靜電除塵器設(shè)計原理教案課件

1、靜電除塵器設(shè)計原理電除塵器電除塵器是靜電力從氣流中分離懸浮粒子（塵粒或液滴）的裝置。電除塵器的特點：優(yōu)點: a)具有分離粒子能耗低、氣流阻力小的特點 b)由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以電除塵器也能有效的捕集亞微米級粒子 c)具有處理氣流量大（105106m3/h），能連續(xù)操作 缺點：一次性投資費用高、占地面積大、應(yīng)用范圍受粉塵比電阻限制、難以適應(yīng)操作條件的變化和對制造、安裝質(zhì)量要求較高等。第1頁/共46頁一、電除塵器的分類1.按集塵電極的結(jié)構(gòu)形狀分類管式：極線沿著垂直的管狀集塵電極的中心線懸掛，適用于氣體量較小的情況，一般采用濕式清灰方式。板式：在互相平行的板式收塵電極的中間懸掛垂直的

2、極線。板式可采用濕式清灰方式，但絕大多數(shù)采用干式清灰方式。2.按氣流流動方式分類 立式電除塵器：含塵氣流自下而上流過。其優(yōu)點是占地面積小，捕集效率高。 臥式電除塵器 ：含塵氣流沿水平方向流過，可分電場供電，容易實現(xiàn)對不同粒徑粉塵的分離，有利于提高總除塵效率。此外安裝高度比立式電除塵器低，操作和維修比較方便。 第2頁/共46頁一、電除塵器的分類3.按電極在除塵器內(nèi)的布置分類單區(qū)電除塵器：集塵極和電暈極在同一區(qū)域內(nèi)，顆粒荷電和捕集在同一區(qū)域內(nèi)完成。 雙區(qū)電除塵器：電暈極系統(tǒng)和收塵集系統(tǒng)分別裝在兩個不同區(qū)域內(nèi)，前區(qū)安裝電暈極稱電暈區(qū)，粉塵粒子在前區(qū)荷電；后區(qū)安裝集塵極稱收塵區(qū)，荷電粉塵粒子在收集塵區(qū)

3、被捕集。雙區(qū)電除塵器主要用于空調(diào)的空氣凈化方面。4.按清灰方式分類 干式電除塵器：在干燥狀態(tài)下采用機械振打、電磁振打和壓縮空氣等方法清除集塵極上粉塵。干式電除塵器有利于回收有經(jīng)濟價值的粉塵，但容易產(chǎn)生二次揚塵。 濕式電除塵器用水噴淋或用溢流水在集塵級表面形成一層水膜，使沉積在集塵極的粉塵隨水膜一起流到除塵器下部排出。濕式電除塵器無二次揚塵，效率高，但清灰水需要處理，對設(shè)備有腐蝕。 第3頁/共46頁臥式立式 電除塵器外觀圖第4頁/共46頁第5頁/共46頁煙道氣煙道氣詳圖：嚴(yán)密的放電極收集的粉塵風(fēng)板的距離清潔氣體第6頁/共46頁第7頁/共46頁二、電除塵器的工作原理 電除塵器的工作原理 三個基本過

4、程:懸浮粒子荷電高壓直流電暈帶電粒子在電場內(nèi)遷移和捕集延續(xù)的電暈電場（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場（雙區(qū)電除塵器）捕集物從集塵表面上清除振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗 第8頁/共46頁二、電除塵器的工作原理(一)氣體電離和電暈放電 電除塵器的氣體電離和導(dǎo)電可用右圖曲線來說明：1.曲線ab段 氣體導(dǎo)電僅借助與氣體中原有的少量自由電子 2.曲線bc段 極間導(dǎo)電電流幾乎沒有變化 ，說明沒有新電離出的電子和離子參與導(dǎo)電，增加的電壓主要是提高了原有自由電子的動能。 氣體導(dǎo)電過程的伏-安曲線 第9頁/共46頁二、電除塵器的工作原理3.曲線cd段氣體的電離 A)當(dāng)電壓升高到c點

5、時，由于氣體中的電子已獲得足夠的動能，足以使與之碰撞的氣體中性分子發(fā)生電離，產(chǎn)生新的電子和陽離子，新的電子和離子參與導(dǎo)電。B)氣體電離中的所謂電子雪崩：當(dāng)電子在電場中獲得足夠大的動能后，又與其他中性氣體分子碰撞使其電離，新產(chǎn)生的電子數(shù)和離子數(shù)像“雪崩”似的按等比級數(shù)增加。在這一段產(chǎn)生的粒子數(shù)可達1億/cm3以上。注：起始電壓越底，更易于放電。所以可通過延長cd段的時間，提高除塵效果。第10頁/共46頁二、電除塵器的工作原理電暈放電：當(dāng)氣體電離中出現(xiàn)電子雪崩時在放電極周圍的電離區(qū)內(nèi)，可以看見淡藍色的光點或光環(huán)，也能聽見咝咝聲和劈啪的爆裂聲。這一現(xiàn)象稱為電暈放電。4.曲線de段如果兩極間的電壓升到

6、e點，由于電暈擴大，致使電極間產(chǎn)生火花或電弧，說明極間氣體全部被擊穿。火花放電時，極間電壓急劇下降，同時在極短的時間內(nèi)通過大量的電流。電除塵器運行時應(yīng)經(jīng)常保持在兩極間的氣體處于不完全被擊穿的電暈放電狀態(tài)，盡量避免產(chǎn)生短路現(xiàn)象。 第11頁/共46頁第12頁/共46頁 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(fù)離子區(qū)區(qū) 電暈區(qū) 金屬管集塵極 三步曲 電除塵器的工作原理示意圖：第13頁/共46頁 電暈放電電暈放電機理金屬絲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(chǎn)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(jié)束，電子被氣體分子捕獲氣

7、體離子化區(qū)域電暈區(qū)自由電子和氣體負(fù)離子是粒子荷電的電荷來源。第14頁/共46頁電暈放電影響電暈特性的因素 電極的形狀、電極間距離氣體組成、壓力、溫度不同氣體對電子的親合力、遷移率不同 氣體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(chǎn)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 第15頁/共46頁二、電除塵器的工作原理(二)粉塵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(dǎo)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對于d0.

8、5m的微粒，以電場荷電為主對于d0.5m的微粒，以擴散荷電為主對于粒徑介于0.150.5 m之間的粒子，則需要同時考慮這兩種過程。粒子進入電場到帶電歷時0.1s移動10-20cm.第16頁/共46頁1.電場荷電粒子荷電電荷累積 粒子場強增加沒有氣體分子能夠到達粒子表面，電荷飽和（1）荷電量的計算第17頁/共46頁 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和離子密度N0 一般粒子的荷電時間僅為0.1s，相當(dāng)于氣流在除塵器內(nèi)流動1020cm所需要的時間，一般可以認(rèn)為粒子進入除塵器后立刻達到了飽和電荷第18頁/共46頁 2.擴散荷電與電場電荷過程

9、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 第19頁/共46頁 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)Robinson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，與實驗值基本一致第20頁/共46頁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(dǎo)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(dāng)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

10、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(yán)重抑制著電暈電流的產(chǎn)生，使塵粒不能獲得足夠的電荷（3）當(dāng)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 第21頁/共46頁二、電除塵器的工作原理(三)荷電粒子的遷移和捕集1.驅(qū)進速度 （1）電場作用在荷電粉塵粒子上的靜電力 Fe=qE 式中：q為粉塵顆粒的荷電量，c；E為粉塵顆粒所處位置的電場強度，v/m。（2）粉塵粒子的集塵極遷移時受到的介質(zhì)阻力 假設(shè)粉塵粒子的運動遵循斯托克定律，則粉塵粒子受到介質(zhì)阻力為： 式中：為氣體介質(zhì)的動力粘度，Pas；dp為

11、粉塵粒子的直徑，m ；w為荷電粉塵粒子在電場中的驅(qū)進速度。 （3）當(dāng)二力平衡時，粒子便達到了終未沉降速度，即驅(qū)進速度： 第22頁/共46頁第23頁/共46頁 2.有效驅(qū)進速度粉塵種類驅(qū)進速度/ms-1粉塵種類驅(qū)進速度/ms-1煤粉（飛灰）0.100.14沖天爐（鐵焦比10）0.030.04紙漿及造紙0.08水泥生產(chǎn)（干法）0.060.07平爐0.06水泥生產(chǎn)（濕法）0.100.11酸霧（H2SO4）0.060.08多層床式焙燒爐0.08酸霧（TiO2）0.060.08紅磷0.03飄旋焙燒爐0.08石膏0.160.20催化劑粉塵0.08二級高爐（80生鐵）0.125第24頁/共46頁二、電除塵器

12、的工作原理2.捕集效率方程(1)德意希（Deutsch）方程 假定：除塵器含塵氣流為紊流 在垂直于集塵極表面的任一截面上粒子濃度和氣流分布均勻 粒子進入電除塵器后立即荷電 忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻及被捕集粒子重新進入氣流等影響方程：第25頁/共46頁二、電除塵器的工作原理線板式電除塵器 線管式電除塵器 式中：L為電場長度，m；b為電暈極與集塵極之間的距離，m；w為粉塵粒子的驅(qū)進速度，m/s。 第26頁/共46頁二、電除塵器的工作原理被捕集粉塵的清除現(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(chǎn)生高強度的振打力，又能調(diào)節(jié)振打強度和頻率常用的振打器有電磁型和撓臂錘型 第27頁/共

13、46頁三、電除塵效率的影響因素 1.顆粒粒徑的影響 dp1m的顆粒，隨著粒徑的增大，除塵效率升高；dp0.2m的顆粒，隨著粒徑的減小，除塵效率升高；0.2mdp1m的顆粒，除塵效率幾乎不受粒徑的影響。2.粉塵比電阻的影響 粉塵比電阻定義：在厚1cm，覆蓋層1cm2集塵面積的粉塵電阻。 式中：為粉塵比電阻，cm；A為集塵極面積，cm2；Rm為平均比電阻，；為顆粒層厚度，cm。 電除塵器運行最適合的比電阻的范圍大約是10421010cm。第28頁/共46頁三、電除塵效率的影響因素3.除塵器結(jié)構(gòu)對除塵效率的影響比集塵面積A/Q的影響 極板間距離的影響 長高比的影響 4.靜電除塵器供電質(zhì)量的影響 5.

14、氣流速度及分布的影響 一般氣流流速取0.61.5m/s 氣流分布不均勻，總效率下降 粉塵比電阻對除塵效率的影響 第29頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu) (一)放電電極/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(zhǔn)確的極距以及易清灰等。 a.圓形線 b.星形線 c.鋸齒線 d.芒刺線第30頁/共46頁第31頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu)電暈線固定方式重錘懸吊式管框繃線式第32頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu)(二)集塵極對集塵電極的一般要求：有利于粉塵在極面上沉積，二次揚塵小；易于清灰，形狀簡單易于制作并有足夠的剛度

15、和強度。集塵極形式：板式、管式常用板式電除塵器集塵極第33頁/共46頁 核心部件圖集塵極形式第34頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu)(三)電極清灰裝置干式電除塵器的清灰方式有機械振打、電磁振打、刮板清灰及壓縮空氣振打等。濕式電除塵器采用噴霧式或溢流方式，在集塵極表面形成一層水膜，使沉積在集塵板上的粉塵和水一起流到除塵器的下部而排出。 第35頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu)(四)氣流分布裝置對氣流分布裝置的要求是分布均勻性好，阻力損失小。為了減少渦流，保證氣流分布均勻，在進出口處應(yīng)設(shè)漸擴管和漸縮管。進口漸擴管內(nèi)應(yīng)設(shè)23層氣流分布板。最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板、分布格子、槽型鋼式和欄桿型分布板

16、等。多孔板使用最為廣泛，通常采用厚度33.5mm鋼板制作，孔徑3050mm，開孔率為2550%。 第36頁/共46頁四、電除塵器的結(jié)構(gòu)(五)外殼除塵器外殼必須保證嚴(yán)密，減少漏風(fēng)。漏風(fēng)將使進入除塵器的風(fēng)量增加，風(fēng)機負(fù)荷加大，電場內(nèi)風(fēng)速過高，除塵效率下降。處理高溫濕煙氣時，冷空氣漏入會使煙氣溫度降至露點以下，導(dǎo)致除塵器內(nèi)構(gòu)件粘灰和腐蝕。電除塵器的漏風(fēng)率控制在3%以下。除塵器外殼材料，通常使用的材料有鋼板、鉛板、鋼筋混凝土及磚等。第37頁/共46頁(六)排灰系統(tǒng)要求排灰系統(tǒng)密封性能好，在灰輸送過程中，盡量減少二次揚塵。 有鏈?zhǔn)捷敾液吐菪敾覂煞N(七)供電設(shè)備1.使用壽命在20年以上2.輸出的峰值70

17、-1000KV3.電流100-2000mA第38頁/共46頁五、電除塵器的選擇設(shè)計與應(yīng)用 (一)電除塵器的選擇1了解資料（1）煙塵的來源、濃度、比電阻以及要達到的；（2）煙塵的成分、狀態(tài)、粒徑分布；（3）含塵氣流的腐蝕性；（4）類比調(diào)查，獲得同行業(yè)除塵器的性能。2確定有效驅(qū)進速度wp3電除塵器的型號的選擇根據(jù)德意希方程確定A，再根據(jù)A選擇電除塵器的型號。4校核第39頁/共46頁五、電除塵器的選擇設(shè)計與應(yīng)用(二)電除塵器的設(shè)計1氣流分布板的設(shè)計（1）分布板的形式（阻力、開孔率）（2）分布板層數(shù)的確定根據(jù)工作式截面積F、進氣管截面積Fi來確定：當(dāng)F/Fi6時,n=1；當(dāng)F/Fi20時,n=5。（3）分布板的開孔率：式中：N0為氣流在入口處的速度場系數(shù)，N0=1.22.0； 為阻力系數(shù)：式中：f為開孔率。 第40頁/共46頁五、電除塵器的選擇設(shè)計與應(yīng)用2.箱體的橫截面積F、極板高度h(1)截面積(2)極板高度h當(dāng) ；當(dāng) 調(diào)整：當(dāng) ；當(dāng)（3）通道數(shù)式中：K為極板的電流寬度（查手冊）；2S為相鄰兩極板距離，m。 第41頁/共46頁五、電除塵器的選擇設(shè)計與應(yīng)用3.集塵極面積(1)線板式電除塵器：兩極間距：2b；通道數(shù)處理停留時間： 第42頁/共46頁五、電除塵器的選擇設(shè)計與應(yīng)用(2)線管式電除塵器： 圓筒個數(shù)為n，半徑為R；通道截面積F=nR2；流速：停留時間