第3章 颗粒污染物控制技术与设备

第3章颗粒污染物控制技术与设备本章主要介绍颗粒污染物的控制方法与控制设备。通过学习，重点掌握各类除尘器的工作原理、结构性能、适用条件及运行维护。培养处理各种含尘气体的技能及解决废气净化工艺过程中易出现问题的能力。学习指南：除尘器按其除尘机理和结构，可分为如下四大类：1.机械式除尘器2.湿式除尘器3.过滤式除尘器4.静电除尘器除了应用以上原理外还可以利用声波、磁力、泳力、冷凝、蒸发、凝聚等来去除粉尘和净化气体。3.3静电除尘器静电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子(尘粒或液滴)的装置。简称电除尘器（ESP）。3.3.1静电除尘的原理1.电晕放电2.尘粒的荷电静电除尘器实质上是由两个极性相反的电极组成的，其中一个是表面曲率很大的线状电极，即电晕极；另一个是管状或板状电极，即集尘极。一般情况下，电晕极接高压直流电源的负极，集尘极接高压直流电源的正极，两极之间形成高压电场。电极间的空气离子在电场的作用下，向电极移动，形成电流。当电压升高到一定值时，电晕极表面出现青紫色光晕，并发出嘶嘶声，大量的电子从电晕线不断逸出，这种现象称为电晕放电。尘粒的荷电机理有两种，一种是电场荷电，另一种是扩散荷电。电场荷电是指电晕电场中的电子在电场力的作用下作定向运动，与尘粒碰撞后使尘粒荷电的方式。扩散荷电是指电子由于热运动与粉尘颗粒表面接触，使粉尘荷电的方式3.荷电尘粒的迁移和捕集在电晕区内，荷正电的极少数尘粒子沉降在电极上。在负离子区内，大量荷负电的粉尘颗粒在电场力的驱动下向集尘极运动，到达极板失去电荷后便沉降在集尘极上。粉尘种类驱进速度/(m/s)锅炉飞灰水泥铁矿烧结灰尘氧化亚铁焦油石英石v0.08～0.1220.09450.06～0.200.07～0.220.08～0.230.03～0.055粉尘种类驱进速度/(m/s)镁砂氧化锌氧化铅石膏氧化铝熟料氧化铝0.0470.040.040.1950.130.0844.被捕集粉尘的清除集尘极表面的灰尘沉积到一定厚度后，为了防止粉尘重新进入气流，需要将其除去，使其落入到灰斗中。比电阻大的粉尘还容易出现反电晕，影响除尘效率，因此必须及时清灰。

电晕极的清灰一般采用机械振动的方式。集尘极清灰方法在干式和湿式除尘器中是不同的。3.3.2除尘效率的影响因素影响静电除尘效率的主要因素有粉尘特性、烟气特性、结构因素和操作因素等。1.粉尘特性2.烟气特性粉尘特性主要包括粉尘的粒径分布、真密度、堆积密度、黏附性和比电阻等，其中最主要的是粉尘的比电阻。

影响粉尘比电阻因素很多，但最主要的是气体的温度和湿度。烟气的特性主要包括烟气温度、压力、成份、湿度、含尘浓度、断面气流速度和分布等。3.结构因素主要包括电晕线的几何形状、直径、数量和线间距；收尘极的形式、极板断面形状、极间距、极板面积、电场数、电场长度；供电方式、振打方式（方向、强度、周期）、气流分布装置、外壳严密程度、灰斗形式和出灰口锁风装置等。最重要的结构因素为极间距，一般要求极间距要距离合适，保持均匀。4.操作因素为保证其高效率，必须使供电功率高、供电压力大，供电电流稳定。供电压力大小一般通过控制火花频率来实现，一般要求最佳火花频率在30～150次/min。由于随着集尘极和电晕极上堆积粉尘厚度的不断增加，运行电压会逐渐下降，使除尘效率降低。因此，必须通过清灰装置使粉尘剥落下来，以保持较高的除尘效率。①气体的温度和湿度②含尘浓度③除尘器断面气流速度④断面气流分布3.3静电除尘器3.3.3静电除尘器的结构和主要部件1.静电除尘器的结构形式（1）管式和板式电除尘器（2）立式和卧电除尘器（3）单区和双区电除尘器（4）干式和湿式电除尘器管式电除尘器板式电除尘器立式电除尘器通常做成管式，垂直安装。立式电除尘器，能使含尘气流在自下而上流动过程中完成净化过程。立式电除尘器的优点是占地面积小，在高度较高时，可以将净化后的烟气直接排入大气而不另设烟囱，但检修不如卧式方便。在单区电除尘器中，集尘极和电晕极都装在同一区域内。在双区电除尘器内，集尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同的区域内。干式电除尘器，它是通过振打的方式使电极上的积尘落入灰斗中，含尘气体的电离、粒子荷电、集尘及振打清灰等过程，均是在干燥状态下完成的。湿式电除尘器是采用溢流或均匀喷雾的方式使集尘极表面经常保持一层水膜，用以清除被捕集的粉尘。3.3静电除尘器2.静电除尘器的主要部件（1）电晕电极电晕电极包括电晕线、电晕极框架吊杆及支撑套管、电晕极振打装置。电晕电极的形式（2）集尘极集尘极板的形式有平板形、Z形、C形、波浪形、曲折形等。（3）清灰装置（4）气流分布装置（5）除尘器外壳（6）供电装置3.3静电除尘器3.3.4静电除尘器的选型1.静电除尘器性能参数的确定主要是根据需要处理的含尘气体流量和净化要求，确定集尘极面积、电场断面面积、电场长度、集尘极和电晕极的数量和尺寸等。静电除尘器有平板形和圆筒形，对于平板形静电除尘器的有关选择和设计计算如下：2.电除尘器的选择静电除尘器的形式和工艺配置，一般根据处理含尘气体的性质及处理要求来决定，其中最重要的因素是粉尘比电阻。集尘极面积A—集尘极面积,m2；Q—处理气体流量，m3/s；η—集尘效率；—微粒的有效趋进速度，m/s电场断面面积F—电场断面面积，m2；Q—处理气体流量，m3/s；

—除尘器断面气流速度，m/sF=Q/u集尘室的通道个数b—集尘极间距，m；h—集尘极高度，m；Q—气体流量，m3/sn=Q/bhμ电场长度L—集尘极沿气流方向的长度，m；h—电场高度，m；工作电压：根据实际需要，工作电压一般取60～72kV。

工作电流：一般在100～300mA3.3静电除尘器1.正常运行应做好下列监测与检查工作：3.3.5静电除尘器的运行与维护管理（1）应监视控制柜、盘等表针，指示灯，信号报警装置等有无异常，显示是否正常；（2）对槽型板振打装置每班至少振打一次；（3）每班班中和交接班时对设备进行定期巡回检查，做好记录；（4）发生故障时，应按运行规程规定进行处理，对发现的缺陷，应及时填写记录，通知检修人员，及时消除；（5）正常运行中发生电场内的振打系统故障，又因故不能停炉处理，一般应停止该电场运行。3.3静电除尘器2.静电除尘器的维护管理（1）维护3）若除尘器工作3个月以上，则应利用停车机会对除尘器内部构件进行检查维护，其维护内容如下。1）每周对保温箱内进行一次清扫。②检查两极间距分布板的情况③检查极板板面的积灰情况④检查电晕线的挂灰程度⑤检查极板的锈蚀情况⑥检查两极振打装置（4）每周检查一次排灰装置的运行情况，每半年更换一次减速器的润滑油。2）每周应检查一次各振打传动装置的减速器油位，并适当补充润滑油。（5）每两个月对电缆头、低压控制柜、支座瓷瓶进行一次清扫。（6）每一年检查一次除尘器壳体、检查门等处与地线的连接情况，必须保证其电阻值小于4Ω。（7）每周检查一次电晕极振打的传动装置（8）检查每个电场收尘极振打装置的振打周期，并根据极板板面的积灰情况进行调节。（9）每半年检查一次除尘器保温层，如果发现破损，应及时修理，记录烟气温度和壳体保温层外壁的温度值。（10）每年测定一次除尘器进、出口处的烟气量、含尘浓度和压力降，从而分析除尘器性能的变化。（11）除尘器应备有零件的备件3.3静电除尘器2.静电除尘器的维护管理（2）管理1）专业化管理2）制定必要的规章制度3）加强正常运行中的运行和检修管理工作4）严格遵守运行中的定期工作制度和管理制度5）加强运行维护管理人员的培训3.3静电除尘器某钢铁厂年产钢铁647万吨，其炼铁分厂由原料车间、烧结车间和炼铁车间组成。烧结车间有2台450m2鲁奇型烧结机，年产烧结矿980万吨。生产的主要原料是铁精矿粉、焦粉、石灰石、蛇纹石、生石灰、硅砂等。1.污染源状况废气主要来自烧结机头部、尾部、冷却机给排矿部、运输机以及一些扬尘点。烧结机尾气系统废气中的有害物主要是粉尘，其平均粒径为40～90μm，容积密度1.0～2.0g/cm3，真密度3.6～4.7g/cm3，含尘密度5～15g/m3（标况）。2.工艺流程烧结机尾气经除尘管道输送到电除尘器净化后，由50m高的烟囱排入大气。电除尘器捕集的粉尘经加湿后，进入配料室的烧结粉槽，作为烧结原料使用。3.设备运行参数电除尘器有效断面积210m2，处理风量1500m3/min，工作电压最大60kV，三个电场，电场风速为1.2m/s，58列气体通路，极板间距300mm，集尘电极CSV型，有效集尘面积16000m2，尺寸480mm×12250mm×1.2mm，电动回转锤式振打清灰装置，一电场的电晕级为扁钢芒刺型，二、三电场为角钢芒刺型，脱钩振打清灰。4.效果该除尘系统投入运转以来，排放浓度均在100mg/m3（标况）以下。当入口浓度4g/m3（标况）左右时，实测效率均在97%以上。3.3.6应用实例5.常见问题烧结机尾气有时产生阵发性的黄色烟尘外逸，使除尘器出现“瞬时超标”的现象，与第三场振打有关；电晕极脱钩振打易出现振打不到位等机械故障，而且结构比摇臂锤式复杂，需要经常调整和维修；刮板运输机易出现故障。3.3静电除尘器1.填空题（1）含尘气体通过高压电场时，通过电晕放电使含尘气流中的尘粒带电，利用电场力使粉尘从气流中分离出来并沉积在电极上。利用静电除尘的设备称为（）。（2）静电除尘的基本原理包括（）、（）、（）、（）等基本过程。（3）静电除尘器的结构形式很多，根据集尘极的形式可以分为（）和（）两种；根据气流的流动方式，分为（）和（）两种；根据粉尘在电除尘器内的荷电方式及分离区域布置的不同，分为（）和（）电除尘器。（4）静电除尘器的结构由除尘器主体、（）和（）组成。除尘器的主体包括（）、（）、（）、（）和（）等。2．简答题（1）静电除尘器有哪些优缺点？（2）简述静电除尘器的除尘机理。（3）试述影响静电除尘器除尘效率的因素。（4）选择电除尘器时应考虑哪些因素？习题3.33.3静电除尘器3．计算题（1）含石膏粉尘废气，流量150000m3/h，含尘浓度67.2g/m3，用电除尘器处理，要求净化后，气体含尘浓度为200mg/m3，试计算电除尘器集尘板面积。（2）利用一板式电除尘器捕集烟气中的粉尘，该除尘器由4块集尘板组成，板高和板长均为3.66m，板间距为0.25m，烟气的体积流量为7200