大气污染控制工程课件第6章分析

1、第第6章章 除尘装置除尘装置 2 电除尘器电除尘器 Electrostatic Precipitators(ESP) 一、电除尘器的工作原理 二、电晕放电 三、粒子荷电 四、荷电粒子的运动和捕集 五、被捕集粉尘的清除 六、电除尘器的结构 七、粉尘比电阻 八、电除尘器的选择和设计 教学难点与重点 电除尘器的工作原理 荷电粒子的运动和捕集 电除尘器的结构 电除尘器的选择和设计 大气污染控制工程课件第6章分析 旋风除尘器对于 dp 5m的粒子处理效率低，必须借助外力 （电场力等）捕集更小的粒子 利用高压电场使尘粒荷电，在电场力电场力作用下使粉尘从气体中 去除的装置 与其他除尘器的根本区别在于，分离力

2、直接作用在粒子上， 而不是作用在整个气流上 具有耗能小、气流阻力小的特点 大气污染控制工程课件第6章分析 电除尘发展简介电除尘发展简介 早在公元前600年，希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细粒子 和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律称为静电 学的科学基础，它也是电除尘理论的出发点。 威廉描述到：电能吸引由熄灭的火花产生的烟。1745年， 富兰克林开始研究尖端放电，他似乎是首先研究我们现在所 涉及到的发电尖端的电晕放电。 最早有关烟尘电力吸引的文学叙述出自英国的宫廷内科医生 威廉吉伯特，时间是1600年。 1772年，贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电、电风现 象进行了试验以后，1824-1

3、908年，一些人做了一些有关净 化过程中烟雾、烟草中的烟等试验。1908年，柯特雷尔发 表了他的第一个专利，并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回收 了过去很难处理的硫酸雾。后来在他的学生施密特协助下又 进行了发展，为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用电除尘， 成功地控制空气污染奠定了基础，从本世纪二十年代到四十 年代开始应用于其它工业。 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 L High voltage wire for corona discharge Clean gas h Dirty gas Corona

4、discharge along the length of wire Collected dust on plate Dust removed from plates to hoppers 2H 集尘板 烟气 清洁气体 电晕线长度收集在集尘板上的尘 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 电除尘器的主要优点 压力损失小，一般为200500Pa 处理烟气量大，可达105106m3/h 能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99 可在高温或强腐蚀性气体下操作 缺点: 1、一次性投资高 2、安装精度要求高

5、 3、对粉尘比电阻有一定要求 大气污染控制工程课件第6章分析 三个基本过程 悬浮粒子荷电高压直流电晕 带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电 场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之 间的纯静电场（双区电除尘器） 捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极 上的粉尘层并使其落入灰斗 大气污染控制工程课件第6章分析 静电极静电极 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 单区和双区电除尘器 双区电除尘器双区电除尘器 单区电除尘器单区电除尘器 含尘气体 清洁气体 集尘板（+） 电晕线(一) 粒子荷 电和放电在 同一个电场中进行 荷电段集尘段 电晕线 集尘板（-） 高压板（+） 大

6、气污染控制工程课件第6章分析 电晕放电 粉尘荷电 粉尘运动 （气体电离） 放电金属线 电晕极 含负离子区 电晕区 金属管 集尘极 三步曲 大气污染控制工程课件第6章分析 1.电晕放电机理 金属丝放出的电子迅速向 正极移动，与气体分子撞 击使之离子化 气体分子离子化的过程又 产生大量电子雪崩过程 远离金属丝，电场强度降 低，气体离子化过程结束， 电子被气体分子捕获 气体离子化区域电晕区 自由电子和气体负离子是 粒子荷电的电荷来源 大气污染控制工程课件第6章分析 2.起始电晕电压-开始产生电晕电流所施加的电压 管式电除尘器内任一点的电场强度 起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因 素有关，

7、起始电晕所需要电场强度（皮克经验公式） 一空气的相对密度 m导线光滑修正系数，无因次，0.5m1010 2 2s s， ， 完全可以忽略不计完全可以忽略不计 所以，驱进速度所以，驱进速度（电场力与空气阻力达到平衡）（电场力与空气阻力达到平衡） 4 3 ppp 24 2 p 11818 1.8 10 3/3/( )3240 610 101 （） dmdd d p 3 () e d t m pp /(3)qEd 大气污染控制工程课件第6章分析 驱进速度与粒径和场强的关系驱进速度与粒径和场强的关系 当颗粒直径为250m时，与粒径成正比 大气污染控制工程课件第6章分析 德意希公式的假定: 除尘器中气流

8、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 大气污染控制工程课件第6章分析 dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为 由dtdx/u 积分 最终得 d(d )(d )dd iii naxtF x d d ii i a x Fu 2 1 2 1 d d ln i i C i C i i i a x Fu A Q 2 1 11 exp() i ii i A Q 大气污染控制工程课件第6章分析 当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度

9、的10 20时，德意希方程理论上才是成立的时，德意希方程理论上才是成立的 作为除尘总效率的近似估算，作为除尘总效率的近似估算，应取某种形式的平均驱应取某种形式的平均驱 进速度进速度 有效驱进速度有效驱进速度-实际中常常根据在一定的除尘器结构型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，以式中反算出的相应驱进速度值，以e e表示表示 k QwA)/exp(1 e=0.22m/s K指数，一般取0.5 大气污染控制工程课件第6章分析 粉尘种类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1粉尘种

10、类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1 煤粉（飞灰）煤粉（飞灰）0.100.14冲天炉（铁焦比冲天炉（铁焦比10）0.030.04 纸浆及造纸纸浆及造纸0.08水泥生产（干法）水泥生产（干法）0.060.07 平炉平炉0.06水泥生产（湿法）水泥生产（湿法）0.100.11 酸雾（酸雾（H2SO4） 0.060.08多层床式焙烧炉多层床式焙烧炉0.08 酸雾（酸雾（TiO2） 0.060.08红磷红磷0.03 飘旋焙烧炉飘旋焙烧炉0.08石膏石膏0.160.20 催化剂粉尘催化剂粉尘0.08二级高炉（二级高炉（80生铁）生铁）0.125 大气污染控制工程课件第6章分析 电晕极和集尘极上都会有粉尘

11、沉积 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 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 大气污染控制工程课件第6章分析 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 大气污染控制工程课件第6章分析 本图为摇臂锤振打示 意图 每排收尘极板设置一 摇臂锤，各锤错开 振打力度影响除尘效 果。 。 锤臂长、捶重、材质 等 大气污染控制工程课件第6章

12、分析 1.1.除尘器类型除尘器类型 双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门 单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染 管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要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 一般为一般为2550m3/s以上以上 大气污染控制工程课件第6章分析 电晕电极电晕电极 常用的有直径常用的有直径 3mm左右的圆形左右的圆形 线、星形线及锯线、星形线

13、及锯 齿线、芒刺线等齿线、芒刺线等 电晕线的一般要电晕线的一般要 求：起晕电压低、求：起晕电压低、 电晕电流大、机电晕电流大、机 械强度高、能维械强度高、能维 持准确的极距、持准确的极距、 易清灰等易清灰等 a.a.圆形线圆形线 b.星形线星形线 c.锯齿线锯齿线 d.芒刺线芒刺线 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 电晕电极 电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式 大气污染控制工程课件第6章分析 集尘极集尘极 集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属 消耗量消耗

14、量 （约占总耗量的（约占总耗量的404050%50%）有很大影）有很大影 响响 性能良好的集尘极应满足下述基本要求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振打时粉尘的二次扬起少 单位集尘面积消耗金属量低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，造价低振打时易于清灰，造价低 大气污染控制工程课件第6章分析 常用板式电除尘器集尘极常用板式电除尘器集尘极 进展宽间距压电除尘器：现已公认，在某些情况下板间进展宽间距压电除尘器：现已公认，在某些情况下板间 距可比平常增加距可比平常增加5050100%100

15、%，然而除尘器性能并未改变。，然而除尘器性能并未改变。 其原理还没有完全解释清楚其原理还没有完全解释清楚 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 大气污染控制工程课件第6章分析 高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕 电流电流 供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上 通常高压供电设备的输出峰值电压为通常高压供电设备的输出峰值电压为70l000kV，电流为，电流为 1002000mA 增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能增加供电机组的数目，减少

16、每个机组供电的电晕线数，能 改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和投资两改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和投资两 方面因素方面因素 大气污染控制工程课件第6章分析 电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响 为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变 径管内应设气流分布板径管内应设气流分布板 最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形 钢式和栏杆型分布板钢式和栏杆型分布板 n 对气流分布的具体要求是对气流分布的具体要求是 任何

17、一点的流速不得超过该断面平均流速的任何一点的流速不得超过该断面平均流速的 40%40% 在任何一个测定断面上，在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速以上测点的流速与平均流速 不得相差不得相差 25%。 大气污染控制工程课件第6章分析 比电阻比电阻 各种物质的电阻与其长度成正比，与其横截面积 成反比，并和温度有关： Rs比电阻； L长度； A横截面积。 定义：一种物质的比电阻是其长度和横截面积各 为一单位时的电阻，比电阻的倒数称为电阻率。 A l RR s 大气污染控制工程课件第6章分析 工业粉尘导电方式有两种工业粉尘导电方式有两种: 本体导电：取决于粉尘和气体的温度及组成。在高温

18、时本体导电：取决于粉尘和气体的温度及组成。在高温时 （约大于（约大于200），导电主要通过粉尘本体内部的电子），导电主要通过粉尘本体内部的电子 或离子进行。在本体导电占优势的温度范围内，粉尘比或离子进行。在本体导电占优势的温度范围内，粉尘比 电阻称为容积比电阻。电阻称为容积比电阻。 表面导电：在较低温度下，气体中存在的水分或其它化表面导电：在较低温度下，气体中存在的水分或其它化 学调节剂被尘粒表面吸附，因而导电主要是沿尘粒表面学调节剂被尘粒表面吸附，因而导电主要是沿尘粒表面 所吸附的水分和化学膜进行的，在导电沿尘粒表面进行所吸附的水分和化学膜进行的，在导电沿尘粒表面进行 的温度范围内，粉尘比电

19、阻称为表面比电阻。的温度范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻。 沉积在集尘电极上的灰尘的比电阻对电除尘器能否有效沉积在集尘电极上的灰尘的比电阻对电除尘器能否有效 地运行有显著的影响地运行有显著的影响： 大气污染控制工程课件第6章分析 比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘效率，适比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘效率，适 宜的范围是从宜的范围是从10103 3-10-104 4cm-2cm-2101010 10 cmcm。 通常所需要的粉尘的最小导电率是通常所需要的粉尘的最小导电率是10 10（ （/cm） 1 高比电阻粉尘导电率低于大约高比电阻粉尘导电率低于大约10 10（ （/cm

20、） 1，即电 ，即电 阻率大于阻率大于1010/cm的粉尘的粉尘，通常称为高比电阻粉尘通常称为高比电阻粉尘。 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 阻数据阻数据 大气污染控制工程课件第6章分析 如果灰尘的比电阻小于如果灰尘的比电阻小于10103 3-10-104 4cmcm， 形成在集尘电极上跳跃的现象，最后可能被气

21、流带形成在集尘电极上跳跃的现象，最后可能被气流带 出电除尘器。出电除尘器。用电除尘器处理各种金属粉尘和石墨 粉尘、炭黑粉尘都可以看到这一现象。 解决途径解决途径：采取在电除尘气后面串联旋风除尘器的 办法来解决。 大气污染控制工程课件第6章分析 （2）比电阻过高）比电阻过高 当灰尘的比电阻超过当灰尘的比电阻超过1010cm，电除尘器的性，电除尘器的性 能就随着比电阻的增加而下降。能就随着比电阻的增加而下降。主要是由于比 电阻过高，容易形成反电晕现象，使电除尘器 的效率降低。 大气污染控制工程课件第6章分析 烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响 a.飞灰飞灰 b.水泥窑粉尘水泥窑粉尘 大气污染控制工程

22、课件第6章分析 高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率 下降 低于1010/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10101011/cm之间时，火花率 增加，操作电压降低 高于1011/cm时，产生明显反电晕 大气污染控制工程课件第6章分析 粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 大气污染控制工程课件第6章分析 粉尘比电阻对有效驱进速度的影响 大气污染控制工程课件第6章分析 保持电极表面尽可能清洁保持电极表面尽可能清洁 采用较好的供电系统采用较好的供电系统 烟气调质烟气调质 增加烟气湿度，或向烟气中加入增加烟气湿度，或向烟气中加入SOSO3 3、NHNH3 3，及，及NaNa2

23、 2COCO3 3 等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质 剂是剂是SOSO3 3 改变烟气温度改变烟气温度 向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度 发展新型电除尘器发展新型电除尘器 大气污染控制工程课件第6章分析 S含量对粉尘比电阻的影响 Log10resistivity, cm 3.克服高比电阻影响的方法 大气污染控制工程课件第6章分析 按清灰方式分类 干式、湿式、半干式 按气流运动方向分类 立式、卧式 按集尘极形式分类 管式、板式 按两极配置方式分 类 单区、双区 v按电除尘原理的应用不同进行分类

24、 静电复合式电除尘器 敞开式电除尘器 大气污染控制工程课件第6章分析 （1）电除尘器的安装 安装要求 安装程序 注意事项： A、进、出口安装温度 计 B、安装一氧化碳检测 装置 （2）电除尘器的调试1、 调试部分 A、本体调试 构件安装、气量测定、分 布装置检查、清灰装置检 查等 B、供电装置调试 C、整体电除尘系统调试 （3）电除尘器的运行维护 A、本体维护 B、供电装置维护 大气污染控制工程课件第6章分析 电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 参数参数符号符号取值范围取值范围 板间距板间距S2328cm 驱进速度驱进速度318cm/s 比集尘极表面积比集尘极表面积A/Q3002

25、400m2（1000m3/min） 气流速度气流速度v12m/s 长高比长高比L/H0.51.5 比电晕功率比电晕功率 Pc/Q 1800 18000W/(1000m3/min) 电晕电流密度电晕电流密度 Ic/A 0.051.0A/m2 平均气流速度平均气流速度 烟煤锅炉烟煤锅炉v1.11.6m/s 褐煤锅炉褐煤锅炉v1.82.6m/s 、 大气污染控制工程课件第6章分析 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e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

26、少要 1.01.5。 ee 1111 1 /ln()ln( )A Q P 大气污染控制工程课件第6章分析 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 大气污染控制工程课件第6章分析 电除尘器的辅助设计因素 电晕电极：支撑方式和方法电晕电极：支撑方式和方法 集尘电极：类型、尺寸、装配、机械性能和空气

27、动力学性能集尘电极：类型、尺寸、装配、机械性能和空气动力学性能 整流装置：额定功率、自动控制系统、总数、仪表和监测装置整流装置：额定功率、自动控制系统、总数、仪表和监测装置 电晕电极和集尘电极的振打机构：类型、尺寸、频率范围和强度调整、总数和排列电晕电极和集尘电极的振打机构：类型、尺寸、频率范围和强度调整、总数和排列 灰斗：几何形状、尺寸、容量、总数和位置灰斗：几何形状、尺寸、容量、总数和位置 输灰系统：类型、能力、预防空气泄漏和粉尘反吹输灰系统：类型、能力、预防空气泄漏和粉尘反吹 壳体和灰斗的保温，电除尘器顶盖的防雨雪措施壳体和灰斗的保温，电除尘器顶盖的防雨雪措施 便于电除尘器内部检查和维修

28、的检修门便于电除尘器内部检查和维修的检修门 高强度框架的支撑体绝缘器：类型、数目、可靠性高强度框架的支撑体绝缘器：类型、数目、可靠性 气体入口和出口管道的排列气体入口和出口管道的排列 需要的建筑和地基需要的建筑和地基 获得均匀的低湍流气流分布的措施获得均匀的低湍流气流分布的措施 大气污染控制工程课件第6章分析 1 电除尘的选择电除尘的选择 烟尘和烟气的来源和生产过程； 烟尘粒度大小的分布； 烟尘浓度； 烟尘成分和结构； 现场实际的烟尘比电阻； 总烟量； 烟气的压力、温度和成分； 烟气和烟尘的腐蚀性。 2 2电除尘的设计电除尘的设计 （1）收集资料 （2）确定有效驱进速度 （3）集尘极板面积 （4）其它辅助设计内容 大气污染控制工程课件第6章分析 （1 1）收集资料）收集资料 根据以上各节的讨论，可以归纳选择和设计除尘器时的主 要参数。 要求的除尘效率或除尘的进出口含尘浓度，； 烟气和烟尘的性质及回收价值 设备材料的供应情况及价格 （2 2）确定有效驱进速度）确定有效驱进速度 影响有效驱进速度的因素如下： a粒径dp：在除尘效率一定时，粒径较大，则所需单位集 尘极