(1)电场荷电
a粒子获得的饱和电荷:
粒子上的累积电荷会产生排斥电场,电荷越多,电场越强,会阻止其它离子接近荷电粒子
(库仑)
式中:
ε0——真空介电常数,ε0=8.85×10-12库仑2/牛顿·米2;
ε——粉尘的相对介电常数,无因次;大多数尘粒,1<ε<100
dp——尘粒直径,m;
E0——两电极间的平均场强,V/m。
b影响电场荷电的因素
粉尘:
粒径dp和介电常数ε
电晕极:
电场强度E0和离子密度N0
c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和电荷
(2)扩散荷电
a与电场荷电过程相反,不存在扩散荷电的最大极限值(根据分子运动理论,不存在离子动能上限)
b荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间
c处于中间范围(0.15~0.5μm)的粒子,需同时考虑电场荷电和扩散荷电
扩散荷电理论方程:
扩散荷电量
t——发生扩散荷电的时间
(3)异常荷电现象
a沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象,破坏正常电晕过程
b气流中微小粒子的浓度高时,荷电尘粒所形成的电晕电流不大,可是所形成的空间电荷却很大,严重抑制着电晕电流的产生
c当含尘量大到某一数值时,电晕现象消失,尘粒在电场中根本得不到电荷,电晕电流几乎减小到零,失去除尘作用,即电晕闭塞
3.荷电粒子的运动和捕集
颗粒荷电后,很快地(t<10-3s)颗粒的FE=FD,电晕外区的荷电粒子在电场作用下,向集尘极运动,其运动速度称为驱进速度ω。
(1)驱进速度
在电场中粉尘的运动主要受静电力和流体阻力支配。
静电力
阻力按斯托克斯公式计算:
静电力和流体阻力平衡得:
(2)捕集效率一德意希公式
假定:
•除尘器中气流为湍流状态
•在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的
•粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程
•忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响
电风(离子在运动是对粉尘粒子的干扰)
理论分级效率为:
A——电除尘器集尘板总面积,m2;
Q——处理风量,m3/s;
ωi——驱进速度,m/s;
管式:
;
板式:
;
提高η途径:
①A↑,②Q↓,③ωi↑,④增加C荷电及电场强度
(3)有效驱进速度
a当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10%~20%时,德意希方程理论上才是成立的;
b作为除尘总效率的近似估算,ω应取某种形式的平均驱进速度;
c有效驱进速度-实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值,代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值,以ωe表示,ωe=0.02~0.2m/s
4.被捕集粉尘的清除:
维持电除尘器高效运行
•电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积,粉尘层厚度从几个mm~几个cm之间
•粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性,一般方法采取振打清灰方式清除
•从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流,影响荷电粒子的驱进速度
在湿式电除尘器中,用水冲洗集尘极板
在干式电除尘器中,一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰
•现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。
振打系统要求既能产生高强度的振打力,又能调节振打强度和频率
•常用的振打器有电磁型和挠臂锤型
四电除尘器结构
1.除尘器类型
双区电除尘器-通风空气的净化和某些轻工业部门管式:
处理Q小
单区电除尘器-控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染板式:
处理Q大
•管式电除尘器用于气体流量小,含雾滴气体,或需要用水洗刷电极的场合
•板式电除尘器为工业上应用的主要型式,气体处理量一般为25~50m3/s以上
2.电晕电极
常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等
电晕线的一般要求:
起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等
电晕线固定方式:
•重锤悬吊式
•管框绷线式
3.集尘极
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,性能良好的集尘极应满足下述基本要求
•振打时粉尘的二次扬起少
•单位集尘面积消耗金属量低
•极板高度较大时,应有一定的刚性,不易变形
•振打时易于清灰,造价低
4.高压供电设备
5.气流分布板
五粉尘比电阻:
最适宜电除尘器工作的比电阻范围为:
104~5×1010Ω·cm
•通常所需要的粉尘的最小导电率是10-10(Ω/cm)-1
•高比电阻粉尘-导电率低于大约10-10(Ω/cm)-1,即电阻率大于1010Ω/cm的粉尘
•影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外,还包括粒子大小和形状,粉尘层厚度和压缩程度,施加于粉尘层的电场强度等
•在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据
注意:
1.高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响
•高比电阻粉尘会干扰电场条件,导致除尘效率下降
•低于1010Ω/cm时,比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响
•比电阻介于1010~1011Ω/cm之间时,火花率增加,操作电压降低
•高于1011Ω/cm时,产生明显反电晕
2.克服高比电阻影响的方法
•保持电极表面尽可能清洁
•采用较好的供电系统
•烟气调质
•增加烟气湿度,或向烟气中加入SO3、NH3,及Na2CO3等化合物,使粒子导电性增加。
最常用的化学调质剂是SO3
•改变烟气温度:
升高(>623K)或降低(<403K)
•向烟气中喷水,同时增加烟气湿度和降低温度
•发展新型电除尘器
六电除尘器的选择和设计
1.比集尘表面积的确定
根据运行和设计经验,确定有效驱进速度ωe按德意希方程求得比集尘表面积A/Q
2.长高比的确定
集尘板有效长度与高度之比,直接影响振打清灰时二次扬尘的多少
要求除尘效率大于99%时,除尘器的长高比至少要1.0~1.5。
3.气流速度的确定
通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积,计算烟气的平均流速
平均流速高于某一临界速度时,作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加,粉尘的重新进入量亦迅速增加
4.气体的含尘浓度
如果气体含尘浓度很高,电场内尘粒的空间电荷很高,易发生电晕闭塞
应对措施-提高工作电压,采用放电强烈的芒剌型电晕极,电除尘器前增设预净化设备等
若含尘浓度
1N>30g/m3:
①宜加设预处理装置;
②或提高工作电压;
③或采用放电强烈的芒刺型电晕极
第三节湿式除尘器
一湿式除尘器及特点
1.定义:
使含尘气体与液体(一般为水)密切接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置
可以有效地除去直径为0.1~20μm的液态或固态粒子,亦能脱除气态污染物
高能和低能湿式除尘器:
低能湿式除尘器的压力损失为0.2~1.5kPa,对10μm以上粉尘的净化效率可达90%~95%
高能湿式除尘器的压力损失为2.5~9.0kPa,净化效率可达99.5%以上
2.特点:
优点:
①在耗用相同能耗时,比干式机械除尘器高。
高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子,仍有很高效率;
②可与静电除尘器和布袋除尘器相比,而且还可适用于它们不能胜任的条件,如能够处理高温,高湿气流,高比电阻粉尘,及易燃易爆的含尘气体;
③在去除粉尘粒子的同时,还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。
既起除尘作用,又起到冷却、净化的作用。
缺点:
①排出的污水污泥需要处理,澄清的洗涤水应重复回用
②净化含有腐蚀性的气态污染物时,洗涤水具有一定程度的腐蚀性,因此要特别注意设备和管道腐蚀问题
③不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体
④寒冷地区使用湿式除尘器,容易结冻,应采取防冻措施
3.分类:
根据湿式除尘器的净化机理,大致分为
重力喷雾洗涤器
旋风洗涤器
自激喷雾洗涤器
板式洗涤器
填料洗涤器
文丘里洗涤器
机械诱导喷雾洗涤器
二湿式除尘器的除尘机理
1.惯性碰撞参数与除尘效率
简化模型:
含尘气体与液滴相遇,在液滴前xd处开始绕过液滴流动,惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。
尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs,若xs大于xd;尘粒和液滴就会发生碰撞
惯性碰撞参数NI:
停止距离xs与液滴直径dD的比值
对斯托克斯粒子
up:
粒子运动速度
uD:
液滴运动速度
dD:
液滴直径
除尘效率:
NI值越大,粒子惯性越大,则ηII越高
2.接触功率与除尘效率
接触功率:
输送气体和雾化、喷淋液体所需的功率
a根据接触功率理论得到的经验公式,能够较好地关联湿式除尘器压力损失和除尘效率之间的关系
b接触功率理论:
假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数,与洗涤器除尘机理无关
c总能耗Et:
气流通过洗涤器时的能量损失EG+雾化喷淋液体过程中的能量消耗EL
ΔPG:
气体压力损失,Pa,即气体通过洗涤器的压力损失;
PL:
液体入口压力,Pa
QL,QG:
液体和气体流量,m3/s
除尘效率
Nt——传质单元数,(Nt与总能量消耗Et之间在双对数坐标系内为一直线),Nt=αEtβ
3.分割粒径与除尘效率
分割粒径法:
基于分割粒径能全面表示从气流中分离粒子的难易程度和洗涤器的性能dc↓,η↑
多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为
Ae、Be——常数;
da——空气动力学直径;
三喷雾塔洗涤器
1、结构及工作原理:
立式逆喷式重力喷雾除尘器
含尘气体向上运动,液滴由喷嘴喷出向下运动,由于粉尘颗粒和液滴之间的惯性碰撞、拦截等作用,使较大的粒子被液滴捕集,夹带了粒子的液滴因重力作用而沉于塔底。
塔顶安装的除雾器以除去十分细小的液滴。
2、除尘效率
假定:
a所有液滴具有相同直径
b液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降
c液滴在断面上分布均匀、无聚结现象
立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可以用下式预估:
ut一液滴的终末沉降速度,m/s
VG-空塔断面气速,m/s
z-气液接触的总塔高度,m
-单个液滴的碰撞效率,
3、压力损失△P(见P207)
4、特点:
a喷雾塔结构简单、压力损失小,除尘效率低,操作稳定,经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘,适于净化10μm以上的粉尘,不适于吸收,脱除气态污染物。
b严格控制喷雾的过程,保证液滴大小