大气污染处理工程第05章电除尘

第5章电除尘器旋风除尘器对于

dp<5μm的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子。使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上具有耗能小、气流阻力小的特点。电除尘器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电除尘器的工作原理四个步骤气体电离-气体在放电电极周围的强电场作用下电离（高压直流电晕放电）悬浮粒子荷电－离子与颗粒碰撞接触，颗粒带上电荷带电粒子在电场内迁移和捕集－荷电颗粒在电场力作用下迁移至集尘极板上被捕获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电除尘器的工作原理电除尘器的分类按集尘极型式：管式：电场强度高且变化均匀，但清灰较困难2板式：电场强度变化不均匀，清灰方便、制作比较容易按电极在静电除尘器内的布置：单区式：气流中颗粒的荷电与迁移、沉积在同一区域进行，广泛用于工业生产双区式：气流中颗粒的荷电与迁移、沉积由两个区域完成，多用于空气调节器电除尘器的工作原理单区和双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器电除尘器的分类气流方向：立式：含尘气流至下而上，占地面积小，可捕集粒度较细颗粒，但容易产生再飞扬。卧式：含尘气流沿水平方向流动，可分电场供电，避免各电场间相互干扰，以利于除尘效率的提高，容易实现除尘颗粒在大小荷组成上的分级，可减轻二次飞扬，但占地面积大，投资高、制作比较容易清灰方式：干式：机械、电磁、压缩空气等方式清灰、处理气体温度可达350~450，有利于回收有较高经济价值的积尘湿式：采用液体清洗集尘极和放电电极，因无粉尘飞扬，除尘效率高，但操作温度要求低，适用于收集无经济价值的颗粒气体电离-电晕放电“电子雪崩”电压达到一定大小时，放电电极附近具有相当高的电场强度，气体所含固有的少量电子被加速到足够的速度并具有足够的能量，当与中性气体分子碰撞时，将中性分子中的电子碰出，从而使中性分子又电离出正离子和自由电子，如此多次反复，放电电极周围聚集大量自由电子和气体离子。这一过程称为“电子雪崩”“电晕现象”气体分子离子化的过程又产生大量电子电晕现象－在“电子雪崩”过程中，伴随着光的闪射，且时常发出响声，这一现象称为“电晕现象”5.2气体电离(电晕放电)电晕区－放电电极附近、气体离子化区域；极线周围2~3mm范围内电晕外区－远离金属丝，电场强度降低，不发生气体电离，电晕现象消失，电子被气体分子捕获电子去向：被电负性气体“吸住”（如氧气、水蒸气、二氧化碳、氯气、二氧化硫等）形成气体负离子向正极迁移或与尘粒碰撞（颗粒荷电）直接跑向集尘极（正极）－很大电流、火花放电，破坏放电，使电离过程不能稳定进行，从而不能进行除尘自由电子和气体离子是粒子荷电的电荷来源电晕放电

正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线

电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离－电场击穿；相应的电压－击穿电压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电晕放电起始电晕电压－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其中b：管式电极半径，a：电晕线半径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peck经验公式）（5-2）一空气的相对密度m－导线光滑修正系数，无因次，0.5<m<1.0

在r=a时（电晕电极表面上），起始电晕电压(5-3）电晕放电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、迁移率不同气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积

5.3粒子荷电两种机理电场荷电或碰撞荷电－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－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。电场荷电粒子荷电电荷累积粒子场强增加没有负离子能够到达粒子表面，电荷饱和电场荷电粒子获得的饱和电荷(5-4)影响电场荷电的因素

粒径dp和介电常数ε电场强度E0和离子密度N0

一般粒子的荷电时间仅为0.1s，相当于气流在除尘器内流动10～20cm所需要的时间，一般可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷扩散荷电与电场电荷过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值（根据分子运动理论，不存在离子动能上限）

荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间

扩散荷电理论方程(5-7)电场荷电和扩散荷电的综合作用处于中间范围

（0.15～0.5μm）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致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,破坏正常电晕过程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

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

5.4荷电粒子的捕集驱进速度（迁移速度、终端速度）驱进速度驱进速度与粒径和场强的关系当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比捕集效率捕集效率一德意希方程德意希公式的假定: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

多依奇方程(德意希方程）(5-10)

有效驱进速度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有效驱进速度－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，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以ωe表示有效驱进速度

各工业粉尘的有效趋进速度粉尘种类驱进速度/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被捕集粉尘的清除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，一般方法采取连续振打清灰方式清除

从集尘极清除已沉积的粉尘可以避免沉积较厚造成的有效趋进速度减小从而导致的除尘效率大大下降，同时也可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（图5-11）电除尘器结构－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25～50m3/s以上电除尘器结构1、本体结构电晕极集尘极清灰装置气流分布装置灰斗2、供电装置3、附属装置（如增湿装置）

电除尘器结构－电晕电极电晕电极

常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等整体放电（沿线全长）：圆形、星形、麻花形尖端放电：芒刺形、锯齿形电晕线的一般要求：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.芒刺线电除尘器结构－电晕电极电晕电极

电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式

电除尘器结构－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，造价低电除尘器结构－集尘极常用板式电除尘器集尘极俯视图（图5-10）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电除尘器结构－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（入口高速气流的阻碍作用）对气流分布的具体要求是（分布均匀性好、气压损失小）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%。电除尘器结构－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70～l000kV，电流为100～2000mA增加供电机组的数目，减少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方面因素影响静电除尘器效率的因素颗粒特性颗粒粒径颗粒比电阻除尘器结构集尘极面积集尘极与电晕极之间距离操作参数场强电晕功率气流速度与分布影响静电除尘器效率的因素颗粒特性的影响颗粒粒径当d>1μm时，随颗粒粒径的减小，除尘效率降低当0.1<d<1μm时，除尘效率恒定，几乎不受颗粒粒径减小的影响影响静电除尘器效率的因素

颗粒特性----粉尘比电阻的影响颗粒比电阻反映极尘极颗粒的导电性定义：厚1cm，覆盖1m2收集面积的粉尘层电阻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阻数据

粉尘比电阻烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响a.飞灰b.水泥窑粉尘粉尘比电阻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，导致除尘效率下降比电阻介于1010～1011Ω/cm之间时，操作电压降低高于1011Ω/cm时，产生明显反电晕粉尘比电阻克服高比电阻影响的方法

保持电极表面尽可能清洁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影响静电除尘器效率的因素除尘器结构的影响集尘极面积集尘极面积越大，被捕集的机会大增，除尘效率提高比集尘面积（A/Q）：A/Q值大，除尘效率高集尘极与电晕极之间距离气流速度一定的情况下，极间距越小，颗粒在一定趋进速度下向极板移动的时间越短，越易被捕集过小的板间距易造成二次飞扬影响静电除尘器效率的因素操作参数的影响场强电晕功率除尘效率随电场强度及电晕功率的增大而提高影响静电除尘器效率的因素气流速度与分布的影响气流速度过高，降低效率（二次飞扬，振打清灰时落下尘粒被卷走）一般断面风速0.6－1.5m/s气流分布均匀性影响很大

选型和设计电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法

参数符号取值范围板间距S23～28cm驱进速度ω3～18cm/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选型和设计电除尘器的选型设计1.收集有关资料废气流量、温度、含水率；颗粒粒径、密度、比电阻；设备安装空间等2.确定粉尘有效驱进速度影响粉尘驱进速度的因素很多，主要有结构形式与运行条件。3.确定除尘效率按废气进口含尘浓度及出口允许排放浓度确定，同时考虑技术经济方面的影响。4.确定集尘集板面积根据德意希方程计算积