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中高开孔率电除尘器多孔板的阻力特性试验研究

多孔板对于电除尘器内气流均匀起着重要作用,目前已经有一些关于多孔板阻力特性的研究。但是大部分研究集中在低开孔率、少孔数的多孔板上,而针对电除尘器内使用的中高开孔率、多孔数的多孔板阻力特性研究较少。该文针对开孔率0.3≤≤0.68,孔数116≤≤1567,相对厚度0.21≤≤0.5的多孔板进行了阻力特性研究,旨在得出多孔板的几何参数以及管内流动状态对阻力系数的影响。试验发现阻力系数均随着开孔率、雷诺数、相对厚度的增大而降低,开孔率的影响最为显著,相对厚度次之,雷诺数影响最小。文中还提出了估计此类型多孔板阻力系数的表达式,为今后科学研究及实际应用提供了重要参考价值。2022年开始执行的GB13223—2022《火电厂大气污染物排放标准》中规定，烟尘排放浓度应不超过30mg/m3(重点地区不超过20mg/m3)。电除尘器有着效率高、适用性强、运行费用较低等优点，因此一直是国内外燃煤电厂治理烟气的优选设备。美国约80%左右脱除颗粒物的方式采用电除尘器，欧盟这一数值约占85%左右，而在日本的燃煤电厂这一比例更高[1-2]。目前在我国90%以上燃煤电站都使用了静电除尘器[3]。因此，面对日益严格的环境保护标准以及市场需求，电除尘器在减少烟尘排放、脱除颗粒物方面起着越来越重要的作用[4]。在影响电除尘器的众多因素中，电场内部气流分布是极为重要的影响因素之一。而电除尘器内部气流分布一般是通过多孔板(气流分布板)和导流板进行调整。要达到较好的气流均匀性，增大多孔板的阻力是一种简单的方法。但是电除尘器的阻力往往都有严格的限制，因此研究多孔板的阻力特性非常重要。由于多孔板应用十分广泛，水污染处理，制冷制热装置，气流均布等均有应用[5-7]，因此国内外很多学者都对多孔板产生了很高的兴趣。国内对多孔板的研究相对较少，且主要集中在其节流及空化特性上。赵天怡等人[8]以水为介质，对厚度为2mm，开孔率范围为0.04~0.16的多孔板进行了节流特性效应因素试验，结果表明等效直径比为影响多孔板节流特性的主效应因素。韩伟等人[9]探讨了开孔数范围在16~49，开孔率范围在0.07~0.2，不同孔口形状、不同布置方式的多孔板下游压力的变化情况。Xiong等人[10]利用粒子图像测速法以及热线风速仪测量了多孔板下游流动情况。Gan等人[11]也做了类似的工作。Tullis[12]研究了不同多孔板的压降以及下游压力曲线。Erdal[13]利用数值模拟研究了多孔板开孔率、孔的布置方式、孔数以及孔径等参数对流动情况的影响。Malavasi等人[14-16]，Macchi[17]以及Ozahi[18]均对影响多孔板阻力的几个重要几何参数及流动参数进行了研究。其中，Malavasi等人[16]采用开孔数3~52，相对厚度0.2~1.44，开孔率范围为0.04~0.52的多孔板进行阻力特性研究。Ozahi[18]针对开孔数5~26，开孔率0.064~0.331的多孔板，在中等雷诺数2500~9500范围内进行了相关试验，总结出了阻力系数与开孔率之间的经验公式。Zhao等人[19]试验时流动介质采用水，对2mm厚，开孔数3~13，开孔率0.04至0.2范围内的多孔板进行了节流特性试验并提出了估计压降的经验公式。Holt等人[20]对孔板节流及空化效率进行了研究，介绍了在无空化现象情况下估计压降的方法。基于多数研究者研究多孔板的阻力特性集中在低开孔率，低孔数范围，本文研究了中高范开孔率，多孔数的阻力特性，包括：雷诺数、孔板开孔率、孔板相对厚度对阻力特性的影响。连续性方程表2变流速的试验工况为了研究相对厚度对阻力系数的影响，选取开孔率为0.5，厚度为2.5mm，孔径分别为5，8，12，16mm的多孔板(板5、10、11、12)进行试验。4块多孔板相对厚度t/d分别为：0.5，0.31，0.21，0.16。多孔板阻力系数随雷诺数先减小后趋于稳定然后又开始下降，这是因为：当气体穿过多孔板时，可以认为是很多股气流以射流形式穿过很多个小孔。射流过程中，主体气流与周围气流存在速度不等的间断面，间断面受到不可避免的干扰后失去稳定而产生涡旋。涡旋不断地卷吸周围流体同时发生移动，变形，摩擦，碰撞。这一切过程都在消耗能量，产生阻力损失。同时，射流与壁面之间，各射流之间也存在回流区以及涡的动量、能量交换，这加剧了能量的损失。能量损失的大小可以用压降表征，而能量损失的难易程度则可以用阻力系数表征。当雷诺数较小时，射流核心的动量较小，间断面更容易失去稳定而产生涡旋，从而使得阻力系数较大；随着雷诺数提高，射流核心的动量逐渐增大，涡旋相对更难产生，阻力系数开始