膜结构湿式电除尘器

膜结构湿式电除尘器实验研究1介绍内容21.湿式电除尘器概述2.膜结构湿式电除尘器实验研究1.湿式电除尘器概述3与ESP基本相同，WESP由电晕线(阴极)、沉淀极(阳极)、绝缘箱和供电电源组成。（1）工作原理：在除雾器的阳极板(筒)和阴极线之间施加数万伏直流高压电，在强电场的作用下，阴阳两极间的气体发生充分电离，使得除雾器空间充满带正、负电荷的离子；随工艺气流进人除雾器内的尘(雾)粒子与这些正、负离子相碰撞而荷电，带电尘(雾)粒子由于受到高压静电场库仑力的作用，分别向阴、阳极运动；到达两极后，将各自所带的电荷释放掉，尘(雾)粒本身则由于其固有的黏性而附着在阳极板(筒)和阴极线上，然后通过流体冲洗的方法清除。与一般干式静电除尘器（ESP）原理相同，通过对颗粒物荷电，借助静电力将颗粒物除去。WESP一般在饱和湿烟气条件下工作。WESP较ESP可以采用更高的设计烟气流速，因此体积更小。WESP借助水力清灰，不会产生集尘及二次飞扬。可采用水平气流、上升及下降气流几种设计形式。因此，颗粒的重新携带和由于振打带来的损失对于干式ESP来说是需要考虑的，而WESP需要考虑的主要问题是使集尘极表面的水膜水均匀稳定，不产生断流和干区，以及集尘极的腐蚀问题。4（2）WESP与干式ESP的比较（3）WESP技术的效果与作用WESP应用的直接效果可有效去除SO3、重金属、微细粉尘（PM2.5）、细小液滴、等，去除效率可达90％以上。可大大降低烟气的不透明度（浑浊度）。WESP应用的间接效果基本上解决了湿法脱硫带来的问题SO3和水雾的大量去除，可以有效降低烟囱防腐的防腐等级可以满足更高的环保要求减少水耗、降低运行费用与干式ESP相比，WESP特别适合于以下场合：①烟气含湿量高，烟温接近露点温度；②烟气中含有黏性颗粒和雾滴（如硫酸雾）；③需要有效捕集亚微米细颗粒。综上，WESP特别适合于捕集经湿法脱硫或洗涤后烟气中的细颗粒；因此，目前WESP常与湿法烟气脱硫系统结合，用于捕集脱硫净化湿烟气中的细粉尘、酸雾及汞等。整体式WESP/WFGD系统6（4）WESP的适用场合（5）WESP存在的主要问题①冲洗水难以均布于集尘极表面，导致极板上水道和收集尘粒“干污点”的形成，不能连续地洗涤极板上积聚的粉尘；②由于其常工作在潮湿的环境中，导致集尘极腐蚀较为严重。美国俄亥俄州立大学于上世纪九十年代末提出了薄膜湿式静电除尘技术（见图10.2），利用纤维薄膜取代了传统的金属集尘电极，使湿式电除尘器在处理高比电阻微细粉尘时能获得更高的除尘效率，且解决了湿式电除尘器在潮湿环境中金属极板被腐蚀的难题。湿式薄膜静电除尘器内部结构7(6)WESP国内外应用现状WESP已经在制酸和冶金等工业过程中取得广泛和成功的应用。在电厂应用还不普及，目前在北美仅有几家美国电厂使用WESP来控制烟气混浊度及收集酸雾、粉尘颗粒。如：2000年NB电力公司Dalhousie电厂315MW容量WFGD系统WESP改造。2001年Xcel能源公司Sherburne电厂两台750MW的机组2002年NB电力ColesonCove电厂的3×350MW机组等。在日本，WESP也得到应用，日本三菱重工研究开发的WESP已有10多套在燃煤电厂中应用。工业应用表明，WESP对湿烟气中的细粉尘、酸雾及汞等均有较佳的脱除效果。8国外情况国内情况在冶金行业、硫酸工业已有多年成功的运行经验，是一项非常成熟的技术。已制定《电除雾器》标准HJ/T323-2006。技术特点：单体处理烟气量较小，一般不超过5万m3/h。设计烟气流速较低，一般为1m/s左右。集尘极多采用PV或FRP材质。还没有处理大烟气量、用于湿法脱硫后的应用。92.膜结构湿式电除尘器实验研究湿式静电除尘器对于收集酸性烟雾和细微粒子有很大的前景，也同时消除实质上的二次扬尘。但是，由于喷洒水的表面张力导致的干斑的形成和收集器表面的腐蚀，限制了当前湿式除尘器的可应用性。膜湿式除尘器以编织纤维膜为载体，解决了板式收尘极布水的不均匀问题。膜湿式静电除尘器（MWESP)以编织纤维膜为收尘极，改变电除尘设备对钢材的依赖；以重力协助下的毛细作用为布水机理，改变板式收尘极的布水不均匀性；作为液相载体的编织纤维膜具有众多的可选择性，多种耐酸材料的选择避免湿式除尘设备的腐蚀问题；同时完全消除二次扬尘并维持稳定的高场强。2.1前言102.2布水机理编织纤维中的毛细作用h——毛细效应高度，mq——毛细管流量，m3/sη——液体粘度,mL——毛细管长度,m毛细效应高度与液体流量成反比，毛细管越细，当量半径越小，毛细效应高度则越大，但液体流量显著减小，因此不可能在提高毛细效应高度的同时达到增大毛细管流量的目的。可见在毛细效应高度一定时，只能通过增加毛细管的根数来提高液体流量。r——表示毛细管当量半径，mθ——固液接触角11•重力协助的毛细作用布水水的毛细作用传输保证了极板上任何位置都可以保证有水流的经过，使得在极板干斑形成最小化——即当水珠或水道流过持续地薄片或板时形成的干燥斑点。固态板式收尘极编织纤维膜收尘极金属板碳纤维膜12•布水方式定压布水管孔布水这种布水方式简单，但注意的是小孔间距一定要保证间距间的膜可以有效润湿，并具有载运吸收的粉尘的能力。这种布水方式相对复杂，但其一方面可以保证布水完全的均匀性和稳定性，不存在由于点供水时导致一定程度的差别，另一方面可以进一步节约用水。132.3试验装置图膜湿式静电除尘器实验系统142.4布水均匀性与膜特性试验研究采用管路小孔的供水方式，控制范围为2.297～6.234L/min，为膜提供均匀的布水，设计之前，先对管路的布水均匀性进行计算机模拟，作为这种方案可行的依据进水口、出水孔管径图布水方式示意图（1）布水器布水均匀性模拟15针对碳基纤维和二氧化硅基纤维可能被用来在各种典型的电除尘环境下代替钢板的可行性进行研究。其一个很重要目的为实现膜材料选择的本地化，所以选用材料为各种国产碳纤维编织膜以及一种用于对比的耐酸布以及金属阳极板。（2）编织纤维膜特性研究碳纤维技术参数•实验用碳纤维16•单点供水浸润性质耐酸布布水特性单点供水浸润实验17•纤维束方向实验纤维束方向实验单向双向18•毛细作用能力研究3k碳纤维膜6k碳纤维膜12k碳纤维膜3k、6k、12k三种碳纤维膜采用的都为同一种PAN基碳纤维原丝，K是指一束纤维束中所包含的碳纤维丝数量，所以并不存在毛细管材料特性导致的毛细作用高度不同。由图我们可以看到三种碳纤维纱在400倍放大下的粗细无明显差异。19•蓄水量研究不同碳纤维膜蓄水量3k的碳纤维膜的蓄水量最少，而12k的最大，6k碳纤维膜介于两者之间，这可以由三种碳纤维膜在在相同面积下原丝数量不同的到合理解释，而同时我们由表的第五列可以看到质量利用率最高的是3k碳纤维膜，而单位质量的蓄水量最少的为12k碳纤维膜，因此我们推断在保证膜的布水均匀性和粉尘承载能力的前提下，应该选择单位面积质量较小的纤维膜，以节约成本。20•质量成本计算采用纤维膜代替金属阳极板可以彻底的减少钢材用量，降低安装、运输、维修和服务的工作量和成本，并且能够降低改装和新型设计应用方面的整体费用。•本章小结1）布水均匀性模拟通过压力分布和出水孔流速分布比较，证明这种管孔布水方式可以保证膜上部的供水均匀，布水方式设计可以满足实验要求。2）单点供水浸润实验得到在布水孔间距增大到100mm时，可以保证膜的整体润湿。3）通过纤维束方向实验和毛细作用的进一步分析得到编织纤维膜的毛细作用主要源于纤维束中纤维丝之间形成的毛细孔，各种膜的毛细作用高度不同证明了纤维纱中纤维丝之间并不是理想的紧密规则排列，也存在着一定程度的空隙，这种空隙随着单束纤维纱的纤维丝根数增加而减小。4）三种碳纤维膜的蓄水量质量利用率随着单位面积的增大而减小，在不考虑其他因素的前提下选用单重较小的纤维膜更具有经济性。5）简要的传统静电除尘器的收尘极对比，采用纤维膜代替金属收尘极具有可观的经济效益。222.5极配特性实验研究正四斜二齿相间齿长20mm芒刺板齿长30mm芒刺板齿长40mm芒刺板•三种干式膜伏安特性(1)空载伏安特性23•三种湿式膜伏安特性3k碳纤维膜布水与无水6k碳纤维膜布水与无水12k碳纤维膜布水与无水3k碳纤维膜，无水和布水下的火花放电电压基本相同，在相同外加电压下，场电晕电流为干式膜收尘极略高，而6k和12k膜的电晕电流也表现为类似情况，但6k和12k膜在布水时便火花放电电压比无水时明显提高，差距达10KV左右。24采用12k碳纤维膜正四斜二齿相间芒刺线齿长20mm芒刺板齿长30mm芒刺板齿长40mm芒刺板25（2）负载伏安特性•定载荷下各种放电极伏安特性正四斜二齿相间芒刺线齿长20mm芒刺板齿长30mm芒刺板齿长40mm芒刺板26正四斜二齿相间芒刺线齿长20mm芒刺板齿长30mm芒刺板齿长40mm芒刺板27不同载荷下伏安特性（3）变载下伏安特性为了确定在效率试验中，不同程度载荷对电场的影响情况，我们测试采用给料机分别给料为20g/min、30g/min、40g/min、50g/min、75g/min、100g/min下的伏安特性，由于前边试验中已经得出结论，布水量并不明显影响到电场特性，所以在这里调节供水量为定值250L/h。281）碳纤维膜完全可以替代金属收尘极。2）12k碳纤维膜在提供更好的布水均匀性的同时，更保持相同电压下更高的电晕电流。3）湿式膜相对于干式膜，提供更高的火花放电电压，以维持更高的电场强度，这对收尘是十分有利的。4）在空载和负载情况下，布水量的不同并不对电场的伏安特性产生明显的影响，几种膜的伏安特性主要取决于放电极形式，其中齿长40mm芒刺板表现优异。5）在满足布水量有效冲刷膜上收集的粉尘情况下，载荷的变化对电晕电流产生微小影响，电场特性没有明显变化。由以上结论，我们在以后的效率试验中采用电晕极为齿长40mm芒刺板，收尘极为12k碳纤维膜。（4）本章小结292.6效率实验研究•滑石粉效率用中位径为19.62μm的滑石粉，其粒度分布接近工业粉尘测试工况及计算结果电除尘器的捕集效率可以达到99.9%，而本实验中实验2的除尘效率最高，99.624%，原因为本实验系统是搭建在实验室的单室单通道小型设备，有效收尘膜面积也只有0.8m2，与实际电除尘器尺寸相差甚远。所以很有必要将其与同等实验条件下的其他收尘极形式的除尘效率进行比较。30不同收尘极形式下除尘效率没有防风槽的平铁板在主烟气流冲击极板上以收集的灰尘形成二次扬尘，导致效率最低。芒刺板充分利用在接地收尘极板上芒刺的反电晕产生的强离子风作用，变不利收尘为有利收尘，所以提供比较高的收尘效率。碳纤维毡由于其絮状纤维的良好导电性和电场中电场力作用下无数细小纤维尖端指向放电极，相当于更多芒刺的芒刺板，收尘效率进一步提高，但由于碳纤维毡的物理拉伸强度不大和沉积在碳毡内部的粉尘无法有效清除，在实际生产中无法有效应用。而湿式碳纤维膜，编织纤维结构为水膜提供良好的载体，水膜为收尘极提供导电性和粉尘的捕集清理。完全的消除二次扬尘和粉尘板结问题，几乎适用于电除尘的任何方面，在这里提供最高的捕集效率。31分级效率曲线传统的湿式除尘器而言，虽然消除了二次扬尘，但布水不均的问题导致局部板结形成干斑，发生反电晕，采用喷水一定程度上消除干斑，却导致电场的局部短路，电压骤降，无法维持高场强。而湿式膜正是由于可以维持稳定的高场强，以及水对微细粉尘的有效捕集决定了它在细微粉尘处理方面的更大优势。32•微硅粉效率测试工况及计算结果33•本章小结1）齿长400mm芒刺板对12k碳纤维湿式膜的极配形式在同极距为400mm下的膜湿式静电除尘器具有很高的粉尘捕集效率，对中位径19.62μm的滑石粉总效率实验最高值为99.624%。2）在分级效率数据中，膜湿式静电除尘器同传统电除尘设备具有相同的规律，随着粉尘粒径的增大，捕集效率普遍提高，但不同的是并不是随着粒径的减小而骤降，而是依然保持很