在大气颗粒物污染的治理过程中,电除尘器(Electrostatic precipitator,ESP)因其具有效率高、处理量大、维护方便以及经济效益高等诸多优点,得到了广泛的应用。然而近年来发展的大多数电除尘器与过去相比,虽然除尘效率有很大的提高,但仍然普遍存在诸如离子浓度低、粉尘粒子荷电凝并率低、微细粉尘去除效果差、占地面积大、能耗高等一系列问题,并未彻底解决对于微细粉尘的去除效率较低的困扰。单区式双涡旋极板ESP具有能够有效提高离子的动量,减少离子间的复合,增加微细粉尘的荷电凝并几率,对微细粉尘有良好的去除效果,且能耗较低等一系列优点,成为近年来许多专家学者研究的对象。针对现有电除尘器存在对超微细粉尘的收集效率较低、能耗高等问题,本文基于单区式双涡旋收尘极板ESP的基本理论,在前人研究基础上通过改进和优化电极配置方式设计了一种新型双涡旋宽间距极板ESP,采用CFD软件FLUENT对该种结构电除尘器内部的连续相流场分布、离散相运动特性以及除尘效率等性能进行了模拟。并基于理论研究与数值模拟的结果对一套15000Nm3/h处理量的新型双涡旋极板ESP的工业试验装置系统主要部分(主要包括高压供电电源、风机、气流分布装置、电晕极系统、收尘极系统以及清灰系统等)进行了设计计算与选型。主要研究内容与结果如下:(1)理论研究与结构设计:本文在单区式双涡旋极板ESP除尘机理及研究进展的基础上设计了一种新型宽间距双涡旋收尘极板ESP,并对该种结构的ESP除尘机理进行了研究。(2)CFD数值模拟:采用CAE软件PTC Creo 3.0建立了研究对象的三维几何模型;采用Ansys ICEM软件对所建的三维几何模型进行了网格划分。并采用FLUENT软件对所建立的新型双涡旋收尘极板电除尘器模型进行了连续相和离散相模拟。数值模拟结果表明,本文所设计的新型双涡旋极板ESP具有高效率和低能耗的优点。a.连续相模拟结果表明:新型双涡旋收尘极板电除尘器内部的压力损失较小,从而使得该除尘器能耗较低;从模拟结果来看,该种结构的收尘极板能使含尘气流在收尘极板附近形成涡旋形湍流,尤其是在收尘极板背风面区域,能形成基本对称的双涡旋结构;当含尘气流进入除尘器内部后,在电场中形成高低速交替出现的局面,收尘极板的间隙处的高风速有利于提高带电粒子的离子动量,减少离子复合,提高粒子输运率。收尘极板前后面的低风速有利于带电粒子向收尘极板移动,且能够有效遏制二次扬尘;b.离散相模拟结果表明:该种结构的电除尘器能有效延长粉尘颗粒在电场中的停留时间,减少所需电场长度和投资费用。当入口含尘气流平均风速为3m/s时,离散相颗粒在除尘器内部停留时间可达6s,是同等情况下,传统卧式电除尘器中粉尘颗粒的停留3倍左右,有效增大了处理量,减少了占地面积与投资费用。c.在无外加电压时,该结构的电除尘器也具有一定的收尘功能:对粒径为0.1μm、0.5μm、1.0μm、2.5μm、5μm及10μm六种粒径的粉尘颗粒除尘效率模拟结果显示,当入口含尘气流风速为2m/s,粉尘颗粒粒径从0.1μm增大到10μm时,除尘率从39.9%增加到54.2%;当入口含尘气流风速为3m/s,粉尘颗粒粒径从0.1μm增大到10μm时,除尘率由37.58%增加到47.75%;d.在有外加电压时,新型宽间距双涡旋极板ESP对粉尘颗粒的去除效率随着粒径和的增大和外加电压的升高而提高。在含尘气流风速为3m/s时,对粒径为1μm的粉尘颗粒,外加电压从0kV升高到70kV,其捕集效率可由37.58%提高到85%。当颗粒粒径为2.5μm时,当外加电压从0kV升高到70kV,其捕集效率可由44.17%提高到97%。当颗粒粒径为10μm时,将外加电压从0kV升高到70kV,其捕集效率可达100%。(3)工业试验装置的设计:在对数值模拟结果分析的基础上设计了一套15000Nm3/h处理量的新型双涡旋形收尘极板ESP工业试验装置,并对该试验装置的高压供电电源、气流分布装置、电晕极系统、收尘极系统、清灰系统等主要部分进行了设计计算与选型。为新型宽间距双涡旋极板ESP的工业应用及推广提供了设计依据。