大气污染的第四章

大气污染的第四章第1页，共77页，2023年，2月20日，星期一§2电除尘器旋风除尘器对于

dp<5μm的粒子处理效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子

利用高压电场使尘粒荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中去除的装置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具有耗能小、气流阻力小的特点第2页，共77页，2023年，2月20日，星期一

电除尘器外观图卧式立式第3页，共77页，2023年，2月20日，星期一电除尘器第4页，共77页，2023年，2月20日，星期一第5页，共77页，2023年，2月20日，星期一Dust-collectionplateLHigh–voltagewireforcoronadischargeCleangashDirtygasCoronadischargealongthelengthofwireCollecteddustonplateDustremovedfromplatestohoppers2H

集尘板烟气清洁气体电晕线长度收集在集尘板上的尘第6页，共77页，2023年，2月20日，星期一

电除尘器第7页，共77页，2023年，2月20日，星期一电除尘器烟道气烟道气详图：严密的放电极收集的粉尘风板的距离清洁气体第8页，共77页，2023年，2月20日，星期一第9页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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第10页，共77页，2023年，2月20日，星期一

一、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11页，共77页，2023年，2月20日，星期一

一、电除尘器的工作原理静电极第12页，共77页，2023年，2月20日，星期一第13页，共77页，2023年，2月20日，星期一

一、电除尘器的工作原理第14页，共77页，2023年，2月20日，星期一

一、电除尘器的工作原理（续）单区和双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器含尘气体清洁气体集尘板（+）电晕线(一)粒子荷电和放电在同一个电场中进行荷电段集尘段电晕线集尘板（-）高压板（+）第15页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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

三步曲一、电除尘器的工作原理示意图：第16页，共77页，2023年，2月20日，星期一

二、电晕放电1.电晕放电机理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17页，共77页，2023年，2月20日，星期一

二、电晕放电

（续）第18页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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，0.5<m<1.0对于清洁的光滑圆线m=1实际可取0.6～0.7r----距电晕线中心的距离a---电晕线半径B---管式电除尘器的半径V---施加于电晕线与集电极之间的电压第19页，共77页，2023年，2月20日，星期一二、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在r=a时（电晕电极表面上），起始电晕电压：=T0P/TP0P0、T0为标况下的大气压（1atm）和温度（298K）；

T、P为运行状况的温度和空气压力；可见，起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕所需要的电压越小。第20页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.起始电晕电压---开始产生电晕电流所施加的电压板式电除尘器：式中：c——两个电晕极之间的半径，m；a——电晕极半径，m；b——电晕极到集尘极的距离。二、电晕放电（续）第21页，共77页，2023年，2月20日，星期一

二、电晕放电（续）

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22页，共77页，2023年，2月20日，星期一二、

电晕放电（续）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23页，共77页，2023年，2月20日，星期一

三、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对于dР﹥0.5m的微粒，以电场荷电为主对于dР﹤0.5m的微粒，以扩散荷电为主对于粒径介于0.15～0.5m之间的粒子，则需要同时考虑这两种过程。第24页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.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（1）荷电量的计算第25页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.电场荷电（续）粒子获得的饱和电荷

（2）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26页，共77页，2023年，2月20日，星期一

2.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27页，共77页，2023年，2月20日，星期一3.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28页，共77页，2023年，2月20日，星期一3.电场荷电和扩散荷电的综合作用【例6-5】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29页，共77页，2023年，2月20日，星期一3.电场荷电和扩散荷电的综合作用【例6-5】（续）粒子荷电量随时间和粒径的变化

第30页，共77页，2023年，2月20日，星期一4.异常荷电现象

（1）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,通常当高比电阻高于2×1010Ωm时，较易发生火花放电或反电晕，破坏正常电晕过程（2）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，使尘粒不能获得足够的电荷（3）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31页，共77页，2023年，2月20日，星期一四、荷电粒子的运动和捕集

1.驱进速度

力平衡关系t＝0时，＝0，则最终得第32页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.驱进速度

在所有的电除尘器中，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（电场力与空气阻力达到平衡）第33页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.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34页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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

第35页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.捕集效率一德意希公式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36页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.捕集效率一德意希公式捕集效率随粒径的变化第37页，共77页，2023年，2月20日，星期一3.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ωe=0.2—2m/sK—指数，一般取0.5第38页，共77页，2023年，2月20日，星期一

3.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39页，共77页，2023年，2月20日，星期一

五、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40页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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41页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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。请问：影响振打力度的主要因素有哪些。锤臂长、捶重、材质等第42页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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43页，共77页，2023年，2月20日，星期一

2.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44页，共77页，2023年，2月20日，星期一电晕极示意图第45页，共77页，2023年，2月20日，星期一

2.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46页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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47页，共77页，2023年，2月20日，星期一3.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48页，共77页，2023年，2月20日，星期一

集尘极形式第49页，共77页，2023年，2月20日，星期一

核心部件图第50页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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第51页，共77页，2023年，2月20日，星期一

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

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52页，共77页，2023年，2月20日，星期一5.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53页，共77页，2023年，2月20日，星期一七、粉尘比电阻比电阻各种物质的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比，并和温度有关：

Rs——比电阻；

L——长度；A——横截面积。定义：一种物质的比电阻是其长度和横截面积各为一单位时的电阻，比电阻的倒数称为电阻率。第54页，共77页，2023年，2月20日，星期一1.粉尘的导电性工业粉尘导电方式有两种:本体导电：取决于粉尘和气体的温度及组成。在高温时（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：在较低温度下，气体中存在的水分或其它化学调节剂被尘粒表面吸附，因而导电主要是沿尘粒表面所吸附的水分和化学膜进行的，在导电沿尘粒表面进行的温度范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻。沉积在集尘电极上的灰尘的比电阻对电除尘器能否有效地运行有显著的影响：第55页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.粉尘的导电性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103--104Ω·cm--2×1010Ω·cm。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，通常称为高比电阻粉尘。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56页，共77页，2023年，2月20日，星期一（1）比电阻过低如果灰尘的比电阻小于103--104Ω·cm，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。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。解决途径：采取在电除尘气后面串联旋风除尘器的办法来解决。第57页，共77页，2023年，2月20日，星期一j-+V

比电阻过高时模拟电路图（2）比电阻过高当灰尘的比电阻超过1010Ω·cm，电除尘器的性能就随着比电阻的增加而下降。主要是由于比电阻过高，容易形成反电晕现象，使电除尘器的效率降低。第58页，共77页，2023年，2月20日，星期一

1.粉尘的导电性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59页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.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，产生明显反电晕第60页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.高比电阻粉尘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

第61页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.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

第62页，共77页，2023年，2月20日，星期一2.高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响粉尘比电阻对场强分布的影响

第63页，共77页，2023年，2月20日，星期一

3.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64页，共77页，2023年，2月20日，星期一烟气调质S含量对粉尘比电阻的影响Log10resistivity,Ω‧cm3.克服高比电阻影响的方法第65页，共77页，2023年，2月20日，星期一

4.电除尘器分类按清灰方式分类干式、湿式、半干式按气流运动方向分类立式、卧式按集尘极形式分类管式、板式按两极配置方式分类单区、双区按电除尘原理的应用不同进行分类静电复合式电除尘器敞开式电除尘器

第66页，共77页，2023年，2月20日，星期一5.电除尘器的安装、调试与运行维护（1）电除尘器的安装①安装要求②安装程序③注意事项：A、进、出口安装温度计B、安装一氧化碳检测装置（2）电除尘器的调试1、调试部分A、本体调试构件安装、气量测定、分布装置检查、清灰装置检查等B、供电装置调试C、整体电除尘系统调试（3）电除尘器的运行维护A、本体维护B、供电装置维护第67页，共77页，2023年，2月20日，星期一八、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68页，共77页，2023年，2月20日，星期一八、电除尘器的选择和设计1.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/Q2.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69页，共77页，2023年，2月20日，星期一八、电除尘器的选择和设计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4.气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，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第70页，共77页，2023年，2月20日，星期一八、电除尘器的选择和设计电除尘器的辅助设计因素

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第71页，共77页，2023年，2月20日，星期一

电除尘器的选择设计和应用小结1．

电除尘的选择①

烟尘和烟气的来源和生产过程；②

烟尘粒度大小的分布；③

烟尘浓度；④

烟尘成分和结构；⑤

现场实际的烟尘比电阻；⑥

总烟量；⑦

烟气的压力、温度和成分；⑧

烟气和烟尘的腐蚀性。2．电除尘的设计（1）收集资料（2）确定有效驱进速度（3）集尘极板面积（4）其它辅助设计内容第72页，共77页，2023年，2月20日，星期一

（1）收集资料根据以上各节的讨论，可以归纳选择和设计除尘器时的主要参数。①

要求的除尘效率或除尘的进出口含尘浓度，；②