静电除尘Word格式.docx

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当在两极间加一较高电压,则在放电极附近的电场强度很大,而在集尘极附近的电场强度相对很小,因此在两极间形成不均匀电场。

高压直流电晕就是使粒子荷电的最有效办法,广泛用于静电除尘过程。

电晕过程发生与活化的高压电极与接地电极之间,电极之间的空间内形成高浓度的气体离子,含尘气流通过这个空间时,尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体离子而导致荷电。

粒子获得的荷电量随粒子大小而异,一般来说,直径1微米的粒子大约获得30000个电子的电量。

（一）气体电离

要使气流中的尘粒荷电,必须有大量的离子来源,而这些离子的产生就是利用放电电极周围的“电晕”现象使气体电离来实现的。

当向阴、阳两极施加电压时,这种离子便向电极移动,形成电流。

如下图,随着电压的增大,电流变化分为三个不同的区域:

区域

（1）:

随着电压的增加,空气离子被加速。

区域

（2）:

空气离子全到达电极的饱与状态。

区域（3）:

“电子雪崩”

在电子雪崩过程中,电晕极表面出现青紫色光点,并发出“嘶嘶”声,这种现象叫电晕放电。

这些自由电子与气体离子在电场力的作用下,向极性相反的电极运动,逐渐升高电压,则电流急剧增加,电晕放电更加强烈。

当电压达到Vs时,空气被击穿,电晕放电即转为火花放电,此时极间会出现电弧,损坏设备,故电除尘操作中应避免这种现象,应经常保持在电晕放电状态。

电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离－电场击穿;

相应的电压－击穿电压

在电晕极上加的就是负电压,则产生的就是负电晕;

反之,则产生的就是正电晕。

在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流,且击穿电压也高得多。

工业气体净化倾向于采用稳定性强,操作电压与电流高的负电晕极;

空气调节系统采用正电晕极,好处在于其产生臭氧与氮氧化物的量低。

（二）粒子荷电

两种荷电过程:

（1）电场荷电:

离子在电场力作用下作定向运动,并与粒子碰撞而使粒子荷电。

（粒径大于1um,以电场荷电为主。

）

（2）扩散荷电:

由离子的扩散而使粒子荷电。

主要依靠离子的无规则热运动,而不就是依赖于电场力。

（粒径小于0、2um,扩散荷电占优势。

粒子荷电形式:

（1）电子直接撞击颗粒,使粒子荷电。

（2）气体吸附电子而成为负气体离子,此离子再撞击颗粒而使粒子荷电。

（电除尘的主要荷电形式）

有关电负性气体:

能吸附电子的气体称为电负性气体,如O2、Cl2、HF、SO2等。

假如存在电负性气体,则电晕产生的自由电子被这些气体的分子俘获并产生负离子,它们也与电子一样,向正极运动。

这些负离子与自由电子就构成了使颗粒荷电的电荷来源。

自由电子能引起气体分子离子化的区域,常称为电晕区,从电晕区至金属管表面的空间内,负离子浓度一般为1014~1015个/m3。

由于粒子比气体分子小得多,如果没有电负性气体很快吸附电子,则大量的自由电子将直接跑到正极产生火花放电。

因此,对负电晕来说,电负性气体的存在、电子的吸附、空间电荷的形成,就是维持电晕放电的重要条件。

在电负性气体不存在的情况下,就只有采用正电晕放电。

（三）荷电粒子的迁移与沉积

荷电粒子在电场力的作用下,将朝着与其电性相反的集尘极移动。

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10～20cm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与电荷。

颗粒荷电越多,所处位置的电场强度越大,则迁移的速度越大。

当荷电粒子到达集尘极处,颗粒上的电荷便与集尘极上电荷中与。

使粒子恢复中性,此即颗粒的放电过程。

粉尘导电性能好坏,对除尘效率影响极大,这与粉尘层的比电阻有关。

粉尘层的比电阻就是指对面积为1cm2、高为1cm的自然堆积的圆柱形粉尘层,沿其高度方向测得的比电阻值,单位用Ω、cm表示。

比电阻小,导电性好;

比电阻大,导电性差。

实践证明,粒子的比电阻在104~5×

1010Ω、cm的范围内,最适宜静电除尘。

⏹粉尘比电阻位于104~5×

1010Ω、cm的粉尘到达集尘极后,会以正常的速度放出电荷。

因而,对这类粉尘（如锅炉飞灰、水泥尘、高炉粉尘、平炉粉尘、石灰石粉尘等）,电除尘器一般都能获得较好的效果。

⏹粒子比电阻小于104Ω、cm时,因导电性太好,当她们在集尘极放电后,又立即获得与集尘极电性相同的电荷,从而被集尘极排斥反跳回气流中,再次被捕获后,又再次跳出,造成二次飞扬使除尘效率降低。

（见图6-18）

Ø

用电除尘器处理各种金属粉尘与石墨粉尘、炭黑粉尘都可以瞧到这一现象。

⏹如果比电阻大于5×

1010Ω、cm,电荷很难从颗粒传到集尘极进行放电中与。

在集尘电极表面堆积的荷电颗粒层厚了,就排斥新来的荷电颗粒,使她们不能在集尘极放电,于就是集尘就停止了。

如荷电颗粒层过厚,则在集尘极的颗粒层中,形成的电压梯度过大,就会造成颗粒层空隙中的气体电离,即产生电晕放电,称之为反电晕。

这样形成的自由电子与离子被吸向集尘电极,而颗粒带着与集尘极电性相同的电荷而向电晕极运动,使除尘效率大为降低。

（见图6-19）

（四）颗粒的清除

采用振打的方法或其它清灰方式将集尘极板上沉积的颗粒层强制破坏,并使其落入灰斗,从除尘器中排出。

二、静电除尘器的分类及结构

（一）静电除尘器的分类

1、按集尘器的型式分

板式电收尘器

（1）圆管型:

电晕线装在管的中心,电晕极与集尘极的极间距均相等。

电场强度变化均匀,但清灰比较困难,除硫黄、黄磷等特殊情况外,一般采用湿式清灰。

含尘气体从管的下方进入管内,往上运动,故仅适用于立式电除尘器。

集尘极为圆管、蜂窝管、多段喇叭管、扁管等等。

管径一般为150～300mm,管长2～5m。

由于单管电除尘器通过的气量少,在工业上通常采用多管并列组成的多管电除尘器。

为了充分利用空间,可以用六角形管代替圆管。

（2）平板型:

集尘极由平板组成,电场强度变化不均匀,清灰方便,制作安装比较容易。

板间距一般为200～400mm,极板高度2～15m,极板总长度可根据对除尘效率高低的要求而定。

通道数视气量而定,少则几十,多则几百。

结构布置较灵活。

2、按荷电方式与放电空间布置

（1）一段式:

颗粒荷电与放电在同一个电场中进行。

现工业上一般采用这种型式。

（2）二段式:

颗粒在第一段荷电,在第二段放电沉积。

主要用于空调装置。

3、按气流方向

（1）卧式:

气流方向平行于地面,操作方便,目前被广泛采用。

设备高度较低,安装、维护方便;

适于负压操作,对风机的寿命,劳动条件均有利。

但占地面积大,基建投资较高。

（2）立式:

气流垂直于地面,通常由下而上,圆管型电除尘器均采用立式,占地面积小,但高度较大,检修不方便,气体分布不易均匀,对捕集粒度细的粉尘容易重新扬起。

通常规格较小,处理气量少,适宜在粉尘性质便于捕集的情况下使用。

4、按清灰方式

（1）干式:

除下来的粉尘呈干燥状态,操作温度一般高于被处理气体露点20~30℃,可达350~450℃。

采用机械、电磁、压缩空气等振打清灰,有利于回收较高价值的颗粒物。

（2）湿式:

除下来的粉尘为泥浆状,操作温度低,一般含尘气体都需要进行降温处理,使温度降至40~70℃再进入电除尘器。

通过喷淋或溢流水等方式清灰（一般采用连续供水来清洗集尘极,定期供水来清洗电晕极,以降低粉尘的比电阻,使除尘容易进行）,无粉尘再飞扬,效率高,同时可净化部分有害气体如SO2、HF等;

其缺点就是腐蚀、结垢问题较严重,增加了含尘污水处理工序。

由于水对被处理气体的冷却作用,使气量减少。

若气体中含有易爆气体,用湿式电除尘器可减少爆炸危险。

（二）静电除尘器的结构

1、电晕电极:

要求起始晕电压低（起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。

电晕线越细,起始电晕所需要的电压越小）,电晕电流大,机械强度高。

电晕极为电除尘器的放电极。

为使放电效果良好电晕线越细越好,但电晕线太细,不仅机械强度低,而且又容易锈断,或被放电电弧烧断。

为了保证电晕线有一定的机械强度又有较高的放电效率,可将电晕线制成各种形式,常见的电晕线有圆形、星形与芒刺形等。

电晕线固定方式:

（1）重锤悬吊式

（2）管框绷线式

2、集尘电极

小型管式电除尘器的集尘极为直径约15cm,长3m左右的圆管,大型的直径可加大到40cm,长6m。

每个除尘器所含的集尘管数目少则几个,多则可达100个以上。

板式电除尘器的集尘板垂直安装,电晕极置于相邻的两板之间。

集尘极长一般为10~20m,高10~15m,板间距0、2~0.4m。

处理气量1000m3/s以上,效率高达99、5%的大型电除尘器含有上百对极板。

集尘极结构对粉尘的二次扬起,及除尘器金属消耗量（约占总耗量的40％～50%）有很大影响。

要求易于尘粒的沉积,避免尘粒二次飞扬,便于清灰,具有足够的刚度与强度。

性能良好的集尘极应满足下述基本要求:

1、振打时粉尘的二次扬起少

2、单位集尘面积消耗金属量低

3、极板高度较大时,应有一定的刚性,不易变形

4、振打时易于清灰,造价低

3、清灰装置

清灰的主要方式有机械振打、电磁振打、刮板清灰、水膜清灰等。

4、气流分布装置

电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响。

为保证气流分布均匀,在进出口处应设变径管道,进口变径管内应设气流分布板。

要求能使气流分布均匀,气压损失小。

最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式与栏杆型分布板等,而以多孔板使用最为广泛。

通常采用厚度为3~3.5mm的钢板,孔径为30~50mm,分布板层数为2~3层,开孔率约为25%~50%,需要通过实验确定。

⏹对气流分布的具体要求就是

任何一点的流速不得超过该断面平均流速的±

40%。

在任何一个测定断面上,85%以上测点的流速与平均流速不得相差±

25%。

5、灰斗

灰斗下设排灰装置,较常用的有回转式锁气器及螺旋输送机。

排灰装置应不

漏风,工作可靠。

6、高压供电设备

高压供电设备提供粒子荷电与捕集所需要的高场强与电晕电流。

供电设备必

须十分稳定,希望工作寿命在20年以上。

通常高压供电设备的输出峰值电压为70～l00kV,电流为100～2000mA。

为了使电除尘器能在高压下操作,避免过大的火花损失,高压电源不能太大,

必须分组供电。

大型电除尘器常采用6个或更多的供电机组。

增加供电机组的数目,减少每

个机组供电的电晕线数,能改善电除尘器性能,但投资增加。

必须考虑保证效率与减少投资两方面因素。

7、除尘器的外壳

外壳必须保证严密,尽量减少漏风。

漏风量大,不但风机负荷加大,也会因电场风速提高而使除尘效率降低。

在处理高湿烟气时,冷空气的漏入将使局部烟气温度将至露点以下,导致除尘器构件积灰与腐蚀。

除尘器的外壳材料,要根据处理烟气的性质与操作温度来选择。

通常使用的材料有钢板、铅板（捕集H2SO4雾）、钢筋混凝土及砖等。

三、静电除尘器的效率

（一）驱进速度

•因为电场中各点的场强不同,粒子的荷电量也就是近似值,此外,气流、粒子特性等的影响也未考虑,所以按6-54计算出的驱进速度w比实际驱进速度wp大很多。

•以正在运行的电除尘器测得的实际除尘效率、烟气量及已知的收尘极极板面积,由得意希方程反算出的w值,用wp表示。

•对于工业粉尘,有效驱进速度在0、02～0.2m/s范围内变化。

下表为部分工业粉尘的有效驱进速度。

粉尘种类

驱进速度/（m/s）

煤灰（飞灰）

0、01～0、14

冲天炉（铁-焦比=10）

0、03～0、04

纸浆及选纸

0、08

水泥生产（干法）

0、06～0、07

平炉

0、06

水泥生产（湿法）

0、10～0、11

酸雾（H2SO4）

0、06～0、08

多层床式焙烧炉

酸雾（TiO2）

红磷

0、03

飘悬焙烧炉

石膏

0、16～0、20

催化剂粉尘

二级高炉（80%生铁）

0、125

（二）除尘效率方程

四、静电除尘器的设计

1、根据现有的运行条件与设计经验,确定有效驱进速度wp;

2、根据气体的流量Q与要求的除尘效率,计算所需的集尘板总面积Ac,以及其它一些主要尺寸。

气流速度太大导致除尘效率降低,从设备尺寸考虑,气速也不能太低,一般断面风速取0、6~1、5m/s为宜。

例题:

有一单通道板式电除尘器,通道高为5m,长6m,集尘板间距为300mm,处理含尘气量为6000m3/h时,测得进出口含尘浓度为9.30g/m3与0.5208g/m3。

参考以上参数重新设计一台电除尘器,处理气量为9000m3/h,要求除尘效率为99、7%。

问需多少通道数？

某电除尘器的除尘效率为97%,假如比集尘面积增加三分之一,其她参数与条件不变,除尘效率会达到多少？

解:

0、97=1－exp（－wA/Q）

因此,wA/Q=—㏑0、03

当比集尘面积增加三分之一后,㏑（1－∏）=—4wA/3Q=3/4㏑0、03

即∏=0、991,即电除尘器的除尘效率将达到99、1%

设计一电除尘器来处理石膏粉尘,若处理风量为129600m3/h,入口含尘浓度为3×

10-2kg/m3,要求出口浓度降至1、5×

10-5kg/m3。

试计算该除尘器所需的极板面积、电场断面积、通道数及电场长度。

查表可得石膏粉尘的有效驱进速度为0.18m/s、

处理风量为129600/3600=36m3/s

除尘效率为99、95%

极板面积为

取电场风速u=1.0m/s,则电场断面积为A=36/1、0=36m2

取通道宽300mm,高h=6m,则通道数n=36/（0、3×

6）=20

电场长度为L=1520/（2×

20×

6）=6.33m

电除尘器的集尘效率为95%,某工程师推荐使用一种添加剂以降低集尘板上粉尘层的比电阻,预期可使电除尘器的有效驱进速度提高一倍。

若工程师的推荐成立,试求使用该添加剂后电除尘器的集尘效率。

设计一台电除尘器,处理气体量为10000m3/min,要求的除尘效率至少达到98%,设粒子的Wp为6m/min,求集尘板总面积。

若板长3m,高6m,计算所需集尘板的数目。