静电除尘效率测定与Deutsch公式推导

1、专业：坏境工程 姓名：周展锋. 上学号： 309000392屮”丿、弊实验报吿胖地点：课程名称：大气污染控制工程实验 扌旨导老师: 翁 棣成绩:实验名称:静电除尘效率測定与Deutsch公式推导 实验类型:同组学生姓名:一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求：1了解电除尘器的结构及组成；2.以粉煤灰为代表了解静电除尘法消烟除尘的原理.拿握其基本操作：3 判断实验中的装叠合理性和改逬措施；二实验内容和原理：电除尘器是利用静电力实现气体中的固体、液体粒子与气

2、流分离的一种高效除尘装置。电除尘器已广 泛应用于冶金、化工、水泥、火电等行业。与其他除尘机理相比，电除尘过程的分离力直接作用于粒子上, 而不是作用于整个气流上，这使它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力 相对较大，所以即使对亚微米的粒子也能有效捕集。其基本工作原理为：高压直流电接到电收尘器的两个电极以后，在电晕线附近就产生了电晕放电（本 实验中为阴极线，芒刺放电），这时从电晕区里有大量的自由电子和负离子逸出，飞向阳极。负离子在运 动中也常常几个粘结在一块成为重离子，因此负离子和重离子就充满在两电极之间的空间，一同飞向阳极 板。在运动过程中.一旦与烟气中的粉尘相碰时，由

3、于带负电的离子包围在烟气尘粒周围，共同驱向收尘 极板，而达到收尘极板后，侧放出负电荷，中性尘粒本身就沉集在收尘板上。沉集在收尘板和电晕线上的 灰尘，通过机械振打将积灰振落，鬆积到下部灰斗中排出。主要包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷 电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。除尘效率最原始的意义是以所捕获粉尘的质量为基;隹，但随着环境保护要求的日趋严格和科学技术的 发展，现在除尘效率有以粉尘颗粒的个数为基准进行计算，有的根据光学能见度的光学污染程度，以粉尘的投 影面积为基准进行计算本实验测定总除尘效率仍以所捕集粉尘的质量占进入除尘器的粉尘质量分数为基 准'即"咗电压卩图1静电除尘

4、器的基本原理式中:v2>vr.除尘器进出口的单位体积空气所含粉尘质量。图2电极放电特性区域仃）：随着电压的增加，空气离子被加速, 区域（2）:空气离子全到达电极的饱和状态。 区域：“电子雪崩”尘粒在除尘装置中的运动被认为是在Stokes区域的.即雷诺数RevO 5时；之满足如下Deutsch公式:Deutsch 公hC77 = 1 exp (尘粒在此区域受到动力粘性阻力:6砂3在尘粒的雷诺数Re>0 5时，其受到的动力粘性阻力为F = -/arr2cd 其中加为阻力系数是Re的函数；7是气体体枳质量；2 三主要仪器设备及装置：1除尘装置本实验装逬流桎图与规格示意图如下:图3实验装世

5、规格图（via赵景卄）图4实验装這图5除尘装這电源弋双极性电除尘压电涼e«AJ02 0. 02 A / 71 KV|L-_d50H1 tH户I ZBK4«00IM V71 kV1S A10 M厂 20101122Q01X | BA7 M<00 mb X too m X1S00 I金华市中荷环保科技公司图6电源铭碑图7皮托管 实验设备的详细性能参数和技术规范见表1表1电除尘器技术性能参数】1用途静电除尘实验o除尘器尺寸Mm1000 （长）X460 （宽）X1000 （高）封闭式风屋设计m3/h1000集尘板尺寸Mm860x830同极间距Mm400 （可调）放电极框架尺寸

6、Mm690x700放电极类型扁钢锯齿型锯齿间距Mm44放电极尺寸Mm647x29放电极根数根31 （可调）3静电除尘高压电源台1设备容量10mA/72kV高压智能控制器只ZH2005S （正相）、ZH2005S （负相）高压硅整流变压器只10mA/72kV （正相）、10mA/72kV （负相）交流输入电压AC380V交流输入电流3A直流输出电压72kV玄流输出电流10mA直流输出功率072kW交流输入功率1 lkVA1山挣电除尘器技术协议书获得电除尘器技术规范a. 电除尘高压控制柜控制范围：控制电除尘高压硅整流变压器部分；b. 本工程电除尘高压控制柜电气控制原理：I. 由二台ZH2005S

7、（止相）与ZH2OO5S （负相）控制器相互切换来驱动同一主回路；输入电源电压 AC380V ;II. 控制柜输出到髙压硅整流变压器分垃二路.正相控制器对应正相髙压硅整流变压器、负相控制器对应负相高压硅整流变压器。c. 电除尘本体按双方确认后的图纸设计，材质采用不锈钢材403;d. 电除尘电源控制柜采用GGD柜型，尺寸（长x宽X高）为600（mm）x600（min）x 1700（min）,颜色 为浅灰色RAL7035,e. 电器元器均采用甲方认可的品牌，采用施耐德产品；f 电源变压器采用铜线绕绕制；g. ZH2005S型智能控制器具备以下功能：能效优化控制一针对高粉尘比电阻自动调整输入功率，有

8、效地检测和控制反电晕； 闪络控制方式一全波全功率向电场输入最大功率；能方便调节各项参数； 间歇、脉冲供电一通过调节占空比向电场间歇、脉动输入功率，有效地检測和控制反电晕现象； 大屛幕背光显示器一清晰显示中英文字符、图形曲线；显示伏安特性曲线； 具有多种保护功能；输出短路、输出幵路、偏励磁、主回路开路等；2. 烟气测量WJ-60B型皮托管平行全自动烟尘（气）油烟采样器（背岛崂山电子仪器总厂）（图7） 表4皮托管技术规格参数参数范围分辨率准确度采样流量（5、80）L/min0 1 L/min优于£.5%暮速采样流速（1、45）m/s0. lm/s优于±4%烟气动压（0、2000

9、）PaIPa优于±15%烟气静压（-30、30）kPaOOlkPa优于±4%烟气全压（-30 30）kPaOOlkPa优于±4%流屋计前压力（-40 0）kPaOOlkPa优于£.5%流屋计前温度（-30 150）°Co rc优于±1.5%烟气温度（0 500）°C （可扩展）rc优吳3°C干、湿球温度（0、100）°Co rc优于±1.5%含湿虽（0 60）%0 1%优于±15%大气压（70- 130）kPaO.lkPa优于£.5%空P过剩系数0-99 990.01优于&#

10、163;.5%自动跟踪精度优于±3%最大采样体积9999 9L0 IL优于±2 5%最大采样体积9999 9L0 IL优于£.5%图8烟气采样管连接示意图四、操作方法和实验步骤：1实验前，应检查装过运行情况和实验室环境，保证实验能够较顺利的进行。2按说明接好皮扌毛管管路，打开除尘器进出口探测口，依图6所示放入烟气采样管。3开心鼓风机，变频器调到30Hz.根据大气环境，调好皮托管相矣参数，然后选嘴。4选嘴完成后，取出采样管，打开管口并放入己称虽的滤纸，然后装上选好的管嘴，放回装置之中。5开©高压静电发生器的电源幵矣，预热2min,将高压输出调节旋钮慢慢调到

11、所调电压。6开启空气泵的电源幵矣，空气泵开始工作，将空气压 入粉煤灰中并将它们扬起。与鼓风机送进来的空气充分混合后，送入除尘柜逬行除尘。7设计不同电压和极间距进行测试，用皮托管记录有矣数据。8将取样完毕的取样头取下，用梢密天平称重，根据取样前后的重彊差值.再根据采样时间和采样流量 计算出灰尘mg/L浓度。实验完毕后矣闭空气泵电源廿关，矣闭灰尘搅拌器电源卄矣.停止扬灰尘。9根据除尘柜除尘前后的取样分析，最终计算出某一实验条件下的灰尘去除率五、实验数据记录和处理1、测量条件：样品：杭州热电厂粉煤空气泵频率浙尘）=50Hz鼓风机频率徑气）=30Hz管道截面积=0012n? 烟温=27°C

12、采样嘴=12mm采样时间=10mins皮托管参数设定：装置1：大气压：101.78kPa含湿量:3%含氧量:21.58%过剩系数:35.6装置2:大气压:101.65kPa含湿量:1.51%含氧量:22.71%过剩系数:12.2表2不同电压下除尘器粉尘质量变化记录表同极极间距 /min350二次电压/kV405060二次电流/mA0 20 510采样前 重量馆 0 87231 02850 8771除尘前 采样后 KVg 0 87721 03060.8799采样前后0 00490 00210 0028采样前 重毗1 06660 96830 9266采样后1 06870 97180 9289采样前

13、后差值馆0 00210 00350 002340040 89470 89790 00321 00631 00980 003530050080 83860 84240 00380 96530 96720 001960160 89680.90010 00330.94100.94260 0016150304 90 87990.88060 00070.84100 84240 0014注例为皮托管问题，第一行进口数据由装萱1测it后由装萱?测量；后六行反之。由表1数据，算得除尘器除尘效率如下：表3除尘器除尘效率电子表格同极极 间距 hum次 电 压 /k V次 电 流 /m A除尘前除尘后平均 烟气 流

14、 m'/h除尘 效率/%采样 前后烟气 流量 / m'/h抽气体积圧含尘/mg/1采样 前后 差值仗烟气 流量 / m'/h抽气体积圧含尘 舷 /mg/1400.20.004976125 30.0390.00218112690.01678 557.7350500 50 0021367770 0270.003517024470.01410347 160100 0028110174 600160.002364101 00.02387-42.040040 003211371 00 0450.00353511300.0317431 3300500 80 003890146 70

15、 0260.0019153219 90 0086121 566 660160.0033121183.30.0180.0016154225 60 00711375606150304 90.00073478 30.00890.0014115168 50 008374 57 1又根据Deutsch公式得到如下表的数据初步处理结果:AC” = exp(-石如=1 - exp(- f列)=1_汙QQ及s = ln(l - ") X (-¥)3加p “A表4 Deutsch公式相矣数据电子表格同极极间距 /mm二次电压/kV二次电流/mA平均烟气流"/h除尘效率/%趋进速率叫

16、/m/s400 278 557 71 560 86350500 510347 11 520 64601087-42.0 400.47431 30.640.383005008121 566 63 091 106016137 560 62 960 93150304974 57 10 130 073六. 实验结果与分析由于实验时间有限，本次实验在极间距350mm和300mm处各测试了三个电压，当调到极间距150mm时, 由于间距过少，出现闪络现象.所以只对电压30kV进行了测试。因此，以下主要就极间距350mm和300mm 实验条件下之数据进行讨论。曲农3数据，得图7折线图，可以看出在极间距 350

17、mm时候，除尘效率随电压上升而下降，到 60kV出现负效率，与理论不同。推测原因是此组 数据为我们第一组测戢的数据，实验过程中，皮 托管的抽空泵出现问题，在测屋途中曾更换管 路，令到数据不稳定，应屈人为误差。840200-20F &SDS9AOD二3D4046505560MKondary voltage (kV)图9不同极间距电压与除尘效率矣系图708g8M4540»?l(进 JeAOUJenp 350mm 3O0mmExpGroi of dust removal eoency ExpGroi of dust removal eaency7E peeds 3TOmm 300m

18、mLinear Fit of partele speed Uneac Fit of partele spMd在300mm组数据，我们交换/进出口处的皮托 管，而且用酒精洗泵，可看出第二组的除尘效率 趋势随着电压上升而上升。除尘效率大致 20%(0%左右，效果并不明显，原因可能是空气 泵泵入管路的粉尘帚太少所致。0204060810214secondary current (mA)QS 101S 20 2S 303Spa rtcte speed (mfs)图10不同极间距粒了驱进速度与除尘效率矣系图11不同极间距电场电流与粒子驱进速度矣系由表3,绘得粒子驱进速度与除尘效率矣系如图&白根据

19、Deutsch公式可以看出，粒子驱进速度与除 尘效率应成指数矣系，但由于时间不足和器材原因，测量点不够多，而且数据波动很大，但我们可以看出 除尘效率随粒子驱逬速度升髙而升高，因为提高趋进速度可以使尘粒在较短时间到达收尘极，保证荷电尘 粒不被带出电场，除尘效率从而提高。根据Deutsch公式及驱进速率的计算公式可以看出，驱进速度与电晕电场(电流)的大小成线性矣蔻 由图8,数据并没有显示出线性，但数据趋势显示随电流增加，驱进速率也随着增大，电晕电场的大小在 极间距确定时与电压的大小成正比，可推断驱进速率与电压成正向相矣性。七、讨论、心得由于器材和人为原因，本次实验数据并没有很好的可信性，但从数据可

20、以看出，当电压增加，除尘器 电压升高，粒子驱逬速度变快，在有效长度内粉尘向集尘极聚集速度变快，除尘效果得到提高。本次实验虽然没有Deutsch公式提出印证证据但我们可以由数据考证本次实验装置流程设计的合理 性，分析如下。1-由实验装置规格图(图3)可见，处理后的空气会重新回到装过中，形成回路。假设配尘箱出来 的空气灰尘浓度恒定为x (g/L),而除尘器效率为恒定y%,那么经过一圈回路的空气灰尘浓度为 Oy)x(g/L),如果除尘器效率不高的情况，进空气灰尘浓度那会不便增高，造成糸统不僦2.实验用的皮托管装遗被设计用于测屋实际生产的装置中的烟气数据。一般来说这些装遗管道较长，而且设有缓冲区，皮托

21、管可以准确测虽有矣数据但本次实验用的装登管路短，拐角多，而 且采样管在管路的位置对数据也有影响，以上这几个因素使皮托管测量出来的数据可信性下降。3. 理论上除尘器逬出口的烟气流量应该相近，但由表2可见，某几组进出口流量相差甚大；在实验 途中亦发现皮托管显示的瞬时流速变化很大，推测原因如下：1. 装置漏风。11实验中皮托管内泵效率变化幅度相当大，可能是老化与其他因素使得泵很好的没法跟随管路烟气 流速变化，造成谋差。in因为管路长度短，拐角多，管道内出现紊流，造成系统不稳.采样管口在管路内的位置也有相当 大的影响，实验装置的管路设计须进一步考证。iv.由于实验时皮托管没有反应，在实验过程一直进行人

22、为调试，更换皮托管，而装遗的一些参数也 没有调成一致，造成误遑思考题:童响电除尘器性能的因素： 影响电除尘器性能的因素很多，大体归纳为以下 三个方面：1. 烟尘（气）性质。烟尘（气）性质包括烟气种类、 组成、温度、压力、湿度及流速等；粉尘的性质 主要是粉尘的化学成分和物相结构，如粉尘的比 电阻、粉尘浓度、分散度、粘度和密度等。2. 设备状况。电除尘器的极配形式；电场划分情况； 振打清灰方式及振打时序；气流分布均匀程度； 电气控制特性等。3. 操作条件。包括操作电压、比电流、电极清灰效 果、漏风及二次扬尘等。上述因素可以单独起作用，也可以互相影响（如 图12所示）。下面侧重介绍烟尘条件对电除尘器

23、性能 的影响。收尘效率由于本次实验性质，如下主要讨论电除尘器的操作与设备因索：1设备情况对电除尘效率的影响1. 设备的安装质量。如困电极线的粗细不匀，则在细线上发生电晕时，粗线上还不能产生电晕；为了使粗线发生电晕而提高电压，又可能导致细线发生击穿。如果极皮的安装没有对好中心，则在极板间距较小处的击穿可能比其他地方开始稳定的电晕还会 提前发生。电晕线与沉淀极皮之间即使有一个地方过近，都必然降低电除尘器电压，因为这里有 击穿危险。同样，任何偶然的尖刺，不平和卷边等也会引致这种影响。it 气流分布。气流分布的影响也是重要的，气流分布不均会导致电埸内粉尘浓度不均，也会有击穿危陆2. 操作条件对电除尘器

24、效率的影响1 气流速度。气流速度的大小与所需电除尘器的尺寸有反比矣系。为了节省投资，除尘器就应设计紧凑, 尺寸小。这样，气流速度必然大，粉尘颗粒在除尘器电场内的逗留时间就短。气流速度增大的结果, 气体紊流度增大，二次扬尘和粉尘外携的机率增大。气流速度对尘粉的驱进速度有一定影响，其相 互矣系中有一个相尘的最佳流速。在最佳流速下，驱进速度最大。在大多数情况下，颗粒在电场有 效作用区间逗留8-12S,电除尘器就能得到好的除尘效果。05 J 1.522.5气流連度/(m/s)图13气流速度与除尘效率矣系图14气速速度与有效驱进速度矣系it 二次扬尘。二次扬尘是粉尘沉降在收尘极表面后，又重新返回气 流，

25、降低了除尘效率。引起二次扬尘的原因，主要是气流直接 对粉尘层的冲刷，以及在清灰振打的粉尘重新进入气流。试验 结果表明：不含尘的气流冲刷收尘极时，当气流速度小于3m /s时不易产生二次扬尘。但如果气流中含有粉尘，则其中的 大颗粒粉尘将会掩击到粉尘层表面上.即使在气流速度较低 时，也会引起二次扬尘。当除尘器入口大部分粉尘的粒径大于20 - 30pm时，所造成的 二次扬尘会大大降低除尘效率。为此，形成有些电除尘器（或 第一电场）在捕集大颗粒尘粒时，其除尘效率反而降低。为 减少气流直接对粉尘层表面的冲刷.目前电除尘器中的收尘极 大多采用薄钢板轧成各种断面（C形、Z形、CS形等），以减少 二次扬尘。增加收尘极的容尘虽（振打前每平方米收尘极表面 上的粉尘量），可以减小振打时的二次扬尘。但是当容尘量増图15收尘极板的最佳容尘量晰 与粉尘比电阻Q的矣系加到某一数值时，已沉降的粉尘会自动脱落，也会增加二次扬尘。为此，收尘极的容尘量应使振打 和自动脱落所造成的二次扬尘为最少。此外，还应考虑到，极板上粉尘层厚度的增加会恶化除尘器中的电气工作状况，特别是在捕集髙比电阻粉尘时。因此极板的屐佳容尘量.应根据电气工况的恶 化和减少二次扬尘之间来选择。在锅炉烟气净化中，计算电除尘器时可根据图15中