荷電對粉塵過濾過程影響的研究

詹亮亮，盧錦奎，翁煜彬

（1.福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.龍巖市產品質量檢驗所，福建 龍巖 364000）

荷電對粉塵過濾過程影響的研究

詹亮亮1，盧錦奎1，翁煜彬2

（1.福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.龍巖市產品質量檢驗所，福建 龍巖 364000）

針對電袋復合除塵器工程技術開發的需求，進行了粉塵荷電對過濾過程影響的測試實驗。測試結果顯示，荷電對粉塵的過濾壓降等都會產生一定影響，并且在荷電條件下，粉塵顆粒在輸送過程中會產生一定程度的聚并現象。

粉塵荷電;過濾壓降;顆粒聚并

1 實驗概述

粉塵過濾是電袋復合除塵器除塵過程中的一個關鍵環節，其效果直接影響除塵器的整體性能。隨著除塵工程要求的不斷提高，針對粉塵過濾效果的各種影響因素進行深入研究是非常必要的。本次實驗在清華大學已有的顆粒物脫除性能實驗測試技術的基礎上進行：在過濾風速分別為1.3、1.5、1.8、2.0m/min，粉塵濃度分別為20、40、60、80g/m3，模擬氣溫度為常溫，模擬氣成分為普通除濕處理空氣等條件下，并分別在荷電和不荷電兩種情況下進行測試。

本次測試選用內蒙古煤種在煤粉爐燃燒產生的粉塵作為測試粉塵：1）先采用PPS濾料進行測試，分別在荷電與不荷電情況下測試不同過濾風速和粉塵濃度對過濾壓降的影響；2）在過濾風速為1.5m/min、粉塵濃度為40g/m3時，分別在荷電與不荷電情況下測試不同濾料對過濾分級效率的影響；3）在荷電情況下，測試顆粒在輸送過程中所產生的聚并情況。

2 實驗系統簡介

過濾實驗系統主要包括供氣系統、氣溶膠發生裝置、荷電裝置、流量控制系統、抽氣裝置等（如圖1所示）。

2.1 供氣系統及氣溶膠發生裝置

采用空壓機進行供氣，壓縮氣體在進入實驗系統之前，經過SMC的氣體處理單元，減壓并除去其中的水分、油滴以及微細顆粒物，然后流經流量測試裝置再進入到氣溶膠發生裝置。

氣溶膠發生裝置采用的是德國Palas公司的RBG-2000型氣溶膠發生器，用于產生并分散不同濃度的模擬氣。先將需要發散的粉塵裝入料筒中，然后用料筒底部的可調速驅動活塞向上均速推進，使粉塵不斷上行，活塞行進速度決定了模擬氣濃度。在料筒的上端有金屬刷高速旋轉，將粉塵不斷地從頭部刷入至氣流中。氣流隨即進入一個精心設計的噴嘴，對粉塵進行很好地分散，最終形成測試用模擬氣流。

2.2 荷電裝置

荷電裝置采用線管式的極配，內徑為70mm的管筒中央接入一根直徑為0.4mm的銀針，銀針接-13kV的高壓電源，管筒內壁貼有接地的鋁箔，兩者之間形成穩定的電暈放電。

2.3 流量控制系統與抽氣裝置

實驗臺在上游空壓機供氣的基礎上，下游用水環式真空泵進行抽氣，使過濾段壓力在整個實驗過程中始終保持在大氣壓狀態。為調整過濾風速，過濾段至水環式真空泵間用質量流量控制器對流量進行控制。此外，為了調節系統的流量分布，旁路管道后面采用了調節閥，調節氣流的阻力。

2.4 過濾分級效率采樣儀與顆粒粒徑分析設備

顆粒的分級采樣儀器采用Dekati公司制造的荷電低壓撞擊器（ELPI）。ELPI由一個線管級電暈，一套級聯撞擊器和一個多通道靜電計組成，一個真空泵與其尾部相連，在針閥控制下以10L/min定量抽取氣體。ELPI共有13級，切割粒徑分別為9.99、6.56、4.085、2.52、1.655、1.021、0.655、0.407、0.267、0.173、0.109、0.063和0.03μm。

實驗用顆粒的粒度分布采用激光粒度分析儀（Malvern Mastersizer2000型）進行測量。該儀器采用小角度激光散射，根據衍射角與粒度的關系，確定顆粒的粒度分布。

3 實驗數據處理方法

過濾過程包括清潔濾料的深床過濾期、過渡期以及顆粒層過濾期，在實際工程中由于濾料的重復過濾和清灰，過濾過程以顆粒層過濾為主，而本測試重點考察的是顆粒層過濾期間的壓降變化。在不荷電情況下，顆粒層壓降變化有階躍現象，則選取較寬的壓降范圍進行統計，具體為300～800Pa；在荷電情況下，壓降變化曲線比較平穩，則選取450～550Pa壓降區間的數據進行分析。

采取不同壓降區間的計算誤差分析：在不荷電條件下，采用PPS濾料、過濾風速1.3m/min、給灰濃度20g/m3時，以300～800Pa壓降區間的數據計算，過濾壓降隨時間變化率為0.136Pa/s，而若以窄區間450～550Pa壓降區間的數據計算，過濾壓降隨時間變化率為0.163Pa/s，相對誤差為19.85%；荷電條件下，采用PPS濾料、過濾風速1.3m/min、給灰濃度20g/m3時，以300～800Pa壓降區間的數據計算，過濾壓降隨時間變化率為0.100Pa/s，以450～550Pa壓降區間的數據計算，過濾壓降隨時間變化率為0.102Pa/s，相對誤差在2%。因此，在不荷電時統一取300～800Pa壓降區間的數據進行處理，在荷電時統一取450～550Pa壓降區間的數據進行處理。

4 粉塵過濾實驗

4.1 不同過濾條件對過濾壓降的影響

4.1.1在常溫、不荷電條件下

采用PPS濾料，過濾風速分別選取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉塵濃度分別選取20、40、60、80g/m3進行實驗。在過濾過程中可以明顯觀察到壓降的陡增現象（見圖2），這與國內外的研究報道是一致的，分析主要的原因是由于顆粒層的坍塌。

按前述處理方法對各工況的數據進行處理，得到過濾壓降增長率隨過濾風速以及來流粉塵濃度的變化而變化的關系曲線，如圖3和圖4所示。

從圖3和4可以看到，過濾壓降增長率隨過濾風速與來流粉塵濃度的增加而增加，基本為線性關系。

4.1.2在常溫、荷電條件下

采用PPS濾料，過濾風速分別選取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉塵濃度分別選取20、40、60、80g/m3進行實驗。過濾過程中不再出現壓降陡增現象，這與前期的實驗研究結果是一致的，在靜電作用下顆粒層的結構更為穩定，不容易出現坍塌現象。

按前述處理方法對各工況的數據進行處理，得到過濾壓降增長率隨過濾風速以及來流粉塵濃度的變化而變化的關系曲線，如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6可以看到，過濾壓降增長率隨過濾風速與來流粉塵濃度的增加而增加。其中，過濾壓降增長率隨過濾風速的增加，前期增長較為緩慢，而后期增長較快，這點與不荷電工況不同；過濾壓降增長率隨來流粉塵濃度的變化基本呈線性關系。

下表給出了荷電與否、不同過濾風速和來流粉塵濃度下的過濾壓降增長率。從表中可以看出，在過濾風速低于1.8m/min的情況下，顆粒荷電降低了其顆粒層過濾期的壓降增長率。

荷電與否、不同過濾風速和來流粉塵濃度下的過濾壓降增長率（Pa/s）一覽表

4.2 荷電條件下顆粒聚并情況測試

在荷電設備后的下部管道采集荷電與不荷電條件下的顆粒并進行激光粒度分析，結果見圖7和圖8。對比圖7與圖8可知，細顆粒在荷電作用下有一定程度的聚并。

荷電前顆粒的平均粒徑為96.143μm，荷電后顆粒的平均粒徑為108.189μm。

圖7 荷電前顆粒的粒徑分布

圖8 荷電后顆粒的粒徑分布

5 結論

（1） 在靜電作用下顆粒層的結構更為穩定，不容易出現坍塌現象；

（2）荷電時，過濾壓降增長率隨過濾風速的增加而增加，前期較為緩慢而后期較快；

（3）在過濾風速低于1.8m/min的情況下，顆粒荷電降低了其顆粒層過濾期的壓降增長率；

（4）荷電促使細顆粒產生一定程度的聚并，聚并后的大顆粒有利于電場吸附及袋區過濾，可進一步提高除塵效率。

黃斌，等.可壓縮性顆粒層過濾實驗研究[J].工程熱物理學報，2005（9）.

Load Electricity Impact on Process of Dust Filtration

ZHAN Liang-liang1, LU Jin-kui1, WENG Yu-bin2
(1. Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000;2. Longyan Inspection Institute of Product Quality, Longyan Fujian 364000, China)

Based on the requirement of technical development of electrical bag complex precipitator, tested load electricity impact on process of dust filtration is made. The result shows that the load electricity makes an impact on the filtration pressure reduction of dust and filtration classification efficiency and particle could generate a certain accumulation phenomena in transportation.

load electricity of dust; filtration pressure reduction; classification efficiency; particle accumulation

X701.2

A

1006-5377（2011）10-0041-04