1、第第5章章 电除尘器电除尘器学习要点：学习要点：1.了解电除尘器的工作原理、基本结构、分类和特点了解电除尘器的工作原理、基本结构、分类和特点2.掌握电除尘器除尘效率的计算掌握电除尘器除尘效率的计算3.了解影响电除尘器电晕放电和除尘效率的主要因素了解影响电除尘器电晕放电和除尘效率的主要因素n5.15.1电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理n1.1.概括而言，电除概括而言，电除尘是尘是利用强电场使利用强电场使气体发生电离，气体发生电离，气气体中的粉尘荷电，体中的粉尘荷电，在在电场力的作用电场力的作用下，下，使气体中的悬浮粒使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。子分离出来的装置。2、电除尘器中的净化过程
2、、电除尘器中的净化过程 用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需四个步骤：用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需四个步骤：气体电离气体电离粉尘荷电粉尘荷电粉尘沉集粉尘沉集清灰清灰在电晕极与收尘极之间施加直流高电压在电晕极与收尘极之间施加直流高电压( (一般为负一般为负高压高压) )，使电晕极附近的气体电离，使电晕极附近的气体电离( (即电晕放电即电晕放电) )，生成大量正离子和自由电子。生成大量正离子和自由电子。 在电晕区在电晕区(其范围一般限于距电晕极周围其范围一般限于距电晕极周围23mm处处)内，正离子立即被电晕极内，正离子立即被电晕极(负极负极)吸引过去，自由电吸引过去，自由电子被气流中的
3、电负性气体分子俘获形成负离子，受子被气流中的电负性气体分子俘获形成负离子，受电场力的驱使向收尘极电场力的驱使向收尘极(正极正极)移动，并充满到两极移动，并充满到两极间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时，负间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时，负离子与粉尘碰撞并附在其上，使粉尘荷电。离子与粉尘碰撞并附在其上，使粉尘荷电。 荷电粉尘在电场中受库仑力的作用被荷电粉尘在电场中受库仑力的作用被驱向收尘极，到达收尘极后，放出负驱向收尘极，到达收尘极后，放出负电荷并沉积在其上。电荷并沉积在其上。 4（1）.按集尘极的型式分管式和板式按集尘极的型式分管式和板式电除尘器类型电除尘器类型 5（2）按粒子荷
4、电和沉降的空间位置不同可分为单区和双区）按粒子荷电和沉降的空间位置不同可分为单区和双区电除尘器；电除尘器；6干式电除尘器干式电除尘器湿式电除尘器湿式电除尘器（3 3）根据清灰方式）根据清灰方式干式电除尘器是通过振打干式电除尘器是通过振打等方法使电极上的积尘落等方法使电极上的积尘落人灰斗中的。这种方式粉人灰斗中的。这种方式粉尘后处理简单，便于综合尘后处理简单，便于综合利用，因而最为常用。但利用，因而最为常用。但这种清灰方式易使沉积于这种清灰方式易使沉积于收尘极上的粉尘再次扬起收尘极上的粉尘再次扬起而进入气流中，造成二次而进入气流中，造成二次扬尘，使除尘效率降低。扬尘，使除尘效率降低。 湿式电除尘
5、器是用喷雾或淋水、溢流等方式在收尘极表面形成湿式电除尘器是用喷雾或淋水、溢流等方式在收尘极表面形成水膜将粘附于其上的粉尘带走的，由于水膜的作用避免了二次水膜将粘附于其上的粉尘带走的，由于水膜的作用避免了二次扬尘，故除尘效率很高；同时没有振打设备，工作也较稳定；扬尘，故除尘效率很高；同时没有振打设备，工作也较稳定；但是产生大量泥浆，如不加适当处理，将造成二次污染。但是产生大量泥浆，如不加适当处理，将造成二次污染。 除尘器类型除尘器类型 双区电除尘器通风空气的净化双区电除尘器通风空气的净化 单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染气污染 管式电除尘器用于气体流
6、量小，含雾滴气体，或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，气体处理量一般为理量一般为2550m3/s以上以上9 电除尘过程与其他除尘过程的根本区别电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于：在于：分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。而不是作用在整个气流上。(1) 压力损失小，一般为压力损失小，一般为100200Pa； 能耗低，能耗低，0.20.4 kWh/1000m3。电除尘器的特点电除尘器的特点10 捕
7、集效率高，特别是对亚微米的粒子有很大的优势捕集效率高，特别是对亚微米的粒子有很大的优势 作用在粒子上的静电力相对较大，其驱进速作用在粒子上的静电力相对较大，其驱进速度较大。度较大。 150mm旋风除尘器中，旋风除尘器中，取入口风速为取入口风速为25m/s，其离心沉降终末速度其离心沉降终末速度为为2.010-4m/s，在电除尘器典型在电除尘器典型场强下，该粒子场强下，该粒子的终末沉降速度的终末沉降速度为为5.010-2m/s。 以以0.2m的粒子为例，对旋风除尘器和电除尘的粒子为例，对旋风除尘器和电除尘器进行比较：器进行比较：11处理烟气量大，可达处理烟气量大，可达105106m3/h；可用于高
8、温、高压和高湿的场合，能连续运行，可用于高温、高压和高湿的场合，能连续运行，并能完全实现自动化。并能完全实现自动化。设备庞大（气速较低，设备庞大（气速较低，1m/s左右），耗钢量大，左右），耗钢量大，投资高（仅电除尘器本体就需投资高（仅电除尘器本体就需7000元元1000m3/h)。除尘效率受粉尘比电阻影响较大，一般对比电除尘效率受粉尘比电阻影响较大，一般对比电阻小于阻小于104105cm或大于或大于10101011cm的的粉尘，若不采用一定措施，除尘效率将受到影粉尘，若不采用一定措施，除尘效率将受到影响。响。 “电子雪崩电子雪崩”过程示意图过程示意图13电晕放电：不完全电击穿，只发生在电晕放
9、电：不完全电击穿，只发生在非均匀电场非均匀电场中放电极表面附近的小距离区域内。中放电极表面附近的小距离区域内。火花放电：在两电极之间有若干条狭窄的电击穿，火花放电：在两电极之间有若干条狭窄的电击穿，瞬间电流急剧增大，气体压力和温度上瞬间电流急剧增大，气体压力和温度上升。升。弧光放电：两极间整个空间被击穿，两极间电压弧光放电：两极间整个空间被击穿，两极间电压降低，电流很大，产生很高的温度和强降低，电流很大，产生很高的温度和强烈的弧光，能烧坏设备，要避免。烈的弧光，能烧坏设备，要避免。电压电压小小大大为了保证电除尘器的正常运行，电晕区的范围不宜过大，应局限于电晕为了保证电除尘器的正常运行，电晕区的
10、范围不宜过大，应局限于电晕极附近，避免过高的火化率，更要避免弧光放电。极附近，避免过高的火化率，更要避免弧光放电。14电子的附着和空间电荷的形成电子的附着和空间电荷的形成 电子雪崩电子雪崩自由电子自由电子正离子正离子负极负极二次电子二次电子附着电负附着电负性气体性气体气体负离气体负离子子放电极放电极形成空间电流形成空间电流形成空间电流形成空间电流 电子附着对保持稳定的负电晕是很重要的。电除尘所电子附着对保持稳定的负电晕是很重要的。电除尘所遇到的气体中，一般都存在着数量足够的电负性气体，如遇到的气体中，一般都存在着数量足够的电负性气体，如O2、Cl2、CCl4、HF、SO2等，因而有良好的电子附
11、着性质，等，因而有良好的电子附着性质，也有良好的负电晕特性。也有良好的负电晕特性。 黑字表示负黑字表示负电晕，红字电晕，红字表示正电晕表示正电晕15为什么为什么工业电除尘器一般都采用负电晕？工业电除尘器一般都采用负电晕？ 通常负电晕产生的负离子的迁移率（即电场强度为通常负电晕产生的负离子的迁移率（即电场强度为1V/m1V/m时离时离子的迁移速度）比正电晕产生的正离子的高。子的迁移速度）比正电晕产生的正离子的高。高离子迁移率高离子迁移率形成的离子电流也高；而且离子迁移率愈高，在电场中与粉形成的离子电流也高；而且离子迁移率愈高，在电场中与粉尘碰撞的机会也愈多，对粉尘的荷电有利。尘碰撞的机会也愈多，
12、对粉尘的荷电有利。负电晕的起始电负电晕的起始电晕电压低而击穿电压高，因而负电晕的有效工作电压范围比晕电压低而击穿电压高，因而负电晕的有效工作电压范围比正电晕宽，正电晕宽，有利于电除尘器的运行。一般气体中有足够的电有利于电除尘器的运行。一般气体中有足够的电负性气体分子以形成负离子，所以工业电除尘器一般都采用负性气体分子以形成负离子，所以工业电除尘器一般都采用负电晕。负电晕。为什么空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕为什么空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕而采用正电晕？而采用正电晕？ 但负电晕放电时，产生速度很高的自由电子和负离子，但负电晕放电时，产生速度很高的自由电子和负离子，在碰在碰撞电离过
13、程中会产生比正电晕多得多的臭氧（撞电离过程中会产生比正电晕多得多的臭氧（O O3 3）和氮氧化）和氮氧化物（物（NONOx x），），所以空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕所以空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕而采用正电晕而采用正电晕。16离子迁移率离子迁移率 EKvii 荷电离子在电场中的运动速度荷电离子在电场中的运动速度v vi i与电场强度与电场强度E E成正成正比，即比，即粒子迁移率粒子迁移率Ki：单位场强下的离子运动速度：单位场强下的离子运动速度。Ki与气体温度与气体温度T（K）和压力）和压力P(Pa)的关系为的关系为 PTTPNNKiKi0 ，KTN273Np式中式中 Ki0标
14、态标态（1.013105Pa）时的离子迁移率时的离子迁移率。17 对空气中圆极线的负电晕，皮克（对空气中圆极线的负电晕，皮克（Peek）提出了）提出了计算起晕场强的经验公式，即计算起晕场强的经验公式，即 式中式中: T，P分别为运行工况下的空气温度和压力；分别为运行工况下的空气温度和压力；To293K， Po 1.013105Pa； m电晕线表面的粗糙度系数，光洁电晕线电晕线表面的粗糙度系数，光洁电晕线m1，实际中，实际中 所遇到的电晕线可取所遇到的电晕线可取m0.60.7。 1603. 0103rTPPTTPPTmEooooc起晕电压和伏安特性起晕电压和伏安特性 起晕电压起晕电压Vc：开始发
15、生电晕放电时的电压；与之相：开始发生电晕放电时的电压；与之相应的电场强度称为起晕场强应的电场强度称为起晕场强Ec。1. 管式电除尘器：管式电除尘器：Ec决定于气体的性质、电晕线的尺寸及其表面粗糙度。决定于气体的性质、电晕线的尺寸及其表面粗糙度。18 管式电除尘器经简化的伏安特性（电管式电除尘器经简化的伏安特性（电压电流关系）压电流关系） )()/ln(81222cioVVVrrrKi式中：式中：o真空介电常数，真空介电常数，o8.8510-12 C2/(Nm2)； Ki 离子迁移率离子迁移率m2/(Vs)； i电流线密度，即每米长电晕线发出的电流（电流线密度，即每米长电晕线发出的电流（A/m）
16、；）； r1电晕极半径（电晕极半径（m）；）； r2集尘极半径（集尘极半径（m） 。19板式电除尘器的伏安特性（电压电流关系）板式电除尘器的伏安特性（电压电流关系）式中式中 C两根极线中心距离的一半（两根极线中心距离的一半（m）；）； j集尘极集尘极 板板 的平均电流密度（的平均电流密度（A/m2）；）； Sx两块平行极两块平行极 板板 之间距离的一半（之间距离的一半（m）；）； 参数（参数（m）值根据值根据Sx/C确定：确定：Sx/C0.6时，时，4 Sx/； Sx/C2.0时，时，（C/ ）exp( Sx/2C);0.6 Sx/C1.0m以后，效率随粒径迅速以后，效率随粒径迅速增加，因此，
17、当含尘浓度不是太高增加，因此，当含尘浓度不是太高时，不希望在电除尘器前设置机械时，不希望在电除尘器前设置机械除尘装置以除去粗尘。除尘装置以除去粗尘。 dp1.0m的粒子，由于荷电量的粒子，由于荷电量随粒径减小，随粒径减小，w降低；同时由于肯降低；同时由于肯宁汉修正系数随粒径减少迅速增大，宁汉修正系数随粒径减少迅速增大，使驱进速度有所增加。综合作用的使驱进速度有所增加。综合作用的结果，随粒径的减少效率变化不大。结果，随粒径的减少效率变化不大。 363.粉尘浓度粉尘浓度 进口浓度过高，会发生电晕阻塞。为防止电晕进口浓度过高，会发生电晕阻塞。为防止电晕阻塞，对浓度很高的含尘气体，应使含尘浓度阻塞，对
18、浓度很高的含尘气体，应使含尘浓度降到降到30g/m3以下再进入电除尘器以下再进入电除尘器。4.供电参数供电参数除尘效率与电晕功率除尘效率与电晕功率Pc的关系为的关系为效率随电晕功率而增加。效率随电晕功率而增加。 )exp(1QPKc375.5 电除尘器的基本结构和选择设计电除尘器的基本结构和选择设计5.5.1 电除尘器的基电除尘器的基本结构本结构 电除尘器一般电除尘器一般由放电极、集尘由放电极、集尘极、清灰装置、极、清灰装置、气流分布装置、气流分布装置、壳体、输灰装置壳体、输灰装置和供电装置。和供电装置。图图512 板式电除尘器示意板式电除尘器示意1低压电源控制柜；低压电源控制柜；2高压电源控
19、制柜；高压电源控制柜；3电源变压器；电源变压器；4电除尘器本电除尘器本体；体；5下灰斗下灰斗6螺旋除灰机；螺旋除灰机；7放电极；放电极；8集尘极；集尘极；9集尘极振打清灰集尘极振打清灰装置；装置；10放电极振打清灰装；放电极振打清灰装；11进气气流分布板；进气气流分布板；12出气气流分布板出气气流分布板38电晕线的固定方式有重锤悬吊式电晕线的固定方式有重锤悬吊式(a)、管框绷绕式、管框绷绕式(b) 391. 放电极放电极 对放电极的要求是：起晕电压低，放电对放电极的要求是：起晕电压低，放电强度高，电晕电流大；机械强度高，钢性好，强度高，电晕电流大；机械强度高，钢性好，不易变形，能维持准确的极间
20、距；易清灰。不易变形，能维持准确的极间距；易清灰。 常见的电晕线型式有光圆线、星形线、螺旋形线、芒常见的电晕线型式有光圆线、星形线、螺旋形线、芒刺线、锯齿线、麻花线和蒺藜丝线等刺线、锯齿线、麻花线和蒺藜丝线等402. 集尘极集尘极 要求：有利于微粒物沉积，减少再飞扬，要求：有利于微粒物沉积，减少再飞扬，便于清灰，对气流阻力小，足够的刚度，节便于清灰，对气流阻力小，足够的刚度，节省材料，便于制造。省材料，便于制造。 型板在捕集效率、钢耗、型板在捕集效率、钢耗、振打清灰等方面性能优良，振打清灰等方面性能优良，使用最多。使用最多。 平板式清灰时二次扬尘平板式清灰时二次扬尘严重，刚度较差。严重，刚度较
21、差。 在通常在通常6072kV供电压时，供电压时，板间距一般取板间距一般取200350mm。 413. 清灰装置清灰装置湿式清灰湿式清灰42 干式电除尘器清灰的方法是振打电极，通常振干式电除尘器清灰的方法是振打电极，通常振打方式有捶击振打、跌落振打和电磁振动三种。打方式有捶击振打、跌落振打和电磁振动三种。434. 气流分布装置气流分布装置 一般是在气流进入除尘器电场之前设置一般是在气流进入除尘器电场之前设置13块气流块气流分布板。气流分布板有圆孔板、方孔板和格栅式分分布板。气流分布板有圆孔板、方孔板和格栅式分布板等布板等 。5. 壳体壳体电除尘器的壳体应尽量避电除尘器的壳体应尽量避免漏气。在处
22、理高湿和含免漏气。在处理高湿和含SO3的烟气时，电除尘器内的烟气时，电除尘器内的烟气温度应高于露点的烟气温度应高于露点20以上。必要时要求外壳保温，以上。必要时要求外壳保温，以防凝结腐蚀和粉尘粘结。以防凝结腐蚀和粉尘粘结。 44 在发生火花放电的在发生火花放电的一瞬间，正、负极间电一瞬间，正、负极间电压下降，火花放电的扰压下降，火花放电的扰动使极板上产生二次扬动使极板上产生二次扬尘。尘。6. 供电设备供电设备 应尽可能在较高电压下运应尽可能在较高电压下运行，因为电压升高，有效驱行，因为电压升高，有效驱进速度和除尘效率都大幅提进速度和除尘效率都大幅提高。但火花放电会对除尘效高。但火花放电会对除尘
23、效率有一定影响，故存在一最率有一定影响，故存在一最佳火花率。佳火花率。 电除尘器所用电源为脉动电除尘器所用电源为脉动直流电源，一般其输出的峰直流电源，一般其输出的峰值电压为值电压为70100kV。控制柜控制柜升压变压器升压变压器 465.5.2 电除尘器的选择设计电除尘器的选择设计1. 电除尘器的设计电除尘器的设计步骤：步骤：（1）确定或计算有效驱进速度；）确定或计算有效驱进速度；（2）计算集尘极面积；）计算集尘极面积；（3）计算电场断面面积：）计算电场断面面积：11lnpQAvQAc管式电除尘器取管式电除尘器取0.52.5m/s，板式电除尘器取板式电除尘器取11.5m/s。根据小试或相似工根
24、据小试或相似工业装置数据业装置数据根据有关资料和影根据有关资料和影响因素响因素47（4）通道数或集尘极与放电极的间距和排数）通道数或集尘极与放电极的间距和排数 集尘极排数为集尘极排数为n+1，通道数和放电极排数为，通道数和放电极排数为n。（5） 电场长度电场长度 )/(BBn300mm200B 一般采用vtLnHAL2t可取可取310s单一电场长度单一电场长度L为为24m 例例1：某钢铁厂一座烧结机尾电除尘器的实测结果：某钢铁厂一座烧结机尾电除尘器的实测结果如下：电除尘器进口含尘浓度为如下：电除尘器进口含尘浓度为26.8g/m3，出口含，出口含尘浓度为尘浓度为0.133 g/m3，进口烟气流量
25、为，进口烟气流量为16 104 m3h 。该除尘器采用。该除尘器采用Z型极板和星型电晕线，集尘型极板和星型电晕线，集尘极总面积为极总面积为1982m2。试参考以上数据设计另一新。试参考以上数据设计另一新建烧结机尾的电除尘器，要求除尘效率达建烧结机尾的电除尘器，要求除尘效率达99.8，工艺设计给出的总烟气量为工艺设计给出的总烟气量为25 104 m3h 。（取。（取v=1.1m/s，通道宽为，通道宽为300mm，高为，高为9m） 【例例2】设计一电除尘器用来处理石膏粉尘。若处设计一电除尘器用来处理石膏粉尘。若处理风量为理风量为129600m3/h，入口含尘浓度为，入口含尘浓度为310-2kg/m
26、3，要求出口含尘浓度降至，要求出口含尘浓度降至1.510-4kg/m3。试。试计算该除尘器所需极板面积、电场断面积、通道数计算该除尘器所需极板面积、电场断面积、通道数和电场长度。和电场长度。 (取取v=1.0m/s, 通道宽通道宽300mm，高，高h=6m)49例例1：某钢铁厂一座烧结机尾电除尘器的实测结：某钢铁厂一座烧结机尾电除尘器的实测结果如下：电除尘器进口含尘浓度为果如下：电除尘器进口含尘浓度为26.8g/m3，出口含尘浓度为出口含尘浓度为0.133 g/m3，进口烟气流量为，进口烟气流量为16 104 m3h 。该除尘器采用。该除尘器采用Z型极板和星型型极板和星型电晕线，集尘极总面积为
27、电晕线，集尘极总面积为1982m2。试参考以上。试参考以上数据设计另一新建烧结机尾的电除尘器，要求数据设计另一新建烧结机尾的电除尘器，要求除尘效率达除尘效率达99.8，工艺设计给出的总烟气量，工艺设计给出的总烟气量为为25 104 m3h 。（取。（取v=1.1m/s，通道宽为，通道宽为300mm，高为，高为9m）解：解：)2(3627360041025119.0)998.01ln()1ln()/(119.04 .44/1982)995.01ln(/)1ln(mQpAsmQAp 50取取v=1.1m/s，取通道宽为取通道宽为300mm，高为，高为9m，则所需通道数为，则所需通道数为所需除尘器有
28、效长度为：所需除尘器有效长度为：根据以上参数，可在手册中查选合适的电除尘器。根据以上参数，可在手册中查选合适的电除尘器。2 24 41 1. .6 63 31 1. .1 13 36 60 00 0/ /1 10 02 25 53 36 60 00 0/ /m mv vQ QA Ac c 4 4. .2323) )9 93 3. .0 0/(/(1 1. .6363 n nm mnHnHA AL L4 4. .8 89 924242 2/ /36273627) )2 2/(/( 【例例2】设计一电除尘器用来处理石膏粉尘。若处理设计一电除尘器用来处理石膏粉尘。若处理风量为风量为129600m3/
29、h，入口含尘浓度为，入口含尘浓度为310-2kg/m3，要求出口含尘浓度降至要求出口含尘浓度降至1.510-4kg/m3。试计算该。试计算该除尘器所需极板面积、电场断面积、通道数和电除尘器所需极板面积、电场断面积、通道数和电场长度。场长度。 (取取v=1.0m/s, 通道宽通道宽300mm，高，高h=6m)解：解：查表知石膏粉尘的有效驱进速度为查表知石膏粉尘的有效驱进速度为0.18m/s(平均值平均值) 处理风量为：处理风量为： 除尘效率为：除尘效率为： 极板面积：极板面积： )/(3636001296003smQ% %5 5. .9 99 9% %1 10 00 0) )1 10 03 31 10 05 5. .1 11 1( (% %1 10 00 0) )1 1( (2 24 41 12 2 )(1060)995. 011ln(18. 036)11ln(2mQAp8电除尘器电除尘器 取电场风速取电场风速v=1.0m/s,则电场断面积为：则电场断面积为： 取通道宽取通道宽300mm，高，高h=6m,则通道数为：则通道数为： 电场长度为：电场长度为： ) )( (3 36 60 0. .1 13 36 62 2m mu uQ QA Ac c 2 20 06 63 3. .0 03 36 6 b bh hA An nc c)(42. 4620210602mhnAL
