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ESP电场中高质量浓度区粉尘气流的强制收集技术

文档作者：郝文阁王宝军文档来源：东北大学资源与土木工程学院		更新日期： 2026年03月06日	点击数：
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上一篇：粉尘控制新技术的研究与应用

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第28卷第3期
2007年3月
东北大学学报( 自然科学版)
Journal of Northeastern University(Natural Science)
Vo1．28，No．3
Mar． 2 0 0 7
ES P电场中高质量浓度区
粉尘气流的强制收集技术
郝文阁，王宝军
(东北大学资源与土木工程学院．辽宁沈阳l10004)
摘 要：针对目前电除尘器实际收尘效率偏低的问题，探讨了提高电除尘器收尘效率的相关措施．通过
电场粉尘传输模型的数学解析和断面质量浓度实测，表明电场中粉尘分布存在质量浓度梯度，愈靠近极板质
量浓度愈高．在电除尘器收尘极板末端用吸风13强制收集高质量浓度粉尘气流，对强制收集的高质量浓度粉
尘气流采用高效布袋处理或循环至入13进行二级处理，可以显著降低电除尘器出13粉尘排放量．同时强制吸
风可以显著改善由于振打清灰造成的粉尘二次飞扬．对等速吸风13流函数的分析，揭示出吸风高度与收尘效
率之间的数学关系．
关键词：粉尘排放；静电除尘器；收尘效率；紊流掺混系数；强制收集
中图分类号：X 513 文献标识码：A 文章编号：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删． ，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
作为高效除尘器之一的电除尘器，由于具有
阻力小、耗能低、可处理高温烟气、维护工作量少
等优点，在电厂、水泥、钢铁、有色金属、化工、造
纸等领域广泛应用．特别在电力行业，大型火电机
组大部分使用电除尘器，对改善大气环境质量发
挥了重要作用．但是，目前电除尘面临着严峻挑
战，经过324套电除尘器的实例统计，平均收尘效
率只有98．22％⋯．按此平均收尘效率计算，如果
电除尘器进口粉尘质量浓度为20 g／m3，那么出
口粉尘质量浓度将超过360 mg／m3，这显然不能
满足新的粉尘排放标准．电除尘器运行要保障收
尘效率长期稳定在99．9％，收尘理论和收尘技术
收稿日期：20o6 03 17
基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2002AA642010)．
作者简介：郝文阁(1959一)，男，河北唐山人，东北大学博士研究生，东北大学副教授．
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第3期 郝文阁等：ESP电场中高质量浓度区粉尘气流的强制收集技术423
目前国内外通常以增大收尘极板面积、增加
电场长度或电场数量来提高收尘效率，但这样往
往使一次投资和长期运行费用增大，而且许多旧
设备改造不允许增加电场和改变设备规格．
Cooperman在1970年就指出在电除尘器横断面
上存在粉尘质量浓度梯度．实验研究和静电传输
紊流掺混理论模型分析证实，收尘通道断面质量
浓度梯度确实存在，在电除尘器收尘极板附近存
在高质量浓度含尘气流区．通过对高质量浓度区
粉尘气流强制收集可以显著提高收尘效率，因此
将高质量浓度含尘气流强制收集技术融人电除尘
器结构设计中，并对运行中的电除尘器加以改造，
具有效果显著、投资少和实施容易等突出优点，是
静电除尘器领域中一项创薪技术．针对此项技术
开展深入的理论与实验研究既有学术意义又具实
1 静电除尘器电场粉尘质量浓度分
布理论分析
1．1 静电传输紊流掺混模型
在静电除尘器中，荷电粒子的传输过程受到
流场、电场、扩散场和重力场的综合作用．由于重
力沉降速度远远小于气流风速，故忽略重力作用，
则荷电粒子传输过程变为二维问题．荷电粒子在
库仑力作用下不断向收尘极板迁移，造成通道断
面质量浓度梯度，在收尘极板附近形成高质量浓
度区；高质量浓度区粒子在扩散作用下向低质量
浓度区扩散迁移[2-5]．电场内粉尘静电传输一紊
含尘气流 厂电晕极
■◆ × × × ×
●． — 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
( + 训 z．
由质量守恒，对微元体可建立如下数学模
型[6]：
+ ∞ 3y —
02p
2一 a
02
v
p2=0．(1)
式中，』D为粉尘粒子质量浓度；∞为荷电粉尘粒子
驱进速度； 为含尘气流速度；E 为纵向紊流扩
散系数；Ey为横向紊流扩散系数·其中Ex 代
表粒子纵向上紊流掺混造成的粉尘迁移，与含尘
气流对粉尘粒子的纵向平流输送相比其程度要小
得多，可将其忽略，得式(2)：
+ ∞ 一Ey
。
~2
v
t9= 0
． (2)
对式(2)进行分离变量，并代人电场人1=I粉尘
质量浓度边界条件，可得电场粉尘质量浓度分布
理论计算式[ ]：
=
p ob
唧[- }-
(3)
式中，Ey=0．337 8pf(1+2NEHD)vb[(1+2NEHD)
Re]一。～；』Df为电场摩擦阻力系数；NE}Ⅱ)为电动
学系数．
1．2 电除尘电场粉尘质量浓度分布理论计算
利用式(3)计算静电除尘器模型断面粉尘质
量浓度分布，如图2．从图中可以看出，静电除尘
器收尘通道内从电晕线到收尘极板含尘气流存在
质量浓度梯度，沿气流方向含尘气流质量浓度逐
渐降低，在收尘极板附近形成高质量浓度含尘气
流区．
'
it
m
图2 气流速度为1 m／s时粉尘理论质量浓度分布
Fig．2 Theoretic mass concentration distribution of
dust at v=1 m／ls
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424 冻北大学学报(自然科学版) 第28卷
2 静电除尘器电场粉尘质量浓度分
布实验研究
2．1 实验装置
实验模型采用单区线一板电除尘器，负电晕
荷电，收尘极板长700 rnIn，高度300 ulrfl，线板间
距为100 rflnl，通道中心共设4根电晕线，箱体采
用有机玻璃材料，电除尘器进出口两端分别加两
极多孔气流分布板．实验装置如图3所示．
图3 实验装置示意图
Fig．3 Schematic of experimental setup
l一粉尘发生器；2一气流分布板；3一电除尘器模型；
4一高压电源；5一采样器；6一风机．
2．2 测试方法
电场粉尘质量浓度测定按照滤膜记重法
(GB／rl6l57)．实验使用粉尘为滑石粉，分别在不
同断面(测孔分布于模型除尘器上面板，如图4)
利用粉尘采样仪测定粉尘质量浓度，采样流量为
5 L／min，采样时间为5min，电除尘器高压供电采
用CGD型直流电源，运行电压为40 kV．
图4 模型测试孔断面分布图(nTn)
Fig。4 Distribution profile of testing holes(rrrn)
2．3 实验结果与讨论
实验测定静电除尘器模型6，7，8，9四个断面
粉尘质量浓度分布，如图5．从图中可以看出，荷
电粉尘粒子在库仑力作用下向收尘极板驱近并被
捕集，造成收尘通道内从电晕线到收尘极板含尘
气流质量浓度梯度，沿气流方向含尘气流质量浓
度逐渐降低，在收尘极板附近形成高质量浓度含
尘气流区．实验测定断面粉尘质量浓度分布规律
与静电传输紊流掺混模型理论计算得到的粉尘质
量浓度分布规律基本相同．
m
图5 气流速度为1 m／s时模型断面
粉尘质量浓度分布
Fig。5 Testing profile concentration distribution
of dust at v 1m／ls
3 强制循环收集吸风口流场模型及
对收尘效率的影响
3．1 收尘极板吸风口流场分析
电除尘通道两侧是收尘极板，在电除尘器收
尘极板出口端安装条缝吸风口，可以将出口断面
高质量浓度粉尘气流强制吸入并加以净化，从而
显著降低粉尘通过率，同时还可以吸入振打清灰
造成的再飞扬粉尘．因此，高质量浓度粉尘强制循
环收集系统对于提高静电除尘器收尘效率具有非
常明显的作用．气流绕挡风板的流场可以简化为
气流流过1／4圆柱体平面势流．其势函数和流函
数为[8-9J
VooX +
M 5c
， (4)
= 。。Y ～
M
2+
y ； (5)
解得流场中任意点的速度为
= = 。。 一一 苦罱 ， ㈤o
= ： 一
M
( 2
2
+
a：y 一a 2)2． (7)
y 一 2丌(．
z + v ‘
根据推导出的收尘极板表面绕流流函数，得
吸风口流场如图6．
含尘气流 清洁气流
图6 吸风口前气流绕流流场示意图
Fig．6 Schematic offlow field infron t of
dust suction opening
3．2 强制循环收集对收尘效率的影响分析
静电除尘器出口高质量浓度含尘气流经吸风
口收集后，返回电除尘器人口或用布袋除尘器进
行处理．此时系统收尘效率可以用式(8)表~EIoj：
踮加∞ ∞ ∞ ∞ 加m 0
0 0 0 0 Q Q Q 0
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第3期 郝文阁等：ESP电场中高质量浓度区粉尘气流的强制收集技术425
吸风相对高度／％
图7 循环收集高质量浓度粉尘吸风
相对高度与收尘效率关系
Fig．7 Relationship between suction height
and dust-collection eficiency
图7中吸风相对高度为吸风口高度占收尘通
道1／2宽度的百分比，可以看出随吸风相对高度
的增加，收尘效率显著提高，但提高幅度逐渐减
小．因此，吸风相对高度需根据出口断面粉尘质
量浓度分布和拟提高的收尘效率加以确定．
4 结 论
(1)理论计算与实验研究证实静电除尘器内
含尘气流从电晕线到收尘极板存在质量浓度梯
度，在收尘极板附近形成高质量浓度含尘气流区．
(2)强制循环收集时，收尘效率随吸风口高
度增加而提高，但增加幅度逐渐减小，故吸风口高
度需根据出口含尘气流质量浓度分布和排放标准
加以确定．
(3)静电除尘器高质量浓度粉尘强制收集技
术可以对高质量浓度含尘气流及振打清灰造成的
再飞扬粉尘加以收集和净化，从而显著提高电除
尘器的收尘效率，对于改造现有电除尘器和设计
新型电除尘器是一项可行、有效的技术措施．
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