第7章-3电除尘装置

第三节电除尘器

1.性能特点及应用2.电除尘器的工作原理3.电除尘器的类型与结构4.粉尘比电阻5.电除尘器的选择与设计电除尘器使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上，可以捕集到很小的粒子

电除尘器与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上电除尘器具有耗能小、气流阻力小的特点1.性能特点及应用电除尘器集尘极集尘极振打装置电晕极电晕极振打装置进气均布装置支撑装置控制装置电除尘器的主要优点压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘（>0.1m

）有很高的捕集效率，可高于99％可在高温（350度以下）高压或腐蚀性气体下操作电除尘器的主要缺点卧式体积大，占地面积大，钢材消耗大，一次性投资大，不适宜处理高比电阻粉尘及强腐蚀性气体。电除尘器的应用主要用于大烟气量的细收尘或单级除尘。2.电除尘器的工作原理

三个基本过程：悬浮粒子荷电－高压直流电晕（高压电极与接地极之间，电极之间形成高浓度的气体离子）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单区和双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器（1）

电晕放电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

1）电晕放电机理1空气离子被加速2达到饱和状态3电压达到U0产生电离，形成电晕放电4电压达到Us，电场被击穿

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一空气的相对密度,=T0P/TP0m－导线光滑修正系数，无因次，0.5<m<1.0

实际取0.6~0.7在r=a

时（电晕电极表面上），起始电晕电压：

由上式可见，电晕线a越细，起始电晕所需电压越小—皮克经验公式

电流随电压增加至击穿电压VSP，电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离－称为电场击穿；除尘器停止工作。在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多，操作范围大

工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；

空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低

正电晕极、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线

3）影响电晕特性的因素

电极的形状、电极间距离气体组成、压力、温度不同气体对电子的亲合力、迁移率不同（氢、氮、氩等对电子无亲和力；O2、SO2对电子亲和力强；CO2、H2O-与高速电子碰撞离解出氧原子，再俘获电子形成负离子）气体温度和压力的不同导致气体密度改变，进而影响电子平均自由程和加速电子以及产生碰撞电离所需要的电压气流中要捕集的粉尘浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积

电压的波形（全波和半波电压）影响很大，参见下页图示电压波形对电晕特征的影响（2）

粒子荷电

—除尘过程的第一步两种机理电场荷电或碰撞荷电－正负离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电扩散荷电－正负离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场

粒子的主要荷电过程取决于粒径：大于0.5m的微粒，以电场荷电为主小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。粒子荷电量随时间和粒径的变化关系

从图中看出，粒子的荷电时间为0.1s时已接近饱和，但粒子越大，荷电量也越多，大粒子多时，应预除尘，否则，不经济异常荷电现象

沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象(P374),破坏正常电晕过程。比电阻高于2×1010m时易发生气流中微小粒子的浓度高时，荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是所形成的空间电荷却很大，严重抑制着电晕电流的产生,

尘粒荷电量不足，除尘效率显著下降---发生在1微米左右尘粒很多时当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作用，即

------电晕闭塞。故含尘浓度较大时应进行预收尘注：

气体离子运动速度（约为60~100m/s）大大高于带电尘粒的运动速度（一般在6cm/s以下）（3）荷电粒子的运动和捕集—除尘过程的第二步

1）驱进速度

受力关系:荷电粒子运动时主要受电场力和流体阻力电场力：流体阻力：即驱进速度：当电场力=流体阻力,荷电粒子在电场方向上作等速运动，注意：在一般电除尘器中，荷电（电晕）E0电场强度和集尘区电场强度Ep是近似相等的，即：斯托克斯阻力计算仅适于Rep<1.0的情况，粒径较小时需坎宁汉修正。实际上工业用单区电除尘器气体流动为复杂的湍流驱进速度与粒径和场强的关系当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比其中q

dP2

2）捕集效率方程一德意希(Deustch)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

则dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘质量为：由于dt＝dx/u，代入上式整理得：

如右图所示，设气体流向为x，气体和粉尘在x方向的流速均为u(m/s),气体流量为Q(m3/s)；x方向单位长度的集尘极面积为a(m2/m)，总集尘面积为A(m2)，电场长度为L(m),气体流动的截面积F(m2)；直径为的颗粒其驱进速度为

(m/s)，在气体中的浓度为(g/m3)；或理论分级捕集效率—德意希分级效率方程:因aL=A,Fu=Q，积分得：

3）有效驱进速度ωe当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10％～20％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，ω应取某种形式的平均驱进速度，德意希公式计算结果比实际高得多有效驱进速度－实际中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，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以ωe表示。工业除尘器有效驱进速度变化在0.02~0.20m/s

范围内，常见工业粉尘ωe见下表。粉尘种类驱进速度/m∙s-1粉尘种类驱进速度/m∙s-1煤粉（飞灰）0.10～0.14冲天炉（铁－焦比＝10）0.03～0.04纸浆及造纸0.08水泥生产（干法）0.06～0.07平炉0.06水泥生产（湿法）0.10～0.11酸雾（H2SO4）0.06～0.08多层床式焙烧炉0.08酸雾（TiO2）0.06～0.08红磷0.03飘旋焙烧炉0.08石膏0.16～0.20催化剂粉尘0.08二级高炉（80％生铁）0.125各种工业粉尘的有效驱进速度（4）被捕集粉尘的清除

—除尘过程的第三步电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积（几毫米或几厘米）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在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板，效果好。但须注意极板腐蚀和泥浆处理现代的干式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

3.电除尘器的类型及结构（1）除尘器类型按荷电和放电区间分：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-工业常用按集尘极的形式或气流方向分：管式（立式）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（卧式）电除尘器：为工业上应用的主要型式，气体处理量一般为25～50m3/s以上

按清灰方式分：湿式喷淋清灰：效率高，但操作温度低，泥浆回收利用困难干式振打清灰：可处理高温气体，有利于回收利用（2）电除尘器的结构部件主要由电晕极、集尘极、清灰装置、气流分布板、灰斗等组成

A、电晕电极

常用的有直径3mm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.圆形线

b.星形线

c.锯齿线

d.芒刺线电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式

B、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40％～50%）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

集尘极尺寸要求

管式的集尘管直径为15~40cm、长3~6m，集尘管个数几个到百个以上；板式的集尘板长10~20m，高10~15m，板间距0.2~0.4m，个数多的有上百对极板。进展－宽间距电除尘器：现已公认，在某些情况下板间距可比平常增加50％～100%，然而除尘器性能并未改变。其原理还没有完全解释清楚。优点是制造维修方便，设备小，能耗低，很有发展前途

常用板式电除尘器集尘极型式C、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，以多孔板使用最为广泛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40%在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平

均流速不得相差25%。

常见气流分布板型式气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV4.粉尘比电阻（1）粉尘的导电性通常所需要的粉尘的最小导电率是10－10（Ω/cm）－1

高比电阻粉尘－导电率低于大约10－10（Ω/cm）－1，即电阻率大于1010Ω/cm的粉尘，将影响电除尘器操作和性能影响粉尘层比电阻主要有：气体的温湿度和组成，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强度等

烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响a.飞灰b.水泥窑粉尘Log10resistivity,Ω‧cm硫含量对粉尘比电阻的影响（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1010Ω/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1010～1011Ω/cm之间时，火花率增加，操作电压降低高于1011Ω/cm时，会明显产生反电晕现象最佳的比电阻为104～1010Ω/cm粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响

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—及时清灰采用较好的供电系统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升高烟气温度至623K以上，也可有效地降低粉尘比电阻5.电除尘器的选择和设计

电除尘器的主要设计参数如下表

参数符号取值范围板间距S23～28cm驱进速度3～18cm/s比集尘极表面积A/Q300～2400m2（1000m3/min）气流速度v1～2m/s长高比L/H0.5～1.5比电晕功率Pc/Q1800～18000W/(1000m3/min)电晕电流密度Ic/A0.05～1.0A/m2平均气流速度

烟煤锅炉v1.1～1.6m/s褐煤锅炉v1.8～2.6m/s电除尘器的选择和设计：（1）比集尘表面积的确定

根据运行条件和设计经验，选取有效驱进速度ωe和除尘效率，用德意希方程求得比集尘表面积A/Q或A（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，除尘器的长高比一般要

1.0～1.5。集尘板长度10~20m，高度10~15m，板间距0.2~0.4m。（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。捕集电厂飞灰时，临界速度取1.5～2.0m/s。（4）气体含尘浓度的影响如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，电晕电流急剧下降，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。一般含尘浓度超过30g/m3时，宜设预净化设备（5）定型产品选型

可根据除尘效率和废气的特点先确定其类型，再依据其气流量及有关参数选取其规格即可板式除尘器的设计计算计算出集尘板的总面积A后，根据选定的集尘板间距2b、高度H及长度L确定所需的通道数n，再计算或校核其他参数（1）通道数：n=A/2HL（双面集尘）（2）通道横断面积：

F

=2bHn（3）处理气量或流速：Q=Fv=2bHnv或（4）处理时间：t=L/v（5）除尘效率：因则管式除尘器的设计计算管式除尘器的设计程序与板式除尘器相似。设除尘器圆筒个数为n,圆筒半径为R，长度为L，可以确定所需的圆筒个数n及其他参数（1）圆筒个数：n=A/2RL（2）通道横断面积：F=R2

n（3）处理气量或流速：Q=Fv=R2

nv或（4）处理时间：t=L/v（5）除尘效率：因则电除尘器的其他辅助设计因素电晕电极：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需要的建筑和地基获得均匀的低湍流气流分布的措施A=2nHLA=2nHL

本节小结电除尘器的主要优点压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘（>0.1m

）有很高的捕集效率，可高于99％可在高温（350度以下）高压或腐蚀性气体下操作电除尘器的主要缺点卧式体积大，占地面积大，钢材消耗大，一次性投资大，不

适宜处理高比电阻粉尘及强腐蚀性气体。电除尘器的应用主要用于大烟气量的细收尘或单级除尘。1.电除尘器的性能特点及应用2.电除尘器的工作原理（三个过程）

粒子荷电迁移和捕集捕集物清除{（1）

电晕放电机理起始电晕电压（2）粒子荷电（电场荷电或碰撞荷电、扩散荷电）异常荷电现象（反电晕、电晕封闭）（3）

荷电粒子的运动和捕集斯托克斯区湍流区德意希方程：

或（4）

被捕集粉尘的清除—清灰装置3.电除尘器结构类型（电晕极、集尘极、供电设备、气流分布板）