颗粒物污染控制技术

颗粒物污染控制技术第一页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器(卧板式外形)第二页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器第三页，共五十四页，2022年，8月28日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第四页，共五十四页，2022年，8月28日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第五页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器的工作原理（续）高压电场Source:第六页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器的工作原理（续）第七页，共五十四页，2022年，8月28日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第八页，共五十四页，2022年，8月28日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第九页，共五十四页，2022年，8月28日电晕放电第十页，共五十四页，2022年，8月28日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，0.5<m<1.0

在r=a时（电晕电极表面上），起始电晕电压第十一页，共五十四页，2022年，8月28日电晕放电

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第十二页，共五十四页，2022年，8月28日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

电压的波形

第十三页，共五十四页，2022年，8月28日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。第十四页，共五十四页，2022年，8月28日电场荷电粒子荷电电荷累积粒子场强增加没有气体分子能够到达粒子表面，电荷饱和第十五页，共五十四页，2022年，8月28日电场荷电粒子获得的饱和电荷

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第十六页，共五十四页，2022年，8月28日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

第十七页，共五十四页，2022年，8月28日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，与实验值基本一致第十八页，共五十四页，2022年，8月28日电场荷电和扩散荷电的综合作用例题

利用下列数据，决定电场和扩散荷电综合作用下粒子荷电量随时间的变化。已知ε＝5，E0＝3×106V/m，T＝300K，N=2×1015离子/m3，=467m/s，dp＝0.1，0.5和1.0μm。解：由方程

（6-31）得电场荷电的饱和电荷

由方程

（6-32）可以计算扩散荷电过程的荷电量随时间的变化那么

第十九页，共五十四页，2022年，8月28日电场荷电和扩散荷电的综合作用例题（续）粒子荷电量随时间和粒径的变化

第二十页，共五十四页，2022年，8月28日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

第二十一页，共五十四页，2022年，8月28日荷电粒子的运动和捕集驱进速度

力平衡关系:t＝0时，＝0，则:最终得：第二十二页，共五十四页，2022年，8月28日驱进速度驱进速度

:e的指数项是一个很大的数值。例如，密度为1g/cm3、直径为10μm的球状粉尘粒子，在空气中有:若t>10－2s，完全可以忽略不计所以，驱进速度:第二十三页，共五十四页，2022年，8月28日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，与粒径成正比第二十四页，共五十四页，2022年，8月28日捕集效率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

第二十五页，共五十四页，2022年，8月28日捕集效率dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为由dt＝dx/u积分最终得第二十六页，共五十四页，2022年，8月28日捕集效率捕集效率随粒径的变化第二十七页，共五十四页，2022年，8月28日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表示第二十八页，共五十四页，2022年，8月28日有效驱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第二十九页，共五十四页，2022年，8月28日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第三十页，共五十四页，2022年，8月28日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

第三十一页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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以上第三十二页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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

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.芒刺线第三十三页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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

第三十四页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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，造价低第三十五页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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第三十六页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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以上通常高压供电设备的输出峰值电压为70～l00kV，电流为10～2000mA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第三十七页，共五十四页，2022年，8月28日高压供电设备(续)电压等级

窄极距：70KV以下；宽极距：70KV以上。高压整流变压器位置控制方式恒电压控制方式；恒电流控制方式工业电除尘器对高压供电设备的一般要求

输出峰值电压、电流应满足电场的需要；含有多重信号反馈回路，能够将电压、电流限制在一定水平上；设备运行稳定，能有效地控制电晕放电的火花率。确定高压供电设备机组数目的原则

保证除尘效率高减少投资。第三十八页，共五十四页，2022年，8月28日高压绝缘电晕电极线的绝缘可用多个（一般为四个，根据电压高低决定）高压瓷绝缘子悬挂结构，下端通过框架相连，避免摆动。直接与电晕电极线连接的绝缘子应避免放在粉尘浓度高的区域。当烟气水分较高时，高压瓷绝缘子的悬挂采用箱式结构（称为绝缘子室），并设置加热装置，以防止烟气结露。高压电引线放在除尘器上部，并用聚四氟乙烯套管和平板固定。穿墙绝缘子第三十九页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－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%。第四十页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器结构－气流分布板气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV第四十一页，共五十四页，2022年，8月28日粉尘比电阻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

第四十二页，共五十四页，2022年，8月28日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.水泥窑粉尘第四十三页，共五十四页，2022年，8月28日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，产生明显反电晕第四十四页，共五十四页，2022年，8月28日粉尘比电阻粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响

第四十五页，共五十四页，2022年，8月28日粉尘比电阻粉尘比电阻对有效驱进速度的影响

第四十六页，共五十四页，2022年，8月28日粉尘比电阻粉尘比电阻对场强分布的影响

第四十七页，共五十四页，2022年，8月28日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发展新型电除尘器

第四十八页，共五十四页，2022年，8月28日烟气调质S含量对粉尘比电阻的影响Log10resistivity,Ω‧cm第四十九页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器的选择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第五十页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器的选择和设计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ωe按德意希方程求得比集尘表面积A/Q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，除尘器的长高比至少要1.0～1.5。第五十一页，共五十四页，2022年，8月28日电除尘器的选择和设计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气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场