第7章-3電除塵裝置

第三節(jié)電除塵器

1.性能特點(diǎn)及應(yīng)用2.電除塵器的工作原理3.電除塵器的類型與結(jié)構(gòu)4.粉塵比電阻5.電除塵器的選擇與設(shè)計(jì)電除塵器使塵粒荷電并在電場力的作用下沉積在集塵極上，可以捕集到很小的粒子

電除塵器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，而不是作用在整個(gè)氣流上電除塵器具有耗能小、氣流阻力小的特點(diǎn)1.性能特點(diǎn)及應(yīng)用電除塵器集塵極集塵極振打裝置電暈極電暈極振打裝置進(jìn)氣均布裝置支撐裝置控制裝置電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對細(xì)粉塵（>0.1m

）有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫（350度以下）高壓或腐蝕性氣體下操作電除塵器的主要缺點(diǎn)臥式體積大，占地面積大，鋼材消耗大，一次性投資大，不適宜處理高比電阻粉塵及強(qiáng)腐蝕性氣體。電除塵器的應(yīng)用主要用于大煙氣量的細(xì)收塵或單級除塵。2.電除塵器的工作原理

三個(gè)基本過程：懸浮粒子荷電－高壓直流電暈（高壓電極與接地極之間，電極之間形成高濃度的氣體離子）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）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場（雙區(qū)電除塵器）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單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器（1）

電暈放電金屬絲放出的電子迅速向正極移動，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過程又產(chǎn)生大量電子－雪崩過程遠(yuǎn)離金屬絲，電場強(qiáng)度降低，氣體離子化過程結(jié)束，電子被氣體分子捕獲氣體離子化區(qū)域－電暈區(qū)自由電子和氣體負(fù)離子是粒子荷電的電荷來源

1）電暈放電機(jī)理1空氣離子被加速2達(dá)到飽和狀態(tài)3電壓達(dá)到U0產(chǎn)生電離，形成電暈放電4電壓達(dá)到Us，電場被擊穿

2）起始電暈電壓—開始產(chǎn)生電暈電流所施加的電壓管式電除塵器內(nèi)任一點(diǎn)的

電場強(qiáng)度：起始電暈電壓與煙氣性質(zhì)和電極形狀、幾何尺寸等因素有關(guān)，起始電暈所需要電場強(qiáng)度一空氣的相對密度,=T0P/TP0m－導(dǎo)線光滑修正系數(shù)，無因次，0.5<m<1.0

實(shí)際取0.6~0.7在r=a

時(shí)（電暈電極表面上），起始電暈電壓：

由上式可見，電暈線a越細(xì)，起始電暈所需電壓越小—皮克經(jīng)驗(yàn)公式

電流隨電壓增加至擊穿電壓VSP，電暈區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大致使極間空氣全部電離－稱為電場擊穿；除塵器停止工作。在相同電壓下通常負(fù)電暈電極產(chǎn)生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多，操作范圍大

工業(yè)氣體凈化傾向于采用穩(wěn)定性強(qiáng)，操作電壓和電流高的負(fù)電暈極；

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用正電暈極，好處在于其產(chǎn)生臭氧和氮氧化物的量低

正電暈極、負(fù)電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

3）影響電暈特性的因素

電極的形狀、電極間距離氣體組成、壓力、溫度不同氣體對電子的親合力、遷移率不同（氫、氮、氬等對電子無親和力；O2、SO2對電子親和力強(qiáng)；CO2、H2O-與高速電子碰撞離解出氧原子，再俘獲電子形成負(fù)離子）氣體溫度和壓力的不同導(dǎo)致氣體密度改變，進(jìn)而影響電子平均自由程和加速電子以及產(chǎn)生碰撞電離所需要的電壓氣流中要捕集的粉塵濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積

電壓的波形（全波和半波電壓）影響很大，參見下頁圖示電壓波形對電暈特征的影響（2）

粒子荷電

—除塵過程的第一步兩種機(jī)理電場荷電或碰撞荷電－正負(fù)離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電－正負(fù)離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場

粒子的主要荷電過程取決于粒徑：大于0.5m的微粒，以電場荷電為主小于0.15m的微粒，以擴(kuò)散荷電為主介于之間的粒子，需要同時(shí)考慮這兩種過程。粒子荷電量隨時(shí)間和粒徑的變化關(guān)系

從圖中看出，粒子的荷電時(shí)間為0.1s時(shí)已接近飽和，但粒子越大，荷電量也越多，大粒子多時(shí)，應(yīng)預(yù)除塵，否則，不經(jīng)濟(jì)異常荷電現(xiàn)象

沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導(dǎo)致在低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極發(fā)生反電暈現(xiàn)象(P374),破壞正常電暈過程。比電阻高于2×1010m時(shí)易發(fā)生氣流中微小粒子的濃度高時(shí)，荷電塵粒所形成的電暈電流不大，可是所形成的空間電荷卻很大，嚴(yán)重抑制著電暈電流的產(chǎn)生,

塵粒荷電量不足，除塵效率顯著下降---發(fā)生在1微米左右塵粒很多時(shí)當(dāng)含塵量大到某一數(shù)值時(shí)，電暈現(xiàn)象消失，塵粒在電場中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減小到零，失去除塵作用，即

------電暈閉塞。故含塵濃度較大時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)收塵注：

氣體離子運(yùn)動速度（約為60~100m/s）大大高于帶電塵粒的運(yùn)動速度（一般在6cm/s以下）（3）荷電粒子的運(yùn)動和捕集—除塵過程的第二步

1）驅(qū)進(jìn)速度

受力關(guān)系:荷電粒子運(yùn)動時(shí)主要受電場力和流體阻力電場力：流體阻力：即驅(qū)進(jìn)速度：當(dāng)電場力=流體阻力,荷電粒子在電場方向上作等速運(yùn)動，注意：在一般電除塵器中，荷電（電暈）E0電場強(qiáng)度和集塵區(qū)電場強(qiáng)度Ep是近似相等的，即：斯托克斯阻力計(jì)算僅適于Rep<1.0的情況，粒徑較小時(shí)需坎寧漢修正。實(shí)際上工業(yè)用單區(qū)電除塵器氣體流動為復(fù)雜的湍流驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場強(qiáng)的關(guān)系當(dāng)顆粒直徑為2～50m時(shí)，與粒徑成正比其中q

dP2

2）捕集效率方程一德意希(Deustch)公式

德意希公式的假定:除塵器中氣流為湍流狀態(tài)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粒子進(jìn)入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進(jìn)入氣流等影響

則dt時(shí)間內(nèi)在長度為dx的空間所捕集的粉塵質(zhì)量為：由于dt＝dx/u，代入上式整理得：

如右圖所示，設(shè)氣體流向?yàn)閤，氣體和粉塵在x方向的流速均為u(m/s),氣體流量為Q(m3/s)；x方向單位長度的集塵極面積為a(m2/m)，總集塵面積為A(m2)，電場長度為L(m),氣體流動的截面積F(m2)；直徑為的顆粒其驅(qū)進(jìn)速度為

(m/s)，在氣體中的濃度為(g/m3)；或理論分級捕集效率—德意希分級效率方程:因aL=A,Fu=Q，積分得：

3）有效驅(qū)進(jìn)速度ωe當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過氣流速度的10％～20％時(shí)，德意希方程理論上才是成立的

作為除塵總效率的近似估算，ω應(yīng)取某種形式的平均驅(qū)進(jìn)速度，德意希公式計(jì)算結(jié)果比實(shí)際高得多有效驅(qū)進(jìn)速度－實(shí)際中常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)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(yīng)驅(qū)進(jìn)速度值，以ωe表示。工業(yè)除塵器有效驅(qū)進(jìn)速度變化在0.02~0.20m/s

范圍內(nèi)，常見工業(yè)粉塵ωe見下表。粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度/m?s-1粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度/m?s-1煤粉（飛灰）0.10～0.14沖天爐（鐵－焦比＝10）0.03～0.04紙漿及造紙0.08水泥生產(chǎn)（干法）0.06～0.07平爐0.06水泥生產(chǎn)（濕法）0.10～0.11酸霧（H2SO4）0.06～0.08多層床式焙燒爐0.08酸霧（TiO2）0.06～0.08紅磷0.03飄旋焙燒爐0.08石膏0.16～0.20催化劑粉塵0.08二級高爐（80％生鐵）0.125各種工業(yè)粉塵的有效驅(qū)進(jìn)速度（4）被捕集粉塵的清除

—除塵過程的第三步電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積（幾毫米或幾厘米）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

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(jìn)入氣流在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動力清灰在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板，效果好。但須注意極板腐蝕和泥漿處理現(xiàn)代的干式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(qiáng)度的振打力，又能調(diào)節(jié)振打強(qiáng)度和頻率常用的振打器有電磁型和撓臂錘型

3.電除塵器的類型及結(jié)構(gòu)（1）除塵器類型按荷電和放電區(qū)間分：雙區(qū)電除塵器－通風(fēng)空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門單區(qū)電除塵器－控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染-工業(yè)常用按集塵極的形式或氣流方向分：管式（立式）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板式（臥式）電除塵器：為工業(yè)上應(yīng)用的主要型式，氣體處理量一般為25～50m3/s以上

按清灰方式分：濕式噴淋清灰：效率高，但操作溫度低，泥漿回收利用困難干式振打清灰：可處理高溫氣體，有利于回收利用（2）電除塵器的結(jié)構(gòu)部件主要由電暈極、集塵極、清灰裝置、氣流分布板、灰斗等組成

A、電暈電極

常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等

電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距、易清灰等

a.圓形線

b.星形線

c.鋸齒線

d.芒刺線電暈線固定方式重錘懸吊式管框繃線式

B、集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量

（約占總耗量的40％～50%）有很大影響性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求：振打時(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少單位集塵面積消耗金屬量低極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低

集塵極尺寸要求

管式的集塵管直徑為15~40cm、長3~6m，集塵管個(gè)數(shù)幾個(gè)到百個(gè)以上；板式的集塵板長10~20m，高10~15m，板間距0.2~0.4m，個(gè)數(shù)多的有上百對極板。進(jìn)展－寬間距電除塵器：現(xiàn)已公認(rèn)，在某些情況下板間距可比平常增加50％～100%，然而除塵器性能并未改變。其原理還沒有完全解釋清楚。優(yōu)點(diǎn)是制造維修方便，設(shè)備小，能耗低，很有發(fā)展前途

常用板式電除塵器集塵極型式C、氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響為保證氣流分布均勻，在進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)變徑管道，進(jìn)口

變徑管內(nèi)應(yīng)設(shè)氣流分布板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，以多孔板使用最為廣泛對氣流分布的具體要求是：任何一點(diǎn)的流速不得超過該斷面平均流速的40%在任何一個(gè)測定斷面上，85%以上測點(diǎn)的流速與平

均流速不得相差25%。

常見氣流分布板型式氣流分布不均勻時(shí)，電除塵器通過率的校正系數(shù)FV4.粉塵比電阻（1）粉塵的導(dǎo)電性通常所需要的粉塵的最小導(dǎo)電率是10－10（Ω/cm）－1

高比電阻粉塵－導(dǎo)電率低于大約10－10（Ω/cm）－1，即電阻率大于1010Ω/cm的粉塵，將影響電除塵器操作和性能影響粉塵層比電阻主要有：氣體的溫濕度和組成，還包括粒子大小和形狀，粉塵層厚度和壓縮程度，施加于粉塵層的電場強(qiáng)度等

煙氣濕度和溫度對粉塵比電阻的影響a.飛灰b.水泥窯粉塵Log10resistivity,Ω?cm硫含量對粉塵比電阻的影響（2）高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響

高比電阻粉塵會干擾電場條件，導(dǎo)致除塵效率下降低于1010Ω/cm時(shí)，比電阻幾乎對除塵器操作和性能沒有影響比電阻介于1010～1011Ω/cm之間時(shí)，火花率增加，操作電壓降低高于1011Ω/cm時(shí)，會明顯產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象最佳的比電阻為104～1010Ω/cm粉塵比電阻對除塵器伏安特性的影響

粉塵比電阻對有效驅(qū)進(jìn)速度的影響

（3）克服高比電阻影響的方法

保持電極表面盡可能清潔—及時(shí)清灰采用較好的供電系統(tǒng)煙氣調(diào)質(zhì)增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導(dǎo)電性增加。最常用的化學(xué)調(diào)質(zhì)劑是SO3

改變煙氣溫度向煙氣中噴水，同時(shí)增加煙氣濕度和降低溫度升高煙氣溫度至623K以上，也可有效地降低粉塵比電阻5.電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)

電除塵器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下表

參數(shù)符號取值范圍板間距S23～28cm驅(qū)進(jìn)速度3～18cm/s比集塵極表面積A/Q300～2400m2（1000m3/min）氣流速度v1～2m/s長高比L/H0.5～1.5比電暈功率Pc/Q1800～18000W/(1000m3/min)電暈電流密度Ic/A0.05～1.0A/m2平均氣流速度

煙煤鍋爐v1.1～1.6m/s褐煤鍋爐v1.8～2.6m/s電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)：（1）比集塵表面積的確定

根據(jù)運(yùn)行條件和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選取有效驅(qū)進(jìn)速度ωe和除塵效率，用德意希方程求得比集塵表面積A/Q或A（2）長高比的確定集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時(shí)二次揚(yáng)塵的多少要求除塵效率大于99%時(shí)，除塵器的長高比一般要

1.0～1.5。集塵板長度10~20m，高度10~15m，板間距0.2~0.4m。（3）氣流速度的確定通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計(jì)算煙氣的平均流速平均流速高于某一臨界速度時(shí)，作用在粒子上的空氣動力學(xué)阻力會迅速增加，粉塵的重新進(jìn)入量亦迅速增加。捕集電廠飛灰時(shí)，臨界速度取1.5～2.0m/s。（4）氣體含塵濃度的影響如果氣體含塵濃度很高，電場內(nèi)塵粒的空間電荷很高，電暈電流急劇下降，易發(fā)生電暈閉塞應(yīng)對措施——提高工作電壓，采用放電強(qiáng)烈的芒剌型電暈極，電除塵器前增設(shè)預(yù)凈化設(shè)備等。一般含塵濃度超過30g/m3時(shí)，宜設(shè)預(yù)凈化設(shè)備（5）定型產(chǎn)品選型

可根據(jù)除塵效率和廢氣的特點(diǎn)先確定其類型，再依據(jù)其氣流量及有關(guān)參數(shù)選取其規(guī)格即可板式除塵器的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算出集塵板的總面積A后，根據(jù)選定的集塵板間距2b、高度H及長度L確定所需的通道數(shù)n，再計(jì)算或校核其他參數(shù)（1）通道數(shù)：n=A/2HL（雙面集塵）（2）通道橫斷面積：

F

=2bHn（3）處理氣量或流速：Q=Fv=2bHnv或（4）處理時(shí)間：t=L/v（5）除塵效率：因則管式除塵器的設(shè)計(jì)計(jì)算管式除塵器的設(shè)計(jì)程序與板式除塵器相似。設(shè)除塵器圓筒個(gè)數(shù)為n,圓筒半徑為R，長度為L，可以確定所需的圓筒個(gè)數(shù)n及其他參數(shù)（1）圓筒個(gè)數(shù)：n=A/2RL（2）通道橫斷面積：F=R2

n（3）處理氣量或流速：Q=Fv=R2

nv或（4）處理時(shí)間：t=L/v（5）除塵效率：因則電除塵器的其他輔助設(shè)計(jì)因素電暈電極：支撐方式和方法集塵電極：類型、尺寸、裝配、機(jī)械性能和空氣動力學(xué)性能整流裝置：額定功率、自動控制系統(tǒng)、總數(shù)、儀表和監(jiān)測裝置電暈電極和集塵電極的振打機(jī)構(gòu)：類型、尺寸、頻率范圍和強(qiáng)度調(diào)整、總數(shù)和排列灰斗：幾何形狀、尺寸、容量、總數(shù)和位置輸灰系統(tǒng)：類型、能力、預(yù)防空氣泄漏和粉塵反吹殼體和灰斗的保溫，電除塵器頂蓋的防雨雪措施便于電除塵器內(nèi)部檢查和維修的檢修門高強(qiáng)度框架的支撐體絕緣器：類型、數(shù)目、可靠性氣體入口和出口管道的排列需要的建筑和地基獲得均勻的低湍流氣流分布的措施A=2nHLA=2nHL

本節(jié)小結(jié)電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對細(xì)粉塵（>0.1m

）有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫（350度以下）高壓或腐蝕性氣體下操作電除塵器的主要缺點(diǎn)臥式體積大，占地面積大，鋼材消耗大，一次性投資大，不

適宜處理高比電阻粉塵及強(qiáng)腐蝕性氣體。電除塵器的應(yīng)用主要用于大煙氣量的細(xì)收塵或單級除塵。1.電除塵器的性能特點(diǎn)及應(yīng)用2.電除塵器的工作原理（三個(gè)過程）

粒子荷電遷移和捕集捕集物清除{（1）

電暈放電機(jī)理起始電暈電壓（2）粒子荷電（電場荷電或碰撞荷電、擴(kuò)散荷電）異常荷電現(xiàn)象（反電暈、電暈封閉）（3）

荷電粒子的運(yùn)動和捕集斯托克斯區(qū)湍流區(qū)德意希方程：

或（4）

被捕集粉塵的清除—清灰裝置3.電除塵器結(jié)構(gòu)類型（電暈極、集塵極、供電設(shè)備、氣流分布板）