荷電對(duì)粉塵過濾過程影響的研究

詹亮亮，盧錦奎，翁煜彬

（1.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 龍巖 364000）

荷電對(duì)粉塵過濾過程影響的研究

詹亮亮1，盧錦奎1，翁煜彬2

（1.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 龍巖 364000）

針對(duì)電袋復(fù)合除塵器工程技術(shù)開發(fā)的需求，進(jìn)行了粉塵荷電對(duì)過濾過程影響的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果顯示，荷電對(duì)粉塵的過濾壓降等都會(huì)產(chǎn)生一定影響，并且在荷電條件下，粉塵顆粒在輸送過程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的聚并現(xiàn)象。

粉塵荷電;過濾壓降;顆粒聚并

1 實(shí)驗(yàn)概述

粉塵過濾是電袋復(fù)合除塵器除塵過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其效果直接影響除塵器的整體性能。隨著除塵工程要求的不斷提高，針對(duì)粉塵過濾效果的各種影響因素進(jìn)行深入研究是非常必要的。本次實(shí)驗(yàn)在清華大學(xué)已有的顆粒物脫除性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行：在過濾風(fēng)速分別為1.3、1.5、1.8、2.0m/min，粉塵濃度分別為20、40、60、80g/m3，模擬氣溫度為常溫，模擬氣成分為普通除濕處理空氣等條件下，并分別在荷電和不荷電兩種情況下進(jìn)行測(cè)試。

本次測(cè)試選用內(nèi)蒙古煤種在煤粉爐燃燒產(chǎn)生的粉塵作為測(cè)試粉塵：1）先采用PPS濾料進(jìn)行測(cè)試，分別在荷電與不荷電情況下測(cè)試不同過濾風(fēng)速和粉塵濃度對(duì)過濾壓降的影響；2）在過濾風(fēng)速為1.5m/min、粉塵濃度為40g/m3時(shí)，分別在荷電與不荷電情況下測(cè)試不同濾料對(duì)過濾分級(jí)效率的影響；3）在荷電情況下，測(cè)試顆粒在輸送過程中所產(chǎn)生的聚并情況。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

過濾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括供氣系統(tǒng)、氣溶膠發(fā)生裝置、荷電裝置、流量控制系統(tǒng)、抽氣裝置等（如圖1所示）。

2.1 供氣系統(tǒng)及氣溶膠發(fā)生裝置

采用空壓機(jī)進(jìn)行供氣，壓縮氣體在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之前，經(jīng)過SMC的氣體處理單元，減壓并除去其中的水分、油滴以及微細(xì)顆粒物，然后流經(jīng)流量測(cè)試裝置再進(jìn)入到氣溶膠發(fā)生裝置。

氣溶膠發(fā)生裝置采用的是德國Palas公司的RBG-2000型氣溶膠發(fā)生器，用于產(chǎn)生并分散不同濃度的模擬氣。先將需要發(fā)散的粉塵裝入料筒中，然后用料筒底部的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)活塞向上均速推進(jìn)，使粉塵不斷上行，活塞行進(jìn)速度決定了模擬氣濃度。在料筒的上端有金屬刷高速旋轉(zhuǎn)，將粉塵不斷地從頭部刷入至氣流中。氣流隨即進(jìn)入一個(gè)精心設(shè)計(jì)的噴嘴，對(duì)粉塵進(jìn)行很好地分散，最終形成測(cè)試用模擬氣流。

2.2 荷電裝置

荷電裝置采用線管式的極配，內(nèi)徑為70mm的管筒中央接入一根直徑為0.4mm的銀針，銀針接-13kV的高壓電源，管筒內(nèi)壁貼有接地的鋁箔，兩者之間形成穩(wěn)定的電暈放電。

2.3 流量控制系統(tǒng)與抽氣裝置

實(shí)驗(yàn)臺(tái)在上游空壓機(jī)供氣的基礎(chǔ)上，下游用水環(huán)式真空泵進(jìn)行抽氣，使過濾段壓力在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終保持在大氣壓狀態(tài)。為調(diào)整過濾風(fēng)速，過濾段至水環(huán)式真空泵間用質(zhì)量流量控制器對(duì)流量進(jìn)行控制。此外，為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量分布，旁路管道后面采用了調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)氣流的阻力。

2.4 過濾分級(jí)效率采樣儀與顆粒粒徑分析設(shè)備

顆粒的分級(jí)采樣儀器采用Dekati公司制造的荷電低壓撞擊器（ELPI）。ELPI由一個(gè)線管級(jí)電暈，一套級(jí)聯(lián)撞擊器和一個(gè)多通道靜電計(jì)組成，一個(gè)真空泵與其尾部相連，在針閥控制下以10L/min定量抽取氣體。ELPI共有13級(jí)，切割粒徑分別為9.99、6.56、4.085、2.52、1.655、1.021、0.655、0.407、0.267、0.173、0.109、0.063和0.03μm。

實(shí)驗(yàn)用顆粒的粒度分布采用激光粒度分析儀（Malvern Mastersizer2000型）進(jìn)行測(cè)量。該儀器采用小角度激光散射，根據(jù)衍射角與粒度的關(guān)系，確定顆粒的粒度分布。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

過濾過程包括清潔濾料的深床過濾期、過渡期以及顆粒層過濾期，在實(shí)際工程中由于濾料的重復(fù)過濾和清灰，過濾過程以顆粒層過濾為主，而本測(cè)試重點(diǎn)考察的是顆粒層過濾期間的壓降變化。在不荷電情況下，顆粒層壓降變化有階躍現(xiàn)象，則選取較寬的壓降范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體為300～800Pa；在荷電情況下，壓降變化曲線比較平穩(wěn)，則選取450～550Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

采取不同壓降區(qū)間的計(jì)算誤差分析：在不荷電條件下，采用PPS濾料、過濾風(fēng)速1.3m/min、給灰濃度20g/m3時(shí)，以300～800Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)算，過濾壓降隨時(shí)間變化率為0.136Pa/s，而若以窄區(qū)間450～550Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)算，過濾壓降隨時(shí)間變化率為0.163Pa/s，相對(duì)誤差為19.85%；荷電條件下，采用PPS濾料、過濾風(fēng)速1.3m/min、給灰濃度20g/m3時(shí)，以300～800Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)算，過濾壓降隨時(shí)間變化率為0.100Pa/s，以450～550Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)算，過濾壓降隨時(shí)間變化率為0.102Pa/s，相對(duì)誤差在2%。因此，在不荷電時(shí)統(tǒng)一取300～800Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在荷電時(shí)統(tǒng)一取450～550Pa壓降區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4 粉塵過濾實(shí)驗(yàn)

4.1 不同過濾條件對(duì)過濾壓降的影響

4.1.1在常溫、不荷電條件下

采用PPS濾料，過濾風(fēng)速分別選取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉塵濃度分別選取20、40、60、80g/m3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在過濾過程中可以明顯觀察到壓降的陡增現(xiàn)象（見圖2），這與國內(nèi)外的研究報(bào)道是一致的，分析主要的原因是由于顆粒層的坍塌。

按前述處理方法對(duì)各工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速以及來流粉塵濃度的變化而變化的關(guān)系曲線，如圖3和圖4所示。

從圖3和4可以看到，過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速與來流粉塵濃度的增加而增加，基本為線性關(guān)系。

4.1.2在常溫、荷電條件下

采用PPS濾料，過濾風(fēng)速分別選取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉塵濃度分別選取20、40、60、80g/m3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。過濾過程中不再出現(xiàn)壓降陡增現(xiàn)象，這與前期的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果是一致的，在靜電作用下顆粒層的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

按前述處理方法對(duì)各工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速以及來流粉塵濃度的變化而變化的關(guān)系曲線，如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6可以看到，過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速與來流粉塵濃度的增加而增加。其中，過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速的增加，前期增長(zhǎng)較為緩慢，而后期增長(zhǎng)較快，這點(diǎn)與不荷電工況不同；過濾壓降增長(zhǎng)率隨來流粉塵濃度的變化基本呈線性關(guān)系。

下表給出了荷電與否、不同過濾風(fēng)速和來流粉塵濃度下的過濾壓降增長(zhǎng)率。從表中可以看出，在過濾風(fēng)速低于1.8m/min的情況下，顆粒荷電降低了其顆粒層過濾期的壓降增長(zhǎng)率。

荷電與否、不同過濾風(fēng)速和來流粉塵濃度下的過濾壓降增長(zhǎng)率（Pa/s）一覽表

4.2 荷電條件下顆粒聚并情況測(cè)試

在荷電設(shè)備后的下部管道采集荷電與不荷電條件下的顆粒并進(jìn)行激光粒度分析，結(jié)果見圖7和圖8。對(duì)比圖7與圖8可知，細(xì)顆粒在荷電作用下有一定程度的聚并。

荷電前顆粒的平均粒徑為96.143μm，荷電后顆粒的平均粒徑為108.189μm。

圖7 荷電前顆粒的粒徑分布

圖8 荷電后顆粒的粒徑分布

5 結(jié)論

（1） 在靜電作用下顆粒層的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象；

（2）荷電時(shí)，過濾壓降增長(zhǎng)率隨過濾風(fēng)速的增加而增加，前期較為緩慢而后期較快；

（3）在過濾風(fēng)速低于1.8m/min的情況下，顆粒荷電降低了其顆粒層過濾期的壓降增長(zhǎng)率；

（4）荷電促使細(xì)顆粒產(chǎn)生一定程度的聚并，聚并后的大顆粒有利于電場(chǎng)吸附及袋區(qū)過濾，可進(jìn)一步提高除塵效率。

黃斌，等.可壓縮性顆粒層過濾實(shí)驗(yàn)研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2005（9）.

Load Electricity Impact on Process of Dust Filtration

ZHAN Liang-liang1, LU Jin-kui1, WENG Yu-bin2
(1. Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000;2. Longyan Inspection Institute of Product Quality, Longyan Fujian 364000, China)

Based on the requirement of technical development of electrical bag complex precipitator, tested load electricity impact on process of dust filtration is made. The result shows that the load electricity makes an impact on the filtration pressure reduction of dust and filtration classification efficiency and particle could generate a certain accumulation phenomena in transportation.

load electricity of dust; filtration pressure reduction; classification efficiency; particle accumulation

X701.2

A

1006-5377（2011）10-0041-04