湿式电除尘器的数值模拟研究

发布时间：2020-08-28 01:14

【摘要】：随着工业的发展,粉尘颗粒的大量排放带来了严重的环境问题,威胁着生态环境与人类健康。目前,静电除尘器广泛应用于工业生产的粉尘脱除环节,但其对可吸入颗粒物,特别是细微颗粒物的脱除效果不够理想,而湿式电除尘器则能有效的脱除细颗粒物。本文研究了湿式电除尘器的除尘过程。本文通过COMSOL Multiphysics软件,综合考虑流场模型、电晕电场模型、颗粒运动模型、颗粒荷电模型、温度模型和湿度模型,建立了多物理场耦合数值仿真模型,对除尘器在干式和湿式工作状态下的除尘过程进行了仿真模拟。首先建立了简化的二维平面模型,给出了不同参数下颗粒的运动轨迹,得出了定性的结论:在其他条件不变时,除尘器在高电压、低流速、大粒径的情况下除尘效果更好。然后,在三维模型中模拟了除尘器的干式工作过程。通过对无电场时颗粒的自然沉降的模拟,排除了非实验改变因素造成误差的可能性。给出了电场和流场的分布;以分段浓度减少率、沿程沉积效率、除尘总效率为指标,考察了极板电压、气流速度、粒径大小对除尘效果的影响;分析了不同条件下,除尘总效率对各自变量的敏感程度。得出以下结论:电势和电场强度的分布,以放电极和芒刺线为对称轴呈现轴对称形式,电势在电晕线及其附近最高,电场强度在芒刺的尖端达到最大;颗粒的分段浓度减少率、沿程沉积效率、除尘总效率均随着粒径的增大而增大,随着电压的增大而增大,随着流速的增大而减小;随着电压的增加,除尘效率对电压改变的敏感性降低,与低风速相比,高风速时除尘效率对电压的改变更敏感;随着风速的增加,除尘效率对风速改变的敏感性降低,与高电压相比,低电压时除尘效率对风速的改变更敏感。最后,在三维模型中模拟了除尘器的湿式工作过程。同样以分段浓度减少率、沿程沉积效率、除尘总效率为指标,考察了极板电压、气流速度、粒径大小对除尘效果的影响;分析了不同条件下,除尘总效率对各自变量的敏感程度。与干式状态相对比,得出以下结论:湿式工作状态下粒子的分段浓度减少率、沿程沉积效率、除尘总效率的变化趋势与干式时相同,但数值上更大,除尘效果更好。除尘效率对风速和电压改变的敏感性变化与干式时相同,但比干式时更敏感。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701.2
【图文】：

除尘器,工作原理,烟尘排放,收尘

式电除尘器的工作原理尘器通过使气体中的灰尘颗粒带电，在电场力的作用下偏向收尘除，从而达到除尘的目的，一般应用在工业烟尘排放的除尘领域分 4 个步骤[39]。如图 2-1 所示。

示意图,模型尺寸,示意图

(b)芒刺尺寸图图 3-1 模型尺寸示意图对模型采用自由三角形剖分法进行网格划分，阴极线附近进行局部加密。经网格无关性验证，网格总数约为 40 万时，可以较好地权衡计算精度和计算时间两个方面。3.3.2 模型参数模拟模型参数与实验保持一致，入口烟气温度为 120℃，密度 1.225kg/m3，粘度 1.7894×10-5Pa·s，湿式状态下相对湿度为 5%。入口颗粒浓度 100mg/m3，固体颗粒密度 2000kg/m3，颗粒入口速度与气体速度相同。颗粒的粒径分布服从罗辛-拉姆勒函数，其表达式为： = ×( ( ) ) (2-40)取 =1.6， =5.6，粒径分布图如图 3-2 所示：

粒径分布,粒径分布,荷电,粒子荷电

图 3-2 粒径分布粒径分布，考虑粒径为 1~20μm 的粒子，取出几种离散的粒径，布，并结合其荷电情况，列入表 3-3 中：表 3- 3 粒径分布及荷电情况质量百分比满负荷喷入质量80%负荷喷入质量70%负荷喷入质量单位粒子荷电量% kg/s kg/s kg/s C 20.2 4.04E-06 3.23E-06 2.84E-06 5.72E-18 24.84 4.97E-06 3.97E-06 3.50E-06 3.57E-17 23.33 4.67E-06 3.73E-06 3.28E-06 2.80E-16 14.61 2.92E-06 2.34E-06 2.06E-06 3.22E-16 8.33 1.67E-06 1.33E-06 1.17E-06 5.72E-16 4.44 8.88E-07 7.10E-07 6.25E-07 8.94E-16 2.25 4.5E-07 3.60E-07 3.17E-07 1.29E-15

【参考文献】