靜電應用之靜電除塵技術(shù)

關(guān)于靜電應用之靜電除塵技術(shù)2第九章靜電除塵技術(shù)

本章主要介紹粉塵的性質(zhì)，靜電除塵器的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能影響因素等。并簡單介紹靜電除塵器的幾種應用。§9-2靜電除塵器的工作原理§9-1粉塵的來源及性質(zhì)§9-3靜電除塵器的基本結(jié)構(gòu)§9-4靜電除塵器性能的影響因素§9-5靜電除塵器的應用第2頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3§9-1粉塵的來源及性質(zhì)一、粉塵的來源及類別

粉塵的定義為：“由自然力或機械力產(chǎn)生的，能夠懸浮于空氣中的固體微小顆粒。（國家采暖通風與空氣調(diào)節(jié)術(shù)語標準(GB50155—92)）國際上將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。在通風除塵技術(shù)中，一般將1～200μm乃至更大粒徑的固體懸浮物均視為粉塵。本課程所述粉塵均在此定義范圍之內(nèi)。第九章靜電除塵技術(shù)第3頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4第九章靜電除塵技術(shù)粉塵的分類：

按粉塵粒徑大小可以分為：

(1)可見粉塵?？梢姺蹓m是指用肉眼可見、粒徑大于10μm以上的粉塵。

(2)顯微粉塵。顯微粉塵是指粒徑為0.25～10μm，可用一般光學顯微鏡觀察的粉塵。

(3)超顯微粉塵。超顯微粉塵是指粒徑小于0.25μm，只有在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以觀察到的粉塵。

按粉塵的物性可以分為：

(1)親水性粉塵、疏水性粉塵；

(2)不粘粉塵、微粘粉塵、中粘粉塵、強粘粉塵；

(3)可燃粉塵、不燃粉塵；

(4)高比電阻粉塵、一般比電阻值粉塵、導電性粉塵；

(5)纖維性粉塵、顆粒性粉塵。第4頁,共88頁，2024年2月25日，星期天5第九章靜電除塵技術(shù)粉塵來源粉塵來源可分為兩大類：一是人類活動引起的，二是自然過程引起的。人類活動引起的粉塵主要來源于3個方面，即工業(yè)生產(chǎn)污染源、生活活動污染源及交通運輸污染源。

(1)工業(yè)生產(chǎn)污染源。如火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠、礦山作業(yè)區(qū)等工業(yè)部門的生產(chǎn)及燃料燃燒過程，都向大氣中排入大量的粉塵及其他有害成分。工業(yè)生產(chǎn)污染源是造成粉塵污染的最主要的來源。(2)生活污染源。城市和工礦企業(yè)住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)千家萬戶的生活爐灶、經(jīng)營性爐灶以及采暖鍋爐的煙囪，同樣會向大氣中排入煙塵。這些污染源分布廣，污染物總量大，對局部的大氣環(huán)境質(zhì)量常有很大影響。

(3)交通運輸污染源。汽車、火車、輪船、飛機等交通工具排故的尾氣及行走二次揚塵都含有粉塵污染物。在交通運輸業(yè)十分發(fā)達的今天，尤其在城市，它已成為粉塵污染的重要來源之一。第5頁,共88頁，2024年2月25日，星期天6第九章靜電除塵技術(shù)二、粉塵的性質(zhì)塵粒具有形狀、粒徑、密度、比表面積四大基本特性，還具有磨損性、荷電性、濕潤性、粘著性以及爆炸性等重要性質(zhì)。這些都是除塵技術(shù)的重要內(nèi)容。1.粉塵顆粒的形狀表征粉塵顆粒的形狀是指一個塵粒的輪廓或表面上各點所構(gòu)成的圖像。由于在工業(yè)和自然界中遇到的粉塵形狀千差萬別，下表定性地描述了塵粒形狀。第6頁,共88頁，2024年2月25日，星期天7第九章靜電除塵技術(shù)2.粉塵的物理性質(zhì)

①粒徑粒徑是表征粉塵顆粒狀態(tài)的重要參數(shù)。一個光滑圓球的直徑能被精確地測定，而對通常碰到的非球形顆粒，精確地測定它的粒徑則是困難的。事實上，粒徑是測量方向與測量方法的函數(shù)。下表示常見的測量方法。第7頁,共88頁，2024年2月25日，星期天8

（1）顯微鏡法定向直徑dF，也稱菲雷特直徑（Feret直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度定向面積等分直徑dM，也稱馬?。∕artin直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑dA，也稱黑烏德（Heywood直徑）：為與顆粒投影面積相等的圓的直徑

Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dMa-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑第九章靜電除塵技術(shù)第8頁,共88頁，2024年2月25日，星期天9（2）篩分法

篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度

篩孔的大小用“目”表示：每英寸長度上篩孔的個數(shù)通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比Φs（Φs<1）第九章靜電除塵技術(shù)第9頁,共88頁，2024年2月25日，星期天10

分散度粉塵的粉徑分布稱為分散度。粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例。粒徑分布可用表格、圖形和函數(shù)表示。個數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)個數(shù)頻度：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比由計算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線∑?i﹦1第九章靜電除塵技術(shù)第10頁,共88頁，2024年2月25日，星期天11

（3）光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑（4）沉降法斯托克斯（Stokes）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑

斯托克斯直徑和空氣動力學當量直徑與顆粒的空氣動力學行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應用最多的兩種直徑第九章靜電除塵技術(shù)第11頁,共88頁，2024年2月25日，星期天123.粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3由于粉塵與粉塵之間有許多空隙，有些顆粒本身還有孔隙，所以粉塵的密度有如下幾種表述方法。真密度：若所指體積不包含粉塵顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積，而是粉塵自身所占的真實體積，則以此真實體積求得的密度稱為粉塵的真密度。堆積密度:粒塵的顆粒與顆粒間有許多空隙，在粒群自然堆積時，單位體積的質(zhì)量就是堆積密度，計算粉塵堆積容積時都用它?？障堵剩悍蹓m顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比值對于一定種類的粉塵，其真密度為一定值，而堆積密度隨ε而變化。第九章靜電除塵技術(shù)第12頁,共88頁，2024年2月25日，星期天13第九章靜電除塵技術(shù)例如粉煤燃燒產(chǎn)生的飛灰顆粒含有煤泡，其堆積密度約為1070kg/m3,真密度約為2200kg/m3第13頁,共88頁，2024年2月25日，星期天144.粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角（也叫休止角或堆積角）滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標。安息角小的粉塵，流動性好；安息角大的粉塵，流動性差。安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性粒徑越小，安息角越大；粉塵含水量增加，安息角越大；表面越光滑和越接近球形，安息角越小。第14頁,共88頁，2024年2月25日，星期天155、粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的表面積以質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積粉塵的比表面積變化范圍很廣，大部分煙塵在1000cm2/g（粗煙）到10000cm2/g（細煙）第九章靜電除塵技術(shù)粉塵比表面積增大，其物理和化學活性增強。在除塵技術(shù)中，對同一粉塵來說，比表面積越大越難捕集。第15頁,共88頁，2024年2月25日，星期天166.粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的自由水分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分.含水率:水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導電性、粘附性、流動性等物理特性粉塵的含水率與粉塵的吸濕性有關(guān)，即粉塵從周圍空氣中吸收水分的能力。第九章靜電除塵技術(shù)第16頁,共88頁，2024年2月25日，星期天177.潤濕性潤濕性:粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)。一般根據(jù)粉塵能被液體潤濕的程度將粉塵分為容易被潤濕的親水性粉塵和難以被潤濕的疏水性粉塵。潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。例如：水對飛灰的潤濕性要比對滑石粉好得多；球型顆粒的潤濕性要比形狀不規(guī)則表面粗糙的顆粒差；粉塵越細，潤濕性越差。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－第九章靜電除塵技術(shù)第17頁,共88頁，2024年2月25日，星期天188.粉塵的荷電性和導電性（1）粉塵的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷。荷電因素:電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被顆粒捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦過程中產(chǎn)生荷電顆粒獲得的電荷受周圍介質(zhì)的擊穿強度影響。在干燥空氣下，粉塵表面的最大荷電量約為1.66*1010電子/cm2.天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學組成有關(guān)第九章靜電除塵技術(shù)第18頁,共88頁，2024年2月25日，星期天19（2）粉塵的導電性比電阻

V-通過粉塵層的電壓；J－通過粉塵層的電流密度，

δ——粉塵層厚度，cm導電機制：有兩種，取絕于粉塵、氣體的溫度和組成成分。不僅靠粉塵顆粒內(nèi)的電子或離子發(fā)生所謂體積導電，還靠顆粒表面吸附的水分和化學膜發(fā)生所謂表面導電。高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻。低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學物質(zhì)－表面比電阻中間溫度，同時起作用比電阻對電除塵器運行有很大影響，最適宜范圍

104～1010在評價電除塵器的操作性能時應根據(jù)現(xiàn)場測得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)第19頁,共88頁，2024年2月25日，星期天20典型溫度－比電阻曲線第九章靜電除塵技術(shù)第20頁,共88頁，2024年2月25日，星期天21溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響

較為干燥的粉塵的比電阻在420K左右達到最大值第九章靜電除塵技術(shù)第21頁,共88頁，2024年2月25日，星期天229.粉塵的粘附性粉塵顆粒附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附。后者也稱為自粘。粘附力：克服附著現(xiàn)象所需要的力（垂直作用在粉塵重心上）粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）斷裂強度－表征粉塵自粘性的指標，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：根據(jù)粉塵層斷裂強度的大小，粉塵分為四類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性影響粉塵粘附性的因素很多，一般情況下，粉塵粒徑小、形狀不規(guī)則、表面粗糙、含水率高、潤濕性好和荷電量大時，易于產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。粘附現(xiàn)象還與周圍介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)、與氣體的運動狀態(tài)有關(guān)。第九章靜電除塵技術(shù)第22頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2310.粉塵的自然性和爆炸性自燃自然發(fā)熱的原因:(1)氧化熱：因吸收氧而發(fā)熱的粉塵，包括金屬類（鋅、鋁、錫、鐵等及其合金的粉末），碳素粉末類（活性碳、木炭等）(2)分解熱：因自然分解而發(fā)熱的粉塵，包括漂白粉等。(3)聚合熱：因發(fā)生聚合而發(fā)熱的粉料，苯乙烯等(4)發(fā)酵熱：因微生物和酶的作用而發(fā)熱的物質(zhì)。如干草、飼料等。影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒第九章靜電除塵技術(shù)第23頁,共88頁，2024年2月25日，星期天24可燃性懸浮粉塵在可能引起爆炸的濃度范圍與空氣混合，當有能量足夠的火源時就會發(fā)生爆炸。粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達到一定的濃度最低可燃物濃度－爆炸濃度下限爆炸濃度上限存在能量,足夠的火源粉塵的爆炸性~~~~~第24頁,共88頁，2024年2月25日，星期天25

除塵裝置的類型：（1）機械式除塵器：重力沉降室、旋風除塵器、慣性除塵器（2）洗滌式除塵器：噴淋洗滌器、文丘里洗滌器、水膜除塵器（3）過濾式除塵器：袋式除塵器、顆粒層除塵器（4）電除塵器電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子（塵?；蛞旱危┑难b置。電除塵器的與其它除塵器的根本區(qū)別在于：除塵過程的分離力（主要是靜電力）直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上?！?-2靜電除塵器工作原理第九章靜電除塵技術(shù)第25頁,共88頁，2024年2月25日，星期天26電除塵器的主要優(yōu)點：處理煙氣量大，可達105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強腐蝕性氣體下操作缺點:1、一次性投資高

2、安裝精度要求高

3、對粉塵比電阻有一定要求第九章靜電除塵技術(shù)第26頁,共88頁，2024年2月25日，星期天27電除塵發(fā)展簡介：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。威廉描述到：電能吸引由熄滅的火花產(chǎn)生的煙。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。最早有關(guān)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。1772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(guān)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)。第27頁,共88頁，2024年2月25日，星期天28

電除塵器外觀圖臥式立式第28頁,共88頁，2024年2月25日，星期天29

電除塵器第29頁,共88頁，2024年2月25日，星期天30第30頁,共88頁，2024年2月25日，星期天31電除塵器煙道氣煙道氣收集的粉塵風板的距離清潔氣體第31頁,共88頁，2024年2月25日，星期天32第九章靜電除塵技術(shù)一、電除塵器的分類

第32頁,共88頁，2024年2月25日，星期天33第九章靜電除塵技術(shù)第33頁,共88頁，2024年2月25日，星期天34第九章靜電除塵技術(shù)第34頁,共88頁，2024年2月25日，星期天35二、電除塵器的工作原理

第九章靜電除塵技術(shù)管式電除塵器第35頁,共88頁，2024年2月25日，星期天36第九章靜電除塵技術(shù)板極式電除塵器第36頁,共88頁，2024年2月25日，星期天37第九章靜電除塵技術(shù)

含塵氣體通過電除塵器時粉塵被捕集的過程如圖5－3所示，首先是電極間產(chǎn)生不均勻電場，氣體被電離，接著粉塵荷電，在電場力作用下到達集塵極，最后通過清灰裝置粉塵振落至灰斗。第37頁,共88頁，2024年2月25日，星期天38三個基本過程：懸浮粒子荷電：高壓直流電暈帶電粒子在電場內(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第38頁,共88頁，2024年2月25日，星期天39

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

電除塵器的工作原理示意圖：第39頁,共88頁，2024年2月25日，星期天40通常氣體中只含有極其微量的自由電子和氣體離子，可視為絕緣體。在電除塵器中，當兩電極之間的電壓達到一定值時，兩電極間的氣體將發(fā)生電離，由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗顟B(tài)，即產(chǎn)生氣體電離或電擊穿，如電暈放電、火花放電及電弧放電。（一）氣體電離和電暈放電第40頁,共88頁，2024年2月25日，星期天411.電暈放電機理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－雪崩過程遠離金屬絲，電場強度降低，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)自由電子和氣體負離子是粒子荷電的電荷來源第41頁,共88頁，2024年2月25日，星期天42

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)任一點的電場強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度（皮克經(jīng)驗公式）

一空氣的相對密度m－導線光滑修正系數(shù)，無因次，0.5<m<1.0對于清潔的光滑圓線m=1；實際可取0.6～0.7r----距電暈線中心的距離a---電暈線半徑b---管式電除塵器的半徑V---施加于電暈線與集電極之間的電壓2.起始電暈電壓

第九章靜電除塵技術(shù)第42頁,共88頁，2024年2月25日，星期天43

正、負電暈極在空氣中的電暈電流——電壓曲線

電暈區(qū)范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離--電場擊穿；相應的電壓--擊穿電壓在相同電壓下通常負電暈電極產(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，操作電壓和電流高的負電暈極；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43頁,共88頁，2024年2月25日，星期天44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44頁,共88頁，2024年2月25日，星期天45

（二）粉塵粒子荷電

在電除塵器中，粉塵粒子主要是借助電場力作用而被捕集。粉塵粒子荷電量愈大被捕集的效果就愈好。氣體離子與粉塵粒子碰撞，能使粒子附著在粒子上而荷電。兩種機理：電場荷電或碰撞荷電：離子在靜電力作用下做定向運動，與粒子碰撞而使粒子荷電擴散荷電：離子的擴散現(xiàn)象而導致的粒子荷電過程；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對于dР﹥0.5m的微粒，以電場荷電為主對于dР﹤0.15m的微粒，以擴散荷電為主對于粒徑介于0.15～0.5m之間的粒子，則需要同時考慮這兩種過程。第九章靜電除塵技術(shù)第45頁,共88頁，2024年2月25日，星期天461.電場荷電（1）荷電量的計算將一個不帶電荷的粒子置于正電暈電場中，由于氣體離子碰撞而導致粒子荷電，隨著粒子上累計荷電的增加，這些電場產(chǎn)生的電場也越來越強，最后導致再也沒有氣體離子能夠到達粒子表面，此時粒子上電荷已達到飽和。第九章靜電除塵技術(shù)第46頁,共88頁，2024年2月25日，星期天47粒子獲得的飽和電荷

（2）影響電場荷電的因素

粒徑dp和介電常數(shù)ε；電場強度E0和離子密度N0

一般粒子的荷電時間僅為0.1s，相當于氣流在除塵器內(nèi)流動10～20cm所需要的時間，一般可以認為粒子進入除塵器后立刻達到了飽和電荷第九章靜電除塵技術(shù)第47頁,共88頁，2024年2月25日，星期天48

2.擴散荷電離子熱運動引起它們通過氣體擴散，并與存在于氣體中的粒子碰撞，使粒子荷電。粒子上累計的電荷雖然會產(chǎn)生排斥電場，阻止其他離子接近荷電粒子，但是與電場荷電過程相反，不存在擴散荷電的最大極限值（根據(jù)分子運動理論，不存在離子動能上限）荷電量取決于離子熱運動的動能、粒子大小和荷電時間擴散荷電理論方程n為擴散荷電量第九章靜電除塵技術(shù)第48頁,共88頁，2024年2月25日，星期天49

3.電場荷電和擴散荷電的綜合作用處于中間范圍

（0.15～0.5μm）的粒子，需同時考慮電場荷電和擴散荷電。根據(jù)Robinson的研究，簡單地將電場荷電和擴散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過程綜合作用時的荷電量，與實驗值基本一致第九章靜電除塵技術(shù)第49頁,共88頁，2024年2月25日，星期天50【例6-5】利用下列數(shù)據(jù)，決定電場和擴散荷電綜合作用下粒子荷電量隨時間的變化。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）得電場荷電的飽和電荷由方程

（6-32）可以計算擴散荷電過程的荷電量隨時間的變化那么第九章靜電除塵技術(shù)第50頁,共88頁，2024年2月25日，星期天51【例6-5】（續(xù)）粒子荷電量隨時間和粒徑的變化

第九章靜電除塵技術(shù)第51頁,共88頁，2024年2月25日，星期天52

4.異常荷電現(xiàn)象

（1）沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導致在低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極發(fā)生反電暈現(xiàn)象,通常當高比電阻高于2×1010Ω.cm時，較易發(fā)生火花放電或反電暈，破壞正常電暈過程。（2）氣流中微小粒子的濃度高時，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，嚴重抑制著電暈電流的產(chǎn)生，使塵粒不能獲得足夠的電荷。因此，電除塵器的除塵效率顯著降低，顆粒直徑在1um左右的數(shù)量最多，這種現(xiàn)象越嚴重。（3）當含塵量大到某一數(shù)值時，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。第九章靜電除塵技術(shù)第52頁,共88頁，2024年2月25日，星期天53

（三）荷電粒子的運動和捕集1.驅(qū)進速度塵粒隨氣流在電除塵中運動，受到電場作用力、流體阻力、空氣動壓力及重力的綜合作用，塵粒由氣體驅(qū)向于電極稱為沉降。沉降速度是指在電場力作用下塵粒運動與流體之間產(chǎn)生的阻力達到平衡后的速度。沉降速度常稱驅(qū)進速度，它的大小由其獲得的荷電量來決定。第九章靜電除塵技術(shù)第53頁,共88頁，2024年2月25日，星期天541.驅(qū)進速度

力平衡關(guān)系t＝0時，

＝0，則最終得第九章靜電除塵技術(shù)第54頁,共88頁，2024年2月25日，星期天55

在所有的電除塵器中，e的指數(shù)項是一個很大的數(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，完全可以忽略不計所以，驅(qū)進速度（電場力與空氣阻力達到平衡）第九章靜電除塵技術(shù)第55頁,共88頁，2024年2月25日，星期天562.捕集效率——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入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進入氣流等影響

第56頁,共88頁，2024年2月25日，星期天57dt時間內(nèi)在長度為dx的空間所捕集的粉塵量為

由dt＝dx/u積分最終得a為流動方向上每單位長度集塵極板面積F為流動方向上電除塵器的截面積A為集塵極板面積Q為處理量Q=Fu第57頁,共88頁，2024年2月25日，星期天583.有效驅(qū)進速度當粒子的粒徑相同且驅(qū)進速度不超過氣流速度的10％～20％時，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應取某種形式的平均驅(qū)進速度。沿著氣流方向，隨著大顆粒的不斷捕集，煙氣中的顆粒越來越小，也就變得越來越難以捕集。修正的徳意希方程有效驅(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ωe表示ωe=0.2—2m/sK—指數(shù)，一般取0.5第58頁,共88頁，2024年2月25日，星期天59（四）被捕集粉塵的清除集塵極清灰方式有濕式和干式兩種不同的方法。濕式電除塵器中，集塵極板表面經(jīng)常保持一層水膜，粉塵沉降在水膜上隨水膜留下。濕式清灰的優(yōu)點是無二次揚塵，同時可凈化部分有害氣體，如SO2，HF等；主要缺點是腐蝕結(jié)垢問題較嚴重，污泥需要處理。干式電除塵器由機械撞擊或電磁振打產(chǎn)生的振動力清灰?，F(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)振打強度和頻率。常用的振打器有電磁型和撓臂錘型。

第59頁,共88頁，2024年2月25日，星期天60第九章靜電除塵技術(shù)

除塵效率：電除塵器的除塵效率定義為捕集下來的粉塵量與進入除塵器煙氣中含塵量之比率。一般地說，影響除塵效率的主要因素有電源電壓、供電方式、煙氣流速、粉塵濃度和粒度、比電阻、電場長度及電極的構(gòu)造等。`````第60頁,共88頁，2024年2月25日，星期天61§9-3靜電除塵器的基本結(jié)構(gòu)

除塵器有很多種類，但是不論哪種類型的電除塵器。都必須有供電和除塵兩大部分。供電部分是變壓整流裝置。除塵部分有氣流導向均布裝置、電暈極、沉淀極和清灰裝置等。第九章靜電除塵技術(shù)第61頁,共88頁，2024年2月25日，星期天62第九章靜電除塵技術(shù)板臥式電除塵器的組成示意圖第62頁,共88頁，2024年2月25日，星期天63第九章靜電除塵技術(shù)

一、電除塵器的內(nèi)部構(gòu)造

1．沉淀極電除塵器內(nèi)部主要有沉淀極和電暈極。在管式電除塵器中，沉淀極是圓筒形，如處理煙氣量較大，則是多個圓筒并聯(lián)起來。在板式電除塵器中，沉淀極在每個場中成排地順氣流排列，上端懸吊在橫梁上。沉淀極每排按一定距離裝好之后，用扁鋼固定。極板制作成各種形狀以利于集塵，如c形、z形、波浪形等。

沉淀極的結(jié)構(gòu)形式的基本要求：

(1)有利于粉塵在板面上沉積，又能順利落入灰斗減少二次揚塵；

(2)有利于極板的振打清灰，使振打加速度均勻地傳送到整個板面，提高清灰效果；

(3)形狀簡單，制造容易便于安裝；

(4)剛度好，不易變形；

(5)電氣性能好。第63頁,共88頁，2024年2月25日，星期天64第九章靜電除塵技術(shù)

2．電暈極電暈極是電除塵器中使氣體產(chǎn)生電暈放電的電極，由電暈線、電暈框架、懸吊桿和支撐絕緣套管等組成。對電暈線的一般要求是：(1)起暈電壓低，放電強度高，電暈電流大；(2)機械強度高，能維持推確的極距；(3)易清灰，耐腐蝕。電暈線的形式很多，常見的有光圓線、星形線、螺旋線及芒刺線等如圖5—8所示。第64頁,共88頁，2024年2月25日，星期天65第九章靜電除塵技術(shù)各種電暈線的特點：

光圓線的放電強度隨直徑變化，即直徑愈小，起暈電壓愈低，放電強度愈高。

星形電暈線四面帶有尖角，起暈電壓低，放電強度高。比較耐用，且容易制作。

芒刺型電暈線的形式有多種，如芒刺角鋼，鋸齒形等。芒刺形電暈線以尖端放電代替沿極線全長上的放電，因而放電強度高，而起暈電壓卻比其他形式都低。由于芒刺線在尖端的伸出方向，增強了電風，能減弱粉塵濃度大時出現(xiàn)的電暈封閉現(xiàn)象。因此芒刺形電暈線適于用在含塵濃度大的場合。第65頁,共88頁，2024年2月25日，星期天66第九章靜電除塵技術(shù)第66頁,共88頁，2024年2月25日，星期天673.高壓供電設備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供電設備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70～l000kV，電流為100～2000mA為使電除塵器能在高壓下工作，避免過大的火花損失，高壓電源不能太大，必須分組供電。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方面因素。第67頁,共88頁，2024年2月25日，星期天684.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，在進出口處應設變徑管道，進口變徑管內(nèi)應設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，而以多孔板使用最為廣泛。通常采用厚度為3-3.5mm的鋼板，孔徑為30-50mm，分布板層數(shù)為2-3層。開孔率需要通過試驗確定。

電除塵器正式投入運行之前，必須進行測試、調(diào)整、檢查氣流分布是否均勻。對氣流分布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40%在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速不得相差25%。~~~~~第68頁,共88頁，2024年2月25日，星期天69§9-4靜電除塵器性能的影響因素

影響電除塵器的性能有很多因素，可大致歸納為3個方面：煙塵性質(zhì)、設備狀況和操作條件。這些因素之間的相互聯(lián)系如圖5-22所示。由圖可知，各種因素的影響直接關(guān)系到電暈電流、粉塵比電阻、除塵器內(nèi)的粉塵收集和二次飛揚這3個環(huán)節(jié)。而最后結(jié)果表現(xiàn)為除塵效率的高低。第九章靜電除塵技術(shù)第69頁,共88頁，2024年2月25日，星期天70第九章靜電除塵技術(shù)第70頁,共88頁，2024年2月25日，星期天71第九章靜電除塵技術(shù)1．煙塵性質(zhì)的影響

(1)粉塵的比電阻。適用于電除塵器的比電阻為104~1010Ω·cm。粉塵比電阻與除塵效率的關(guān)系如圖5－23所示。第71頁,共88頁，2024年2月25日，星期天72

比電阻過低如果灰塵的比電阻小于103--104Ω·cm，如果顆粒比電阻很低，說明它易荷電，也易放電。荷電顆粒到達集塵極后會很快放出電荷，并立即因靜電感應獲得與集塵極同性的正電荷，被集塵極排斥到氣流中。形成在集塵電極上跳躍的現(xiàn)象，最后可能被氣流帶出電除塵器。用電除塵器處理各種金屬粉塵和石墨粉塵、炭黑粉塵都可以看到這一現(xiàn)象。解決途徑：采取在電除塵氣后面串聯(lián)旋風除塵器的辦法來解決。第72頁,共88頁，2024年2月25日，星期天73比電阻過高當灰塵的比電阻超過1010Ω·cm，電除塵器的性能就隨著比電阻的增加而下降。主要是由于比電阻過高的顆粒，既不容易荷電，也不容易放電，到達集塵極的顆粒釋放電荷很慢，并殘留著部分電荷。這不但會排斥隨后而至的同性電荷的顆粒，影響其沉降；而且隨著顆粒層變厚，會在顆粒層表面和極板之間造成一個很大的電壓降，以致引起顆粒層空隙中的氣體電離，發(fā)生電暈放電（反電暈現(xiàn)象）。反電暈放電的結(jié)果使集塵極附近的空間產(chǎn)生大量正離子，部分或全部中和顆粒所帶的負電荷，使電除塵器的效率降低。第73頁,共88頁，2024年2月25日，星期天74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，使粒子導電性增加。最常用的化學調(diào)質(zhì)劑是SO3

改變煙氣溫度，許多工業(yè)粉塵在423-427K溫度范圍內(nèi)比電阻較高，但若將煙氣溫度降至403K以下，獲升至623K以上，則可使粉塵具有足夠的導電性。向煙氣中噴水，同時增加煙氣濕度和降低溫度發(fā)展新型電除塵器第74頁,共88頁，2024年2月25日，星期天75第九章靜電除塵技術(shù)

(2)煙氣濕度。煙氣濕度能改變粉塵的比電阻，在同樣溫度條件下，煙氣中所含水分越大，其比電阻越小。粉塵顆粒吸附了水分子，粉塵層的導電性增大。由于濕度增大，擊穿電壓上升，擊穿電壓與空氣含濕量的關(guān)系如圖5－24所示。

可以看出，隨著空氣中含濕量的上升，電場擊穿電壓相應提高，火花放電較難出現(xiàn)。這種作用對電除塵器來說，是有實用價值的，它可使除塵器能夠在提高電壓的條件下穩(wěn)定地運行。電場強度的增高會使除塵效果顯著改善。第75頁,共88頁，2024年2月25日，星期天76第九章靜電除塵技術(shù)

(3)煙氣溫度。氣體溫度也能改變粉塵的比電阻。而改變的方向卻有幾種可能：①在低溫區(qū)段，表面比電阻隨溫度上升而增加；②到達一定溫度值之后，體積比電阻則相反，隨著溫度上升而下降。③在這兩個溫度交接處有一段過渡區(qū)：表面和體積比電阻的共同作用區(qū)?？偟膩砜?，氣體溫度高對電除塵器的影響是負面的。如果有可能，還是在較低溫度條件下運行較好。

(4)煙氣成分。煙氣成分對負電暈放電特性影響很大，煙氣成分不同，在電暈放電中電荷載體的有效遷移也不同；在電場中，電子與中性氣體分子相撞而形成負離子的概率在很大程度上取決于煙氣成分。據(jù)統(tǒng)計，其差別是很大的。

(5)煙氣壓力。有經(jīng)驗公式表明，當其他條件確定以后，起暈電壓隨煙氣密度而變化，煙氣的溫度和壓力是影響煙氣密度的主要因素。煙氣密度對除塵器的放電特性和除塵性能都有一定影響。如果只考慮煙氣壓力的影響，則放電電壓與氣體壓力保持一次性(正比)關(guān)系。第76頁,共88頁，2024年2月25日，星期天77第九章靜電除塵技術(shù)

(6)粉塵濃度。電除塵器對所凈化的氣體的含塵濃度有一定的適應范圍，如果超過一定范圍，除塵效果會降低，甚至中止除塵過程。

(7)粉塵粒徑分布。試驗證明，帶電粉塵向沉淀極移動的速度與粉塵顆粒半徑成正比。粒徑越大，除塵效率越高。尺寸增至20～25μm之前基本如此，尺寸至20～40μm階段，可能出現(xiàn)效率最大值；再增大粒徑，其除塵效率下降。

(8)粉塵密度、粘附力。粉塵的密度與煙氣在電場內(nèi)的最佳流速及二次揚塵有密切關(guān)系。尤其是堆積密度小的粉塵，由于體積內(nèi)的孔隙率高，更容易形成二次揚塵，從而降低除塵效率。

第77頁,共88頁，2024年2月25日，星期天782．設備情況對電除塵效率的影響

(1)設備的安裝質(zhì)量。例如電極線的粗細不均勻、極板（或線）的安裝沒有對好中心、偶然的尖刺、不平和卷邊等都會影響起暈電壓，從而影響除塵效率。

(2)氣流分布。氣流分布不均勻會嚴重影響除塵效果。第九章靜電除塵技術(shù)第78頁,共88頁，2024年2月25日，星期天79第九章