大气污染控制工程6_2

1、2 电除尘器电除尘器一、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 电除尘器外观图 电除尘器电除尘器清洁气体电除尘器的发展简介电除尘器的发展简介 1907年美国加利福尼亚大学化学教授科特雷尔（F.G.Cotrell）首次成功地使用电除尘器（以下简称ESP）捕集硫酸烟雾，几年后他再次把电除尘技术用于捕集水泥生产过程产生的粉尘。 20 世纪60 年代ESP 在发达国家得到了广泛应用。 我国电除尘技术的起步始于20 世纪60 年代，并得到了迅速的发展，现在我国的电除尘器技术处于世界领先水平。 电除尘

2、器现在被广泛应用于燃煤电厂、水泥厂及化工、冶金等领域。 其中燃煤电厂用量占7275，水泥厂占1618。 目前我国燃煤电厂烟尘净化设备90左右采用电除尘器（ESP）。 电除尘器 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3、对粉尘比电阻有一定要求一、电除尘器的工作原理 利用电除尘器使粉尘分离的两个条件: 1、存在粉尘荷电的电场； 2、存在使荷电粉尘从烟气中分离的电场。一、电除尘器的工作原理 通高压电空气

3、电离（电子雪崩）极间电流粉尘荷电沉积清灰 电晕放电 粉尘荷电 粉尘运动 （气体电离）放电金属线电晕极 含负离子区区 电晕区 金属管集尘极 三步曲 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粒子荷粒子荷 电和去除在电和去除在同一个电场中进行同一个电场中进行二、电晕放电 1.电晕放电机理 二、电晕放电（续） 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，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，0.5m102s， 完全可以忽略不计所以，驱进速度（电场

4、力与空气阻力达到平衡）43ppp24 2p11818 1.8 103/3/( )3240610 101（）dmdddp3()edtmpp/(3)qEd 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 2.捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定:除尘器中气流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 2.捕集效率一德意希公式2111 exp()iiiiAQ 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的1

5、020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。 大颗粒比小颗粒容易被捕集，所以沿着气流的方向，大颗粒比小颗粒容易被捕集，所以沿着气流的方向，烟气中的颗粒越来越小，颗粒的捕集也就越来越困烟气中的颗粒越来越小，颗粒的捕集也就越来越困难。为此，对德意希方程进行修正难。为此，对德意希方程进行修正 K指数，一般取0.5kQA/exp1 德意希公式的假设条件，与实际工艺生产条件有德意希公式的假设条件，与实际工艺生产条件有所不同，使得根据公式计算得到的捕集效率比实所不同，使得根据公式计算得到的捕集效率比实际值高得多。际值高得多。 为此实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和为此实际中常

6、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，称为有效驱进程式中反算出的相应驱进速度值，称为有效驱进速度，以速度，以e e表示。表示。 有效驱进速度的用途：作为类似除尘器设计的基有效驱进速度的用途：作为类似除尘器设计的基础，并且可以利用有效驱进速度表示工业电除尘础，并且可以利用有效驱进速度表示工业电除尘器的性能。器的性能。 3.有效驱进速度粉尘种类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1粉尘种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

7、.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 五、被捕集粉尘的清除 电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，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

8、采取振打清灰方式清除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新进入气流 集尘极板清灰方式：集尘极板清灰方式：在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在湿式电除尘器中，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生的振动力清灰 电除尘器五、被捕集粉尘的清除 现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清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

9、频率能调节振打强度和频率 常用的振打器常用的振打器 有电磁型和有电磁型和 挠臂锤型挠臂锤型 振打装置示意图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 六、电除尘器结构除尘器类型 1.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 优点:防止反电晕的产生双区电除尘器双区电除尘器 六、电除尘器结构除尘器类型 单区电除尘器控制各种工业尾气和燃烧烟气污染单区电除尘器单区电除尘器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2550m3/s以上2.电晕电极常用的有直径3mm

10、左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等 电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、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 电晕极示意图 2.电晕电极电晕线固定方式电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式 3.集尘极 集尘极集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的4050%）有很大影响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，不易变形振打时易于清灰，造价低 3.集尘极 常用板式电除尘器集尘极结构 宽间距电除尘器：现已公认，在某些情况下板

11、间距可比平常增加50100%，然而除尘器性能并未改变。其原理还没有完全解释清楚 4.高压供电设备 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 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70l000kV，电流为1002000mA 5.气流分布板 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

12、 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%。 气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV0VPP F 七七、粉尘比电阻粉尘比电阻 比电阻比电阻 1.粉尘的导电性粉尘的导电性 工业粉尘导电方式工业粉尘导电方式有两种: 本体导电本体导电：在高温高温时（约大于200），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，粉尘比电阻称为容积比电阻。 表面导电：在较低温度较低温度下（约低于100），气体中存在的水分或其它化学物质被尘粒表面吸附，因而导电主要是沿尘粒表面所吸附的水分和化学膜

13、进行的，粉尘比电阻称为表面比电阻。 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 比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘效率，适宜的范围是从效率，适宜的范围是从10104 4cm-10cm-101010cmcm。 高比电阻粉尘比电阻大于10104 4cmcm，通常称为高比电阻粉尘。 影响粉尘层比电阻的因素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阻数据。 （1）比电阻过低比电阻过低 如果灰尘的比电阻小于如果灰尘的比电阻小于10104 4cmcm，

14、 （1）比电阻过低比电阻过低 如果灰尘的比电阻小于如果灰尘的比电阻小于10104 4cmcm， 形成在集尘电极上跳跃的现象，最后可能被气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。流带出电除尘器。用电除尘器处理各种金属粉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。尘和石墨粉尘、炭黑粉尘都可以看到这一现象。 2.高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 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 2.高比电阻粉尘

15、对电除尘器性能的影响 粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 2.高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 粉尘比电阻对有效驱进速度的影响 3.克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁 烟气调质增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3 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发展新型电除尘器 4.影响ESP除尘效率的因素 （1）二次扬尘。在随气流离开电除尘器的粉尘中，有30是被收尘极板收集后又返回到气流中的。 产生二次扬尘的原因？4.影响ESP除尘效率的因素 （1）二次扬尘。在随气流离开电除尘器的粉尘中，有30是被收尘

16、极板收集后又返回到气流中的。 产生二次扬尘的原因主要有粉尘的比电阻过小、主要有粉尘的比电阻过小、气流的扰动及振打清灰的影响等。气流的扰动及振打清灰的影响等。4.影响ESP除尘效率的因素 湿式电除尘器湿式电除尘器可以有效避免二次扬尘问题，但收尘极板上容易形成局部粉尘干块，导致结垢，影响除尘效率， 且湿式电除尘器存在腐蚀等问题。 （2）反电晕。 它的产生会导致除尘效率迅速下降，产生反电晕的主要原因是粉尘的比电阻过大。 （3）对直径在0.13微米粉尘的去除效率低， 对于直径0.11.0微米粉尘的去除效率最低，通常低于85， 主要原因是由于此粒径范围的粉尘，其内部荷电机理存在局限性，在电除尘器内很难被

17、荷电，导致了对其去除效率较低。 此外，电场、电压、电极结构和形状、粉尘粒径分布及锅炉运行情况等也是影响除尘效率的因素。 4.电除尘器的选择与设计 1 电除尘器选择的依据电除尘器选择的依据 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； 现场实测的烟尘比电阻； 总烟量； 烟气的压力、温度和成分； 烟气和烟尘的腐蚀性。 2 2电除尘器设计的步骤电除尘器设计的步骤 （1）确定除尘效率 （2）确定有效驱进速度 （3）集尘极板面积及长高比 （4）确定气流速度 （5）其它辅助设计内容 电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 1.除尘效率的确定 根据入口含尘浓度及

18、排放要求确定。 2.有效驱进速度的确定 根据类似电除尘器实验得到的除尘效率反求出的有效驱进速度。 3.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 4.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，除尘器的长高比介于1.01.5。2111 exp()iiiiAQ 5.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 6.气体含尘浓度的影响如果气体含尘浓度很高，易发生电晕闭塞应对措施提

19、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 7 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

20、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新型电除尘器 1 电植绒收尘极电植绒收尘极ESP 通过直流高压电场可以使细孔金属网的表面植入尼龙绒。 用这种特殊处理过的细孔金属网作为收尘极的ESP就是电植

21、绒收尘极ESP。 优点： （1）防止二次扬尘 这种新式ESP工作时，会在尼龙绒绒毛的尖端产生电力线的聚集，使绒毛顶端存在梯度场强，粉尘在电场力的作用下紧紧吸引在绒毛的顶端，防止了二次扬尘的发生 。 同时，由于收尘极表面的尼龙绒摩擦力比较大，降低了电场中离子风的速度，有效抑制了二次扬尘。 （2）提高了对超细粉尘的去除率 尼龙绒的存在增大了收尘极的收尘面积，因此它提高了对超细粉尘的去除率。 在对直径0.10.3微米粉尘的除尘试验中，电植绒收尘极ESP的除尘效率可达97，而在相同条件下，普通ESP的除尘效率仅为82。 电植绒收尘极ESP不仅可以有效防止二次扬尘的发生，提高除尘效率，而且大大提高了对超细粉尘的去除效率。 2 膜电除尘器（膜电除尘器（MESP） MESP是由美国俄亥俄大学研制的，它利用炭纤维或硅纤维编织膜作为收尘极，放弃了传统ESP中的金属收尘极板。 特点： 因为湿式MESP工作时，从除尘器顶部流下的溢流水通过编织膜纤维间空隙的毛细作用，可以在膜的表面形成一层均匀水膜，克服了传统湿式