静电激发袋式除尘器的阻力特性实验研究

 肖述明，  王祖武*，  叶寅，  蒋惠梦，  王志平

 （武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉430079）

摘要：在烟气粉尘控制中，电除尘器和袋式除尘器各有特点，而静电激发袋式除尘器是2种除尘技术的联合。静电激发袋式除尘器利用电场“凝并”作用，提高对微细粉尘的除尘效率，还有利于降低除尘器运行阻力，延长滤袋使用寿命。该文在文献基础上，对电除尘、袋

式除尘、电袋复合除尘的理论进行研究分析，建立了小型除尘器装置，设计实验。实验研究了荷电电压对除尘器阻力的影响以及粉尘在滤料表面沉积形态的影响。实验研究表明粉尘在荷电条件下发生凝并，并且在粉尘负荷相同条件下，小型除尘装置的阻力随着荷电电压的增加而减小，同时荷电粉尘在滤料表面的沉积形态越来越疏松。

 关键词：静电激发除尘器；  荷电电压；  阻力；沉积形态

 中图分类号：X513  doi：10.3969/j .issn.1003-6504.2016.04.006 文章编号：1003-6504(2016)04-0027-04

 自2014年7月1日起，现有火电厂锅炉烟尘排放浓度≤30 mg/m3(重点地区≤20 mg/m3)，使燃煤电厂除尘技术面临新的挑战。燃煤电厂除尘技术的发展趋势必将以提高除尘设备对微细粉尘PM25的去除效率为主要目标，同时兼顾节能降耗。

  静电激发袋式除尘器结合使用了布袋除尘器和电除尘器的除尘机理，粉尘经过电场区时被荷电，荷电粉尘沉积在滤袋表面时，形成排列疏松、有序、透气性良好的粉尘层，表现出小颗粒“电凝并”成大颗粒的现象。这也是静电激发袋式除尘器表现出比常规布袋除尘器更低的运行阻力的主要原因。

 本文在静电激发袋式除尘器的试验台上观察放电对静电激发带式除尘器阻力变化规律，研究电场对静电激发袋式除尘器的阻力特性的影响。同时研究放电对粉尘“凝并”的作用以及粉尘在滤料表面的沉积规律，从而了解荷电粉尘在滤料表面的沉积机制。

1实验部分

1.1实验装置

实验装置主要由粉尘发生装置、放电装置、动力装置和压力检测装置3部分组成，如图1所示。

 (1)粉尘发生装置：采用SAG-410粉尘发生装置，经干燥处理后形成稳定连续的粉尘。

 (2)放电装置：通过ZGF-60KV/2 mA直流高压发生器调节加载在电晕极和滤料之间的电压。

 (3)动力装置：采用SZB系列小型真空泵来调节风量，从而调节小型过滤装置的过滤风速。

 (4)压力检测装置：采用压差计检测小型过滤装置过滤前后压力变化。

1.2实验方法

 针对微细粉尘在不同荷电条件下，荷电粉尘的凝并机制，荷电粉尘在滤料表面沉积形态以及粉尘层对动态过滤的阻力变化规律。

 经干燥前处理的粉尘由粉尘发生器发生实现连续稳定的给粉，粉尘经电场区域而荷电在电场力作用下迁移并沉积在滤料表面，造成小型过滤装置前后压力变化，由压差计检测得到压力变化数据。通过直流高压发生器改变加载在电晕极的电压，粉尘在电场区荷电程度不同，粉尘“凝并”效果不一致，荷电粉尘在滤料表面沉积形态不同，从而造成小型过滤装置前后压差变化。

2  实验结果与分析

2.1  阻力特性实验

 在过滤风速1 m/min，间距30 mm条件下，维持一定的给粉量，得到不同荷电电压下滤料阻力与荷电电压的关系图，结果如图2所示。

 图2可以看出，经荷电后小型除尘装置运行阻力与为荷电相比阻力下降。同时随着运行时间的增加，滤料表面粉尘层的阻力随着荷电电压的增加而减小，这说明在相同的粉尘负荷条件下随着荷电电压的增加，透气性增加，前后压差降低。这是因为带相同电荷的微粒之间发生运动、碰撞、凝聚，“凝并”形成大颗粒，沉积在滤料表面形成疏松且凹凸不平的粉尘层，导致粉尘层阻力变小。

2.2粉尘在滤料表面沉积形态

 为了探究荷电电压的提高造成粉尘层阻力变小的机理，在过滤风速为1 m/min，放点间距为30 mm时不同放点电压下滤料表面粉尘层形态如图3～6所示。

由图3～6可以看出，放电电压在0 kV时，滤料表面粉尘层非常密实；在滤料表面加上一定电压（静电激发袋式除尘器开始工作）后，粉尘层表面会呈现凹凸度不同的粉尘结构，同时随着电压的不断增加，凹凸度越来越大。这是因为作为多分散的体系的粉尘粒子，其粒子形状并非完整的球状体，且有一定的绝缘性。在相同的荷电条件下，因为粒子的形状不一，粒子表面所带的电荷不能完全均匀的传递至整个粒子表面，导致电荷在粒子表面的电荷分布不均匀，粒子的荷电量不相同。因而，在电场作用下的电场力超过同性粒子之间的库仑力，微粒总体上呈现凝并增大的现象。在电场作用下，荷电粒子被极化成偶极子，因此，当同性粉尘粒子相互靠近时，会感应出相反的电荷，粒子间引力大于斥力而凝并。在非均匀电场中，粒子的偶极化使粒子沿着电场线移动，在很短的时间内使粒子沿着电场线凝结在一起，形成链状的粉尘集合体。

 微细颗粒沉积在滤料表面呈现松散且凹凸不平的结构，该种松散结构有利于气流的通过，导致阻力下降。

2.3  沉积形冬SEM分析

 根据纤维过滤理论，微粒在经过纤维的过程中，经碰撞、扩散、拦截以及静电效应等机理被纤维表面所捕获。将所得粉尘沉积图像用扫描电镜分析( SEM)．结果见图7。

 图7显示经荷电后粉尘在滤料纤维表面的沉积形态（微观）。由图7可以看出形成的粉尘表面颗粒结构松散，同时颗粒物粒径明显增大，颗粒排列密度减小，从而验证了凝并的存在。

 由图7可以看出，粉尘粒子以滤料纤维为基础进行沉积，并且很多粒子会以纤维上已经捕集的粒子为基础进行再沉积，形成树枝状空间结构。因而形成疏松多孔的沉积形态，大大降低了除尘器运行阻力，同时也验证凝并的存在。

3结论

  利用粉尘发生装置发生微细粉尘颗粒，并经过荷电、沉积在滤料表面，得到荷电微细粉尘在滤料表面的沉积形态图像，主要结论如下：

 (1)微细粉尘在荷电条件下发生碰撞凝并，使小颗粒凝并成大颗粒，随着荷电电压的增加，凝并现象越明显。

 (2)在静电激发袋式除尘器中，相同的粉尘负荷条件下，除尘器阻力和阻力变化速率随着荷电单元荷电电压的增加而减小，且随着荷电电压的增加，粉尘层的松散程度和透气性明显增强。

 (3)荷电后沉积在滤料表面的粉尘，经SEM分析（微观）显示沉积形态呈疏松分散状，验证荷电凝并的存在。