高溫靜電除塵過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、高溫下除塵過程普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)中，例如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)和增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC)過程。高溫靜電除塵器是滿足上述氣體凈化要求的重要設(shè)備。對(duì)高溫靜電除塵過程的研究有助于揭示除塵機(jī)理，也能為工程實(shí)際中除塵設(shè)備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)對(duì)高溫下的線板式靜電除塵器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。建立了綜合考慮溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、流場(chǎng)和顆粒動(dòng)力場(chǎng)的多場(chǎng)耦合模型，采用有限體積法對(duì)計(jì)算域進(jìn)行離散進(jìn)而求解電場(chǎng)，采用歐拉—

2、拉格朗日方法求解氣固兩相流動(dòng)。主要研究?jī)?nèi)容包含以下三部分:
　　第一部分是對(duì)靜電除塵器內(nèi)電場(chǎng)、流場(chǎng)和顆粒動(dòng)力場(chǎng)之間相互作用的研究。結(jié)果表明，電場(chǎng)對(duì)流場(chǎng)的影響表現(xiàn)為離子風(fēng)效應(yīng)，離子風(fēng)的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)是漩渦，它會(huì)在每個(gè)電暈極兩端形成一對(duì)反向的渦結(jié)構(gòu)。靜電場(chǎng)施加于顆粒的電場(chǎng)力對(duì)實(shí)現(xiàn)顆粒與氣體的分離起著重要作用。荷電顆粒形成的空間電荷使電勢(shì)和離子電荷密度稍有減小，顆粒在電場(chǎng)中形成的較大偏移會(huì)增強(qiáng)氣體的湍流。湍流脈動(dòng)使部分顆粒沉淀的時(shí)間變短，

3、部分顆粒的沉積時(shí)間變長(zhǎng)，部分顆粒甚至未能淀積。
　　第二部分是溫度對(duì)靜電除塵器內(nèi)流場(chǎng)特性、電場(chǎng)特性以及離子風(fēng)效應(yīng)影響的研究。模擬結(jié)果表明，氣體密度隨著溫度的升高而減小，氣體粘度隨著溫度的升高而增大。高溫會(huì)增厚收塵板處的邊界層，增強(qiáng)了全場(chǎng)的平均湍流強(qiáng)度。靜電除塵器的工作電壓范圍隨著溫度的升高而變窄。電暈極表面場(chǎng)強(qiáng)和整個(gè)電除塵器內(nèi)的平均場(chǎng)強(qiáng)均減小，離子電荷密度也減小。隨著溫度的升高，離子風(fēng)的影響強(qiáng)度減弱，范圍拓寬。
　　第三部分

4、是溫度對(duì)靜電除塵器內(nèi)顆粒荷電、受力和軌跡的影響以及對(duì)整個(gè)除塵效率的影響的研究。首先研究了顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中的荷電歷程，接著對(duì)顆粒所受曳力和電場(chǎng)力進(jìn)行了研究，最后總結(jié)高溫對(duì)除塵效率的影響并給出提高除塵效率的建議。模擬結(jié)果表明，對(duì)于10μm的顆粒，隨著溫度的升高，顆粒的荷電量減小，靜電力減小而Saffman升力、布朗力以及曳力均增大。顆粒的受到的力主要是靜電力和曳力。高溫增強(qiáng)了顆粒與流體的相互作用。溫度升高可能會(huì)使顆粒捕集變得困難，其原因可能