静电除尘器基础知识

1、电除尘器基础知识介绍Electrostatic Precipitators(ESP),目录,第一章 电除尘器基本知识 第二章 电除尘器的除尘原理 第三章 电除尘器的主要部件与装置,第一章 电除尘器基本知识,早在公元前600年，希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细粒子和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律称为静电学的科学基础，它也是电除尘理论的出发点。 1908年，柯特雷尔发表了他的第一个专利，并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回收了过去很难处理的硫酸雾。后来在他的学生施密特协助下又进行了发展，为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用电除尘，成功地控制空气污染奠定了基础，从二十世纪二十年代到四十年代开始应用

2、于其它工业。,电除尘器是利用电力进行除尘的装置，是净化含尘气体最有效的环保设备之一，广泛应用于电力、冶金、建材、化工等行业。 电除尘器具有以下明显的优点： 除尘效率高：设计合理的电除尘器除尘效率可达到99%以上。 阻力损失小：一般电除尘器的阻力小于294Pa，有的阻力要求更高。 能处理高温烟气：一般电除尘器用于处理250以下的烟气，经特殊设计，可处理350甚至500以上的烟气。 能处理大的烟气量。 能捕集腐蚀性强的物质：采用特殊结构的电除尘器可捕集腐蚀性强的物质。 运行费用低：由于运动部件少，电耗低，正常情况维护工作量小，相应的日常运行费用低。 对不同粒径的粉尘进行分类捕集。,但电除尘器也存在

3、以下缺点： 一次投资大：一台电除尘器少则几十万，多则几百万，甚至上千万。 应用范围受粉尘比电阻的限制： 电除尘器最适合的比电阻范围为10451010（Cm）。 不能捕集有害气体。 对制造、安装和操作水平要求较高。 钢材消耗大。,电除尘器的分类 电除尘器的分类方法很多，主要有以下几种： 按清灰方式分为干式、半湿式、湿式电除尘器及雾状粒子捕集器。 干式电除尘器易产生粉尘二次飞扬。 湿式电除尘器需进行二次处理。 按烟气在电除尘器内的运动方向分为立式和卧式电除尘器。 烟气在电除尘器内自下而上作垂直运动的称为立式电除尘器。 烟气在电除尘器内沿水平方向运动的称为卧式电除尘器。 按电除尘器的形式分为管式和板

4、式电除尘器。 管式电除尘器主要用于处理烟气量小的场合。 板式电除尘器应用广泛。 按收尘板和电晕极的配置分为单区和双区电除尘器。 收尘极与电晕极布置在同一区域内的为单区电除尘器，其应用最为广泛。 收尘极与电晕极布置在两个不同区域内的为双区电除尘器。 按振打方式分为侧部振打和顶部振打电除尘器。 振打清灰装置布置在阴极或阳极的侧部称为侧部振打电除尘器，现应用较多的为挠臂锤振打。兰州、诸暨、西矿、上冶矿等均采用此结构。 振打清灰装置布置在阴极或阳极的顶部称为顶部振打电除尘器。顶部振打多为美式结构，龙净采用此结构。,第二章 电除尘器的除尘原理,电除尘器的基本原理是利用电力捕集烟气中的粉尘，主要包括以下四

5、个复杂又相互有关的物理过程： 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,8,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,电除尘器的工作原理示意图：,9,通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离，由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿，如电晕放电、火花放电及

6、电弧放电。,（一）气体电离和电晕放电,10,1.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,11,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，0.5m1.0 对于清洁的光滑圆线m=1；实际可取0.60.7,r-距电晕线中心的距

7、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,2.起始电晕电压,12,正、负电晕极在空气中的电晕电流电压曲线,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,13,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

8、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,14,（二）粉尘粒子荷电,在电除尘器中，粉尘粒子主要是借助电场力作用而被捕集。粉尘粒子荷电量愈大被捕集的效果就愈好。 气体离子与粉尘粒子碰撞，能使粒子附着在粒子上而荷电。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d0.5m的微粒，以电场荷电为主 对于d0.15m的微粒，以扩散荷电为主 对于粒径介于0.150.5 m之间的粒子，则需要同时考虑这两种过程。,15,

9、1.电场荷电,（1）荷电量的计算 将一个不带电荷的粒子置于正电晕电场中，由于气体 离子碰撞而导致粒子荷电，随着粒子上累计荷电的增 加，这些电场产生的电场也越来越强，最后导致再也 没有气体离子能够到达粒子表面，此时粒子上电荷已 达到饱和。,16,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；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1020cm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,17,2.扩散荷电,离子热运动引起它们通过气体扩散，并与存在于气体中的粒子碰撞，使粒子荷电。粒子上累计的电荷虽然会产生排斥电场，阻

10、止其他离子接近荷电粒子，但是与电场荷电过程相反，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 n 为扩散荷电量,18,3.电场荷电和扩散荷电的综合作用,处于中间范围 （0.150.5m）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,19,4.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21010.cm时，较易发

11、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。因此，电除尘器的除尘效率显著降低，颗粒直径在1um左右的数量最多，这种现象越严重。 （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 。,20,（三）荷电粒子的运动和捕集,1.驱进速度 尘粒随气流在电除尘中运动，受到电场作用力、流体阻力、空气动压力及重力的综合作用，尘粒由气体驱向于电极称为沉降。 沉降速度是指在电场力作用下尘粒运动与流体之间产生的

12、阻力达到平衡后的速度。 沉降速度常称驱进速度，它的大小由其获得的荷电量来决定。,21,1.驱进速度 力平衡关系 t0时，0，则 最终得,22,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10m的球状粉尘粒子，在空气中有 若t102s， 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）,23,2.捕集效率德意希公式,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,24,dt时间内在长度为dx的空间所捕集的

13、粉尘量为 由dtdx/u 积分 最终得,a为流动方向上每单位长度集尘极板面积,F为流动方向上电除尘器的截面积 A为集尘极板面积 Q为处理量 Q=Fu,25,3.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1020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，应取某种形式的平均驱进速度。 沿着气流方向，随着大颗粒的不断捕集，烟气中的颗粒越来越小，也就变得越来越难以捕集。修正的徳意希方程 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e表示,e=0.22m/s,K指数，一般取0.5,26,（四）

14、被捕集粉尘的清除,集尘极清灰方式有湿式和干式两种不同的方法。湿式电除尘器中，集尘极板表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上随水膜留下。湿式清灰的优点是无二次扬尘，同时可净化部分有害气体，如SO2，HF等；主要缺点是腐蚀结垢问题较严重，污泥需要处理。干式电除尘器由机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰。 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。,27,除尘效率： 电除尘器的除尘效率定义为捕集下来的粉尘量与进入除尘器烟气中含尘量之比率。一般地说，影响除尘效率的主要因素有电源电压、供电方式、烟气流速、粉尘浓

15、度和粒度、比电阻、电场长度及电极的构造等。,1.壳体 2.阳极系统 3.阳极振打装置 4.阴极系统 5.阴极振打装置 6.气流分布装置 7.灰斗与灰斗挡风 8.电除尘器的支承 9.除尘器的下灰系统,第三章 电除尘器的主要部件与装置,电除尘器外观图,卧式,立式,电除尘器类型,湿式电除尘器在转炉煤系统的应用,XKD-WKD宽间距电除尘器,CDTK系列电除尘器,1.壳体,电除尘壳体是密封烟气、支承全部内重量及外部附加载荷的结构件，其作 用是引导烟气通过电场，支承阴、阳极和振打设备，形成一个与外界隔离的独 立的收尘空间。 底梁 框架 立柱 大梁 支承 壳体 侧墙板 端封板 封板 顶盖 进出口封头,电

16、除 尘 器 壳 体 图,2.阳极系统,阳极由阳极板、上部悬挂装置及下部撞击杆（或上部振 打砧梁）等零部件组成。 阳极板通常又称为收尘极板或沉淀极板。,对收尘极板性能的基本要求： 极板表面的电场强度分布比较均匀； 极板受温度影响的变形小，并且有较好的刚度；、 具有良好的防止粉尘二次飞扬的性能； 振打力传递性能好，具极板表面的振打加速度分布较均匀，清灰效果好； 与放电极之间不易产生闪络放电； 在保证以上性能的情况下，质量要小；,阳极板悬形式坚固型,阳极板悬形式自由型,3.阳极振打装置,4.阴极系统,阴极由阴极线、阴极框架、阴极吊挂装置等部件组成。 阴极线又称放电线或电晕线，该线是在电场中产生电晕电

17、 流的零件。,6.阴极振打装置,阴极振打电机位于除尘器的顶部平台，作用是将粘附在阴极板上的粉尘通过振打使其脱落，振打时间由PLC时序周期性控制，也可手动连续振打（维修/调试时使用）。,7.气流分布装置,烟气进入电除尘器一般都是从小断面的烟道过渡大断面 的电场，所以要在烟气进入电场前的烟道和电除尘器的进口 封头处加装导流板和气流分成板。,8.灰斗与灰斗挡风,灰斗是收集并短时储存灰尘的容器，位于壳体下部，焊接在底梁上，为使粉尘顺利下落，灰斗壁与水平面的夹角一般不小于60，对于造纸碱回收、燃油锅炉等配套的电除尘器，由于其粉尘细、黏度大，因此灰斗壁与水平的夹角一般不小于65。 一般由普通低碳钢钢板（厚

18、5mm左右）加工制作。下部连接输灰系统。,灰斗附件,灰斗加热 灰斗加热设置在灰斗的下部，其目的是通过电加热使灰斗内粉尘热量不至于散失过快，以免粉尘冷却黏结。 灰斗保温 为避免粉尘冷却后黏结，灰斗外壁需全部保温，保温材料及厚度根据用户要求计算确定。 气化板 气化板安装在灰斗出口附近，外加的热空气通过气化板进入灰斗，可增加出口粉尘的流动性，对排灰顺畅起辅助作用 其它 在灰斗下部安装捅灰管，设置灰斗仓壁振动,灰斗挡风,为了防止烟气流经灰斗旁路串气而降低除尘效率，灰斗内部通常装有挡风板，又称为灰斗阻流板。,9.电除尘器的支承,电除尘器的支承是电除尘器本体立柱与基础（或钢支架上平面）的连接件，除支承除尘器本体及灰载、风载等载荷外，还要求能适应电除尘器工作过程中由于温度影响、壳体热胀冷缩的位移要求。,10.电除尘器的下出灰系统,电除尘器的下出灰系统分为干出灰系统和湿出灰系统两种，湿出灰系统即水冲系统，干出灰系统分为机械出灰和气力出灰系统。,气力输灰,吸送式气力输送 气源设备装在系统的末端，当风机运转后，整个系统形成负压，这时，在管道内外存在压差，空气被吸入输料管。与此同时，物料也被带入管道，并被输送到料仓。 压送式气力输送 气源设备设在系统