第4章顆粒污染物控制(4)

1、第四章第四章 除塵裝置除塵裝置5電除塵器電除塵器Electrostatic Precipitators(ESP)一、電除塵器的工作原理二、電暈放電三、粒子荷電 四、荷電粒子的運動和捕集五、被捕集粉塵的清除六、電除塵器的結(jié)構(gòu)七、粉塵比電阻八、電除塵器的選擇和設計教學難點與重點電除塵器的工作原理荷電粒子的運動和捕集電除塵器的結(jié)構(gòu)電除塵器的選擇和設計5電除塵器 電除塵器是含塵氣體通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并電除塵器是含塵氣體通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵板上，將塵粒從含塵氣體中分離出在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵板上，將塵粒從含塵氣體中

2、分離出來的一種除塵設備。來的一種除塵設備。n利用高壓電場使塵粒荷電，在利用高壓電場使塵粒荷電，在電場力電場力作用下使粉塵從氣體中去除的裝置作用下使粉塵從氣體中去除的裝置n與其他除塵器的根本區(qū)別在于，分離力直接作用與其他除塵器的根本區(qū)別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上在整個氣流上n具有耗能小、氣流阻力小的特點具有耗能小、氣流阻力小的特點n 電除塵發(fā)展簡介電除塵發(fā)展簡介n早在公元前600年，希臘人就知道被摩擦過的琥珀對細粒子和纖維的靜電吸引作用，庫侖發(fā)現(xiàn)的平方反比定律稱為靜電學的科學基礎，它也是電除塵理論的出發(fā)點。n威廉描述到：電能吸引由熄滅的火花產(chǎn)生的煙。

3、1745年，富蘭克林開始研究尖端放電，他似乎是首先研究我們現(xiàn)在所涉及到的發(fā)電尖端的電暈放電。n最早有關煙塵電力吸引的文學敘述出自英國的宮廷內(nèi)科醫(yī)生威廉吉伯特，時間是1600年。n1772年，貝卡利亞對于大量煙霧的氣體中的放電、電風現(xiàn)象進行了試驗以后，1824-1908年，一些人做了一些有關凈化過程中煙霧、煙草中的煙等試驗。1908年，柯特雷爾發(fā)表了他的第一個專利，并在賽爾拜冶煉廠電除塵成功地回收了過去很難處理的硫酸霧。后來在他的學生施密特協(xié)助下又進行了發(fā)展，為在冶金和水泥工業(yè)中迅速廣泛地采用電除塵，成功地控制空氣污染奠定了基礎，從本世紀二十年代到四十年代開始應用于其它工業(yè)。 電除塵器外觀圖 電

4、除塵器Dust-collection plateLHigh voltage wire for corona dischargeClean gashDirty gasCorona discharge along the length of wireCollected dust on plateDust removed from plates to hoppers2H 集塵板煙氣清潔氣體電暈線長度收集在集塵板上的塵電除塵器煙道氣煙道氣煙道氣煙道氣詳圖：嚴密的放電極詳圖：嚴密的放電極收集的粉塵收集的粉塵風板的風板的距離距離清潔氣體 電除塵器n電除塵器的主要優(yōu)點電除塵器的主要優(yōu)點q壓力損失小，一般為壓

5、力損失小，一般為200500Paq處理煙氣量大，可達處理煙氣量大，可達105106m3/hq能耗低，大約能耗低，大約0.20.4kWh/1000m3q對細粉塵有很高的捕集效率，可高于對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99q可在高溫或強腐蝕性氣體下操作可在高溫或強腐蝕性氣體下操作缺點缺點:1、一次性投資高、一次性投資高2、安裝精度要求高、安裝精度要求高3、對、對粉塵比電阻粉塵比電阻有一定要求有一定要求 一、電除塵器的工作原理 n三個基本過程三個基本過程q懸浮粒子荷電高壓直流電暈懸浮粒子荷電高壓直流電暈q帶電粒子在電場內(nèi)遷移和捕集延續(xù)的電暈電場帶電粒子在電場內(nèi)遷移和捕集延續(xù)的電暈電場（單區(qū)電除塵器）

6、或光滑的不放電的電極之間的（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）純靜電場（雙區(qū)電除塵器）q捕集物從集塵表面上清除振打除去接地電極上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的粉塵層并使其落入灰斗 一、電除塵器的工作原理（續(xù)）n單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器含塵氣體清潔氣體集塵板（+）電暈線(一)粒子荷 電和放電在同一個電場中進行荷電段集塵段電暈線集塵板（-）高壓板（+） 電暈放電 粉塵荷電 粉塵運動 （氣體電離）放電金屬線電暈極 含負離子區(qū)區(qū) 電暈區(qū) 金屬管集塵極 三步曲 一、電除塵器的工作原理示意圖： 二、電

7、暈放電n1.電暈放電機理電暈放電機理n金屬絲放出的電子迅速金屬絲放出的電子迅速向正極移動，與氣體分向正極移動，與氣體分子撞擊使之離子化子撞擊使之離子化n氣體分子離子化的過程氣體分子離子化的過程又產(chǎn)生大量電子雪崩又產(chǎn)生大量電子雪崩過程過程n遠離金屬絲，電場強度遠離金屬絲，電場強度降低，氣體離子化過程降低，氣體離子化過程結(jié)束，電子被氣體分子結(jié)束，電子被氣體分子捕獲捕獲n氣體離子化區(qū)域電暈氣體離子化區(qū)域電暈區(qū)區(qū)n自由電子和氣體負離子自由電子和氣體負離子是粒子荷電的電荷來源是粒子荷電的電荷來源 二、電暈放電（續(xù)）n2.起始電暈電壓-開始產(chǎn)生電暈電流所施加的電壓q管式電除塵器內(nèi)任一點的電場強度q起始電暈

8、電壓與煙氣性質(zhì)和電極形狀、幾何尺寸等因素有關，起始電暈所需要電場強度（皮克經(jīng)驗公式）n一空氣的相對密度 nm導線光滑修正系數(shù)，無因次，0.5m102s， 完全可以忽略不計q所以，驅(qū)進速度（電場力與空氣阻力達到平衡）43ppp24 2p11818 1.8 103/3/( )3240610 101（）dmdddp3()edtmpp/(3)qEd 2.捕集效率一德意希公式n德意希公式的假定:n除塵器中氣流為湍流狀態(tài)n在垂直于集塵表面的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的n粒子進入除塵器后立即完成了荷電過程n忽略電風、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進入氣流等影響 3.有效驅(qū)進速度n當粒子的粒徑相同且

9、驅(qū)進速度不超過氣流速度的當粒子的粒徑相同且驅(qū)進速度不超過氣流速度的1020時，德意希方程理論上才是成立的時，德意希方程理論上才是成立的 n作為除塵總效率的近似估算，作為除塵總效率的近似估算，應取某種形式的平均驅(qū)應取某種形式的平均驅(qū)進速度進速度n有效驅(qū)進速度有效驅(qū)進速度-實際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型實際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運行條件下測得的總捕集效率值，代入德意希方程式和運行條件下測得的總捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相應驅(qū)進速度值，以式中反算出的相應驅(qū)進速度值，以e e表示表示 e=0.22m/skQwA)/exp(1K指數(shù)，一般取0.5 3.有效驅(qū)進速度粉塵種類粉塵

10、種類驅(qū)進速度驅(qū)進速度/ms-1粉塵種類粉塵種類驅(qū)進速度驅(qū)進速度/ms-1煤粉（飛灰）煤粉（飛灰）0.100.14沖天爐（鐵焦比沖天爐（鐵焦比10）0.030.04紙漿及造紙紙漿及造紙0.08水泥生產(chǎn)（干法）水泥生產(chǎn)（干法）0.060.07平爐平爐0.06水泥生產(chǎn)（濕法）水泥生產(chǎn)（濕法）0.100.11酸霧（酸霧（H2SO4）0.060.08多層床式焙燒爐多層床式焙燒爐0.08酸霧（酸霧（TiO2）0.060.08紅磷紅磷0.03飄旋焙燒爐飄旋焙燒爐0.08石膏石膏0.160.20催化劑粉塵催化劑粉塵0.08二級高爐（二級高爐（80生鐵）生鐵）0.125 五、被捕集粉塵的清除 n電暈極和集塵極上

11、都會有粉塵沉積 n粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取振打清灰方式清除 n從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進入氣流q在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板q在干式電除塵器中，一般用機械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動力清灰 五、被捕集粉塵的清除n現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清灰。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)振打強度和頻率打強度和頻率常用的振打器常用的振打器n有電磁型和有電磁型和n撓臂錘型撓臂錘型 六、電除塵器結(jié)構(gòu)除塵器類型 n1.1.除塵器類型除塵

12、器類型q雙區(qū)電除塵器通風空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門雙區(qū)電除塵器通風空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門q單區(qū)電除塵器控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染單區(qū)電除塵器控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染n單區(qū)電除塵器的兩種主要形式為管式和板式。單區(qū)電除塵器的兩種主要形式為管式和板式。n管式電除塵器用于氣體流量小，含霧滴氣體，或需要管式電除塵器用于氣體流量小，含霧滴氣體，或需要用水洗刷電極的場合用水洗刷電極的場合n板式電除塵器為工業(yè)上應用的主要型式，氣體處理量板式電除塵器為工業(yè)上應用的主要型式，氣體處理量一般為一般為2550m3/s以上以上 2.電暈電極n電暈電極電暈電極 q常用的有直徑常用的有直徑3mm左右的圓形左右

13、的圓形線、星形線及鋸線、星形線及鋸齒線、芒刺線等齒線、芒刺線等 q電暈線的一般要電暈線的一般要求：起暈電壓低、求：起暈電壓低、電暈電流大、機電暈電流大、機械強度高、能維械強度高、能維持準確的極距、持準確的極距、易清灰等易清灰等 a.a.圓形線圓形線 b.星形線星形線 c.鋸齒線鋸齒線 d.芒刺線芒刺線 電暈極示意圖 3.集塵極n集塵極集塵極q集塵極結(jié)構(gòu)對粉塵的二次揚起，及除塵器金屬消耗集塵極結(jié)構(gòu)對粉塵的二次揚起，及除塵器金屬消耗量量 （約占總耗量的（約占總耗量的404050%50%）有很大影響）有很大影響q性能良好的集塵極應滿足下述基本要求性能良好的集塵極應滿足下述基本要求n振打時粉塵的二次揚

14、起少振打時粉塵的二次揚起少n單位集塵面積消耗金屬量低單位集塵面積消耗金屬量低n極板高度較大時，應有一定的剛性，不易變形極板高度較大時，應有一定的剛性，不易變形n振打時易于清灰，造價低振打時易于清灰，造價低 集塵極形式 核心部件圖 4.高壓供電設備n高壓供電設備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈高壓供電設備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈電流電流n供電設備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上供電設備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上n通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70l000kV，電流為，電流為1002000mA n增加供電機組的數(shù)目，減少每個機

15、組供電的電暈線數(shù)，能增加供電機組的數(shù)目，減少每個機組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但投資增加。必須考慮效率和投資兩改善電除塵器性能，但投資增加。必須考慮效率和投資兩方面因素方面因素 5.氣流分布板n電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響n為保證氣流分布均勻，在進出口處應設變徑管道，進口變?yōu)楸ＷC氣流分布均勻，在進出口處應設變徑管道，進口變徑管內(nèi)應設氣流分布板徑管內(nèi)應設氣流分布板n最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板鋼式和欄桿型分布板n 對氣流分布的具體要求是對氣流分布

16、的具體要求是任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的 40%40%在任何一個測定斷面上，在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速以上測點的流速與平均流速不得相差不得相差 25%。 4.電除塵器分類n按清灰方式分類 干式、濕式、半干式n按氣流運動方向分類立式、臥式n按集塵極形式分類管式、板式n按兩極配置方式分類單區(qū)、雙區(qū)v按電除塵原理的應用不同進行分類靜電復合式電除塵器敞開式電除塵器 八、電除塵器的選擇和設計 n電除塵器的選擇和設計仍然主要采用經(jīng)驗公式類比方法 參數(shù)參數(shù)符號符號取值范圍取值范圍板間距板間距S2328cm驅(qū)進速度驅(qū)進速度318cm/s

17、比集塵極表面積比集塵極表面積A/Q3002400m2（1000m3/min）氣流速度氣流速度v12m/s長高比長高比L/H0.51.5比電暈功率比電暈功率Pc/Q180018000W/(1000m3/min)電暈電流密度電暈電流密度Ic/A0.051.0A/m2平均氣流速度平均氣流速度 煙煤鍋爐煙煤鍋爐v1.11.6m/s褐煤鍋爐褐煤鍋爐v1.82.6m/s、 八、電除塵器的選擇和設計n1.1.比集塵表面積的確定比集塵表面積的確定 q根據(jù)運行和設計經(jīng)驗，確定有效驅(qū)進速度根據(jù)運行和設計經(jīng)驗，確定有效驅(qū)進速度e e按德意希按德意希方程求得比集塵表面積方程求得比集塵表面積A/Qn2.2.長高比的確定

18、長高比的確定q集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時二次集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時二次揚塵的多少揚塵的多少q要求除塵效率大于要求除塵效率大于99%時，除塵器的長高比至少要時，除塵器的長高比至少要1.01.5。ee11111/ln()ln( )A QP 八、電除塵器的選擇和設計n3.3.氣流速度的確定氣流速度的確定q通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計算煙氣的通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計算煙氣的平均流速平均流速q平均流速高于某一平均流速高于某一臨界速度臨界速度時，作用在粒子上的空氣動時，作用在粒子上的空氣動力學阻力會迅速增加，粉塵的重新進入量亦迅速增加力學阻力會迅速增