顆粒物污染控制技術(shù)

顆粒物污染控制技術(shù)第一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器(臥板式外形)第二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器第三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器電除塵器的主要優(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(duì)細(xì)粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作第四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的工作原理三個(gè)基本過(guò)程懸浮粒子荷電－高壓直流電暈帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集－延續(xù)的電暈電場(chǎng)（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場(chǎng)（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第五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的工作原理（續(xù)）高壓電場(chǎng)Source:www.state.ia.us第六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的工作原理（續(xù)）第七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的工作原理單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器第八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電暈放電金屬絲放出的電子迅速向正極移動(dòng)，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過(guò)程又產(chǎn)生大量電子－雪崩過(guò)程遠(yuǎn)離金屬絲，電場(chǎng)強(qiáng)度降低，氣體離子化過(guò)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(lái)源第九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電暈放電第十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電暈放電起始電暈電壓－開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度（皮克經(jīng)驗(yàn)公式）一空氣的相對(duì)密度m－導(dǎo)線光滑修正系數(shù)，無(wú)因次，0.5<m<1.0

在r=a時(shí)（電暈電極表面上），起始電暈電壓第十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電暈放電

正、負(fù)電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

電暈區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大致使極間空氣全部電離－電場(chǎng)擊穿；相應(yīng)的電壓－擊穿電壓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第十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電暈放電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(duì)電子的親合力、遷移率不同氣體溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產(chǎn)生碰撞電離所需要的電壓氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積

電壓的波形

第十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粒子荷電兩種機(jī)理電場(chǎng)荷電或碰撞荷電－離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電－離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過(guò)程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場(chǎng)

粒子的主要荷電過(guò)程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場(chǎng)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(guò)程。第十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電場(chǎng)荷電粒子荷電電荷累積粒子場(chǎng)強(qiáng)增加沒(méi)有氣體分子能夠到達(dá)粒子表面，電荷飽和第十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電場(chǎng)荷電粒子獲得的飽和電荷

影響電場(chǎng)荷電的因素

粒徑dp和介電常數(shù)ε電場(chǎng)強(qiáng)度E0和離子密度N0

一般粒子的荷電時(shí)間僅為0.1s，相當(dāng)于氣流在除塵器內(nèi)流動(dòng)10～20cm所需要的時(shí)間，一般可以認(rèn)為粒子進(jìn)入除塵器后立刻達(dá)到了飽和電荷第十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五擴(kuò)散荷電與電場(chǎng)電荷過(guò)程相反，不存在擴(kuò)散荷電的最大極限值（根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，不存在離子動(dòng)能上限）

荷電量取決于離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、粒子大小和荷電時(shí)間

擴(kuò)散荷電理論方程

第十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用處于中間范圍

（0.15～0.5μm）的粒子，需同時(shí)考慮電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電根據(jù)Robinson的研究，簡(jiǎn)單地將電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過(guò)程綜合作用時(shí)的荷電量，與實(shí)驗(yàn)值基本一致第十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用例題

利用下列數(shù)據(jù)，決定電場(chǎng)和擴(kuò)散荷電綜合作用下粒子荷電量隨時(shí)間的變化。已知ε＝5，E0＝3×106V/m，T＝300K，N=2×1015離子/m3，=467m/s，dp＝0.1，0.5和1.0μm。解：由方程

（6-31）得電場(chǎng)荷電的飽和電荷

由方程

（6-32）可以計(jì)算擴(kuò)散荷電過(guò)程的荷電量隨時(shí)間的變化那么

第十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用例題（續(xù)）粒子荷電量隨時(shí)間和粒徑的變化

第二十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五異常荷電現(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,破壞正常電暈過(guò)程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

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(chǎng)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

第二十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五荷電粒子的運(yùn)動(dòng)和捕集驅(qū)進(jìn)速度

力平衡關(guān)系:t＝0時(shí)，＝0，則:最終得：第二十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五驅(qū)進(jìn)速度驅(qū)進(jìn)速度

:e的指數(shù)項(xiàng)是一個(gè)很大的數(shù)值。例如，密度為1g/cm3、直徑為10μm的球狀粉塵粒子，在空氣中有:若t>10－2s，完全可以忽略不計(jì)所以，驅(qū)進(jìn)速度:第二十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五驅(qū)進(jìn)速度驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系

當(dāng)顆粒直徑為2～50m時(shí)，與粒徑成正比第二十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五捕集效率捕集效率一德意希公式

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(guò)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

第二十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五捕集效率dt時(shí)間內(nèi)在長(zhǎng)度為dx的空間所捕集的粉塵量為由dt＝dx/u積分最終得第二十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五捕集效率捕集效率隨粒徑的變化第二十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五有效驅(qū)進(jìn)速度當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過(guò)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)速度有效驅(qū)進(jìn)速度－實(shí)際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)行條件下測(cè)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表示第二十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五有效驅(qū)進(jìn)速度粉塵種類驅(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(jí)高爐（80％生鐵）0.125第二十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五被捕集粉塵的清除電暈極和集塵極上都會(huì)有粉塵沉積

粉塵沉積在電暈極上會(huì)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)入氣流在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力清灰第三十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五被捕集粉塵的清除現(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(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

第三十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－除塵器類型除塵器類型雙區(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(chǎng)合板式電除塵器為工業(yè)上應(yīng)用的主要型式，氣體處理量一般為25～50m3/s以上第三十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－電暈電極電暈電極

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.芒刺線第三十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－電暈電極電暈電極

電暈線固定方式重錘懸吊式管框繃線式

第三十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－集塵極集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對(duì)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)低第三十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－集塵極常用板式電除塵器集塵極進(jìn)展－寬間距壓電除塵器：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(méi)有完全解釋清楚第三十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－高壓供電設(shè)備高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場(chǎng)強(qiáng)和電暈電流供電設(shè)備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年以上通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70～l00kV，電流為10～2000mA增加供電機(jī)組的數(shù)目，減少每個(gè)機(jī)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方面因素第三十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五高壓供電設(shè)備(續(xù))電壓等級(jí)

窄極距：70KV以下；寬極距：70KV以上。高壓整流變壓器位置控制方式恒電壓控制方式；恒電流控制方式工業(yè)電除塵器對(duì)高壓供電設(shè)備的一般要求

輸出峰值電壓、電流應(yīng)滿足電場(chǎng)的需要；含有多重信號(hào)反饋回路，能夠?qū)㈦妷?、電流限制在一定水平上；設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，能有效地控制電暈放電的火花率。確定高壓供電設(shè)備機(jī)組數(shù)目的原則

保證除塵效率高減少投資。第三十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五高壓絕緣電暈電極線的絕緣可用多個(gè)（一般為四個(gè)，根據(jù)電壓高低決定）高壓瓷絕緣子懸掛結(jié)構(gòu)，下端通過(guò)框架相連，避免擺動(dòng)。直接與電暈電極線連接的絕緣子應(yīng)避免放在粉塵濃度高的區(qū)域。當(dāng)煙氣水分較高時(shí)，高壓瓷絕緣子的懸掛采用箱式結(jié)構(gòu)（稱為絕緣子室），并設(shè)置加熱裝置，以防止煙氣結(jié)露。高壓電引線放在除塵器上部，并用聚四氟乙烯套管和平板固定。穿墻絕緣子第三十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對(duì)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(jiàn)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對(duì)氣流分布的具體要求是任何一點(diǎn)的流速不得超過(guò)該斷面平均流速的40%在任何一個(gè)測(cè)定斷面上，85%以上測(cè)點(diǎn)的流速與平均流速不得相差25%。第四十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器結(jié)構(gòu)－氣流分布板氣流分布不均勻時(shí)，電除塵器通過(guò)率的校正系數(shù)FV第四十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻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的粉塵影響粉塵層比電阻除粒子溫度和組成之外，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(chǎng)強(qiáng)度等

在評(píng)價(jià)電除塵器的操作性能時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)

第四十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻煙氣濕度和溫度對(duì)粉塵比電阻的影響a.飛灰b.水泥窯粉塵第四十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻高比電阻粉塵對(duì)電除塵器性能的影響

高比電阻粉塵會(huì)干擾電場(chǎng)條件，導(dǎo)致除塵效率下降低于1010Ω/cm時(shí)，比電阻幾乎對(duì)除塵器操作和性能沒(méi)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)，產(chǎn)生明顯反電暈第四十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻粉塵比電阻對(duì)除塵器伏安特性的影響

第四十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻粉塵比電阻對(duì)有效驅(qū)進(jìn)速度的影響

第四十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻粉塵比電阻對(duì)場(chǎng)強(qiáng)分布的影響

第四十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五粉塵比電阻克服高比電阻影響的方法

保持電極表面盡可能清潔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發(fā)展新型電除塵器

第四十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五煙氣調(diào)質(zhì)S含量對(duì)粉塵比電阻的影響Log10resistivity,Ω?cm第四十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)仍然主要采用經(jīng)驗(yàn)公式類比方法

參數(shù)符號(hào)取值范圍板間距S23～28cm驅(qū)進(jìn)速度ω3～18cm/s比集塵極表面積A/Q300～2400m2（1000m3/min）氣流速度v1～2m/s長(zhǎng)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第五十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)比集塵表面積的確定

根據(jù)運(yùn)行和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定有效驅(qū)進(jìn)速度ωe按德意希方程求得比集塵表面積A/Q長(zhǎng)高比的確定集塵板有效長(zhǎng)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(zhǎng)高比至少要1.0～1.5。第五十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)氣流速度的確定通常由處理煙氣量和電除塵器過(guò)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(dòng)力學(xué)阻力會(huì)迅速增加，粉塵的重新進(jìn)入量亦迅速增加氣體的含塵濃度如果氣體含塵濃度很