静电除尘器极板振动特性的分析

静电除尘器极板振动特性的分析
徐文红1, 钟高琦2, 黄见勋1, 郑谋生1
(1.华夏国际电力嵩屿电厂,福建 厦门 361026；2.北京钟高琦声学技术研究所,北京 100080)

[摘要] 以厦门华夏国际电力发展有限公司嵩屿电厂300MW机组静电除尘器改造工程中实际应用的极板为例，采用流固耦联振动理论及有限元方法，对静电除尘器极板的振动特性进行分析和计算，得出极板振动分析的普遍规律。文中给出一些代表性的极板振型图，它们是经过大量计算由计算机作图和归纳而成的，可为静电除尘器极板振动分析的依据。
[关键词条] 静电除尘器极板； 振动特性 ； 有限元法； 流固耦联振动； 振型

由于厦门华夏国际电力发展有限公司嵩屿电厂烟尘比电阻高，以及机械振打机制和极板、极线的振动模式等原因，在框架或极板受到击打或挚动时，振打加速度难以均匀地传递到整个极板或电晕线，加速度大小分布不均匀。因此，存在着清灰质量差的死角或死区。从振动分析角度来看，原有的电磁振打系统在击打时，激励极板、极线的振动模式是自由振动。由于阻尼的存在，自由振动以指数衰减，尤其因灰垢的附加质量而产生的阻尼，使得自由振动大幅减弱。同时过厚积灰及清灰死角或死区，又使得自由振动的阻尼继续加大，从而形成恶性循环，严重地影响静电除尘器的除尘率。
针对嵩屿电厂静电除尘器原有电磁振打系统存在的问题，确定采用高效能声波振打机制，其要点是：
(1)、高效能声波振打所激励起来的极板、极线的振动方式，不仅有自由振动，而且有强迫振动。有阻尼的自由振动振幅由大而小，且以指数衰减。强迫振动方式则是包括振幅由小而大的建立过程，振幅稳定的持续过程，振幅由大而小的衰减过程。阻尼影响的是振幅峰值和衰减速率，而持续过程的振幅稳定持续时间，还取决于声波激励的持续时间。因此，强迫振动方式可以激励起极板、极线较长的可控制振动。
(2)、高效能声波振打所激励起来的极板、极线的振动模式（振型），不仅应有一阶振型，而且还应有一阶以上的高阶振型。也就是说，要使声波振打以强迫振动有效地激励起极板极线比较强烈的高阶振型振动。
本文以嵩屿电厂300MW机组静电除尘器改造工程中实际应用的极板为实例，采用流固耦联振动理论及有限元方法，分析静电除尘器极板振动的普遍规律。
1． 流体作用
众所周知，极板是属于非定常流的涡激而振动，加之以流体介质本身的特性，其所处流场分析较为复杂。本文在进行分析和计算时，作了一些假设。
（1）、流体存在所产生的影响
把流体假设为一种最简单的流体，即是一种即无粘、无旋的理想流体。由于无粘，就可以不考虑由于流体质点之间因摩擦而产生的阻力；由于无旋，就可以不考虑流体质点微团的旋转和分离等因素的影响；仅讨论流体的存在而产生的影响。另外，在分析中还要假设流体不可压缩的（这对于不存在冲击波的情况是合理的），极板是线形振动，流体表面重力波可不计。
（2）、流体的粘性及有旋性所产生的影响
流体的粘性不仅会产生流体微团的内摩擦而影响流场，并且会对流场中的极板产生阻尼力。作用在极板上的阻尼力主要是由于流体的粘性所产生。此外，如果有旋涡发生，该旋涡也是引起阻力的原因之一。通常，假设阻尼力是与流体微团和极板的相对速度的平方成正比例，单位宽度上的阻尼力FD可表示为
(1)
式中：U-流体速度；ρ-流体密度；D-极板厚度；CD-阻尼力系数。阻尼力的与流体密度成正比，这就确定了不同流体介质对极板影响的相对关系，而横截面积、流速的影响也是明确的。此外，阻尼力系数CD除了与横截面的形状、流体运动方向有关外，雷诺数Re及极板的表面光洁度等的影响也不容忽视。由于流体微团不是定常流动，因而还与流体波动周期参数NKC有关。