2023学年完整公开课版电除尘器

电除尘器一、电除尘器的分类二、电除尘器的工作原理三、电除尘器的结构四、电除尘器的故障及处理一、电除尘器的分类电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘器上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。一、电除尘器的分类电除尘器分类按收尘极形式、气体运动方向、清灰方式、收尘区域、极间距、温度、压力等分类方法。按收尘的形式可分为管筒式电除尘器与平板式电除尘器。按气体在电场内的运动方向可分为立式电除尘器和卧式电除尘器。按电极的清灰方式可分为干式电除尘器和湿式电除尘器。按粉尘荷电和收尘区域可分为单区和双区。按极板间距（通道宽度）分为窄间距电除尘器、常规（普通）间距电除尘器和宽间距电除尘器。按处理气体的温度分为常温型（≤300℃）电除尘器和高温型（300~400℃）电除尘器。按处理的气体压力分为常压型（≤10000Pa）电除尘器和高压型（10000~60000Pa）电除尘器。静电除尘器干式静电除尘器管式静电除尘器卧式静电除尘器板式静电除尘器立式静电除尘器湿式静电除尘器以上分类关系可以用下图表示。电除尘器的优点是：（1）压力损失小，一般为200~500Pa；（2）处理烟气量大，可达105~106m3/h；（3）能耗低，大约0.2~0.4kWh/(1000m3)；（4）对细粉尘有很高的捕集效率，可提高99%；（5）可在高温或强腐蚀性气体下操作。在收集细粉尘的场合，电除尘器是主要的除尘装置之一。二、电除尘器的工作原理2.1粉尘分离过程2.2气体的电离2.3气体导电过程2.4尘粒的荷电2.5荷电尘粒的运动2.6尘粒的捕集2.7被捕集尘粒的清除2.8粉尘排出2.1粉尘分离过程电除尘器的种类和结构形式很多，但都基于相同的工作原理。图2-1是管极式电除尘器工作原理示意图。接地的金属管叫做收尘极（或集尘极），它和置于圆管中心，靠重锤张紧的放电极（或称电晕线）构成管极式电除尘器。工作时含尘气体从除尘器下部进入，向上通过一个足于使气体电离的静电场，产生大量的正负离子和电子并使粉尘荷电，荷电粉尘在电场力的作用下向集尘极运动并在收尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当收尘极上的粉尘达到一定厚度时，通过清灰机构使灰尘落入灰斗中排出。图2-1管极式电除尘器工作原理示意静电除尘的工作原理包括下述几个步骤（见图2-2）：图2-2静电除尘基本过程除尘器供电电场产生；电子电荷的产生，气体电离；电子电荷传递给粉尘微粒，尘粒荷电；电场中带电粉尘微粒移向收尘电极，尘粒驱进；带电粉尘微粒黏附于收集电极的表面，尘粒黏附；从收集电极清除粉尘层，振打清灰；清除的粉尘层降落在灰斗中；从灰斗中清除粉尘，用输排装置运出。空气在外力作用下才能电离，当气体分子获得能量时就可能使气体分子中的电子脱离而成为自由电子，这些电子成为输送电流的媒介，此时气体就具有导电的能力。使气体具有导电能力的过程称之为气体的电离。如图2-3所示。由于气体电离所形成的电子和正离子在电场作用下朝相反的方向运动，于是形成电流，此时的气体就导电了，从而失去了气体通常状态下的绝缘性能。气体的电离可分为两类，即自发性电离和非自发性电离。气体的非自发性电离是在外界能量作用下产生的，气体中的电子和阴、阳离子发生的运动，形成了电晕电流。2.2气体的电离图2-3碰撞电离

2.3气体导电过程气体导电过程可用图2-4中的曲线来描述。在AB阶段，气体导电仅借助于大气中所存在的少量自由电子。在BC阶段，电压虽升高到C’但电流并不增加，此时使全部电子获得足够的动能，以便碰撞气体中的中性分子。当电压高于C’点时，由于气体中的电子已获得的能量足以使与之发生碰撞的气体中性分子电离，结果在气体中开始产生新的离子并开始由气体离子传送电流，故C’点的电压就是开始电离的电压，通常称为临界电离电压。电子与气体中性分子碰撞时，将其外围的电子冲击出来使其成为阳离子，而被冲击出来的自由电子又与其他中性分子结合而成为阴离子。由于阴离子的迁移率比阳离子的迁移率大，因此在CD阶段的二次电离，称为无声自发放电。图2-4气体导电过程的曲线E’电压电离电流D’C’B’EDCBA当电压继续升高到C’点时，不仅迁移率较大的阴离子能与中性分子发生碰撞电离，较小的阳离子也因获得足够能量与中性分子碰撞使之电离。因此在电场中连续不断地生成大量的新离子，在此阶段，在放电极周围的电离区，可以在黑暗中观察到一连串淡蓝色的光点或光环，或延伸成刷毛状，并伴随着可听到的“咝咝”响声。这种光点或光环被称为电晕。在CE阶段称为电晕放电阶段，达到产生电晕阶段的碰撞电离过程，称为电晕电离过程。此时通过气体的电流称为电晕电流，开始发生电晕时的电压（即D’点的电压）称为临界电晕电压。静电除尘也就是利用两极间的电晕放电而工作的。如电极间的电压继续升到E’点，则由于电晕范围扩大，致使电极之间可能产生剧烈的火花，甚至产生电弧。此时，电极间的介质全部产生电击穿现象，E’点的电压称为火花放电电压，或称为弧光放电电压。火花放电的特性是使电压急剧下降，同时在极短的时间内通过大量的电流，从而使电除尘停止工作。根据电极的极性不同，电晕有阴电晕和阳电晕之分。当电晕极与高压直流电源的阴极连接时，就产生阴电晕。当电晕极与高压直流电源的阳极连接时，就产生阳极电晕。阳电晕的外观在电晕极表面被比较光滑均匀的蓝白色亮光包着，这证明这种电离过程具有扩散性质。收尘空间颗粒荷电是静电除尘过程中最基本的过程，在电除尘器的电场中。尘粒的荷电机理基本有两种：一种是电场中离子的吸附荷电，这种荷电机理通常称为电场荷电或碰撞荷电；另一种则是由于离子扩散现象的荷电过程，通常这种荷电过程为扩散荷电。尘粒的荷电量与尘粒的粒径、电场强度和停留时间等因素有关。就大多数实际应用的工业电除尘器所捕集的尘粒范围而言，电场荷电更为重要。2.4尘粒的荷电2.5荷电尘粒的运动粉尘荷电后，在电场的作用下，带有不同极性电荷的尘粒，则分别向极性相反的电极运动，并沉积在电极上。工业电除尘多采用负电晕，在电晕区内少量带正电的尘粒沉积到电晕极上，而电晕外区的大量尘粒带负电荷，因而向收尘极运动。处于收尘极和电晕极之间荷电尘粒，受到四种力的作用，其运动服从于牛顿定律，这四种力为：尘粒的重力：Fg=mg电场作用在荷电尘粒上的静电力：Fc=EcqPS惯性力：尘粒运动时介质的阻力（黏滞力），服从斯托克斯定律Fc=6πaηɯ式中，g为重力加速度，m/g2；Ec为电场强度；qPS为尘粒的饱和荷电量，C；η为介质的黏度系数，V/m；a为尘粒的粒径，m；ɯ为荷电尘粒的趋近速度，m/s。2.6尘粒的捕集在电除尘器中，荷电极性不同的尘粉在电场力的作用下分别向不同极性的电极运动。在电晕区和靠近电晕区很近的一部分荷电尘粒与电晕极的极性相反，于是就沉积在电晕极上。电晕区范围小，捕集数量也小。而电晕外区的尘粒，绝大部分带有电晕极极性相同的电荷，所以，当这些电荷尘粒接近收尘极表面时，在极板上沉积而易被捕集。尘粒的捕集与许多因素相关，如尘粒的比电阻、介电常数和密度，气体的流速、温度、电场的伏-安特性，以及收尘极的表面状态等。尘粒在电场中的运动轨迹，主要取决于气流状态和电场的综合影响，气流的状态和性质是确定尘粒被捕集的基础。2.7被捕集尘粒的清除为了保持电除尘器持续运行，应及时清除沉积的粉尘。收尘极清灰方法有湿式、干式和声波三种方法。湿式电除尘器中，收尘极板表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上随水膜流下。湿法清灰的优点是无二次扬尘，同时可净化部分有害气体；缺点是腐蚀结垢问题较严重，污水需要处理。干式电除尘器由机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰。干式振打清灰需要合适的振打强度。声波清灰对电晕极和收尘极都较好，但能耗较大的声波清灰机，理论研究落后于应用实践。2.8粉尘排出粉尘落入电除尘器灰斗后，要靠输排灰装置把粉尘从灰斗中排出来。为使粉尘顺利排出，必须在灰斗上装振打电极和卸灰阀门。用振打电极松动粉尘，用卸灰阀排出粉尘并配套输灰装置运走。三、电除尘器的结构

3.1除尘器类型3.2电晕电极3.3集尘器3.4高压供电设备3.5气流分布板电除尘器外部结构3.1除尘器类型电除尘器分为单区和双区(图3-1)，双区电除尘器主要用在通风空气的净化和某些轻工业部门，为控制各种工艺尾气和燃烧烟气行业，则主要应用单区电除尘器。单区电除尘器的两种主要形式为管式和板式。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。图3-1单区和双区电除尘器示意图3.2电晕电极电晕电极形式很多，目前常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等，其形状如图3-2所示。电晕线固定方式有两种：一种为重锤悬吊式(图3-3)，重锤重量10kg；另一种为管框绷线式(图3-4)。对电晕线的一般要求是：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极间距离以及易清灰等。图3-2常用电晕极形状a.圆形线；b.星形线；c.锯齿线；d.芒刺线图3-3重锤悬吊式电晕极示意图图3-4管框绷线式电晕极示意图3.3集尘器小型管式电除尘器的集尘极为直径约15cm、长3m左右的管，大型的直径可加大到40cm，长6m。每个除尘器所含集尘管数目少则几个，多则可达100个以上。板式电除尘器的集尘板垂直安装，电晕极置于相邻的两板之间。集尘极长一般为10~20m、高10~15m，板间距0.2~0.4m，处理气量1000m3/s以上，效率高达99.5％的大型电除尘器含有上百对极板。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；(1)振打时粉尘的二次扬起少；(2)单位焦尘面积消耗金属量低；(3)极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形；(4)振打时易于清灰，造价低。集尘极结构形式很多，常用的几种形式见图3-5。极板两侧通常设有沟槽和挡板，既能加强极板的刚性，又能防止气流直接冲刷极板的表面，从而减少了二次扬尘。图3-5常用板式除尘器电极排列示意图3.4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。为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，希望工作寿命在20年之上。通常高压供电设备的输出峰值电压为70~100kV，电流为100~2000mA。为使电除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或更多的供电机组。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。但是增加供电机组数和增加电场分组数，必然增加投资。因此电场分组数的确定必须考虑保证效率和减少投资两方面团素。3.5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，为了减少涡流，保证气流分布均勺，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、多孔板分相格子、槽形钢式和栏杆型分布板等，而以多孔板使用最为广泛。通常采用厚度为3~3.5mm的钢板。孔径为30~50mm，分布板层数为2~3层。开孔率需要通过试验确定。电除尘器正式投入运行前，必须进行测试、调整、检查气流分布是否均匀，对气流分布的具体要求是：

(1)任何—点的流速不得超过该断面平均流速的±40％；(2)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％。图3-6给出了因流速分布不均匀导致的电除尘器通过率增大的校正系数FV。气流均匀分布时，除尘器的通过率为P0；气流分布不均匀时，通过率约为P0FV。图3-6气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数四、电除尘器的故障及处理4.1负载短路(1)现象二次工作电流大，二次电压升不高，甚至接近于零，报警器鸣笛，并在显示屏上出现“LOADSHORT”(负载短路)报警信号。此时应迅速按复位键，使电压、电流回零，再按停运键，而后切断电源。(2)原因①除尘器下部灰斗存灰太多

，煤灰堆积至阴极框架甚至极板

，导致阴阳两极连通而短路。这种情况主要是输灰系统出现故障，影响了煤灰的输出，导致大量堆积。

②阴极线断线，线头搭在阳极板上，导致短路。电晕极振打装置的绝缘轴结露被击穿

，或支承绝缘子受潮积灰引起短路。③高压穿墙瓷瓶、高压套管罩内壁受潮结露

，造成短路。(3)处理对策及预防措施①加强灰斗内煤灰的输出，准备好输灰系统设备的备品备件，一旦有设备故障，及时消除，保证输灰的正常进行，确保灰斗内不大量积灰。而且灰斗内积灰太多，会使阳极板和阴极框架无法自由伸缩膨胀而受阻弯曲变形，影响电场的正常工作。②电晕极振打装置的绝缘轴和支承绝缘子要用抹布擦拭干净

，无积灰与露水痕迹

，保持洁净光滑。上部挡风板要密封良好

，有裂缝等应及时处理

，防止雨水或潮气进入保温箱。③设备投运前约4h，启动电加热器进行加热驱潮

，使保温箱内温度达到烟气露点温度以上，防止因积灰受潮引起短路。不要在烟气露点温度以下时就启动电场，避免击穿短路。④高压隔离开关柜的柜门应关闭锁好

，防止雨水或潮气进入。检修时把高压穿墙瓷瓶和高压套管擦拭干净

，防止击穿或对地短路。4.2保温箱电加热器损坏(1)现象在控制柜的各保温箱温度显示屏上

，电加热器工作状态显示“OFF”，但温度指示低于所设定的温度范围

，电加热吸合开关为断开状态，电加热器电源自动切断，重新投运后又跳闸，无法投用。(2)原因①保温箱内电加热器的电源接线烧断或短路

，致使加热器无法工作。

②电加热器因本身质量问题或积灰过多，并持续在高温环境中工作而发生断裂、损坏。③线路存在短路、断路、接触不良等问题。(3)处理对策及预防措施利用停运检查机会查看电加热器是否完好；电加热器的接线是否牢固；电源控制柜内的电源开关、加热器吸合开关及电气接线完好，无短路、断路和接触不良等现象。4.3二次电压高,二次电流低且波动(1)现象

在电场控制柜的电压电流指示仪上

，一次电压电流基本正常或稍低

，二次电压较正常值高

，二次电流明显偏低；数值显示屏上显示的二次电流不仅偏低而且波动。

(2)原因①除尘器的振打装置未投用或振打设置不当。振打器振打强度或频率过高

，会导致极板极线上的灰难以脱落或粉尘二次飞扬。这是因为电极上的粉尘没有形成易脱落的较大片状或块状

，而是成为分散的单个粒子或较小的颗粒聚合体，不容易靠重力作用下落至下部灰斗，而是被气流重新夹带至后部电场，即成为粉尘的二次飞扬

，相当于增大了粉尘浓度，而且会导致阴极线放电效果不理想。②振打器参数设置存在问题,导致只有部分振打器工作,致使没有振打的阳极板与阴极