静电除尘器设计原理(2017年)

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1、大气污染控制及设备运行,第四章 颗粒污染物控制设备 第4讲 电除尘器,电除尘器,电除尘器是静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。 电除尘器的特点： 优点: a)具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点b)由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效的捕集亚微米级粒子c)具有处理气流量大（105106m3/h），能连续操作缺点：一次性投资费用高、占地面积大、应用范围受粉尘比电阻限制、难以适应操作条件的变化和对制造、安装质量要求较高等。,一、电除尘器的分类,1.按集尘电极的结构形状分类 管式：极线沿着垂直的管状集尘电极的中心线悬挂，适用于气体量较小的情况，一般采用湿式清灰方式。 板

2、式：在互相平行的板式收尘电极的中间悬挂垂直的极线。板式可采用湿式清灰方式，但绝大多数采用干式清灰方式。 2.按气流流动方式分类 立式电除尘器：含尘气流自下而上流过。其优点是占地面积小，捕集效率高。 卧式电除尘器 ：含尘气流沿水平方向流过，可分电场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率。此外安装高度比立式电除尘器低，操作和维修比较方便。,一、电除尘器的分类,3.按电极在除尘器内的布置分类 单区电除尘器：集尘极和电晕极在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。 双区电除尘器：电晕极系统和收尘集系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘

3、极称收尘区，荷电粉尘粒子在收集尘区被捕集。双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。 4.按清灰方式分类 干式电除尘器：在干燥状态下采用机械振打、电磁振打和压缩空气等方法清除集尘极上粉尘。干式电除尘器有利于回收有经济价值的粉尘，但容易产生二次扬尘。 湿式电除尘器 用水喷淋或用溢流水在集尘级表面形成一层水膜，使沉积在集尘极的粉尘随水膜一起流到除尘器下部排出。湿式电除尘器无二次扬尘，效率高，但清灰水需要处理，对设备有腐蚀。,卧式,立式,电除尘器外观图,二、电除尘器的工作原理,电除尘器的工作原理,三个基本过程: 悬浮粒子荷电高压直流电晕 带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的

4、不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器） 捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗,二、电除尘器的工作原理,(一)气体电离和电晕放电电除尘器的气体电离和导电可用右图曲线来说明： 1.曲线ab段 气体导电仅借助与气体中原有的少量自由电子 2.曲线bc段 极间导电电流几乎没有变化 ，说明没有新电离出的电子和离子参与导电，增加的电压主要是提高了原有自由电子的动能。,气体导电过程的伏-安曲线,二、电除尘器的工作原理,3.曲线cd段,气体的电离,A)当电压升高到c点时，由于气体中的电子已获得足够的动能，足以使与之碰撞的气体中性分子发生电离，产生新的电子和阳离子，新的电子和离子参与

5、导电。 B)气体电离中的所谓电子雪崩：当电子在电场中获得足够大的动能后，又与其他中性气体分子碰撞使其电离，新产生的电子数和离子数像“雪崩”似的按等比级数增加。在这一段产生的粒子数可达1亿/cm3以上。 注：起始电压越底，更易于放电。所以可通过延长cd段的时间，提高除尘效果。,二、电除尘器的工作原理,电晕放电：当气体电离中出现电子雪崩时在放电极周围的电离区内，可以看见淡蓝色的光点或光环，也能听见咝咝声和劈啪的爆裂声。这一现象称为电晕放电。 4.曲线de段 如果两极间的电压升到e点，由于电晕扩大，致使电极间产生火花或电弧，说明极间气体全部被击穿。火花放电时，极间电压急剧下降，同时在极短的时间内通过

6、大量的电流。 电除尘器运行时应经常保持在两极间的气体处于不完全被击穿的电晕放电状态，尽量避免产生短路现象。,电晕放电 粉尘荷电 粉尘运动 （气体电离）,放电金属线 电晕极,含负离子区区,电晕区,金属管 集尘极,三步曲,电除尘器的工作原理示意图：,电晕放电,电晕放电机理 金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化 气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程 远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获 气体离子化区域电晕区 自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源。,电晕放电,影响电晕特性的因素 电极的形状、电极间距离 气体组成、压力、温度 不同气体对电子的亲合

7、力、迁移率不同 气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压 气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积 电压的波形,二、电除尘器的工作原理,(二)粉尘粒子荷电,两种机理 电场荷电或碰撞荷电-离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电 扩散荷电-离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场 粒子的主要荷电过程取决于粒径 对于d0.5m的微粒，以电场荷电为主 对于d0.5m的微粒，以扩散荷电为主 对于粒径介于0.150.5 m之间的粒子，则需要同时考虑这两种过程。,粒子进入电场到带电历时0.1s移动10-

8、20cm.,1.电场荷电,1.电场荷电（续）,粒子获得的饱和电荷,（2） 影响电场荷电的因素 粒径dp和介电常数 电场强度E0和离子密度N0 一般粒子的荷电时间仅为0.1s，相当于气流在除尘器内流动1020cm所需要的时间，一般可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷,2.扩散荷电,与电场电荷过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值（根据分子运动理论，不存在离子动能上限） 荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间 扩散荷电理论方程,3.电场荷电和扩散荷电的综合作用,处于中间范围 （0.150.5m）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电,根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷

9、电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致,4、异常荷电现象,（1）沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象,通常当高比电阻高于21010m时，较易发生火花放电或反电晕，破坏正常电晕过程 （2）气流中微小粒子的浓度高时，荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是所形成的空间电荷却很大，严重抑制着电晕电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷 （3）当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作用，即电晕闭塞,二、电除尘器的工作原理,(三)荷电粒子的迁移和捕集 1.驱进速度 （1）电场作用在

10、荷电粉尘粒子上的静电力Fe=qE式中：q为粉尘颗粒的荷电量，c；E为粉尘颗粒所处位置的电场强度，v/m。 （2）粉尘粒子的集尘极迁移时受到的介质阻力假设粉尘粒子的运动遵循斯托克定律，则粉尘粒子受到介质阻力为：式中：为气体介质的动力粘度，Pas；dp为粉尘粒子的直径，m ；w为荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度。（3）当二力平衡时，粒子便达到了终未沉降速度，即驱进速度：,2.有效驱进速度,二、电除尘器的工作原理,2.捕集效率方程 (1)德意希（Deutsch）方程 假定：除尘器含尘气流为紊流在垂直于集尘极表面的任一截面上粒子浓度和气流分布均匀粒子进入电除尘器后立即荷电忽略电风、气流分布不均匀及被捕集

11、粒子重新进入气流等影响 方程：,二、电除尘器的工作原理,线板式电除尘器 线管式电除尘器式中：L为电场长度，m；b为电晕极与集尘极之间的距离，m；w为粉尘粒子的驱进速度，m/s。,二、电除尘器的工作原理,被捕集粉尘的清除 现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。振打系统要求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率 常用的振打器 有电磁型和挠臂锤型,三、电除尘效率的影响因素,1.颗粒粒径的影响 dp1m的颗粒，随着粒径的增大，除尘效率升高； dp0.2m的颗粒，随着粒径的减小，除尘效率升高； 0.2mdp1m的颗粒，除尘效率几乎不受粒径的影响。 2.粉尘比电阻的影响 粉尘比电阻定义：在

12、厚1cm，覆盖层1cm2集尘面积的粉尘电阻。式中：为粉尘比电阻，cm；A为集尘极面积，cm2；Rm为平均比电阻，；为颗粒层厚度，cm。 电除尘器运行最适合的比电阻的范围大约是10421010cm。,三、电除尘效率的影响因素,3.除尘器结构对除尘效率的影响 比集尘面积A/Q的影响 极板间距离的影响 长高比的影响 4.静电除尘器供电质量的影响 5.气流速度及分布的影响 一般气流流速取0.61.5m/s 气流分布不均匀，总效率下降,粉尘比电阻对除尘效率的影响,四、电除尘器的结构,(一)放电电极/电晕电极 常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等 电晕线的一般要求：起晕电压低，电晕电流

13、大，机械强度高，能维持准确的极距以及易清灰等。,a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线,四、电除尘器的结构,电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式,四、电除尘器的结构,(二)集尘极 对集尘电极的一般要求：有利于粉尘在极面上沉积，二次扬尘小；易于清灰，形状简单易于制作并有足够的刚度和强度。 集尘极形式：板式、管式,常用板式电除尘器集尘极,核心部件图,集尘极形式,四、电除尘器的结构,(三)电极清灰装置 干式电除尘器的清灰方式有机械振打、电磁振打、刮板清灰及压缩空气振打等。 湿式电除尘器采用喷雾式或溢流方式，在集尘极表面形成一层水膜，使沉积在集尘板上的粉尘和水一起流到除尘器的下部而排出。,四

14、、电除尘器的结构,(四)气流分布装置 对气流分布装置的要求是分布均匀性好，阻力损失小。 为了减少涡流，保证气流分布均匀，在进出口处应设渐扩管和渐缩管。 进口渐扩管内应设23层气流分布板。 最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板、分布格子、槽型钢式和栏杆型分布板等。 多孔板使用最为广泛，通常采用厚度33.5mm钢板制作，孔径3050mm，开孔率为2550%。,四、电除尘器的结构,(五)外壳 除尘器外壳必须保证严密，减少漏风。 漏风将使进入除尘器的风量增加，风机负荷加大，电场内风速过高，除尘效率下降。 处理高温湿烟气时，冷空气漏入会使烟气温度降至露点以下，导致除尘器内构件粘灰和腐蚀。 电除尘器的漏风

15、率控制在3%以下。 除尘器外壳材料，通常使用的材料有钢板、铅板、钢筋混凝土及砖等。,(六)排灰系统 要求排灰系统密封性能好，在灰输送过程中，尽量减少二次扬尘。 有链式输灰和螺旋输灰两种,(七)供电设备 1.使用寿命在20年以上 2.输出的峰值70-1000KV 3.电流100-2000mA,五、电除尘器的选择设计与应用,(一)电除尘器的选择 1了解资料 （1）烟尘的来源、浓度、比电阻以及要达到的； （2）烟尘的成分、状态、粒径分布； （3）含尘气流的腐蚀性； （4）类比调查，获得同行业除尘器的性能。 2确定有效驱进速度wp 3电除尘器的型号的选择 根据德意希方程确定A，再根据A选择电除尘器的型号。 4校核,五、电除尘器的选择设计与应用,(二)电除尘器的设计 1气流分布板的设计 （1）分布板的形式（阻力、开孔率） （2）分布板层数的确定 根据工作式截面积F、进气管截面积Fi来确定： 当F/Fi20时,n=5。 （3）分布板的开孔率：式中：N0为气流在入口处的速度场系数，N0=1.22.0； 为阻力系数：式中：f为开孔率。,五、电除尘器的选择设计与应用,2.箱体的横截面积F、极板高度h (1)截面积(2)极板高度h 当 ；当 调整：当 ；当 （3）通道数式中：K为极板的电流宽度（查手册）；2S为相邻两极板距离，m。,