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ESP電場中高質量濃度區粉塵氣流的強制收集技術

文檔作者：郝文閣王寶軍文檔來源：東北大學資源與土木工程學院		更新日期： 2026年03月06日	點擊數：
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上一篇：粉塵控制新技術的研究與應用

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第28卷第3期
2007年3月
東北大學學報( 自然科學版)
Journal of Northeastern University(Natural Science)
Vo1．28，No．3
Mar． 2 0 0 7
ES P電場中高質量濃度區
粉塵氣流的強制收集技術
郝文閣，王寶軍
(東北大學資源與土木工程學院．遼寧沈陽l10004)
摘 要：針對目前電除塵器實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措施．通過
電場粉塵傳輸模型的數學解析和斷面質量濃度實測，表明電場中粉塵分布存在質量濃度梯度，愈靠近極板質
量濃度愈高．在電除塵器收塵極板末端用吸風13強制收集高質量濃度粉塵氣流，對強制收集的高質量濃度粉
塵氣流采用高效布袋處理或循環至入13進行二級處理，可以顯著降低電除塵器出13粉塵排放量．同時強制吸
風可以顯著改善由于振打清灰造成的粉塵二次飛揚．對等速吸風13流函數的分析，揭示出吸風高度與收塵效
率之間的數學關系．
關鍵詞：粉塵排放；靜電除塵器；收塵效率；紊流摻混系數；強制收集
中圖分類號：X 513 文獻標識碼：A 文章編號：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、可處理高溫煙氣、維護工作量少
等優點，在電廠、水泥、鋼鐵、有色金屬、化工、造
紙等領域廣泛應用．特別在電力行業，大型火電機
組大部分使用電除塵器，對改善大氣環境質量發
揮了重要作用．但是，目前電除塵面臨著嚴峻挑
戰，經過324套電除塵器的實例統計，平均收塵效
率只有98．22％?．按此平均收塵效率計算，如果
電除塵器進口粉塵質量濃度為20 g／m3，那么出
口粉塵質量濃度將超過360 mg／m3，這顯然不能
滿足新的粉塵排放標準．電除塵器運行要保障收
塵效率長期穩定在99．9％，收塵理論和收塵技術
收稿日期：20o6 03 17
基金項目：國家高技術研究發展計劃項目(2002AA642010)．
作者簡介：郝文閣(1959一)，男，河北唐山人，東北大學博士研究生，東北大學副教授．
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第3期 郝文閣等：ESP電場中高質量濃度區粉塵氣流的強制收集技術423
目前國內外通常以增大收塵極板面積、增加
電場長度或電場數量來提高收塵效率，但這樣往
往使一次投資和長期運行費用增大，而且許多舊
設備改造不允許增加電場和改變設備規格．
Cooperman在1970年就指出在電除塵器橫斷面
上存在粉塵質量濃度梯度．實驗研究和靜電傳輸
紊流摻混理論模型分析證實，收塵通道斷面質量
濃度梯度確實存在，在電除塵器收塵極板附近存
在高質量濃度含塵氣流區．通過對高質量濃度區
粉塵氣流強制收集可以顯著提高收塵效率，因此
將高質量濃度含塵氣流強制收集技術融人電除塵
器結構設計中，并對運行中的電除塵器加以改造，
具有效果顯著、投資少和實施容易等突出優點，是
靜電除塵器領域中一項創薪技術．針對此項技術
開展深入的理論與實驗研究既有學術意義又具實
1 靜電除塵器電場粉塵質量濃度分
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、擴散場和重力場的綜合作用．由于重
力沉降速度遠遠小于氣流風速，故忽略重力作用，
則荷電粒子傳輸過程變為二維問題．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
面質量濃度梯度，在收塵極板附近形成高質量濃
度區；高質量濃度區粒子在擴散作用下向低質量
濃度區擴散遷移[2-5]．電場內粉塵靜電傳輸一紊
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 z．
由質量守恒，對微元體可建立如下數學模
型[6]：
+ ∞ 3y —
02p
2一 a
02
v
p2=0．(1)
式中，』D為粉塵粒子質量濃度；∞為荷電粉塵粒子
驅進速度； 為含塵氣流速度；E 為縱向紊流擴
散系數；Ey為橫向紊流擴散系數·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)
對式(2)進行分離變量，并代人電場人1=I粉塵
質量濃度邊界條件，可得電場粉塵質量濃度分布
理論計算式[ ]：
=
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；NE}Ⅱ)為電動
學系數．
1．2 電除塵電場粉塵質量濃度分布理論計算
利用式(3)計算靜電除塵器模型斷面粉塵質
量濃度分布，如圖2．從圖中可以看出，靜電除塵
器收塵通道內從電暈線到收塵極板含塵氣流存在
質量濃度梯度，沿氣流方向含塵氣流質量濃度逐
漸降低，在收塵極板附近形成高質量濃度含塵氣
流區．
'
it
m
圖2 氣流速度為1 m／s時粉塵理論質量濃度分布
Fig．2 Theoretic mass concentration distribution of
dust at v=1 m／ls
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424 凍北大學學報(自然科學版) 第28卷
2 靜電除塵器電場粉塵質量濃度分
布實驗研究
2．1 實驗裝置
實驗模型采用單區線一板電除塵器，負電暈
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4根電暈線，箱體采
用有機玻璃材料，電除塵器進出口兩端分別加兩
極多孔氣流分布板．實驗裝置如圖3所示．
圖3 實驗裝置示意圖
Fig．3 Schematic of experimental setup
l一粉塵發生器；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；6一風機．
2．2 測試方法
電場粉塵質量濃度測定按照濾膜記重法
(GB／rl6l57)．實驗使用粉塵為滑石粉，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量濃度，采樣流量為
5 L／min，采樣時間為5min，電除塵器高壓供電采
用CGD型直流電源，運行電壓為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 實驗結果與討論
實驗測定靜電除塵器模型6，7，8，9四個斷面
粉塵質量濃度分布，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近并被
捕集，造成收塵通道內從電暈線到收塵極板含塵
氣流質量濃度梯度，沿氣流方向含塵氣流質量濃
度逐漸降低，在收塵極板附近形成高質量濃度含
塵氣流區．實驗測定斷面粉塵質量濃度分布規律
與靜電傳輸紊流摻混模型理論計算得到的粉塵質
量濃度分布規律基本相同．
m
圖5 氣流速度為1 m／s時模型斷面
粉塵質量濃度分布
Fig。5 Testing profile concentration distribution
of dust at v 1m／ls
3 強制循環收集吸風口流場模型及
對收塵效率的影響
3．1 收塵極板吸風口流場分析
電除塵通道兩側是收塵極板，在電除塵器收
塵極板出口端安裝條縫吸風口，可以將出口斷面
高質量濃度粉塵氣流強制吸入并加以凈化，從而
顯著降低粉塵通過率，同時還可以吸入振打清灰
造成的再飛揚粉塵．因此，高質量濃度粉塵強制循
環收集系統對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．其勢函數和流函
數為[8-9J
VooX +
M 5c
， (4)
= 。。Y ～
M
2+
y ； (5)
解得流場中任意點的速度為
= = 。。 一一 苦罱 ， ㈤o
= ： 一
M
( 2
2
+
a：y 一a 2)2． (7)
y 一 2丌(．
z + v ‘
根據推導出的收塵極板表面繞流流函數，得
吸風口流場如圖6．
含塵氣流 清潔氣流
圖6 吸風口前氣流繞流流場示意圖
Fig．6 Schematic offlow field infron t of
dust suction opening
3．2 強制循環收集對收塵效率的影響分析
靜電除塵器出口高質量濃度含塵氣流經吸風
口收集后，返回電除塵器人口或用布袋除塵器進
行處理．此時系統收塵效率可以用式(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電場中高質量濃度區粉塵氣流的強制收集技術425
吸風相對高度／％
圖7 循環收集高質量濃度粉塵吸風
相對高度與收塵效率關系
Fig．7 Relationship between suction height
and dust-collection eficiency
圖7中吸風相對高度為吸風口高度占收塵通
道1／2寬度的百分比，可以看出隨吸風相對高度
的增加，收塵效率顯著提高，但提高幅度逐漸減
小．因此，吸風相對高度需根據出口斷面粉塵質
量濃度分布和擬提高的收塵效率加以確定．
4 結 論
(1)理論計算與實驗研究證實靜電除塵器內
含塵氣流從電暈線到收塵極板存在質量濃度梯
度，在收塵極板附近形成高質量濃度含塵氣流區．
(2)強制循環收集時，收塵效率隨吸風口高
度增加而提高，但增加幅度逐漸減小，故吸風口高
度需根據出口含塵氣流質量濃度分布和排放標準
加以確定．
(3)靜電除塵器高質量濃度粉塵強制收集技
術可以對高質量濃度含塵氣流及振打清灰造成的
再飛揚粉塵加以收集和凈化，從而顯著提高電除
塵器的收塵效率，對于改造現有電除塵器和設計
新型電除塵器是一項可行、有效的技術措施．
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