濕式脫硫法--電除霧器

1、序 言  電濾器是利用靜電清除氣體中的懸浮物。它包括干式電濾器和濕式電濾器。干式電濾器即普遍稱為電除塵器。濕式電濾器則為電除霧器。電濾器凈化氣體的方法工業(yè)化應(yīng)用于二十世紀(jì)二十年代。我國較普遍應(yīng)用電濾器的時間落后國外約30-40年。由于它具有較其他設(shè)備更為突出的優(yōu)點: 能耗低，高效，穩(wěn)定可靠。二十世紀(jì)六十年代，在我國工業(yè)生產(chǎn)中較廣泛地使用，并開發(fā)出硬PVC電除霧器。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)格。電除霧器巳逐漸使用到放空廢氣，空氣凈化等領(lǐng)域，而且它的應(yīng)用會更廣泛。    在工業(yè)生產(chǎn)中，如果氣體中含有某種物質(zhì)的蒸汽，當(dāng)將其冷卻到一定的溫度時

2、，蒸汽會冷凝結(jié)成液體或固體?；蛘邭怏w高速通過某種液體，氣體被液體的蒸汽飽和并夾帶液體飛沫。用濕式電濾器來清除懸浮于氣體中的微細(xì)液體和固體粒子。即為濕式電濾器。如硫酸生產(chǎn)凈化清除氣體中的硫酸霧。發(fā)生爐煤氣和焦?fàn)t煤氣除焦油霧，硫酸生產(chǎn)的放空尾氣中除硫酸霧。硫酸濃縮廢氣中除硫酸霧。電廠廢氣除硫酸和亞硫酸霧，以及水蒸汽霧等。均系濕式電濾器類。  濕式就是通過電場的介質(zhì)中存在充足的液體粒子以及介質(zhì)氣被該液體蒸汽所飽和，所以在濕式電濾器不存在比電阻的問題。   一、濕式電濾器的原理   待處理氣體為含有微細(xì)塵粒，霧粒及被液體蒸汽飽和的濕氣體。為了滿足生產(chǎn)工

3、藝， 環(huán)境保護(hù)，有價金屬回收的要求。必須將氣體中的懸浮物清除，處理合格后的氣體用于下工序生產(chǎn)或排入大空。  各種待處理的氣體，由于受到紫外線照射，高溫和放射性副射的作用。使得每種中性氣體中都含有1-2%的帶電分子和電子(1)。另方面，當(dāng)這種帶有懸浮粒子的濕氣體進(jìn)入電濾器電場后，由于在電濾器的電暈極線上施加了足夠高的直流電壓，從電暈極發(fā)射出大量向沉淀極高速運動的電子。在電場力的作用下，高速運動的電子高速撞擊中性分子，從氣體分子中打出一個或若干個外層電子，中性分子轉(zhuǎn)變?yōu)檎x子和自由電子，這些派生的電子在電場作用下繼續(xù)高速運動，撞擊新的中性分子而使其電離，如此迅速地派生出新的離子

4、和電子， 在電暈極線附近的氣體發(fā)生雪崩式電離，在電極線周圍2mm形成電離區(qū)。同時，帶負(fù)電的粒子和電子向沉淀極的運動過程中被過渡區(qū)的霧粒捕集，中性粒子荷電并長大，繼續(xù)向沉淀極運動，最后在沉淀極沉積并發(fā)生電中和。  含有微細(xì)懸浮粒籽的氣體，在管式濕式電濾器中，它們在沿著管子的軸線方向運動，其中的懸浮粒子受到氣體流動的推動力，粒子本身的重力，電場的電力，粒子運動的摩擦力和電場力的共同作用。帶電粒子在電場里的運動是在以上幾種主要作用力的合力作用下進(jìn)行的，因此，它的運動速度稱為漂移速度。對任何具體濕式電濾器，當(dāng)漂移速度過小時，倘若氣體的電離，粒子荷電以及粒子通過兩極間所需要的時間比氣體通過整個

5、管長所需時間要長。懸浮粒子被逃脫。電場產(chǎn)生“電暈閉塞”。因此，漂移速度的大小決定電濾器的電場氣速和除霧的效率。漂移速度的理論值的計算公式如下：w =0.11E2/厘米/秒  (1)式中：w漂移速度，厘米/秒E電場強度，伏/厘米  粒子半徑  厘米W漂移速度 厘米/秒  氣體粘度  克/厘米。秒(泊)  從上式看出，粒子的漂移速度與電場強度的平方，粒子的半徑成正比，與氣體的粘度成反比。  電場中任一位單置的電場強度計算式如下：  Ex=U/2。3xlg(R/r) 伏/厘米

6、60;     (2)式中:E電場中任一位置的場強，伏/厘米  U電暈電極上被施加的電壓，伏     x該處距電暈電極的距離，厘米    lg以10為底的對數(shù)，    R沉淀極的半徑，厘米    r電暈電極的半徑，厘米  從上式看出:在施加于電極上的電壓一定時，電場強度與粒子距電暈極的距離，沉淀極半徑和電暈極半徑之比的對數(shù)成反比。也就是增大電暈極的半徑有利電場強度提高(6)(7)。

7、60; 另外，粒子在電場中向沉淀極漂移運動是由于電場力的作用產(chǎn)生的。 而粒子在電場中所受的力可用下式表示：     F=neE 達(dá)因     (3)式中：F粒子在電場中受到的力，達(dá)因。  n粒子所帶元電荷數(shù)目     e電子的電荷量，4.77*10靜電單位。E沉淀極處的電場強度，靜電單位。  當(dāng)沉淀極接地良好，沉淀極的場強趨向零時，F(xiàn)=ne。也就是說粒子在電場中受的力與其荷電量相關(guān)。也與沉淀極是否能迅速將電荷移走有關(guān)。  綜合

8、分析以上三式，對某一特定條件時，漂移速度隨施加于電暈電極的電壓升高而增大。因為電壓升高之后，氣體在電離區(qū)的電離加快，粒子可以獲得更多的電荷，所受電場的作用力增大。  另方面，如果改變電暈電極的形狀，提高它發(fā)射電子的能力和擴(kuò)大電離區(qū)有效斷面， 是提高漂移速度和縮短荷電時間的有效辦法之一。 螺旋鋸齒電暈極線，利用尖端放電來增強電離能力，同時利用形狀的變化形成更良好的非均勻電場和擴(kuò)大電離區(qū)，有效地提高了電濾器的能力。        二、主要參數(shù)計算    以用于硫酸生產(chǎn)凈化的管式濕

9、式電濾器為例    一、原始數(shù)據(jù)：    1.總氣量：5200 標(biāo)準(zhǔn)立方米/時(6800)     2.進(jìn)氣溫度：40 C。    3.操作壓力：-700mm水柱      4.霧粒平均半徑：0.5微米。    5.電場氣速:1.2米/秒(1.5米/秒)。     6.電暈電極半徑:0.8厘米。    7.沉電極半徑:12.5厘米。 &#

10、160;  8.電場長度:4米。   a)沉淀極管數(shù)計算： 5200*(273+40)/273*(10000/9300)/3600*1.2*0.785*0.25*0.25=31  按正六邊形排列，園整為37根，則電場氣速為0.98米/秒   b)臨界電場強度計算：E0=31*0.56*1+0.38/（ 0.56*0.8 ）1/2=25.34千伏/厘米  為了形成臨介電場強度， 必須施加于電暈極線上的直流電壓，U=31*0.56*1+0。308/（0.56*0.8）1/2 *0

11、.8 *ln(12.5/0.8)=55.76KV                                              

12、             當(dāng)施于電暈電極上的電壓為60KV時， 管式電濾器電場內(nèi)的電暈電流為:I=2*1.5/9*12.52ln(12.5/0.8)*60*(60-25.34)=1.61mA/M  C)漂移速度計算: 混合氣體的密度0.81克/立方厘米，混合氣體粘度0.00132泊。計算場強時，使用的電流一般為: I=1。61*.83=1.34mA/M  Ex=（2*1.34*9*106/1.5）1/2=4009.99V/cm

13、/300=13.37靜電單位  Ex=E沉淀極， 漂移速度為:   w=0.11*13.372*0.005/0.00132=74.48cm/s       理論除霧效率: 實際漂移速度只有理論值的一半，以下效率計算w=37.24cm/s  =1-1/e74。48*4*29。1/0。98*116。2=99.996%  三、 結(jié)構(gòu)比較    (一)電暈電極: 又稱放電極和負(fù)極。國內(nèi)的電源均采用負(fù)極為電暈極，&#

14、160; 根據(jù)電的性質(zhì)，電流是從導(dǎo)體的表面通過。所以導(dǎo)體的表面積影響電流的通量，表面積大其單位時間內(nèi)所通過的電流量亦大(6)。這與我們經(jīng)常選擇使用電線的截面積大小是同一道理。直徑大的極線周圍的電離區(qū)截面積也大。電暈極的形狀和大小，直接影響電子的矢放， 電離的程度。以下就電暈極的演變進(jìn)行比較。  (1)光滑園形電暈極線:  最早使用的是直徑為2.5mm的鋼絲做電暈極線。在沉淀管內(nèi)的電力線分布是放射性的。滿足電暈放電的條件。所采用電場氣速為0.5m/s左右。但是人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)待處理氣體中的懸浮粒子較多或者速度較高時，除霧效率下降，“電暈閉塞”的現(xiàn)象很頻繁。人們

15、開始思索原因和尋求解決的辦法。  (2) 鋼絲包鉛正方形電暈極線：這種極線是采用直徑2.5mm的鋼絲外包鉛材，外形6*6mm方形。它有四條棱角，放電能力和電離區(qū)都比第一種增大了。因此，在與第一種電暈極線相同的條件下，電濾器的處理 能力提高。同時也解決了耐腐蝕的問題。  (3)鋼絲包鉛六棱電暈極線：人們根椐方形極線探索的思路，開發(fā)了所示的六棱電暈極線。其外形的外切園直徑有6mm和10mm兩種。這種線與第二種線的區(qū)別是六條棱更銳利， 六棱的棱與棱之間的空間也成為電離區(qū)。這種電暈極線是目前國內(nèi)使用最普遍的一種。它的電場氣速以0.6m/s.米秒為最佳。生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理氣體中的塵

16、霧含量高時，電暈極線上容易沉積塵埃(結(jié)大腸)。當(dāng)電場的負(fù)荷加重時，還是較容易發(fā)生“電暈閉塞”。另方面，生產(chǎn)系統(tǒng)大型化，低生產(chǎn)強度設(shè)備林立和氣體分布不均的矛盾，人們嘗試改變設(shè)備部件的結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。   (4) 螺旋形鋸齒電暈極線：  人們試圖應(yīng)用尖端放電的原理，開發(fā)出一種放電能力強，又是連續(xù)的非均勻的電場。 據(jù)出國考察的同志介紹: 魯奇公司曾做過盲刺形和鉛鋸齒形電暈極線試驗，鉛鋸齒因齒尖容易鈍化，該兩種極線都沒有推廣使用。二十世紀(jì)90年代初，南化研究院開發(fā)并推廣鈦螺旋鋸齒形電暈極線(2)(6)，它具有四條連續(xù)放電棱和放電很強的齒尖。因此，它的抗

17、粘附和抗電暈閉塞能力都很強。電場氣速國內(nèi)己實際達(dá)到1.2m/s。如撫順石油二廠，恭城冶煉廠，鋅泉公司等。但是，由于硫酸生產(chǎn)的氣體成分和腐蝕形態(tài)復(fù)雜，另外，也由于一些制造商不注意用材的選擇，理念的錯誤，導(dǎo)致一些電暈極線被腐蝕。用戶擔(dān)心極線被腐蝕不敢用，制造商怕賠償不敢推薦。又回到采用低氣速，六棱鉛極線。這樣，設(shè)備管數(shù)增加一倍，增加新設(shè)備的投資弗，也降低了設(shè)備的除霧效率。同時對大型系統(tǒng)會造成電除霧器并并串串設(shè)備林立。  1999年，筆者于南京平江科有限公司，針對鈦極線被腐蝕的各種狀態(tài)，通過靜態(tài)和動態(tài)試驗，經(jīng)濃酸洗凈化，高砷氟稀酸洗凈化等生產(chǎn)系統(tǒng)中的試驗，篩選出一種特種耐腐蝕不銹

18、鋼。用該材質(zhì)加工的電暈極線己在高氟硫鐵礦制酸和鈦白粉生產(chǎn)的電除霧器中使用。具有優(yōu)良的耐蝕性能。如在貴冶，大冶，株洲，柳州，蘭州等電除霧器中應(yīng)用，材料的耐腐蝕性能優(yōu)良。  (二)沉淀極: 又稱正極或陽極。  (1)園管形: 國內(nèi)首先是用 256*3*4000鉛管。  二十世紀(jì)60年代，國內(nèi)開發(fā)出  270*10*4000硬PVC塑料園管。由若干根園管用管板組裝在一起成為濕式電濾器的沉淀極。上氣室俯視截面如圖（1）  由于這種管式電濾器中氣體走不了短路，其除霧效率較高。但是，兩極若沉積有塵埃，清理是很麻煩。另外，氣體通過的橫截面和沉淀極表

19、面不能充分利用，有效截面積只占總截面積的80%只利用了沉淀極的一個表，耗材較多。  (2) 板式:是由若干塊符合要求形狀的板，按一定距離相互平行地安裝在一起，組成沉淀極。兩相鄰沉淀極間的距離一般為300mm。它的優(yōu)點是極板的兩個表面積都得到了充分利用。缺點是氣體容易從上下吊架的電場外空間逃脫。除霧效率不如管式。圖2   (3) 正六邊形管:  由若干根正六邊形管組合在一起，上下花板將它與上下氣室連起來，組成沉淀極。橫截面如圖()。這種管國外有外切園直徑為250mm硬PVC正六邊形管。國內(nèi)在二十世90年代末，開始開發(fā)外切園直徑為300m

20、m的導(dǎo)電玻璃鋼正六邊形管?，F(xiàn)己在制酸系統(tǒng)中應(yīng)用。 圖（）  （三）電暈極線固定方式：   (1)懸掛式: 由絕緣箱將陰極框架吊掛于上氣室中，每根電暈極線固定在相對應(yīng)的上方陰極框架的小梁上，由重錘拉直下懸。這種固定方式適用于氣速不大高時使用。結(jié)構(gòu)簡單。安裝方便，較經(jīng)濟(jì)。   (2)固定式: 上下氣室均設(shè)有陰極框架，并用絕緣箱固定。電暈線固定于上下陰極框架上。 采用這種固定的穩(wěn)定性好。電場氣速可在2.5m/s以上，電暈線不易發(fā)生擺動。  （四）絕緣箱：  絕緣箱的作用是把電暈極和沉淀極組合在一起，但又使施加于

21、電暈極上的高壓電與沉淀極絕緣，并承擔(dān)支承陰極的重量和電源的引入。主要類型分述如下:  (1) 具有加熱式支持絕緣子的絕緣箱:這類絕緣箱用在電濾器操作溫度為40-50 C，操從壓力為 2500mm水柱。為避免水汽在緣子表面冷凝，采用電加熱保持絕緣箱內(nèi)恒溫在110 C之上。如圖() 所示。 圖具加熱式支持絕緣子圖具加熱式套管絕緣子  (2)具有加熱式套管絕緣子絕緣箱:  這類絕緣箱使用在操作溫度在40-50 C，壓力在-600mm水柱以下的電濾器中。為避免水汽和酸霧在絕緣子上冷凝，利用加熱器將絕緣子加熱到150 C。如圖() 所示。 &#

22、160;(3)有空氣緩沖保護(hù)的絕緣箱:  這類絕緣箱安裝在負(fù)壓較小，允許補充空氣或特殊氣體的電濾器上。緩沖氣體是由獨立的加熱系統(tǒng)加熱后，利用電濾器本身的負(fù)壓或是另有的風(fēng)機(jī)送進(jìn)絕緣箱。如圖()所示。   圖具空氣緩沖式 （五）電源  .機(jī)械整流電源: 主要部件有高壓變壓器，機(jī)械整流器，控制屏，高壓轉(zhuǎn)換開關(guān)， 扼流圈，門連鎖開關(guān)。其原理示意如圖()這種電源己被淘汰不用。  圖7機(jī)械整流電源   可控硅整流電源:這種電源有整流變壓器，控制屏，門連鎖開關(guān)。其原理示意如圖()。它的電壓是連續(xù)調(diào)節(jié)，并始終保持在最佳電

23、暈放電的電壓下運行。  圖可控硅整流電源   四 濕式電濾器看法的誤區(qū)  濕式電濾器是工業(yè)氣體凈化的重要設(shè)備之一。它運行穩(wěn)定可靠， 操作控制范圍寬， 被較廣泛地應(yīng)用。但由于有關(guān)資料少。故在選擇和使中出現(xiàn)一些模糊的看法。以下談?wù)勎业囊恍┐譁\的認(rèn)識。  (1) 除霧效率與電場氣速的關(guān)系：  工業(yè)生產(chǎn)中，用化學(xué)分析的方法測定電除霧器進(jìn)出口氣體中酸霧的含量來計算設(shè)備的除霧效率。算式表示如下：=(C1-C2 ) /C1*100%  該算式中不反映出電場中的氣速， 但實際它包含了在測定時氣體在電場中流速的因子。所得出

24、的除霧效率反映出測定時電場狀態(tài)下的實際效率。實際效率總是低于理論效率。 理論效率計算式如下：   =1-(1/e w*L*s/v*Q )100%  式中: w漂移速度， L沉淀管長度，  v氣流速度   s沉淀極有效周邊長，  Q沉淀極總沉淀面積  式中v為電場中氣體的流速，當(dāng)氣速增大時式中第二項變大， 除霧效率則降低。 實際操作中電除霧器的負(fù)荷加重時，除霧效率下降，甚至發(fā)生“電暈閉塞”。也是同樣的道理。   (2) 空試：  在新電除

25、霧器建成或老設(shè)備撿修后，要以空氣為介質(zhì)進(jìn)行試送電，是撿查設(shè)備的安裝和修理的質(zhì)量，以及有無物品留在電場內(nèi)。另外，由于空試電場中的介質(zhì)是空氣且?guī)缀跏庆o止的，隨二次電壓的升高，二次電流的迅速升高。其升高的速度，靜止的空氣介質(zhì)中遠(yuǎn)比在流動的二氧化硫混合氣體介質(zhì)中要大很多。所以，空試中往往是二次電壓不很高，而二次電流已達(dá)到機(jī)組的額定值，己無法繼續(xù)升壓。  如何確定空試的二次電壓呢! 一般認(rèn)為在40KV以上就可以了。因為在二氧化硫混合氣體介質(zhì)中的二次電壓較空試電壓會高出10KV以上。而且二次電壓在40KV以上，己能滿足撿查設(shè)備安裝質(zhì)量的要求。  (3) 實際運行二次

26、電流不要一味追求高: 因為二次電流是與二次電壓相關(guān)連的。電流雖說它是電除霧器的效率的表征值，但只要滿足除霧指標(biāo)就可以了。二次電流過高，功率消耗也增大，對絕緣子的要求也提高。因此，比電流只要大于0.1mA/m就可以了。  (4)粉塵粒子的比電阻不影響電除霧器的收塵效果: 由于在電除霧器內(nèi)的氣體含有飽和的液體蒸氣與液體霧粒，塵埃被液體粒子粘附，液體霧的比電阻都在104-2*1010之間，是適合采用電濾器的方法清除的。當(dāng)然，在某種情況下，采取添加增濕劑或化學(xué)藥劑，增加對某組分的清除率，并非為比電阻的原因。霧粒達(dá)到沉淀極后則被粘附在上面，不可能再飛揚。 一般液體都是良導(dǎo)體，不會因為

27、粒子的比電阻的關(guān)系而產(chǎn)生反電暈。  (5) 接地電阻宜小，可靠: 接地問題常被人們忽視。其實接地的好壞，對電除霧器的效率和操作穩(wěn)定是有很大影響的。同時，從安全的角度看，沉淀極的電荷不能及時移走而產(chǎn)生積累，在設(shè)備殼體上會產(chǎn)生很高的靜電危及生命的安全。電除霧器就是一個大電容器。根椐設(shè)備選擇足夠的接地線截面積，連接可靠，接觸良好。一般要求接地總電阻小于4歐姆。  6)緣箱應(yīng)自動恒定在適度的溫度范圍: 曾經(jīng)有因把絕緣箱溫度控在2500 C而使相關(guān)部位的襯鉛熔化。恒溫的目的是防止絕緣子上面結(jié)露，降低絕緣性能。一般要求自動控制在1100 C-1500 C， 特殊污損

28、嚴(yán)重的絕緣子恒溫控制可適當(dāng)選高些，最好不超過1500。 C-1800 C。在系統(tǒng)開車前提前加熱絕緣箱，待絕緣電阻大于75兆歐以上方可送高壓。為保證電除霧器的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，絕不可小看絕緣箱內(nèi)的溫控問題，曾有因手工控溫，不重視保證恒溫和不注意開車前予熱，造成絕緣子擊穿損壞的不在少數(shù)。  五  、一些事故的分析序事故前現(xiàn)象 處理方法產(chǎn)生后果事  故  原  因 1 高電壓，幾乎無電流系統(tǒng)開車中打開人孔觀察空氣足，電暈火花點下室PVC環(huán)， 致下室Pb燒壞2凈化系統(tǒng)阻力很小， 爐頭正壓大進(jìn)氣室破裂水封堵， 產(chǎn)生水錘3&

29、#160;安全水封抽空用PVC板堵死補氣口下氣室被拔起跌破凈化系統(tǒng)有堵死， 阻力很大4電霧負(fù)壓1400mm水柱沒有分析處理下氣室抽破安全封，液封水結(jié)冰5上下人孔打開，轉(zhuǎn)化升溫，電霧空試空試后沒有撿查上氣室和部分沉淀管上部被燒毀電暈線上的硫被電火花點著漸上燃6正常運行，二次電流跳動大停車撿修方發(fā)現(xiàn)個別沉淀管上部燒穿電暈線斷后，下段電暈線順利落入下氣室7新設(shè)備空試前絕緣箱予熱吊桿及箱內(nèi)鉛熔化錯定恒溫250 C，測溫儀未校準(zhǔn)8二次電壓送不上或送不高強行升壓 絕緣子完全擊穿或部分開裂絕緣子質(zhì)量，表面潮濕，積塵      六、 濕式電

30、濾器在各行業(yè)的應(yīng)用：    一 、煤氣和煉焦?fàn)t煤氣除焦油及塵：  無論是作為工業(yè)原料用途的煤氣還是作為燃料用途的煤氣和焦?fàn)t煤氣(3)(4)，在經(jīng)過水洗后仍然含有較多的焦油霧和塵粒，如不能有效地進(jìn)行精細(xì)凈化，對后續(xù)使用會帶來較嚴(yán)重的困難，如合成氨壓縮機(jī)的閥片頻繁被堵，燃?xì)鈬娋锥氯取?#160;   采用HQ1型濕式電濾器，可以較有效地克服塵和焦油在電極上粘著。主要技術(shù)指標(biāo)如下：   進(jìn)口塵舍量 mmg/HM3              2000-3000   凈化后塵含量mmg/HM3         30   進(jìn)口氣溫0 C