电除尘器的选型计算参数精.docx
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电除尘器的选型计算参数精
电除尘器的选型计算
电除尘器应用成功与否，是与设计、设备质量、加工和安装水平、操作条件、气体和粉尘性质等多种因素相关联的综合效果。
要取得理想的除尘效果，必须了解各有关环节与除尘机理的联系，考虑各种影响因素，正确设计计算。
1.影响除尘器性能的因素
影响电除尘器性能有诸多因素，可大致归纳为3个方面：
烟尘性质、设备状况和操作条件。
这些因素之间的相互联系如图4-71所示，由图可知，各种因素的影响直接关系到电晕电流、粉尘比电阻、除尘器内的粉尘收集和二次飞扬这3个环节，而最后结果表现为除尘效率的高低。
1）烟尘性质的影响粉尘的比电阻，适用于电除尘器的比电阻为104~1011?
·㎝。
比电阻低于104?
·㎝的粉尘，其导电性能强，在电除尘器电场内被收集时，到达沉降极板后会快速释放其电荷，而变为与沉淀极同性，然后又相互排斥，重新返回气流，可能在往返跳跃中被气流带出，所以除尘效果差；相反，比电阻高于1011?
·㎝以上的粉尘，在到达沉降极以后不易释放其电荷，使粉尘层与电极板之间可能形成电场，产生反电晕放电。
对于高比电阻粉尘，可以通过特殊方法进行电除尘器除尘，以达到气体净化，这些方法包括气体调质、采用脉冲供电、改变除尘器本体结构、拉宽电极间距并结合变更电气条件。
2）烟气湿度烟气湿度能改变粉尘的比电阻，在同样湿度条件下，烟气中所含水分
越大，其比电阻越小。
粉尘颗粒吸附了水分子，粉尘的导电性增大，由于湿度增大，击穿电压上长，这就允许在更高的电场电压下运行。
击穿电压与空气含湿量有关，随着空气中含湿量的上升，电场击穿电压相应提高，火花放电较难出现，这种作用对电除尘器来说，是有实用价值的，它可使除尘器能够在提高电压的条件下稳定地运行，电场强度的增高会使降尘效果显着改善。
3）烟气温度气体温度也能改变粉尘的比电阻，而改变的方向却有几种可能：
表面比电阻随温度上升而增加（这只在低温度交接处有一段）过渡区，表面和体积比电阻的共同作用区。
电除尘工作温度可由粉尘比电阻与气体温度关系曲线来选定。
烟气温度的影响还表现在对气体黏滞性影响，气体黏滞性随着温度的上升而增大，这样影响其驱进速度的下降。
气体温度越高队电除尘器的影响是负面的，如果有可能，还是在较低温度条件下运行较好，所以，通常在烟气进入电除尘器之前先要进行气体冷却，降温既能提高净化效率，又可利用烟气余热。
然而，对于含湿量较高和有SO3之类成分的烟气，其温度一定要保持在露点温度20~30℃以上作为安全余量，以避免冷凝结露，发生糊板、腐蚀和破坏绝缘。
4）烟气成分烟气成分对负电晕放电特性影响很大，烟气成分不同，在电晕放电中电荷载体的迁移不同。
在电场中，电子与中性气体分子相撞而形成负离子的概率在很大程度上取决于烟气成分，据统计，其差别是很大的，氦、氢分子不产生负电晕，氯与二氧化硫分子能产生较强的负电晕，其他气体互有区别；不同的气体成分对电除尘器的伏安特性及火花放电电压影响甚大，尤其是在含有硫酐时，气体对电除尘器运行效果有很大影响。
5）烟气压力有经验公式表明，当其他条件确定后，起晕电压随烟气密度而变化，烟气的温度和压力是影响烟气密度的主要因素。
烟气密度对除尘器放电特性和除尘性能都有一定影响，如果只考虑烟气压力的影响，则放电电压和气体压力保持一次（正比）关系。
在其他条件相同的情况下，净化高压煤气时电除尘器的压力比净化高压煤气时要高，电压高，其除尘效率也高。
6）粉尘浓度电除尘器对所净化的气体的含尘浓度有一定的适应范围，如果超过一定范围，除尘效果会降低，甚至中止除尘过程，因为在除尘器正常运行时，电晕电流是由气体离子和荷电尘粒（离子）两部分组成的，但前者的趋进速度约为后者的数百倍（气体离子平均速度为60~100m/s，尘粒速度大体在60cm/s以下）。
一般粉尘离子形成的电晕电流仅占总电晕电流的1%~2%，粉尘的质量比气体分子大得多，而离子流作用在荷电尘粒上所产生的运动速度远不如作用在气体离子上产生的运动速度高。
烟气粉尘浓度越大，尘粒离子也越多，然而单位体积中的总空间电荷不变，所以粉尘离子越多，气体离子所形成的空间电荷电然相应减产，于是电场内驱进速度降低，电晕闭塞，除尘效率显着下降，所以，电除尘器净化烟气时，通过电场的电流趋近于零，发生电晕闭塞。
因此，电除尘器净化烟气时，其气体含尘浓度应有一定的允许界限。
电除尘器允许的最高含尘浓度与粉尘的粒径、质量组成有关，如中位径为24.7μm的钢铁厂烧结机尾粉尘，入口质量浓度30g/m3，电流下降不明显；而对中位径为3.2μm的粉尘，入口质量浓度大于8g/m3的吹氧平炉粉尘，却使电晕电流比通烟尘之前下降80%以上。
有资料认为粒径为1μm左右的粉尘对电除尘效率的影响尤为严重。
7）粉尘粒径分布试验证明，带电粉尘向沉淀极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比，粒径越大，除尘效率越高；尺寸增至20~25μm之前基本如此；尺寸至20~40μm阶段，可能出现效率最大值；在增大粒径，其除尘效率下降，原因是大尘粒大非均匀性具有较大导电性，容易发生二次扬尘和外携。
也有资料指出，粒径在0.2~0.5μm之间，由于捕集机理不同，会出现效率最低值（带电粒子移动速度最低值）。
8）粉尘密度、黏附力粉尘的密度与烟气在电场内的最佳流速二次扬尘有密切关系，尤其是堆积密度小的粉尘，由于体积内的孔隙率高，更容易形成二次扬尘，从而降低除尘效率。
粉尘黏附力是由粉尘与粉尘之间，或粉尘颗粒与极板表面之间接触时的机械作用力、电气作用力等综合用途的结果，附着力大的不易振打清除，而附着力小的又容易产生二次扬尘；机械附着力小、电阻低、电气附着力也小的粉尘容易发生反复跳跃，影响电除尘器效率。
粉尘黏附力与颗粒的物质成分有一定关系，矿渣粉、氧化铝粉、粘土熟料等粉尘的黏附力就小，水泥粉尘、纤维粉尘，无烟煤粉尘等，通常有很大的黏附力。
黏附力与其他条件，如粒径大小、含温量高低等有密切关系。
9）设备情况对电除尘效率的影响
①设备的安装质量如果电极线的粗细不匀，则在细线上发生电晕时，粗线上还不能产生电晕，为了使粗线发生电晕而提高电压，又可能导致细线发生击穿。
如果极板（或线）的安装没有对好中心，则在极板之间即使有一个地方过近，都必然降低电除尘电压，因此这里有击穿危险。
同样，任何偶然的尖刺、不平和卷边等也会产生这种影响。
②气流分布气流分布的影响也是重要的，气流分布不均匀会严重影响除尘效果。
10）操作条件对电除尘器效率的影响
1气流速度。
气流速度的大小与所需电除尘器的尺寸成反比关系，为了节省投资，除尘器就要设计得紧凑，尺寸小，这样，气流速度必然大，粉尘颗粒在除尘器电场内的逗留时间就短；气流速度增大的结果，其提紊流度增大，二次扬尘和粉尘外携的几率增大。
气流速度对尘粒的驱进速度有一定影响，其相互关系中有一个相应的最佳流速，在最佳流速下，驱进速度最大。
在大多数情况下，颗粒在电场有效作用区间逗留8~12s，电除尘器就能得到最好的除尘效果，这种情况的相应气流速度为1.0~1.5m/s。
2振打清灰。
电晕晕线积尘太多会影响其正常功能。
沉淀极板应该有一定的容尘量，而极板上积尘过多或过少都不好，积尘太少或振打方向不对，会发生较大的二次扬尘；而积尘到一定程度，振打合适，所打落的粉尘容易形成团块状而脱离，二次扬尘较少。
2.选用注意事项
1电除器是一种高效除尘设备，除尘器随效率的提高，设备造价也随之提高。
2电除尘器压力损失小，耗电量少，运行费低。
3电除尘器适用于大风量的除尘系统、高温烟气及净化含尘度较高的气体（40g/m3），含尘浓度超过60g/m3，一般应在电除尘器前设净化装置，否则会产生电晕闭塞现象，影响净化效率。
4电除尘器能捕集细粒径的粉尘（小于0.14μm），对过细粒径、密度又小的陈法，选择电除尘器时应适当降低电场风速，否则易产生二次扬尘，影响净化效率。
5电除尘器适用于捕集比电阻在104~5×1010?
·cm范围内的粉尘，当粉尘比电阻低于104?
·cm时，粉尘沉积于极板后容易得返气流，粉尘比电阻高于5×1010?
·cm时，容易产生反电晕，因此，不宜选用干式电除尘器，可采用湿式电除尘器。
高比电阻粉尘也可选用干式宽极距电除尘器，如先用300mm极距的干式电除尘器，可在电除尘器进口前对烟气采取增湿措施，或对粉尘有效驱进速度选低值。
6电除尘器的气流分布要求均匀，为使气流分布均匀，一般在电除尘器入口处设气流分布板1～3层，并进行气流分布模拟试验。
气流分布板必须经模拟试验合格后的层数和开孔率进行制造。
7对净化湿度大或露点温度高的烟气，电除尘器要采取保温或加热措施，以防结露；对于湿度较大的气体或达到露点温度的烟气，一般可采用湿式电除尘。
8电除尘器的漏风率尽可能小于2％，减少二次扬尘，使净化效率不受影响。
9黏结性粉尘，可选用干式电除尘器，但应提高振打强度；沥青与尘混合物的黏结粉尘，采用湿式电除尘器。
10捕集腐蚀性很强的物质时，宜选择特殊结构和防腐性能好的电除尘器。
电场风速是电除尘器的重要参数，一般在0.4~1.5m/s范围内。
电场风速不宜过大，否则气流冲刷检板造成粉尘二次扬尘，降低净化效率。
对比电阻、粒径和密度偏小的粉尘，电场风速应选择较小值。
3.电除尘器选型计算
⑴电除尘器的有效驱进速度计算电除尘器的除尘效率可用下式表达：
η=1-e-sw
式中η—除尘效率，%；
S—极板的比表面积，㎡
W—粉尘有效驱进速度，m/s。
由于电除尘器中影响粉尘电荷及运动的因素很多，理论计算值与实际相差很多，所以不得不沿用经验性或半经验性的方法来确定驱进速度w值，部分生产性烟尘的有效速度见表4-99。
表4-99各种粉尘的驱进速度
粉尘名称
w/（ms·s-1）
粉尘名称
w/（ms·s-1）
电站锅炉飞灰
0.04～0.2
焦油
0.08～0.23
粉煤炉飞灰
0.1～0.14
硫酸雾
0.061～0.071
纸浆及造纸锅炉尘
0.065～0.1
石灰回转窑尘
0.05～0.08
铁矿烧结机头烟尘
0.05～0.09
石灰石
0.03～0.055
铁矿烧结机头烟尘
0.05～0.1
镁砂回转窑尘
0.045～0.06
铁矿烧结粉尘
0.06～0.2
氧化铝
0.064
碱性氧气顶吹转炉尘
0.07～0.09
氧化锌
0.04
焦炉尘
0.067～0.161
氧化铝熟料
0.13
高炉尘
0.06～0.14
氧化亚铁（FeO）
0.07～0.22
闪烁炉尘
0.076
铜焙烧炉尘
0.0396～0.042
冲天炉尘
0.3～0.4
有色金属转炉尘
0.073
热火焰清理机尘
0.0596
镁砂
0.047
湿法水泥窑尘
0.08～0.115
硫酸
0.06～0.085
粒波尔水泥窑尘
0.065～0.086
热硫酸
0.01～0.05
干法水泥窑尘
0.04～0.06
石膏
0.16～0.2
煤磨尘
0.08～0.1
城市垃圾焚烧炉尘
0.04～0.12
由于给出的是数值范围，烟尘类别亦有限，因此确定w值时应考虑下列因素。
分析电除尘器的应用状况，适当取值，即应全面了解所需经化烟尘的性质，估计将应用除尘器的装备及运行条件，然后再给定w值。
对比所需净化烟尘相同及类似工艺中已应用的电除尘器，由其实测的效率、伏安特性等获得各项运行参数，反算出w值。
通过实验获得w值，对某些工艺，特别是未曾用过电除尘器的工艺或是烟尘性质与应用中电除尘器有很大差别时，通过小型试验取得有关数值。
（2）沉淀极板面积计算当有效驱进速度值确定后，根据粉尘进入除尘器的初浓度及许排出的浓度计算出除尘器应用中电除尘器应用的除尘效率、极板比表面积S（净化1m3/s气体所需沉淀面积）及沉淀极板总面积SA（㎡）
S=
SA=QS
式中Q——电除尘实际处理烟气量，m3/s;
S——极板的比表面积，㎡；
Η——电除尘器的除尘效率，%；
W——有效驱进速度，m/s。
考虑到电除尘器设计、制造、安装和操作维护等环节以及尘源工况条件的变化将SA的理论乘以适当的备用系数K。
系数K取1～1.5为宜。
极板面积也可根据所要求的净化效率和选定的粉尘有效驱进速度，直接从图4-72、图4-73中查得S值。
（3）电除尘器的电场风速及有效断面计算电场风速可参考表4-100确定，再按下式计算电场的有效断面积：
F=Q/v
式中F---电场有效断面积，㎡；
Q---烟气量，m3
v---电场风速，m/s。
对管式电除尘器有效断面即是全部面积之和。
表4-100电除尘器的电场风速
主要工业炉窑的电除尘器
电场风速v
/（m·s-1）
主要工业窑炉的电除尘器
电场风速v
/（m·s-1）
电厂锅炉飞灰
0.7～1.4
水泥工业
湿法窑
立波尔窑
干法窑（增温）
干法窑（不增温）
烘干机
磨机
0.9～1.2
0.8～1.0
0.8～1.0
0.4～0.7
0.8～1.2
0.7～0.9
纸浆和造纸
工业锅炉黑液回收
0.8～1.8
钢铁
工业
烧结机
高炉煤气
碱性氧气顶吹转炉
焦炉
1.2～1.5
0.8～3.3
1.0～1.5
0.6～1.2
硫酸雾
0.9～1.5
城市垃圾焚烧炉
1.1～1.4
有色金属炉
0.6
对板卧式电除尘器而言，其电场断面接近正方形，其中高略大于宽（一般高与宽之比为1～1.3），确定高、宽中的一个值即可确定电场的高（H）及宽（B）。
（4）通道宽度及电场长度计算
a.通道宽度极板、极线间距的2倍也称为极板间距，或得天独厚为通道宽度，对管式电除尘器而言即是管径。
常规电除尘器通道宽度为250～350mm的为普遍，对管式电除尘器而言，一般管径为250～300mm。
从20世纪70年代初开始发展宽交流电距电除尘器，宽间距是指通道宽度≥400mm；采用宽间距后，沉淀极及电晕极的数量减少，因而节约钢材、减轻质量。
沉淀极和电晕极的安装和维护都比较方便，极距增大，平均场强提高，极电流密度并不增加，对收集高比电阻粉尘有利。
通常认为同极间距400～600mm比较合理，管式电除尘器的管径大于400mm。
b.通道数、板卧式与管式电除尘器通道数的计算对板卧式电除尘器通道数可用下式计算，并取其整数：
Z=B/2b-e
式中Z——板卧式电除尘器通道数
B——电场有效宽度，m；
B——极线与极板的中心距；
E——沉淀极板的阻流宽度，m（可按表4-101选取）。
管式电除尘器的通道数为管数，按下式计算：
Z=F/πR2
式中Z——管式电除尘器管数；
R——管半径，m
F——有效断面，㎡。
c.电场长度两种除尘器的电场长度计算式如下所述。
板卧式电除尘器电场长度按下式计算：
L=SA/CnH
式中L——电场长度，m；
SA——沉淀极板面积，㎡；
N——电场数；
C——通道数；
H——电除尘器有效高度，m。
管式除尘器的电场长度按下式计算：
L=SA/2πRZ
式中R——管式除尘器筒体半径，m；
其他符号同前。
d.电场数板卧式电除尘器中一般可将电场沿气流方向分成几段，每个电场不宜过长，一般取3.5～5.4m。
划分电场数可按表4-102确定。
表4-102电场数n的选择
-v㏑（1-η）
n
＜4
4～7
＞7
W＞5
＞5～9
≤9～13
3
2
～
4
3
2
5
4
3
第七章高温烟气冷却降温与管道设计
在冶金、建材、电力、机械制造、耐火材料及陶瓷工业等生产过程中排放的烟气，其温度往往在130℃以上，在环境工程中称为高温烟气。
高温烟气处尘的困难和复杂性，不仅是因为烟气温度高而需要采取降温措施或使用耐高温的除尘器，而且还因为烟气温度高会引起烟气和粉尘性质的一系列变化。
所以，只有对烟气的特征、粉尘性质、降温方法、除尘设备诸方面有了全面的了解后再进行设计才能获得满意效果。
第一节高温烟气的特征
一、高温烟气特征
在除尘工程中有许多处理高温烟气的场合，如炼钢电炉、转炉；水泥厂的回转窑、立窑；电站锅炉；工业锅炉等都会排出大量的烟气。
这些烟气通常具有以下特点：
1温度较高，可达500℃以上，当温度超过130℃在除尘工程中称为高温烟气；
2成分复杂，烟气中含有尘粒的成分随原料及化学过程而异，除了含有粉尘外还含有各种不同的有害气体，如燃煤烟气中的CO2、CO、SO2、NO2等。
3烟气量大，随着工艺设备向大型化发展，这些设备所产生的烟气量非常庞大；
4烟气密度和体积的变化较大。
与常温烟气相比，高温烟气性质的变化主要表现在烟气的密度、体积、黏度和气体分子运动的变化；其次表现为烟气露点、爆炸极限的不同。
1.密度
在理想状态下，气体的密度可由状态方程来表示，即ρ＝P/RT
式中ρ－气体的密度；
P－气体的压力；
T－气体的温度；
R－气体常数。
从这个计算式可以看出，如果压力不变，气体的密度与温度的变化成反比。
烟气温度每升高100℃，则密度约减少20％。
高温烟气通常是由多种气体组成的，其成分、温度、压力的变化会引起烟气密度变化，计算时应按高温混合气体考虑。
2.黏度（动力黏度）
气体的黏度随温度变化关系可用下式来表示：
μ=1.702×108（1+0.00329t+0.000007t2）
式中：
μ——气体的黏度；
T——气体的温度。
由上式知道，气体的黏度随温度的升高而增大，且增大的幅度相当大。
3.分子运动
分子运动的变化主要表现在气体分子的平均自由行程的不同。
一定质量的气体，单位体积内所含有的分子数是不变的。
当温度升高时，分子运动加剧，分子的平均速率增大；此时，不仅分子撞击的次数增多，撞击力也增大，若系统的体积不变，会导致压力增大。
4.爆炸极限
在许多生产条件下，高温烟气中含有可燃成分。
例如，高炉、炼钢、转炉、铁合金炉、回转窑、焦炉等烟气中均含有氢、一氧化碳等可燃成分。
这些可燃物与空气或氧气混合，高温烟气容易使其达到最低着火温度，就有爆炸的危险。
5.粉尘性质变化
在高温烟气中，温度的提高使粉尘性质也发生变化，其中粉尘比电阻、黏度和吸附性能均有变化。
粉尘的黏度，多数是随温度的提高而增加，难于分散。
粉尘在高温下性质的变化也是除尘考虑的重要问题。
二、高温烟气露点
炉窑烟气成分中，常含有SO2等成分，在600～650℃的温度范围内，SO2容易转化成SO3。
在气体温度降到露点以下时，对于金属烟管与除尘设备产生腐蚀，高温烟气系统冷却降温时应尽量避免出现露点温度。
当含有HCI或HF气体成分时，也应该注意此问题。
1.含有水蒸气和SO3气体的露点温度
含有水蒸气和SO3气体的露点温度（tp）可计算如下：
tp＝186+20lgH2O+26lgSO3（℃）
式中H2O——被冷却烟气中H2O的含量（体积％）；
SO3——被冷却烟气中SO3的含量（体积％）。
例1水蒸气的分压在气体中为5.17kPa，气体中SO3的浓度为1.1g/m3，如已知设备的压力接近10.1kPa，确定气体的露点。
从分压PH2O=5.17kPa，求得相应的水蒸气的浓度为5.17×100/10.1＝5％（体积）。
由列线图中，将SO3浓度1.1g/m3和H2O浓度为5％的两点连直线，在温度标尺上得到在此条件下的露点为161℃。
2.含有水蒸气和HCI气体的露点温度
第二节高温烟气冷却降温
一、冷却方法的分类及特征
1.冷却方法分类
冷却高温烟气的介质可以采用温度低的空气或水，称为风冷或水冷。
不论风冷、水冷，可以是直接冷却，也可以是间接
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