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ESP電場中高質(zhì)量濃度區(qū)粉塵氣流的強(qiáng)制收集技術(shù)

文檔作者：郝文閣王寶軍文檔來源：東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院		更新日期： 2026年03月06日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：粉塵控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用

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第28卷第3期
2007年3月
東北大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版)
Journal of Northeastern University(Natural Science)
Vo1．28，No．3
Mar． 2 0 0 7
ES P電場中高質(zhì)量濃度區(qū)
粉塵氣流的強(qiáng)制收集技術(shù)
郝文閣，王寶軍
(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院．遼寧沈陽l10004)
摘 要：針對(duì)目前電除塵器實(shí)際收塵效率偏低的問題，探討了提高電除塵器收塵效率的相關(guān)措施．通過
電場粉塵傳輸模型的數(shù)學(xué)解析和斷面質(zhì)量濃度實(shí)測，表明電場中粉塵分布存在質(zhì)量濃度梯度，愈靠近極板質(zhì)
量濃度愈高．在電除塵器收塵極板末端用吸風(fēng)13強(qiáng)制收集高質(zhì)量濃度粉塵氣流，對(duì)強(qiáng)制收集的高質(zhì)量濃度粉
塵氣流采用高效布袋處理或循環(huán)至入13進(jìn)行二級(jí)處理，可以顯著降低電除塵器出13粉塵排放量．同時(shí)強(qiáng)制吸
風(fēng)可以顯著改善由于振打清灰造成的粉塵二次飛揚(yáng)．對(duì)等速吸風(fēng)13流函數(shù)的分析，揭示出吸風(fēng)高度與收塵效
率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系．
關(guān)鍵詞：粉塵排放；靜電除塵器；收塵效率；紊流摻混系數(shù)；強(qiáng)制收集
中圖分類號(hào)：X 513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005—3026(2007)03—0422—04
Forced Collection Applied to Gas Flow Containing High-M ass-
C0ncentrati0n Dust in ESP Electric Field
H o W刪． ，WA 『G Bao-jun
fSchool of Resources&amp;amp; Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110004，China．Correspondent：
WANG lMo-jun，associate professor，E-mail：wto21@ 163．coin)
Abstract： Discusses theoretically and experimentally how to improve the efficiency of dust
collection by USe of ESP of which the efficiency iS actually lOW until nOW．It was proved that there
iS a mass concentration gradient in dust distribution within the electric field by way of a
mathematic analysis of the dust transfer model and the Sectional measurement of dust mas
concentration。i．e．．the closer the dust to the plate electrode，the higher the mass concentration．
The dust emision rate can be significantly decreased at ESP outlet when the gas flow containing
high．concentration dust is sucked out through a suction opening at the end of ESP’S plate
electrode and the dust thus collected is then gathered into high．efficiency bags or treated
secondarily at ESP inlet as the gas flow iS cycled there，In addition，such a forced suction can
reduce effectively the Secondary dust flying due to beating／shaking the dust collecting plate．
Analyzing the flow function at suction opening where the flowrate iS co nstant，the relationship
between suction height and efficiency of dust collection iS revealed．
Key words：dust emission；ESP(electrostatic precipitators)；dust collection efficiency；turbulent
diffusion coefficient；forced collection
作為高效除塵器之一的電除塵器，由于具有
阻力小、耗能低、可處理高溫?zé)煔?、維護(hù)工作量少
等優(yōu)點(diǎn)，在電廠、水泥、鋼鐵、有色金屬、化工、造
紙等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用．特別在電力行業(yè)，大型火電機(jī)
組大部分使用電除塵器，對(duì)改善大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)
揮了重要作用．但是，目前電除塵面臨著嚴(yán)峻挑
戰(zhàn)，經(jīng)過324套電除塵器的實(shí)例統(tǒng)計(jì)，平均收塵效
率只有98．22％?．按此平均收塵效率計(jì)算，如果
電除塵器進(jìn)口粉塵質(zhì)量濃度為20 g／m3，那么出
口粉塵質(zhì)量濃度將超過360 mg／m3，這顯然不能
滿足新的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)．電除塵器運(yùn)行要保障收
塵效率長期穩(wěn)定在99．9％，收塵理論和收塵技術(shù)
收稿日期：20o6 03 17
基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2002AA642010)．
作者簡介：郝文閣(1959一)，男，河北唐山人，東北大學(xué)博士研究生，東北大學(xué)副教授．
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第3期 郝文閣等：ESP電場中高質(zhì)量濃度區(qū)粉塵氣流的強(qiáng)制收集技術(shù)423
目前國內(nèi)外通常以增大收塵極板面積、增加
電場長度或電場數(shù)量來提高收塵效率，但這樣往
往使一次投資和長期運(yùn)行費(fèi)用增大，而且許多舊
設(shè)備改造不允許增加電場和改變設(shè)備規(guī)格．
Cooperman在1970年就指出在電除塵器橫斷面
上存在粉塵質(zhì)量濃度梯度．實(shí)驗(yàn)研究和靜電傳輸
紊流摻混理論模型分析證實(shí)，收塵通道斷面質(zhì)量
濃度梯度確實(shí)存在，在電除塵器收塵極板附近存
在高質(zhì)量濃度含塵氣流區(qū)．通過對(duì)高質(zhì)量濃度區(qū)
粉塵氣流強(qiáng)制收集可以顯著提高收塵效率，因此
將高質(zhì)量濃度含塵氣流強(qiáng)制收集技術(shù)融人電除塵
器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并對(duì)運(yùn)行中的電除塵器加以改造，
具有效果顯著、投資少和實(shí)施容易等突出優(yōu)點(diǎn)，是
靜電除塵器領(lǐng)域中一項(xiàng)創(chuàng)薪技術(shù)．針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)
開展深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究既有學(xué)術(shù)意義又具實(shí)
1 靜電除塵器電場粉塵質(zhì)量濃度分
布理論分析
1．1 靜電傳輸紊流摻混模型
在靜電除塵器中，荷電粒子的傳輸過程受到
流場、電場、擴(kuò)散場和重力場的綜合作用．由于重
力沉降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣流風(fēng)速，故忽略重力作用，
則荷電粒子傳輸過程變?yōu)槎S問題．荷電粒子在
庫侖力作用下不斷向收塵極板遷移，造成通道斷
面質(zhì)量濃度梯度，在收塵極板附近形成高質(zhì)量濃
度區(qū)；高質(zhì)量濃度區(qū)粒子在擴(kuò)散作用下向低質(zhì)量
濃度區(qū)擴(kuò)散遷移[2-5]．電場內(nèi)粉塵靜電傳輸一紊
含塵氣流 廠電暈極
■◆ × × × ×
●． — 版 ．
? J j一^ t
模型中：
，i =( 一E 3--~x)dyd ，
= [(P十 d ) —
E( 十妻d圳州 ；
，in=( — )出d ，
= [(P+ d )∞一
( + 訓(xùn) z．
由質(zhì)量守恒，對(duì)微元體可建立如下數(shù)學(xué)模
型[6]：
+ ∞ 3y —
02p
2一 a
02
v
p2=0．(1)
式中，』D為粉塵粒子質(zhì)量濃度；∞為荷電粉塵粒子
驅(qū)進(jìn)速度； 為含塵氣流速度；E 為縱向紊流擴(kuò)
散系數(shù)；Ey為橫向紊流擴(kuò)散系數(shù)·其中Ex 代
表粒子縱向上紊流摻混造成的粉塵遷移，與含塵
氣流對(duì)粉塵粒子的縱向平流輸送相比其程度要小
得多，可將其忽略，得式(2)：
+ ∞ 一Ey
。
~2
v
t9= 0
． (2)
對(duì)式(2)進(jìn)行分離變量，并代人電場人1=I粉塵
質(zhì)量濃度邊界條件，可得電場粉塵質(zhì)量濃度分布
理論計(jì)算式[ ]：
=
p ob
唧[- }-
(3)
式中，Ey=0．337 8pf(1+2NEHD)vb[(1+2NEHD)
Re]一?！?；』Df為電場摩擦阻力系數(shù)；NE}Ⅱ)為電動(dòng)
學(xué)系數(shù)．
1．2 電除塵電場粉塵質(zhì)量濃度分布理論計(jì)算
利用式(3)計(jì)算靜電除塵器模型斷面粉塵質(zhì)
量濃度分布，如圖2．從圖中可以看出，靜電除塵
器收塵通道內(nèi)從電暈線到收塵極板含塵氣流存在
質(zhì)量濃度梯度，沿氣流方向含塵氣流質(zhì)量濃度逐
漸降低，在收塵極板附近形成高質(zhì)量濃度含塵氣
流區(qū)．
'
it
m
圖2 氣流速度為1 m／s時(shí)粉塵理論質(zhì)量濃度分布
Fig．2 Theoretic mass concentration distribution of
dust at v=1 m／ls
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424 凍北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第28卷
2 靜電除塵器電場粉塵質(zhì)量濃度分
布實(shí)驗(yàn)研究
2．1 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脝螀^(qū)線一板電除塵器，負(fù)電暈
荷電，收塵極板長700 rnIn，高度300 ulrfl，線板間
距為100 rflnl，通道中心共設(shè)4根電暈線，箱體采
用有機(jī)玻璃材料，電除塵器進(jìn)出口兩端分別加兩
極多孔氣流分布板．實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示．
圖3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
Fig．3 Schematic of experimental setup
l一粉塵發(fā)生器；2一氣流分布板；3一電除塵器模型；
4一高壓電源；5一采樣器；6一風(fēng)機(jī)．
2．2 測試方法
電場粉塵質(zhì)量濃度測定按照濾膜記重法
(GB／rl6l57)．實(shí)驗(yàn)使用粉塵為滑石粉，分別在不
同斷面(測孔分布于模型除塵器上面板，如圖4)
利用粉塵采樣儀測定粉塵質(zhì)量濃度，采樣流量為
5 L／min，采樣時(shí)間為5min，電除塵器高壓供電采
用CGD型直流電源，運(yùn)行電壓為40 kV．
圖4 模型測試孔斷面分布圖(nTn)
Fig。4 Distribution profile of testing holes(rrrn)
2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
實(shí)驗(yàn)測定靜電除塵器模型6，7，8，9四個(gè)斷面
粉塵質(zhì)量濃度分布，如圖5．從圖中可以看出，荷
電粉塵粒子在庫侖力作用下向收塵極板驅(qū)近并被
捕集，造成收塵通道內(nèi)從電暈線到收塵極板含塵
氣流質(zhì)量濃度梯度，沿氣流方向含塵氣流質(zhì)量濃
度逐漸降低，在收塵極板附近形成高質(zhì)量濃度含
塵氣流區(qū)．實(shí)驗(yàn)測定斷面粉塵質(zhì)量濃度分布規(guī)律
與靜電傳輸紊流摻混模型理論計(jì)算得到的粉塵質(zhì)
量濃度分布規(guī)律基本相同．
m
圖5 氣流速度為1 m／s時(shí)模型斷面
粉塵質(zhì)量濃度分布
Fig。5 Testing profile concentration distribution
of dust at v 1m／ls
3 強(qiáng)制循環(huán)收集吸風(fēng)口流場模型及
對(duì)收塵效率的影響
3．1 收塵極板吸風(fēng)口流場分析
電除塵通道兩側(cè)是收塵極板，在電除塵器收
塵極板出口端安裝條縫吸風(fēng)口，可以將出口斷面
高質(zhì)量濃度粉塵氣流強(qiáng)制吸入并加以凈化，從而
顯著降低粉塵通過率，同時(shí)還可以吸入振打清灰
造成的再飛揚(yáng)粉塵．因此，高質(zhì)量濃度粉塵強(qiáng)制循
環(huán)收集系統(tǒng)對(duì)于提高靜電除塵器收塵效率具有非
常明顯的作用．氣流繞擋風(fēng)板的流場可以簡化為
氣流流過1／4圓柱體平面勢流．其勢函數(shù)和流函
數(shù)為[8-9J
VooX +
M 5c
， (4)
= 。。Y ～
M
2+
y ； (5)
解得流場中任意點(diǎn)的速度為
= = 。。 一一 苦罱 ， ㈤o
= ： 一
M
( 2
2
+
a：y 一a 2)2． (7)
y 一 2丌(．
z + v ‘
根據(jù)推導(dǎo)出的收塵極板表面繞流流函數(shù)，得
吸風(fēng)口流場如圖6．
含塵氣流 清潔氣流
圖6 吸風(fēng)口前氣流繞流流場示意圖
Fig．6 Schematic offlow field infron t of
dust suction opening
3．2 強(qiáng)制循環(huán)收集對(duì)收塵效率的影響分析
靜電除塵器出口高質(zhì)量濃度含塵氣流經(jīng)吸風(fēng)
口收集后，返回電除塵器人口或用布袋除塵器進(jìn)
行處理．此時(shí)系統(tǒng)收塵效率可以用式(8)表~EIoj：
踮加∞ ∞ ∞ ∞ 加m 0
0 0 0 0 Q Q Q 0
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第3期 郝文閣等：ESP電場中高質(zhì)量濃度區(qū)粉塵氣流的強(qiáng)制收集技術(shù)425
吸風(fēng)相對(duì)高度／％
圖7 循環(huán)收集高質(zhì)量濃度粉塵吸風(fēng)
相對(duì)高度與收塵效率關(guān)系
Fig．7 Relationship between suction height
and dust-collection eficiency
圖7中吸風(fēng)相對(duì)高度為吸風(fēng)口高度占收塵通
道1／2寬度的百分比，可以看出隨吸風(fēng)相對(duì)高度
的增加，收塵效率顯著提高，但提高幅度逐漸減
小．因此，吸風(fēng)相對(duì)高度需根據(jù)出口斷面粉塵質(zhì)
量濃度分布和擬提高的收塵效率加以確定．
4 結(jié) 論
(1)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)靜電除塵器內(nèi)
含塵氣流從電暈線到收塵極板存在質(zhì)量濃度梯
度，在收塵極板附近形成高質(zhì)量濃度含塵氣流區(qū)．
(2)強(qiáng)制循環(huán)收集時(shí)，收塵效率隨吸風(fēng)口高
度增加而提高，但增加幅度逐漸減小，故吸風(fēng)口高
度需根據(jù)出口含塵氣流質(zhì)量濃度分布和排放標(biāo)準(zhǔn)
加以確定．
(3)靜電除塵器高質(zhì)量濃度粉塵強(qiáng)制收集技
術(shù)可以對(duì)高質(zhì)量濃度含塵氣流及振打清灰造成的
再飛揚(yáng)粉塵加以收集和凈化，從而顯著提高電除
塵器的收塵效率，對(duì)于改造現(xiàn)有電除塵器和設(shè)計(jì)
新型電除塵器是一項(xiàng)可行、有效的技術(shù)措施．
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