第三節(jié) 電除塵器[基礎教學]

1、第四章 顆粒污染物的去除,第三節(jié) 電除塵器 Electrostatic Precipitators(ESP,教學內容及重難點,教學內容： 一、電除塵器的工作原理 二、電暈放電 三、粒子荷電 四、荷電粒子的運動和捕集 五、被捕集粉塵的清除 六、電除塵器的結構 七、電除塵器的選擇和設計 八、電除塵器的應用小結 教學難點與重點： 電除塵器的工作原理；荷電粒子的運動和捕集；電除塵器的結構；電除塵器的選擇和設計,2,電除塵器外觀圖,臥式,立式,3,電除塵器,4,5,6,第三節(jié) 電除塵器,電除塵器是利用高壓電場使塵粒荷電，在電場力作用下使粉塵從氣體中去除的裝置。 與其他除塵器的根本區(qū)別在于分離力直接作用在

2、粒子上，而不是作用在整個氣流上。 決定其具有耗能小、氣流阻力小的特點,7,電除塵器的主要優(yōu)點 壓力損失小，一般為200500Pa 處理煙氣量大，可達105106m3/h 能耗低，大約0.20.4kWh/1000m3 對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99 可在高溫或強腐蝕性氣體下操作,缺點: 1、一次性投資高 2、安裝精度要求高 3、對粉塵比電阻有一定要求,8,一、電除塵器的工作原理,9,工作原理圖1,靜電極,10,電暈放電 粉塵荷電 粉塵運動 （氣體電離,放電金屬線 電暈極,含負離子區(qū),電暈區(qū),金屬管 集塵極,三步曲,一、電除塵器的工作原理示意圖,11,二、電暈放電,2.1電暈放電機理 金屬絲

3、放出的電子迅速向正極移動，與氣體分子撞擊使之離子化 氣體分子離子化的過程又產生大量電子雪崩過程 遠離金屬絲，電場強度降低，氣體離子化過程結束，電子被氣體分子捕獲 氣體離子化區(qū)域電暈區(qū) 自由電子和氣體負離子是粒子荷電的電荷來源,12,二、電暈放電（續(xù),2.2 起始電暈電壓-開始產生電暈電流所施加的電壓 管式電除塵器內任一點的電場強度 起始電暈電壓與煙氣性質和電極形狀、幾何尺寸等因素有關，起始電暈所需要電場強度（皮克經驗公式） 一空氣的相對密度 m導線光滑修正系數(shù)，無因次，0.5m1.0 對于清潔的光滑圓線m=1,實際可取0.60.7,r-距電暈線中心的距離 a-電暈線半徑 b-管式電除塵器的半徑

4、 V-施加于電暈線與集電極之間的電壓,13,二、電暈放電（續(xù),在r=a時 （電暈電極表面上），起始電暈電壓,T0P/TP0 P0、T0為標況下的大氣壓（1atm）和溫度（298K）； T、P為運行狀況的溫度和空氣壓力； 可見，起始電暈電壓可以通過調整電極的幾何尺寸來實現(xiàn)。電暈線越細，起始電暈所需要的電壓越小,14,二、電暈放電（續(xù),正、負電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線,電暈區(qū)范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離-電場擊穿；相應的電壓-擊穿電壓 在相同電壓下通常負電暈電極產生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多 工業(yè)氣體凈化傾向于采用穩(wěn)定性強，操作電壓和電流高的負電暈極； 空氣調節(jié)系統(tǒng)采用正電暈極

5、，好處在于其產生臭氧和氮氧化物的量低,15,二、 電暈放電（續(xù),2.3 影響電暈特性的因素 電極的形狀、電極間距離 氣體組成：不同氣體對電子的親合力、遷移率不同 溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產生碰撞電離所需要的電壓 氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積 電壓的波形,16,三、粒子荷電,兩種機理 電場荷電或碰撞荷電-離子在靜電力作用下做定向運動，與粒子碰撞而使粒子荷電 擴散荷電-離子的擴散現(xiàn)象而導致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場 粒子的主要荷電過程取決于粒徑,0.15 m,0.5 m,電場荷電為主,擴散荷電為主,電場荷電 擴散

6、荷電,17,3.1 電場荷電,1）荷電量的計算,18,3.1 電場荷電（續(xù),粒子獲得的飽和電荷,2） 影響電場荷電的因素 粒徑dp和介電常數(shù) 電場強度E0 一般粒子的荷電時間僅為0.1s，相當于氣流在除塵器內流動1020cm所需要的時間，一般可以認為粒子進入除塵器后立刻達到了飽和電荷,19,3.2 擴散荷電,與電場荷電過程相反，不存在擴散荷電的最大極限值（根據(jù)分子運動理論，不存在離子動能上限） 荷電量取決于離子熱運動的動能、粒子大小和荷電時間 擴散荷電理論方程,20,3.3 電場荷電和擴散荷電的綜合作用,處于中間范圍 （0.150.5m）的粒子，需同時考慮電場荷電和擴散荷電,根據(jù)Robinso

7、n的研究，簡單地將電場荷電和擴散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過程綜合作用時的荷電量，與實驗值基本一致,21,3.4 異常荷電現(xiàn)象,1）沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導致在低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極發(fā)生反電暈現(xiàn)象,通常當高比電阻高于21010m時，較易發(fā)生火花放電或反電暈，破壞正常電暈過程。 （2）氣流中微小粒子的濃度高時，荷電塵粒所形成的電暈電流不大，可是所形成的空間電荷卻很大，嚴重抑制著電暈電流的產生，使塵粒不能獲得足夠的電荷。 （3）當含塵量大到某一數(shù)值時，電暈現(xiàn)象消失，塵粒在電場中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減小到零，失去除塵作用，即電暈閉塞,22,四、荷電粒子的運動和捕集,4.

8、1驅進速度 力平衡關系 令初始態(tài)t0時，0，則 求得,23,4.1 驅進速度（續(xù),在所有的電除塵器中，e的指數(shù)項是一個很大的數(shù)值。例如，密度為1g/cm3、直徑為10m的球狀粉塵粒子，在空氣中有 若t102s， 完全可以忽略不計 所以，驅進速度（電場力與空氣阻力達到平衡,24,4.2 捕集效率一多依奇公式,多依奇公式的假定: 除塵器中氣流為湍流狀態(tài) 在垂直于集塵表面的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的 粒子進入除塵器后立即完成了荷電過程 忽略電風、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進入氣流等影響,25,dt時間內在長度為dx的空間所捕集的粉塵量為 由dtdx/u 積分 最終得,4.2 捕集效率

9、一多依奇公式（續(xù),26,4.3 有效驅進速度,當粒子的粒徑相同且驅進速度不超過氣流速度的1020時，多依希方程理論上才是成立的 作為除塵總效率的近似估算，應取某種形式的平均驅進速度。 有效驅進速度-實際中常常根據(jù)在一定的除塵器結構型式和運行條件下測得的總捕集效率值，代入多依希方程式中反算出的相應驅進速度值，以e表示,e=0.22m/s,K指數(shù)，一般取0.5,27,4.3 有效驅進速度（續(xù),28,4.4 粉塵比電阻,比電阻 各種物質的電阻與其長度成正比，與其橫截面積成反比，并和溫度有關： Rs比電阻； L長度； A橫截面積。 定義：一種物質的比電阻是其長度和橫截面積各為一單位時的電阻，比電阻的倒

10、數(shù)稱為電阻率,29,粉塵的導電性,工業(yè)粉塵導電方式有兩種: 本體導電：取決于粉塵和氣體的溫度及組成。在高溫時（約大于200），導電主要通過粉塵本體內部的電子或離子進行。在本體導電占優(yōu)勢的溫度范圍內，粉塵比電阻稱為容積比電阻。 表面導電：在較低溫度下，氣體中存在的水分或其它化學調節(jié)劑被塵粒表面吸附，因而導電主要是沿塵粒表面所吸附的水分和化學膜進行的，在導電沿塵粒表面進行的溫度范圍內，粉塵比電阻稱為表面比電阻。 沉積在集塵電極上的灰塵的比電阻對電除塵器能否有效地運行有顯著的影響,30,粉塵的導電性,比電阻過高或過低都會大大降低電除塵器的除塵效率，適宜的范圍是從103-104cm-21010cm。

11、通常所需要的粉塵的最小導電率是1010（/cm）1 高比電阻粉塵導電率低于大約1010（/cm）1，即電阻率大于1010/cm的粉塵，通常稱為高比電阻粉塵。 影響粉塵層比電阻除粒子溫度和組成之外，還包括粒子大小和形狀，粉塵層厚度和壓縮程度，施加于粉塵層的電場強度等 在評價電除塵器的操作性能時應根據(jù)現(xiàn)場測得的粉塵比電阻數(shù)據(jù),31,1）比電阻過低,如果灰塵的比電阻小于103-104cm， 形成在集塵電極上跳躍的現(xiàn)象，最后可能被氣流帶出電除塵器。用電除塵器處理各種金屬粉塵和石墨粉塵、炭黑粉塵都可以看到這一現(xiàn)象。 解決途徑：采取在電除塵氣后面串聯(lián)旋風除塵器的辦法來解決,32,2）比電阻過高 當灰塵的比

12、電阻超過1010cm，電除塵器的性能就隨著比電阻的增加而下降。主要是由于比電阻過高，容易形成反電暈現(xiàn)象，使電除塵器的效率降低,33,高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響,高比電阻粉塵會干擾電場條件，導致除塵效率下降 低于1010cm時，比電阻幾乎對除塵器操作和性能沒有影響 比電阻介于10101011cm之間時，火花率增加，操作電壓降低 高于1011cm時，產生明顯反電暈,34,高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響（續(xù),粉塵比電阻對除塵器伏安特性的影響,35,克服高比電阻影響的方法,保持電極表面盡可能清潔（振打）（保持粉塵層厚度在1mm以下，可消除其不利影響） 采用較好的供電系統(tǒng) 煙氣調質 增加煙氣濕度

13、，或向煙氣中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導電性增加。最常用的化學調質劑是SO3 改變煙氣溫度 向煙氣中噴水，同時增加煙氣濕度和降低溫度 發(fā)展新型電除塵器,36,Log10resistivity, cm,S含量對粉塵比電阻的影響,37,高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響（續(xù),粉塵比電阻對有效驅進速度的影響,38,五、被捕集粉塵的清除,電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積 粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取振打清灰方式清除 從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進入氣流。(重新進入氣流方式3) 在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板 在干式電除塵器中，

14、一般用機械撞擊或電極振動產生的振動力清灰,39,五、被捕集粉塵的清除（續(xù),現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清灰。振打系統(tǒng)要求既能產生高強度的振打力，又能調節(jié)振打強度和頻率 常用的振打器有電磁型和撓臂錘型,40,每排收塵極板設置一搖臂錘，各錘錯開 振打力度影響除塵效果。請問：影響振打力度的主要因素有哪些。 錘臂長、捶重、材質等,搖臂錘振打示意圖,41,6.1 電除塵器分類,按清灰方式分類 干式、濕式、半干式 按氣流運動方向分類 立式、臥式,按集塵極形式分類 管式、板式 按兩極配置方式分類 單區(qū)、雙區(qū),按電除塵原理的應用不同進行分類 靜電復合式電除塵器 敞開式電除塵器,六、電除塵器結構除塵

15、器類型,42,6.1 除塵器類型（續(xù)） 雙區(qū)電除塵器通風空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門 單區(qū)電除塵器控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染 管式電除塵器用于氣體流量小，含霧滴氣體，或需要用水洗刷電極的場合 板式電除塵器為工業(yè)上應用的主要型式，氣體處理量一般為2550m3/s以上,43,6.2 結構,6.2.1 電暈電極 常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等 電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機械強度高、能維持準確的極距、易清灰等,a.圓形線 b.星形線 c.鋸齒線 d.芒刺線,44,電暈電極 電暈線固定方式 重錘懸吊式 管框繃線式,45,6.2.2 集塵極 集塵極結構對粉塵的二

16、次揚起及除塵器金屬消耗量 （約占總耗量的4050%）有很大影響 性能良好的集塵極應滿足下述基本要求 振打時粉塵的二次揚起少 單位集塵面積消耗金屬量低 極板高度較大時，應有一定的剛性，不易變形 振打時易于清灰，造價低,46,常用板式電除塵器集塵極 進展寬間距壓電除塵器：現(xiàn)已公認，在某些情況下板間距可比平常增加50100%，然而除塵器性能并未改變。其原理還沒有完全解釋清楚,47,6.2.3 高壓供電設備,高壓供電設備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈電流 供電設備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在20年之上 通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70l000kV，電流為1002000mA 增加供電機組的數(shù)

17、目，減少每個機組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但投資增加。必須考慮效率和投資兩方面因素,48,6.2.4 氣流分布板,電除塵器內氣流分布對除塵效率具有較大影響 為保證氣流分布均勻，在進出口處應設變徑管道，進口變徑管內應設氣流分布板 最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板,對氣流分布的具體要求是 任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的 40% 在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速不得相差 25,49,電除塵器的安裝、調試與運行維護,1）電除塵器的安裝 安裝要求 安裝程序 注意事項： A、進、出口安裝溫度計 B、安裝一氧化碳檢測裝置,2）電除塵器

18、的調試1、調試部分 A、本體調試 構件安裝、氣量測定、分布裝置檢查、清灰裝置檢查等 B、供電裝置調試 C、整體電除塵系統(tǒng)調試,3）電除塵器的運行維護 A、本體維護 B、供電裝置維護,50,七、電除塵器的選擇和設計,電除塵器的選擇和設計仍然主要采用經驗公式類比方法,51,七、電除塵器的選擇和設計（續(xù),7.1 比集塵表面積的確定 根據(jù)運行和設計經驗，確定有效驅進速度e按多依希方程求得比集塵表面積A/Q,52,7.2 長高比的確定 集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時二次揚塵的多少 要求除塵效率大于99%時，除塵器的長高比至少要1.01.5,七、電除塵器的選擇和設計（續(xù),53,7.3 氣流速

19、度的確定 通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計算煙氣的平均流速 平均流速高于某一臨界速度時，作用在粒子上的空氣動力學阻力會迅速增加，粉塵的重新進入量亦迅速增加,七、電除塵器的選擇和設計（續(xù),54,7.4 氣體的含塵濃度 如果氣體含塵濃度很高，電場內塵粒的空間電荷很高，易發(fā)生電暈閉塞 應對措施提高工作電壓，采用放電強烈的芒剌型電暈極，電除塵器前增設預凈化設備等,七、電除塵器的選擇和設計（續(xù),55,電除塵器的輔助設計因素,七、電除塵器的選擇和設計（續(xù),56,八、電除塵器的選擇設計和應用小結,8.1 電除塵的選擇 煙塵和煙氣的來源和生產過程； 煙塵粒度大小的分布； 煙塵濃度； 煙塵成分和結構； 現(xiàn)場實際的煙塵比電阻； 總煙量； 煙氣的壓力、溫度和成分； 煙氣和煙塵的腐蝕性。 8.2 電除塵的設計 （1）收集資料 （2）確定有效驅進速度 （3）集塵極板面積 （4）其它輔助設計內容,57,1）收集資料 根據(jù)以上各節(jié)的討論，可以歸納選擇和設計除塵器時的主要參數(shù)。 要求的除塵效率或除塵的進出口含塵濃度，； 煙氣和煙塵的性質及回收價值 設備材料的供應情況及價