静电除尘设计参考资料文档格式.docx
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电除尘器和其他除尘设备相比，结构复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制装置，因此价格较贵。
2工作原理
静电演示仪的试验表明，在一个玻璃容器内装上两块金属板，当给其通上直流电时，两金属板间在电场力的作用下，容器内的空气便产生微量电离，产生正、负离子及自由电子。
这些离子受电场力的作用，便向两极运动产生电流。
这时候电流强度和电场强度成正比，服从欧姆定律。
当场强达到某一定值时，离子定向运动速度很大，以至使气体产生的离子全部被电场驱向两极。
这时．再增加场强就没有较多的离子驱向两极。
电路中的电流也不再加大。
此时的电流称为饱和电流。
当电路中的电压继续增大时，电场强度增大，并使电子和离子获得足够能量以至有可能产生新的电子、离子和增大电流。
当电压升到一定程度，不仅活动性大的电子和部分阴离子能和中性气体分子碰撞发生电离作用，而且活动性小的阳离子也获得足够的能量与中性气体分子碰撞产生电离作用，致使电场中连续不断产生大量新离子。
在放电极周围产生电离的区域内，可明显地观察到淡蓝色的花点或光环，同时发出轻微爆裂声。
通常把这些淡蓝色的光点或光环称为电晕现象。
产生电晕现象的电极又称电晕极。
如果电压再次升高，电晕区域增大，电极间产生强烈火花甚至有可能产生电弧，电极间气体会发生电击穿现象，形成短路。
此时的电压称为击穿电压。
显然，在电除尘器工作过程中不允许产生击穿电压。
为此，一般情况下必须把高压直流电源的电压控制在20～70kV之内。
而且，设计电除尘器不采用均匀电场，而是一极采用管形或板形，另一极采用金属丝，组成不均匀电场，以便既维持电晕放电现象．又不产生击穿现象。
电除尘器的两极接人高压直流电源，阳极上收集的粉尘多于阴极上收集的粉尘。
这是因为电场中电子与阴离子运动速度大于阳离子运动速度，且易于附着在尘粒上较快到达阳极的缘故。
因此，设计电除尘器时板极接正极。
图1和图2分别是管式电除尘器和板式电除尘器工作原理图。
含尘气体通过电除尘器时粉尘被捕集的过程如图3所示。
首先是电极间产生不均匀电场，气体被电离，接着粉尘在电场荷电到达电极，最后通过清灰装置粉尘振落至灰斗。
3分类
由于各行业工艺过程不同，烟气性状各异，粉尘性质有别，对电除尘器提出的不同要求，因此，出现了不同类型的设备。
电除尘器的分类见表1。
对多数用户来说，板电极卧型干式电除尘器任然是最佳选择。
表1电除尘器分类
序号
区分标准
名称
特点
使用
1
按电场烟气流动方向
立式
烟气由下而上流经电场称为立式电除尘据，烟气水平进入电场称为卧式电除尘器。
立式占地小，但高度较大，检修不便，且不易做成大型电除尘器。
老的中小型水泥厂中多用立式电除尘器；
有些化工部门也采用小型立
式电除尘器。
其他部门绝大多数采用卧式电除尘器。
卧式
2
按电极形状
板式
棒帏式电除尘器阳极用实心圆钢制成帏状、结实、耐腐蚀、不易变形但
较重．耗钢材多，且积灰不易振荡。
管式多制成立式，且小容量较多。
有色冶金系统因烟气温度较高，工况不够稳定，故使用棒帏式电除尘器。
管式电除尘器用在高炉烟气净化和炭黑制造部门。
棒帏式
管式
并列管式
同心圆管式
3
按电晕区和除尘区分区
单区
双区电除尘器的前区，一般用5-10um极细钨丝作阴极产生离子，后区除尘。
因后区不要求产生离子．电压可降低，结构可简化，也省电。
但尘粒若在前区未能荷电，到后区即无法捕集。
另外，二次扬尘的尘粒也因无法再荷电，而无法捕集。
目前世界上使用的绝大多数电除尘器均为单区电除尘器。
双区电除尘器仅在空气净化方面有应用。
双区
4
按是否需要通水冲洗电极区分
干式
湿式电除尘器用水冲洗电极，使电场内充满水蒸气，降低尘粒的比电阻，使除尘容易进行。
另外，由于水对烟气的冷却作用，使烟气量减少。
如烟气中有CO等易爆气体，则用水冲洗可减少爆炸危险。
湿式的缺点是易腐蚀，要用不锈钢等高级材料，排出泥浆难以处理
一般只在易爆气体净化时或烟气温度过高而企业又有现成泥浆处理设备时才用湿式电除尘器。
如高炉炉气净化和转炉炉气净化时有时用湿式电除尘器。
在制酸系统也有用湿式的。
湿式
5
按电场数或除尘室数
n电场（n=3～8）
电场数量多，可分场供电，有利于提高操作电压。
电场多，自然除尘效率高，但成本也高。
分室的目的一般是为了损坏时检修方便。
有时大型电除尘器由于结构上的需要也分成双室，甚至三室的，这对气流分布也较有利。
在有色冶金部门中用双室较多，其他场合多数用单室。
电场多少则是根据除尘效率要求的高低而决定的。
进口含尘量越多，除尘效率要求越高，所以需要电场数越多。
单室
双室
6
按电极间距数值多少
窄间距
（约150mm）
在高比电阻粉尘时，电极间距宽能提高阴极表面电场强度，增加电场电流，有利于除尘。
电极距宽便于检修，但电源电压要求较高，最高达200kV,绝缘要求高，价格贵。
日本在水泥、玻璃、石灰等工业中应用，称作WS
型电除尘器或ESCS型电除尘器。
宽间距
（＞160mm）
7
按其他标准
防爆式
防爆除尘器有防爆装置，能防止爆炸，或者爆炸时卸荷减少损坏等。
原式电除尘器正离子参加捕集尘工作，使电除尘器能力增加。
可移动电极电除尘器顶部装有电极卷取器。
防爆电除尘器用在特定场合，如平炉烟气、转炉烟气的除尘。
原式电除尘器是电除尘器的新品种，目前还在研究中。
可移动电极电除尘器常用于净化高比阻粉尘的烟气。
原式
移动电极式
4基本参数
4.1临界电压
在管式电除尘器有效区内产生电晕放电之前的电场实际是静电场，电场中任何一点的电场强度E，可按圆柱形电容器方程式计算：
由该式可知，电晕极导线与沉淀极之间各点的电场强度是不同的，越靠近电晕线，电场强度就越大。
故x＝R1处的电强度为最大，即
根据经验，当电晕极周围有电晕出现时，对于空气介质来说，临界电场强度可用下面经验公式计算：
用该计算式求出板极式电除尘器的临界电压后，再乘以系数1.5～2，即可作为电除尘器的实际工作电压。
4.2驱进速度
尘粒随气流在电除尘中运动，受到电场作用力、流体阻力、空气动压力及重力的综合作用，尘粒由气体驱向于电极称为沉降。
沉降速度是指在电场力作用下尘粒运动与流体之间产生的阻力达到平衡后的速度。
沉降速度常称驱进速度，它的大小由其获得的荷电量来决定。
尘粒上的最大荷电量可由下式计算：
由上式可见，尘粒荷电量是由电场强度、尘粒尺寸和介电常数（电容率）决定的。
尘粒荷
电后，在电场力的作用下，由电晕极向沉淀极转移，作用在尘粒上的电场力为F＝ne0Ex运动中尘粒需克服的介质阻力为S＝3πμdω。
当尘粒稳定运行时，电场力与介质阻力相等，即等式ne0Ex=3πμdω。
由此式可得出尘粒的驱进速度：
在求得尘粒受电场力作用的驱进速度之后即可求出尘粒运动χ距离所需的时间t:
以管式电除尘器为例，电晕极导线半径为R1，圆管半径为R2，则时间为：
在一般情况下，管式电除尘器ν=0.8～1.5m/s,板式除尘器ν=0.5～1.2m/s;
t′=2～4t。
4.3除尘效率
电除尘器的除尘效率和其他除尘器一样，定义为进入除尘器烟气中含尘量与捕集下来
的粉尘量之比率。
一般地说，影响除尘效率的主要因素有电源电压、供电方式、烟气流速、粉尘浓度和粒度、比电阻、电场长度及电极的构造等。
除尘效率的表达式如下：
由上述计算式可以看出，电除尘器的效率与L／vp关系甚大，或者说除尘效率与电除尘器的容积关系甚大。
假如除尘效率为90％时，除尘器的容积为1，则效率为99％的除尘器的容积将增大为2。
5电除尘器的结构
电除尘器的种类很多，结构也各不相同。
按电极的型式分为管式和板式两类。
按含尘气流的运动方向，又分为卧式和立式两种。
卧式电除尘器的电场又有单电场和多电场等。
不论哪种类型的电除尘器．都必须有供电和除尘两大部分。
供电部分是变压整流装置。
除尘部分有气流导向均布装置、电晕极、沉淀极和清灰装置等。
图4是板卧式电除尘器的组成示意图。
5.1内部构造
5.1.1沉淀极
电除尘器内部主要有沉淀极和电晕极。
在管式电除尘器中，沉淀极是圆筒形，如处理烟
气量较大，则是多个圆筒并联起来。
在板式电除尘器中，沉淀极在每个场中成排地顺气流排
列，上端悬吊在横梁上。
沉淀极每排按一定距离装好之后，用扁钢固定。
极板制作成各种形
状以利于集尘，如C形、Z形、波浪形等。
图5是常见的几种形式。
沉淀极的结构形式是影响电除尘器的除尘效率的因素之一，所以应精心设计。
一般要
求是：
①有利于粉尘在板面上沉积，又能顺利落入灰斗减少二次扬尘；
②有利于极板的振打清灰，使振打加速度均匀地传送到整个板面，提高清灰效果好；
③形状简单，制造容易便于安装；
④刚度好，不易变形；
⑤电气性能好。
（1）管式沉淀极
管式沉淀极清灰比较困难，在大型电除尘器中很少采用。
但它具有沿极线方向电力线分布均匀的优点，在湿式除尘器和电除雾器中使用较普遍。
管式沉淀极有圆形和正六角蜂窝形两种结构形式。
圆形管内径一般为250～500mm，长度为3000～4000mm。
蜂窝形可节省材料，但安装、检修、更换比较困难。
对于无腐蚀性气体可用钢材制作，对于腐蚀性气体需用塑料或玻璃钢制作。
（2）板式沉淀极
①网状沉淀极。
由直径Φ2.5mm～3.4mm的钢丝编织而成。
网孔尺寸为（10×
10）mm
～（15×
15）mm，四周框架由宽50～70mm，厚5～7mm的扁钢制成。
为保证金属网的平整，框架中间用扁钢加强，相邻加强扁钢的间距，高度方向不得大于1000mm，宽度方向不得大于700mm，金属网和扁钢用铆钉夹紧。
总厚度不得大于18～20mm。
它的有效沉尘面积较小，不能积存太多的粉尘，被捕集到的粉尘存易再飞扬，如果制作不好客易变形。
气体速度一般不能超过0.8m/s。
②棒帏式沉淀极。
由角钢、扁钢和铆钉组成一个框架，将直径为Φ20mm的圆钢管均匀分布在框架内，成为棒帏式沉淀极。
圆钢之间的中心距为22～25mm。
为制造和安装的方
便，圆棒的长度一般不超过4000mm。
若电极较高，可将圆棒分成两段。
它可以耐较高的温
度，制作、安装比较方便，但有效沉淀面积不大。
气体速度不能太高，一般不得大于0.8m/s。
③C形沉淀极。
极板用1.5～2mm的钢板轧制而成，断面尺寸依设计而定。
整个沉淀电极由若干块才形极板拼装而成，如图6所示。
常用宽型的C形沉淀极板宽度为480mm。
它具有较大的沉尘面积，粉尘重返气流中较少，流速可超过0.8m/s，使用温度可达350～400℃。
为充分发挥极板的沉淀作用。
有采用所谓双C形极板。
④Z形沉淀极。
极板分窄、宽、特宽三种形式，用1.2～3mm钢板压制或轧制而成，其断而尺寸如图7。
整个沉淀电极也是由若干块Z形极板拼装面成。
因为Z形板两面有槽，所以可充分发挥其槽形的作用。
对称性好悬挂比较方便。
5.1.2电晕极
电晕极是电除尘器中使气体产生电晕放电的电极，由电晕线、电晕框架、悬吊杆和支撑绝缘套管等组成。
对电晕线的一般要求是：
①起晕电压低，放电强度高，电晕电流大；
②机械强度高，能维持准确的极距；
③易清此；
④耐腐蚀。
电晕线的形式很多，常见的有光圆线，星形线，螺旋线及芒刺线等如图8所示。
（1）光圆线
光圆线的放电强度随直径变化而变化，即直径愈小，起晕电压愈低，放电强度愈高。
为保持在悬吊时导线垂直和准确的极距，要挂—个2～7kg的重锤。
为防止振打力的作用和火花放电时电晕线受到损伤．电晕线不能太细。
一般采用直径为1.5～3.8mm镍铬不锈钢或碳钢制成。
（2）星形线
星形电晕线四面带有尖角，起晕电压低，放电强度高。
由于断面积比较大（边长为4mm×
4mm左右），比较耐用，且容易制作。
它也采用管框绷线方式固定。
（3）芒刺线
芒刺型电晕线的形式有多种，如芒刺角钢，锯齿形及RS型等。
芒刺形电晕线以尖端放
电代替沿极线全长上的放电，因而放电强度高，而起晕电压却比其他形式都低。
由于芒刺线
在尖端的伸出方向，增强了电风，能减弱粉尘浓度大时出现的电晕封闭现象。
因此芒刺形电
晕线，适用在含尘浓度大的场合。
从实际使用情况看，选择电晕线形式时还要注意电晕线的固定方式，以免引起由于热应
力和机械结构等原因，可能造成绷线框架变形，极距调不准，振打失灵，断线，石英套管破裂等。
5.1.3清灰装置和技术
及时清除沉淀极和电晕极上的积灰，是保证电除尘器高效运行的重要环节之一。
电极清灰方法有湿式清灰、机械清灰和声波清灰3种。
（1）湿式电除尘器的清灰
湿式电除尘器是广泛采用的电除尘器之一。
湿式电除尘器一般采用水喷淋湿式清灰。
在除尘过程中，对于积沉到极板上的固体粉尘，一般是用水清洗沉淀极板，使极板表面经常
保持一层水膜，当粉尘沉降到水膜上时，便随水膜流下，从而达到清灰的目的。
形成水膜的
方法，既可以来用喷雾方式，也可以来用溢流方式。
湿式清灰的主要优点是，二次扬尘最少；
粉尘比电阻问题不存在了；
水滴凝聚在小尘粒
上更利于捕集；
空间电荷增强，不会产生反电晕。
此外，湿式除尘器还可同时净化有害气体，
如二氧化硫、氟化氢等。
湿式电除尘器的主要问题是腐蚀、生垢及污泥处理等。
湿式清灰的关键在于选择性能良好的喷嘴和合理地布置喷嘴。
湿式清灰一般选用喷雾
好的小型不锈钢喷嘴或铜喷嘴*布置喷嘴时，除了极板之间外，应在极板上部再布置一层喷
嘴。
为取得良好效果，气流分布板处，极板上部使用的喷嘴形势和性能应有区别。
（2）机械振打清灰
极板上粉尘沉积较厚时，将导致火花电压降低，电晕电流减小，有效驱进速度显著减小，
除尘效率大大下降。
因此，不断地将集尘极板上沉积的粉尘清除干净，是维持电除尘器高效
运行的重要条件。
极板的清灰方式有多种．如刷子消灰，机械振打、电磁振打及电容振打等。
但应用最多的清灰方式是挠臂锤机械振打。
如图9所示，它由传动轴、承打铁钻和振打杆等组成。
随着轴的转动，锤头达到最高位置后靠自重落下，打在铁钻上，振打力通过振打杆传到极板各点去。
一般是一排极板安装一个振打锤，同一电场各排的振打锤安在一根传动轴上，并依次错开一定角度，使各排极板的振打依次交替进行。
振打清灰效果主要决定于振打强度和振打频率。
振打强度的大小决定于锤头的质量和挠臂的长度。
振打强度一般用沉淀极板面法向产生的重力加速度g（9.80m/s2）表示。
一般要求，极板上各点的振打强度不小于100～200g，实际上，振打强度也不宜过大，只要能使板面上残留极薄的一层粉尘即可，否则二次扬尘增多，结构损坏加重。
振打强度的大小，取决于下列因素：
①电除尘器容量：
对于外形尺寸大、极板多的电除尘器，需要振打强度大。
②极板安装方式：
极板安装方式不同，如采用刚性连接，或自由悬吊方式，由于它们传递振打力情况不同，所需振打强度不同。
③粉尘性质：
粘性大、比电阻高和细小的粉尘振打强度要大，例如振打强度大于200g，
这是因为高比电阻粉尘的附着力，主要靠静电力，所以需要振打强度更大。
细小粉尘比粗粉尘的粘着力大，振打强度也要大些。
④温度：
一般情况下温度高些对清灰有利，所需振打加速度小些。
但温度过高可能使
粉尘软化，产生相反的效果。
⑤使用年限：
随着电除尘器运行年限延长，极板锈蚀，粉尘板结，振打的强度应该提
高。
⑥振打制度：
一般有连续振订和间断振打两种。
采用哪种制度合适，要视具体条件而
定。
例如，若粉尘浓度较高，粘性也较大，采用强度不太大的连续振打较合适。
总之，合适的振打强度和振打频率，在设计阶段只是大致的确定，只有在运行中根据实
际情况通过现场调节来完成。
机械振打机构简单，强度高，运转可靠，但占地较大，运动构件易损坏，检修工作量大，控制也不够方便。
（3）电晕极的清灰
电晕极上沉积粉尘一般都比较少，但对电晕放电的影响很大。
如粉尘清不掉，有时在电晕极上结疤，不但使除尘效率降低．甚至能使除尘器完全停止运行。
因此，一般是对电晕极采取连续振打清灰方式，使电晕极沉积的粉尘很快被振打干净。
电晕极的振打方式也有多种，常用的有提升脱钩振打、侧部挠臂锤振打等方式。
（4）声波清灰技术
电除尘器的声波清灰用的是气动式声源，这是因为气流声源较其他声源转换效率高，且容易实现大功率辐射的缘故。
声波清灰是对整个除尘器内部的清灰，比机械清灰具有全
面性。
①声波清灰原理
通过声波发生器把压缩空气变为具有一定能量的强声波馈入除尘器电场空间，进行全方位传播。
由于声波的强度和频率是按清灰要求设计的，所以声波到达除尘器的极板极线后，转化为机械能，与灰尘形成高速周期振荡，抵消气流中粉尘的聚积力（表面粘附力），以阻止粉尘相互之间结合成一层硬壳。
同时声波还能使已结块的尘层疏松．使粉尘较容易地从极板脱落下来达到声波清除极板极线积灰的目的。
声波清灰与传统的机械振打清灰相比，声波清灰的机理是“波及”，其作用力是“交流”量，作用力的方向具有多向性。
机械振打清灰要求锤击后振打点的加速度不得小于100g，在极板高度上每个点平均不得小于30～50g（粘性粉尘不得小于80～100g）。
机械振打清灰的作用力是“直流”量，作用力的方向是单向性，由此可见，声波清灰会有更好的效果。
②声波清灰设计要求
1）声波发生器的布置。
声波自声源向四周辐射时，声强随距离的增加，呈平方反比规律衰减，当距离增加为2、3、4倍时，声能相应减少为1/4、1/9、1/16……，所以声波发生器布置至关重要。
设计中以一个发生器负责20～100m3电场空间为宜。
声波发生器一般布置在除尘器顶部或侧部的壁板上，而不能布置在设备的内部或下部。
因为布置在内部容易影响电场放电，布置在下部容易积灰。
布置在顶部时宜设在支持绝缘套管的空间内，布置在侧部时宜设在两个电场之间，高度应在箱体中部。
在设计喇叭安装的方向时，声波清洁器的喇叭口应垂直或斜角向下，或平放，喇叭口切
勿向上放置。
为达到理想的声波传播，喇叭口前应有400mm距离的空间。
而喇叭圆周的空间亦应有20mm距离。
声波发生器的数量因除尘器的大小、电场多少、粉尘性质以及发生器性能差异较大，应
根据具体情况而定。
2）声波清灰系统组成。
电除尘器的声波清灰系统由声波发生器、贮气包、减压阀、压力表、过滤器、油雾器、电磁阀、时间控制器和气路、电路等部分组成（见图10），其中声波发生器是主要部件。
3）供气。
压缩空气的供气压力和流量是保证声波发生器正常工作的重要条件。
在正常
情况下，要求的压力大于0.4Mpa，2～10个发生器时流量为1～4m3/min，这是因为每个发生器工作3～20s就够了，在两次清灰之间，空气压缩机可以很快恢复原来的压力，设计中气路上应设一个1～3m3的贮气包，以便压力顺利恢复。
贯通膜片两边的气孔，是为鸣音时进气压力0.40～0.55MPa面设计的。
设计计算时，考虑到正常管道压降情况，此时压缩气源压力为0.6～0.7Mpa。
度量压力以鸣音为准。
声波发生器用的压缩空气，应经主过滤器，去除杂质及水分。
因为尘垢杂质，会影响声波发生器正常操作，所以每个声波发生器还需要其独立的过滤器，并在组装系统前，先吹清输气管内所有杂质。
4）供电。
声波清灰系统要求的量很少，但是对电气器件的质量要求很严格。
设计中电磁阀和时间控制器可选用厂家配套的产品，或质量过关的产品。
时间控制器供给的电源信号必须与电磁阀电压相匹配，否则不能正常工作。
声波发生器。
出厂前应附有一个正常关闭的电磁阀。
阀内有一个气孔，用力流通冷却气。
因此不可用其他电磁阀代替。
5）供油。
为降低膜片与顶盖及内壳的磨损，每个声波发生器应设计一个独立的油雾器。
油雾器的供油量为每2～3s一滴较为适合。
油雾器每周加一次油，加油量约为0.3L，油的
标号为30°
透平油。
6）噪声防范。
“声波泄漏”是客观存在的问题，因此设计时，应注意避免将会产生的噪声问题。
当声波发生器工作时，所产生的声浪，可能达130dB（A）以上，因此，在声波发生器的操作电源及压缩气源未完全截断时，严禁人在其扬声空间范围内工作。
声波发生器每次发音维持3～20s，每天的发音时间总和将长达20～60min。
从防范噪音来说，在每个新的声波发生器的外壳周围．要设计一个4～5mm厚钢制的隔音罩．内附100～200mm厚的矿质棉。
隔音罩应当安装在壁板上，而不可安装在声波发生器法兰上，如图11所示。
5.1.4气流分布装量
含尘气体在电除尘器进口处，流速为10～18m/s，而在电除尘器内部只有0.5～2m/s，因此在入口处必须安装气流分布装置。
电除尘器中气流分布的均匀性对除尘效率影响很大。
当气流分布不均匀时，在流速低处所增加的除尘效率，远不足以弥补流速高处效率的降低，因而总效率降低。
气流分布装置就是在电除尘器入口处的导流装置。
最常见的有百叶窗式、多孔板、分布格子、槽形钢分布板和栏杆型分布板等，其中以多孔板使用最为广泛。
（1）分布板的层数
气流分布板的层数可由下式计算求得：
根据实验，多孔板的层数按Sk/S0值近似取：
（2）分布板的开孔率
为保证气体速度分布均为，尚需使多孔板有合适的阻力系数，然手算得相应的孔隙率，再进行分布板的设计。
多孔板的阻力系数ζ为：
阻力系数与开孔率的关系为：
在已知阻力系数ζ，求多孔板的开孔率f0时，可直接利用开孔率与阻力系数关系，由图12求出。
开孔率因气体速度而异，对于1m/s的速度，开孔率取50％较为合理。
靠近工作室的第二层分布板的开孔率应比第一层小，即第二层分布板的阻力系数比第一层大，这就能使气体分布较均匀。
为了获得最合理的分布板结构，设计时，有必要在不同的操作情况下进行模拟试验，根据模拟试验结果进行分布板设计。
除尘器安装完后，应再进行一次现场测试和调整。
多孔板上的孔多为30～80mm的圆孔。
孔径与开孔率
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