?xì)謨?nèi)部的粉塵無法有效清除，在實際生產(chǎn)中無法有效應(yīng)用。而濕式碳纖維膜，編織纖維結(jié)構(gòu)為水膜提供良好的載體，水膜為收塵極提供導(dǎo)電性和粉塵的捕集清理。完全的消除二次揚(yáng)塵和粉塵板結(jié)問題，幾乎適用于電除塵的任何方面，在這里提供最高的捕集效率。,31,分級效率曲線,傳統(tǒng)的濕式除塵器而言，雖然消除了二次揚(yáng)塵，但布水不均的問題導(dǎo)致局部板結(jié)形成干斑，發(fā)生反電暈，采用噴水一定程度上消除干斑，卻導(dǎo)致電場的局部短路，電壓驟降，無法維持高場強(qiáng)。而濕式膜正是由于可以維持穩(wěn)定的高場強(qiáng)，以及水對微細(xì)粉塵的有效捕集決定了它在細(xì)微粉塵處理方面的更大優(yōu)勢。,32,微硅粉效率,測試工況及計算結(jié)果,33,本章小結(jié),1）齒長400mm芒刺板對12k碳纖維濕式膜的極配形式在同極距為400mm下的膜濕式靜電除塵器具有很高的粉塵捕集效率，對中位徑19.62μm的滑石粉總效率實驗最高值為99.624%。2）在分級效率數(shù)據(jù)中，膜濕式靜電除塵器同傳統(tǒng)電除塵設(shè)備具有相同的規(guī)律，隨著粉塵粒徑的增大，捕集效率普遍提高，但不同的是并不是隨著粒徑的減小而驟降，而是依然保持很好捕集效果。3）在微硅粉實驗中，展示了良好的對亞微米粉塵的控制能力，99%以上的高效率遠(yuǎn)高于普通靜電除塵器。,34,2.7結(jié)論,1）布水均勻性模擬通過壓力分布和出水孔流速分布比較，驗證這種管孔布水方式可以完全保證對膜的供水均勻，布水方式設(shè)計可以滿足實驗要求。2）通過單點供水浸潤實驗得到在布水孔間距增大到100mm時，同樣可以保證膜的整體潤濕。3）通過纖維束方向?qū)嶒灪兔?xì)作用的進(jìn)一步分析得到編織纖維膜的毛細(xì)作用主要源于纖維束中纖維絲之間形成的毛細(xì)孔，各種膜的毛細(xì)效應(yīng)高度不同證明了纖維紗中纖維絲之間并不是理想的緊密規(guī)則排列，也存在著一定程度的空隙，形成的毛細(xì)管當(dāng)量半徑隨著單束纖維紗的纖維絲根數(shù)增加而減小。4）三種碳纖維膜的蓄水量質(zhì)量利用率隨著單位面積重量的增大而減小，在不考慮其他因素的前提下選用單重較小的纖維膜更具有經(jīng)濟(jì)性。5）簡要的傳統(tǒng)靜電除塵器的收塵極對比，采用碳纖維膜完全可以替代金屬收塵極并具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。6）在極配試驗中，12k碳纖維膜在提供更好的布水均勻性的同時，更保持相同電壓下更高的電暈電流。,35,7）濕式膜相對于干式膜，提供更高的火花放電電壓，以維持更高的電場強(qiáng)度，這對收塵是十分有利的。8）在空載和負(fù)載情況下，布水量的不同并不對電場的伏安特性產(chǎn)生明顯的影響，幾種膜的伏安特性主要取決于放電極形式，其中齒長40mm芒刺板表現(xiàn)優(yōu)異。9）在滿足布水量有效沖刷膜上收集的粉塵情況下，載荷的變化對電暈電流產(chǎn)生微小影響，電場特性沒有明顯變化。10）齒長40mm芒刺板對12k碳纖維濕式膜的極配形式在同極距為400mm下的膜濕式靜電除塵器具有很高的粉塵捕集效率，對中位徑19.62μm的滑石粉總效率實驗最高值為99.624%。11）在分級效率數(shù)據(jù)中，膜濕式靜電除塵器同傳統(tǒng)電除塵設(shè)備具有相同的規(guī)律，隨著粉塵粒徑的增大，捕集效率普遍提高，但不同的是并不是隨著粒徑的減小而使捕集效率驟降，而是依然保持對細(xì)微粉塵很好的捕集效果。12）在微硅粉實驗中，膜濕式靜電除塵器展示了良好的對亞微米粉塵的控制能力，99%以上的高效率遠(yuǎn)高于普通靜電除塵器。,36,藍(lán)天白云下的城市,請愛護(hù)我們的環(huán)境，為了身心健康，為了能夠生活在藍(lán)天白云之下而奉獻(xiàn)出一份力量。,謝謝！,37,