荷电对粉尘过滤过程影响的研究

詹亮亮，卢锦奎，翁煜彬

（1.福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000；2.龙岩市产品质量检验所，福建 龙岩 364000）

荷电对粉尘过滤过程影响的研究

詹亮亮1，卢锦奎1，翁煜彬2

（1.福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000；2.龙岩市产品质量检验所，福建 龙岩 364000）

针对电袋复合除尘器工程技术开发的需求，进行了粉尘荷电对过滤过程影响的测试实验。测试结果显示，荷电对粉尘的过滤压降等都会产生一定影响，并且在荷电条件下，粉尘颗粒在输送过程中会产生一定程度的聚并现象。

粉尘荷电;过滤压降;颗粒聚并

1 实验概述

粉尘过滤是电袋复合除尘器除尘过程中的一个关键环节，其效果直接影响除尘器的整体性能。随着除尘工程要求的不断提高，针对粉尘过滤效果的各种影响因素进行深入研究是非常必要的。本次实验在清华大学已有的颗粒物脱除性能实验测试技术的基础上进行：在过滤风速分别为1.3、1.5、1.8、2.0m/min，粉尘浓度分别为20、40、60、80g/m3，模拟气温度为常温，模拟气成分为普通除湿处理空气等条件下，并分别在荷电和不荷电两种情况下进行测试。

本次测试选用内蒙古煤种在煤粉炉燃烧产生的粉尘作为测试粉尘：1）先采用PPS滤料进行测试，分别在荷电与不荷电情况下测试不同过滤风速和粉尘浓度对过滤压降的影响；2）在过滤风速为1.5m/min、粉尘浓度为40g/m3时，分别在荷电与不荷电情况下测试不同滤料对过滤分级效率的影响；3）在荷电情况下，测试颗粒在输送过程中所产生的聚并情况。

2 实验系统简介

过滤实验系统主要包括供气系统、气溶胶发生装置、荷电装置、流量控制系统、抽气装置等（如图1所示）。

2.1 供气系统及气溶胶发生装置

采用空压机进行供气，压缩气体在进入实验系统之前，经过SMC的气体处理单元，减压并除去其中的水分、油滴以及微细颗粒物，然后流经流量测试装置再进入到气溶胶发生装置。

气溶胶发生装置采用的是德国Palas公司的RBG-2000型气溶胶发生器，用于产生并分散不同浓度的模拟气。先将需要发散的粉尘装入料筒中，然后用料筒底部的可调速驱动活塞向上均速推进，使粉尘不断上行，活塞行进速度决定了模拟气浓度。在料筒的上端有金属刷高速旋转，将粉尘不断地从头部刷入至气流中。气流随即进入一个精心设计的喷嘴，对粉尘进行很好地分散，最终形成测试用模拟气流。

2.2 荷电装置

荷电装置采用线管式的极配，内径为70mm的管筒中央接入一根直径为0.4mm的银针，银针接-13kV的高压电源，管筒内壁贴有接地的铝箔，两者之间形成稳定的电晕放电。

2.3 流量控制系统与抽气装置

实验台在上游空压机供气的基础上，下游用水环式真空泵进行抽气，使过滤段压力在整个实验过程中始终保持在大气压状态。为调整过滤风速，过滤段至水环式真空泵间用质量流量控制器对流量进行控制。此外，为了调节系统的流量分布，旁路管道后面采用了调节阀，调节气流的阻力。

2.4 过滤分级效率采样仪与颗粒粒径分析设备

颗粒的分级采样仪器采用Dekati公司制造的荷电低压撞击器（ELPI）。ELPI由一个线管级电晕，一套级联撞击器和一个多通道静电计组成，一个真空泵与其尾部相连，在针阀控制下以10L/min定量抽取气体。ELPI共有13级，切割粒径分别为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。

实验用颗粒的粒度分布采用激光粒度分析仪（Malvern Mastersizer2000型）进行测量。该仪器采用小角度激光散射，根据衍射角与粒度的关系，确定颗粒的粒度分布。

3 实验数据处理方法

过滤过程包括清洁滤料的深床过滤期、过渡期以及颗粒层过滤期，在实际工程中由于滤料的重复过滤和清灰，过滤过程以颗粒层过滤为主，而本测试重点考察的是颗粒层过滤期间的压降变化。在不荷电情况下，颗粒层压降变化有阶跃现象，则选取较宽的压降范围进行统计，具体为300～800Pa；在荷电情况下，压降变化曲线比较平稳，则选取450～550Pa压降区间的数据进行分析。

采取不同压降区间的计算误差分析：在不荷电条件下，采用PPS滤料、过滤风速1.3m/min、给灰浓度20g/m3时，以300～800Pa压降区间的数据计算，过滤压降随时间变化率为0.136Pa/s，而若以窄区间450～550Pa压降区间的数据计算，过滤压降随时间变化率为0.163Pa/s，相对误差为19.85%；荷电条件下，采用PPS滤料、过滤风速1.3m/min、给灰浓度20g/m3时，以300～800Pa压降区间的数据计算，过滤压降随时间变化率为0.100Pa/s，以450～550Pa压降区间的数据计算，过滤压降随时间变化率为0.102Pa/s，相对误差在2%。因此，在不荷电时统一取300～800Pa压降区间的数据进行处理，在荷电时统一取450～550Pa压降区间的数据进行处理。

4 粉尘过滤实验

4.1 不同过滤条件对过滤压降的影响

4.1.1在常温、不荷电条件下

采用PPS滤料，过滤风速分别选取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉尘浓度分别选取20、40、60、80g/m3进行实验。在过滤过程中可以明显观察到压降的陡增现象（见图2），这与国内外的研究报道是一致的，分析主要的原因是由于颗粒层的坍塌。

按前述处理方法对各工况的数据进行处理，得到过滤压降增长率随过滤风速以及来流粉尘浓度的变化而变化的关系曲线，如图3和图4所示。

从图3和4可以看到，过滤压降增长率随过滤风速与来流粉尘浓度的增加而增加，基本为线性关系。

4.1.2在常温、荷电条件下

采用PPS滤料，过滤风速分别选取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min，粉尘浓度分别选取20、40、60、80g/m3进行实验。过滤过程中不再出现压降陡增现象，这与前期的实验研究结果是一致的，在静电作用下颗粒层的结构更为稳定，不容易出现坍塌现象。

按前述处理方法对各工况的数据进行处理，得到过滤压降增长率随过滤风速以及来流粉尘浓度的变化而变化的关系曲线，如图5和图6所示。

从图5和图6可以看到，过滤压降增长率随过滤风速与来流粉尘浓度的增加而增加。其中，过滤压降增长率随过滤风速的增加，前期增长较为缓慢，而后期增长较快，这点与不荷电工况不同；过滤压降增长率随来流粉尘浓度的变化基本呈线性关系。

下表给出了荷电与否、不同过滤风速和来流粉尘浓度下的过滤压降增长率。从表中可以看出，在过滤风速低于1.8m/min的情况下，颗粒荷电降低了其颗粒层过滤期的压降增长率。

荷电与否、不同过滤风速和来流粉尘浓度下的过滤压降增长率（Pa/s）一览表

4.2 荷电条件下颗粒聚并情况测试

在荷电设备后的下部管道采集荷电与不荷电条件下的颗粒并进行激光粒度分析，结果见图7和图8。对比图7与图8可知，细颗粒在荷电作用下有一定程度的聚并。

荷电前颗粒的平均粒径为96.143µm，荷电后颗粒的平均粒径为108.189µm。

图7 荷电前颗粒的粒径分布

图8 荷电后颗粒的粒径分布

5 结论

（1） 在静电作用下颗粒层的结构更为稳定，不容易出现坍塌现象；

（2）荷电时，过滤压降增长率随过滤风速的增加而增加，前期较为缓慢而后期较快；

（3）在过滤风速低于1.8m/min的情况下，颗粒荷电降低了其颗粒层过滤期的压降增长率；

（4）荷电促使细颗粒产生一定程度的聚并，聚并后的大颗粒有利于电场吸附及袋区过滤，可进一步提高除尘效率。

黄斌，等.可压缩性颗粒层过滤实验研究[J].工程热物理学报，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