管式电除尘器内部细颗粒流动数值模拟

图3不同粒径对除尘效率的影响

在图3(a)中,进口风速为0.3m/s,粒径为10μm时,随着电晕电压增大,除尘效率呈现出非线性增加。在粒径为5μm和1μm时,除尘效率变化相同。对比三条曲线,明显可以看出,在电场中大粒径颗粒的除尘效率要高于小粒径的。这是由于在电压和进口风速恒定的工况下,颗粒荷电量与粒径大小成正比,粒径越大荷电量越大,颗粒受到的电场力越大。

颗粒偏移运动越明显,收尘壁会捕集到的粉尘颗粒越多,除尘效率就越高,反之同理。从三条曲线随着电压增加的变化中还可以看出,在电压较小的工况下,随着电压增加,除尘效率增加的幅度较大。

颗粒粒径越大,这种增幅的变化越大,除尘效率增长越高。当电压增加到较高时,这种增加的幅度会越来越小。这种变化趋势在粒径越小的颗粒比较明显,图3(b)与图3(c)的变化趋势和图3(a)基本相同。

3.4不同的电晕电压对除尘器集尘效果的影响

电晕电压是电除尘器除尘的源动力。不同的电晕电压,导致颗粒向X轴偏移的程度也不同,偏移程度影响了除尘效率的高低。在颗粒粒径为5μm,进口风速为0.3m/s的工况下,描绘了三种电压下的颗粒运动轨迹云图,如图4所示。

图4颗粒向X轴偏移运动轨迹

从图4中可以看出,在电压为20kV时颗粒的偏移轨迹变化较小,直到颗粒到达出口时的偏移距离不到100mm;而在电压为45kV时,颗粒的偏移距离超过了100mm,可见颗粒偏运动加剧了;在电压为70kV时,颗粒没能运动至出口处就完全被收尘壁捕集了。

在进口风速与颗粒粒径恒定时,随着电晕电压的增加,电场中产生更多的自由电子。当自由电子与粉尘颗多次粒碰撞后,粉尘颗粒的荷电量明显增加,直到饱和。颗粒荷电量越大,受电场力作用越大。从而使得粉尘颗粒与向收尘壁运动的偏移量增加,收尘壁捕集更多的粉尘颗粒,最后除尘效率增加。

4结论

本文建立了一个管式电除尘器的物理模型来模拟颗粒流动。通过流场与电场耦合,再模拟计算出三种不同进口风速,粒径以及电晕电压等因素对除尘效率的影响,得到如下结论。

(1)本文利用UDF编辑方程并建立电场模型,简化了模拟流程,避免了MHD模型的应用。此模型还可以模拟高电压的工况,增加了电压模拟范围,消除了MHD模型的局限性,也优化了模拟数据。在模型验证中,证明了模拟数据符合实验数据。

(2)在电晕电压和颗粒粒径恒定时,随着进气口速度的减小,粉尘颗粒滞留时间增加,荷电量增加,颗粒受到电场力作用而向收尘壁偏移运动更加明显。最终,收尘壁捕集到的粉尘颗粒增加,除尘效率增加。

(3)电晕电压和进口风速恒定时,随着颗粒粒径的增大,颗粒荷电量增加,受电场力作用向收尘壁运动更加剧烈。更多的粉尘颗粒吸附到收尘壁,电除尘器除尘效率增加,并呈现出非线性的增加的趋势。粉尘颗粒粒径越大,除尘效率增加的趋势越明显。

(4)在颗粒粒径和进口风速恒定时,电晕电压越大,粉尘颗粒与电子碰撞次数越多,颗粒荷电量越大,直至饱和。相对的颗粒向收尘壁偏移的距离越大,收尘壁捕集粉尘颗粒越多,除尘效率增加。

参考文献略

《东北电力大学学报》作者：郑建祥,吕辛桐,唐晨,康文瑶,周天鹤

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