五區電除塵技術試驗研究及應用
摘要：五區電除塵技術是一種新型的電除塵器提效改造技術，由于其性能優良、工作可靠、穩定運行，工程投資少、施工周期短等優點而得到廣泛應用。在模擬計算分析其阻力和對氣流分布影響的基礎上，試驗研究其對不同粉塵的收塵性能，結果表明：五區電除塵技術可高效捕集微細、高比電阻粉塵，且設備阻力小，氣流分布理想。
關鍵詞：五區電除塵,提效改造,氣流分布,阻力,轉板電場
五區電除塵技術專為改造已有電除塵器而研發，它具有收塵機理先進、高效捕集微細粉塵、充分利用內部空間、不增加設備規格尺寸、增加設備阻力很小、工程周期短、粉塵排放降低明顯等特點。
1設備結構及工作原理
五區電除塵器的結構如圖1所示。
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工作原理如圖2。
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以二電場電除塵器為例(圖2)。含塵氣體進入電除塵器進風口后，首先經過均流電場，在達到氣流均布的同時，使粉塵凝聚、荷電，一部分荷電粉塵被均流收塵極捕集。然后粉塵進入復荷電場區，被均勻且充分荷電；每經過一次復荷電場區，粉塵就被均勻且充分荷電一次，接著粉塵進入普通電場區，像常規電除塵器一樣完成荷電一捕集過程。接著粉塵進入輔助電場區，該區電場強度大且均勻，粉塵被捕集的機會增多，輔助電極能捕集荷正電粉塵。轉板電場設置在第二電場的出口側，粉塵移動到轉板荷電極時被再次荷電，而后直接被轉板收塵極捕獲，轉板收塵極對密度小的微細粉塵捕集效果更為明顯，轉板收塵極的清灰采用底部刮(刷)灰方式，對比常規的振打清灰，從根源上解決了二次揚塵問題，刮(刷)灰裝置直接將粉塵收集灰斗內。
2流場數值模擬試驗
轉板電場是五區電除塵的主要組成部分，也是對其流場荷阻力影響最大的設備b刮。下面介紹有關設備阻力和氣流分布的數值模擬試驗情況。
2．1數值計算建模
以工程所用的電除塵器為例，采用Fluent軟件計算分析增設轉板電場前后除塵器的阻力和氣流分布，以得出轉板電場對電除塵器阻力和氣流分布的影響結果。
電除塵器三維模型如圖3所示，進口有三層氣流分布板，開孔率分別為62％、52％和46％，出口槽形板的等效開孔率為36％。轉板收塵極為多孔板(開孔率約為70％)，其轉動速度慢，可假定其運動不影響氣流分布，在計算模型中將轉板收塵極等效成兩層氣流分布板。
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邊界條件設置：進口邊界條件選擇速度進口邊界條件，假定進口斷面氣流分布是均勻的，速度大小取平均值，方向垂直于進口斷面；出口邊界條件選擇壓力出I=l邊界條件。壓力出口邊界條件需要在出口處設置靜壓(相對壓力)和一組“回流”參數。壁面條件采用無滑移壁面條件。氣流分布板是多孔板，計算時將其簡化為均勻的透氣板，用多孔跳躍模型模擬。
2．2設備阻力計算
3種工況計算說明：工況1，進風口內設三層氣流分布板，出口內設出口槽形板；工況2，進風口內氣流分布板不變，將出風口內的槽形板換成轉板電場；工況3，進風口內前兩層氣流分布板不變，將第三層氣流換成轉板電場，出風口內的槽形板換成轉板電場。
2．3流場分布及分析
由Fluent計算得出的煙氣流場分布云圖如圖5所示。圖中的1，2，3，4分布表示一電場前，一、二電場之間，二、三電場之間，三電場后等4個斷面。
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通過對3種工況下各斷面流速的相對均方根值分析，可得到以下規律：a．在設定的原始狀態計算條件下，工況1進出口流速的相對均方根最小，分別為0．145和0．21。b．在除塵器入口增設轉板電場，可改善氣流分布的均勻性。c．出口增設轉板電場或改變轉板電場的開孔率，對斷面1、2的影響很小，而對斷面3、4的影響大。d．出風I=I轉板電場的開孔率不當，則斷面3、4的氣流分布變差；原設備氣流分布(工況1)對出風口轉板電場的流場影響也很大。e．將出I=I槽形板改造成轉板電場時，需要通過均流，導流調節來達到氣流分布的均勻性。
3收塵性能試驗
3．1試驗裝置
收塵試驗裝置見圖6。
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3．2試驗條件
為檢測轉板電場的收塵性能，試驗樣機選擇普通電場、轉板電場和重力沉降3種結構形式。進行普通電場試驗時，樣機內選用應用較多的極配形式：陽極板為480C板、陰極RS芒刺線，極線距為0．5 m，電場長度為2 m。進行轉板電場試驗時，樣機內裝設有轉板電場組件(放電極為十齒芒齒線)。進行重力沉降試驗時，樣機內無電場構件。
同極距分別采用0.4，0.45，0.5 m，試驗環境溫度9℃，環境濕度30％，入口煙氣含塵質量濃度約470 mg／ma。
3．3 試驗粉塵
試驗粉塵選用3臺不同的帶式燒結機機頭粉塵(分布為1#、2#、3#)，3種粉塵的化學成分如表l所示，粒度分布和比電阻如表2所示。
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3．4試驗結果
3種粉塵、3種同極距下的轉板電場和重力沉降收塵試驗效率結果見表3。
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3種粉塵、3種同極距條件下普通電場的收塵效率試驗結果見表4。
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3．5試驗結果分析
上述所測除塵效率實際是電場除塵作用和重力沉降作用的共同結果，因此為便于比較，將各試驗條件下的電場收塵效率匯總如圖7所示。
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分析收塵性能試驗數據可得出如下結論：a．統計平均電場試驗收塵效率，轉板電場較普通電場高15％；而轉板電場的長度不到普通電場的1/2，可見轉板電場的性能之優越。b．對于不同性質的粉塵，轉板電場和普通電場都有效率最高的極距范圍，可見兩者都有極配優化的必要。c．對于相同的同極距，轉板電場可獲得較高的運行電壓，而二次電流偏低；普通電場可獲得較高的二次電流，而運行電壓偏低。轉板電場更有利于節能減排。d．轉板電場對微細、高比電阻粉塵的捕集效率高，且異極距越大，捕集效率越高。
4工程應用
改造設備概況：粉塵種類為30 m2帶式燒結機機頭原電除塵器規格型號GD 60．II，處理氣量19萬m3，h，電場風速0.88 m／s，2個電場，同極距0．4 m，電場長度8 m，通道數18個，人口粉塵質量濃度3—5 gin’，出口排放粉塵質量濃度0．13 g，m3，排放粉塵為土灰色絮狀粉塵，堆積密度0．35/cm3。
實施改造時，采用五區電除塵技術進行改造：進風口內增設均流電場1套，一、二電場前各增設復荷電場2套，出風口內增設轉板電場1套。原設備殼塵。傳統電場 體，進出風口，陰陽極及振打，灰斗等均不作任何改造。
改造結果：改造實施投運1年后，工程驗收檢測出口排放粉塵質量濃度分別為39 nlg，m3和21 mg，m3。設備阻力增加約80 Pa。
5結論
1)在電除塵器內部增設轉板電場，無論是出風口內還是進風口內，其增加阻力很小。
2)在除塵器入口增設轉板電場，有利于氣流分布的均勻性。在除塵器出口增設轉板電場，通過整體(包括原氣流分布系統和轉板)的流場數值模擬試驗，所得分布狀態理想。
3)轉板電場長度短，收塵效率高，對微細粉塵和高比電阻粉塵也有優越的性能。
4)在五區電除塵技術的工程應用中，檢測證實其對出口排放改善效果明顯。
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