大氣污染控制工程6_2

1、2 電除塵器電除塵器一、電除塵器的工作原理二、電暈放電三、粒子荷電 四、荷電粒子的運動和捕集五、被捕集粉塵的清除六、電除塵器的結(jié)構(gòu)七、粉塵比電阻八、電除塵器的選擇和設(shè)計 電除塵器外觀圖 電除塵器電除塵器清潔氣體電除塵器的發(fā)展簡介電除塵器的發(fā)展簡介 1907年美國加利福尼亞大學(xué)化學(xué)教授科特雷爾（F.G.Cotrell）首次成功地使用電除塵器（以下簡稱ESP）捕集硫酸煙霧，幾年后他再次把電除塵技術(shù)用于捕集水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵。 20 世紀(jì)60 年代ESP 在發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。 我國電除塵技術(shù)的起步始于20 世紀(jì)60 年代，并得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在我國的電除塵器技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。 電除塵

2、器現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠、水泥廠及化工、冶金等領(lǐng)域。 其中燃煤電廠用量占7275，水泥廠占1618。 目前我國燃煤電廠煙塵凈化設(shè)備90左右采用電除塵器（ESP）。 電除塵器 電除塵器的主要優(yōu)點壓力損失小，一般為200500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105106m3/h能耗低，大約0.20.4kWh/1000m3對細(xì)粉塵有很高的捕集效率，可高于99可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作缺點:1、一次性投資高2、安裝精度要求高3、對粉塵比電阻有一定要求一、電除塵器的工作原理 利用電除塵器使粉塵分離的兩個條件: 1、存在粉塵荷電的電場； 2、存在使荷電粉塵從煙氣中分離的電場。一、電除塵器的工作原理 通高壓電空氣

3、電離（電子雪崩）極間電流粉塵荷電沉積清灰 電暈放電 粉塵荷電 粉塵運動 （氣體電離）放電金屬線電暈極 含負(fù)離子區(qū)區(qū) 電暈區(qū) 金屬管集塵極 三步曲 單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器粒子荷粒子荷 電和去除在電和去除在同一個電場中進(jìn)行同一個電場中進(jìn)行二、電暈放電 1.電暈放電機(jī)理 二、電暈放電（續(xù)） 2.起始電暈電壓-開始產(chǎn)生電暈電流所施加的電壓管式電除塵器內(nèi)任一點的電場強(qiáng)度起始電暈電壓與煙氣性質(zhì)和電極形狀、幾何尺寸等因素有關(guān)，起始電暈所需要電場強(qiáng)度（皮克經(jīng)驗公式）一空氣的相對密度 m導(dǎo)線光滑修正系數(shù)，無因次，0.5m102s， 完全可以忽略不計所以，驅(qū)進(jìn)速度（電場

4、力與空氣阻力達(dá)到平衡）43ppp24 2p11818 1.8 103/3/( )3240610 101（）dmdddp3()edtmpp/(3)qEd 驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場強(qiáng)的關(guān)系驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場強(qiáng)的關(guān)系 當(dāng)顆粒直徑為250m時，與粒徑成正比 2.捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定:除塵器中氣流為湍流狀態(tài)在垂直于集塵表面的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的粒子進(jìn)入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進(jìn)入氣流等影響 2.捕集效率一德意希公式2111 exp()iiiiAQ 當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過氣流速度的當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過氣流速度的1

5、020時，德意希方程理論上才是成立的。時，德意希方程理論上才是成立的。 大顆粒比小顆粒容易被捕集，所以沿著氣流的方向，大顆粒比小顆粒容易被捕集，所以沿著氣流的方向，煙氣中的顆粒越來越小，顆粒的捕集也就越來越困煙氣中的顆粒越來越小，顆粒的捕集也就越來越困難。為此，對德意希方程進(jìn)行修正難。為此，對德意希方程進(jìn)行修正 K指數(shù)，一般取0.5kQA/exp1 德意希公式的假設(shè)條件，與實際工藝生產(chǎn)條件有德意希公式的假設(shè)條件，與實際工藝生產(chǎn)條件有所不同，使得根據(jù)公式計算得到的捕集效率比實所不同，使得根據(jù)公式計算得到的捕集效率比實際值高得多。際值高得多。 為此實際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和為此實際中常

6、常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運行條件下測得的總捕集效率值，代入德意希方運行條件下測得的總捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相應(yīng)驅(qū)進(jìn)速度值，稱為有效驅(qū)進(jìn)程式中反算出的相應(yīng)驅(qū)進(jìn)速度值，稱為有效驅(qū)進(jìn)速度，以速度，以e e表示。表示。 有效驅(qū)進(jìn)速度的用途：作為類似除塵器設(shè)計的基有效驅(qū)進(jìn)速度的用途：作為類似除塵器設(shè)計的基礎(chǔ)，并且可以利用有效驅(qū)進(jìn)速度表示工業(yè)電除塵礎(chǔ)，并且可以利用有效驅(qū)進(jìn)速度表示工業(yè)電除塵器的性能。器的性能。 3.有效驅(qū)進(jìn)速度粉塵種類粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度驅(qū)進(jìn)速度/ms-1粉塵種類粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度驅(qū)進(jìn)速度/ms-1煤粉（飛灰）煤粉（飛灰）0.100.14沖天爐（鐵焦比沖天爐（鐵焦比10）0

7、.030.04紙漿及造紙紙漿及造紙0.08水泥生產(chǎn)（干法）水泥生產(chǎn)（干法）0.060.07平爐平爐0.06水泥生產(chǎn)（濕法）水泥生產(chǎn)（濕法）0.100.11酸霧（酸霧（H2SO4）0.060.08多層床式焙燒爐多層床式焙燒爐0.08酸霧（酸霧（TiO2）0.060.08紅磷紅磷0.03飄旋焙燒爐飄旋焙燒爐0.08石膏石膏0.160.20催化劑粉塵催化劑粉塵0.08二級高爐（二級高爐（80生鐵）生鐵）0.125 五、被捕集粉塵的清除 電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積 粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法

8、采取振打清灰方式清除一般方法采取振打清灰方式清除 從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進(jìn)入氣流新進(jìn)入氣流 集塵極板清灰方式：集塵極板清灰方式：在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動產(chǎn)在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動力清灰生的振動力清灰 電除塵器五、被捕集粉塵的清除 現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清灰。振打系統(tǒng)要求既能產(chǎn)生高強(qiáng)度的振打力，又灰。振打系統(tǒng)要求既能產(chǎn)生高強(qiáng)度的振打力，又能調(diào)節(jié)振打強(qiáng)度和

9、頻率能調(diào)節(jié)振打強(qiáng)度和頻率 常用的振打器常用的振打器 有電磁型和有電磁型和 撓臂錘型撓臂錘型 振打裝置示意圖本圖為搖臂錘振打示意圖每排收塵極板設(shè)置一搖臂錘，各錘錯開振打力度影響除塵效果。錘臂長、捶重、材質(zhì)等 六、電除塵器結(jié)構(gòu)除塵器類型 1.除塵器類型雙區(qū)電除塵器通風(fēng)空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門 優(yōu)點:防止反電暈的產(chǎn)生雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器 六、電除塵器結(jié)構(gòu)除塵器類型 單區(qū)電除塵器控制各種工業(yè)尾氣和燃燒煙氣污染單區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器管式電除塵器用于氣體流量小，含霧滴氣體，或需要用水洗刷電極的場合板式電除塵器為工業(yè)上應(yīng)用的主要型式，氣體處理量一般為2550m3/s以上2.電暈電極常用的有直徑3mm

10、左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等 電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距、易清灰等 a.a.圓形線圓形線 b.星形線星形線 c.鋸齒線鋸齒線 d.芒刺線芒刺線 電暈極示意圖 2.電暈電極電暈線固定方式電暈線固定方式重錘懸吊式管框繃線式 3.集塵極 集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對粉塵的二次揚起，及除塵器金屬消耗量 （約占總耗量的4050%）有很大影響性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求振打時粉塵的二次揚起少單位集塵面積消耗金屬量低極板高度較大時，應(yīng)有一定的剛性，不易變形振打時易于清灰，造價低 3.集塵極 常用板式電除塵器集塵極結(jié)構(gòu) 寬間距電除塵器：現(xiàn)已公認(rèn)，在某些情況下板

11、間距可比平常增加50100%，然而除塵器性能并未改變。其原理還沒有完全解釋清楚 4.高壓供電設(shè)備 高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強(qiáng)和電暈電流 供電設(shè)備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上 通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70l000kV，電流為1002000mA 5.氣流分布板 電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響 為保證氣流分布均勻，在進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)變徑管道，進(jìn)口變徑管內(nèi)應(yīng)設(shè)氣流分布板 最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板n 對氣流分布的具體要求是對氣流分布的具體要求是任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的

12、 40%40%在任何一個測定斷面上，在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速以上測點的流速與平均流速不得相差不得相差 25%。 氣流分布不均勻時，電除塵器通過率的校正系數(shù)FV0VPP F 七七、粉塵比電阻粉塵比電阻 比電阻比電阻 1.粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性 工業(yè)粉塵導(dǎo)電方式工業(yè)粉塵導(dǎo)電方式有兩種: 本體導(dǎo)電本體導(dǎo)電：在高溫高溫時（約大于200），導(dǎo)電主要通過粉塵本體內(nèi)部的電子或離子進(jìn)行。在本體導(dǎo)電占優(yōu)勢的溫度范圍內(nèi)，粉塵比電阻稱為容積比電阻。 表面導(dǎo)電：在較低溫度較低溫度下（約低于100），氣體中存在的水分或其它化學(xué)物質(zhì)被塵粒表面吸附，因而導(dǎo)電主要是沿塵粒表面所吸附的水分和化學(xué)膜

13、進(jìn)行的，粉塵比電阻稱為表面比電阻。 煙氣濕度和溫度對粉塵比電阻的影響a.飛灰飛灰 b.水泥窯粉塵水泥窯粉塵 比電阻過高或過低都會大大降低電除塵器的除塵比電阻過高或過低都會大大降低電除塵器的除塵效率，適宜的范圍是從效率，適宜的范圍是從10104 4cm-10cm-101010cmcm。 高比電阻粉塵比電阻大于10104 4cmcm，通常稱為高比電阻粉塵。 影響粉塵層比電阻的因素除粒子溫度和組成之外，還包括粒子大小和形狀，粉塵層厚度和壓縮程度等。 在評價電除塵器的操作性能時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場測得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)。 （1）比電阻過低比電阻過低 如果灰塵的比電阻小于如果灰塵的比電阻小于10104 4cmcm，

14、 （1）比電阻過低比電阻過低 如果灰塵的比電阻小于如果灰塵的比電阻小于10104 4cmcm， 形成在集塵電極上跳躍的現(xiàn)象，最后可能被氣形成在集塵電極上跳躍的現(xiàn)象，最后可能被氣流帶出電除塵器。流帶出電除塵器。用電除塵器處理各種金屬粉用電除塵器處理各種金屬粉塵和石墨粉塵、炭黑粉塵都可以看到這一現(xiàn)象。塵和石墨粉塵、炭黑粉塵都可以看到這一現(xiàn)象。 2.高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響 高比電阻粉塵會干擾電場條件，導(dǎo)致除塵效率下降低于1010/cm時，比電阻幾乎對除塵器操作和性能沒有影響比電阻介于10101011/cm之間時，火花率增加，操作電壓降低高于1011/cm時，產(chǎn)生明顯反電暈 2.高比電阻粉塵

15、對電除塵器性能的影響 粉塵比電阻對除塵器伏安特性的影響 2.高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響 粉塵比電阻對有效驅(qū)進(jìn)速度的影響 3.克服高比電阻影響的方法 保持電極表面盡可能清潔 煙氣調(diào)質(zhì)增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導(dǎo)電性增加。最常用的化學(xué)調(diào)質(zhì)劑是SO3 改變煙氣溫度向煙氣中噴水，同時增加煙氣濕度和降低溫度發(fā)展新型電除塵器 4.影響ESP除塵效率的因素 （1）二次揚塵。在隨氣流離開電除塵器的粉塵中，有30是被收塵極板收集后又返回到氣流中的。 產(chǎn)生二次揚塵的原因？4.影響ESP除塵效率的因素 （1）二次揚塵。在隨氣流離開電除塵器的粉塵中，有30是被收塵

16、極板收集后又返回到氣流中的。 產(chǎn)生二次揚塵的原因主要有粉塵的比電阻過小、主要有粉塵的比電阻過小、氣流的擾動及振打清灰的影響等。氣流的擾動及振打清灰的影響等。4.影響ESP除塵效率的因素 濕式電除塵器濕式電除塵器可以有效避免二次揚塵問題，但收塵極板上容易形成局部粉塵干塊，導(dǎo)致結(jié)垢，影響除塵效率， 且濕式電除塵器存在腐蝕等問題。 （2）反電暈。 它的產(chǎn)生會導(dǎo)致除塵效率迅速下降，產(chǎn)生反電暈的主要原因是粉塵的比電阻過大。 （3）對直徑在0.13微米粉塵的去除效率低， 對于直徑0.11.0微米粉塵的去除效率最低，通常低于85， 主要原因是由于此粒徑范圍的粉塵，其內(nèi)部荷電機(jī)理存在局限性，在電除塵器內(nèi)很難被

17、荷電，導(dǎo)致了對其去除效率較低。 此外，電場、電壓、電極結(jié)構(gòu)和形狀、粉塵粒徑分布及鍋爐運行情況等也是影響除塵效率的因素。 4.電除塵器的選擇與設(shè)計 1 電除塵器選擇的依據(jù)電除塵器選擇的依據(jù) 煙塵和煙氣的來源和生產(chǎn)過程； 煙塵粒度大小的分布； 煙塵濃度； 煙塵成分和結(jié)構(gòu)； 現(xiàn)場實測的煙塵比電阻； 總煙量； 煙氣的壓力、溫度和成分； 煙氣和煙塵的腐蝕性。 2 2電除塵器設(shè)計的步驟電除塵器設(shè)計的步驟 （1）確定除塵效率 （2）確定有效驅(qū)進(jìn)速度 （3）集塵極板面積及長高比 （4）確定氣流速度 （5）其它輔助設(shè)計內(nèi)容 電除塵器的選擇和設(shè)計仍然主要采用經(jīng)驗公式類比方法 1.除塵效率的確定 根據(jù)入口含塵濃度及

18、排放要求確定。 2.有效驅(qū)進(jìn)速度的確定 根據(jù)類似電除塵器實驗得到的除塵效率反求出的有效驅(qū)進(jìn)速度。 3.比集塵表面積的確定 根據(jù)運行和設(shè)計經(jīng)驗，確定有效驅(qū)進(jìn)速度e按德意希方程求得比集塵表面積A/Q 4.長高比的確定集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時二次揚塵的多少要求除塵效率大于99%時，除塵器的長高比介于1.01.5。2111 exp()iiiiAQ 5.氣流速度的確定通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計算煙氣的平均流速平均流速高于某一臨界速度時，作用在粒子上的空氣動力學(xué)阻力會迅速增加，粉塵的重新進(jìn)入量亦迅速增加 6.氣體含塵濃度的影響如果氣體含塵濃度很高，易發(fā)生電暈閉塞應(yīng)對措施提

19、高工作電壓，采用放電強(qiáng)烈的芒剌型電暈極，電除塵器前增設(shè)預(yù)凈化設(shè)備等 7 電除塵器的輔助設(shè)計因素 電暈電極：支撐方式和方法電暈電極：支撐方式和方法集塵電極：類型、尺寸、裝配、機(jī)械性能和空氣動力學(xué)性能集塵電極：類型、尺寸、裝配、機(jī)械性能和空氣動力學(xué)性能整流裝置：額定功率、自動控制系統(tǒng)、總數(shù)、儀表和監(jiān)測裝置整流裝置：額定功率、自動控制系統(tǒng)、總數(shù)、儀表和監(jiān)測裝置電暈電極和集塵電極的振打機(jī)構(gòu)：類型、尺寸、頻率范圍和強(qiáng)度調(diào)整、總數(shù)和排列電暈電極和集塵電極的振打機(jī)構(gòu)：類型、尺寸、頻率范圍和強(qiáng)度調(diào)整、總數(shù)和排列灰斗：幾何形狀、尺寸、容量、總數(shù)和位置灰斗：幾何形狀、尺寸、容量、總數(shù)和位置輸灰系統(tǒng)：類型、能力、預(yù)

20、防空氣泄漏和粉塵反吹輸灰系統(tǒng)：類型、能力、預(yù)防空氣泄漏和粉塵反吹殼體和灰斗的保溫，電除塵器頂蓋的防雨雪措施殼體和灰斗的保溫，電除塵器頂蓋的防雨雪措施便于電除塵器內(nèi)部檢查和維修的檢修門便于電除塵器內(nèi)部檢查和維修的檢修門高強(qiáng)度框架的支撐體絕緣器：類型、數(shù)目、可靠性高強(qiáng)度框架的支撐體絕緣器：類型、數(shù)目、可靠性氣體入口和出口管道的排列氣體入口和出口管道的排列需要的建筑和地基需要的建筑和地基獲得均勻的低湍流氣流分布的措施獲得均勻的低湍流氣流分布的措施新型電除塵器 1 電植絨收塵極電植絨收塵極ESP 通過直流高壓電場可以使細(xì)孔金屬網(wǎng)的表面植入尼龍絨。 用這種特殊處理過的細(xì)孔金屬網(wǎng)作為收塵極的ESP就是電植

21、絨收塵極ESP。 優(yōu)點： （1）防止二次揚塵 這種新式ESP工作時，會在尼龍絨絨毛的尖端產(chǎn)生電力線的聚集，使絨毛頂端存在梯度場強(qiáng)，粉塵在電場力的作用下緊緊吸引在絨毛的頂端，防止了二次揚塵的發(fā)生 。 同時，由于收塵極表面的尼龍絨摩擦力比較大，降低了電場中離子風(fēng)的速度，有效抑制了二次揚塵。 （2）提高了對超細(xì)粉塵的去除率 尼龍絨的存在增大了收塵極的收塵面積，因此它提高了對超細(xì)粉塵的去除率。 在對直徑0.10.3微米粉塵的除塵試驗中，電植絨收塵極ESP的除塵效率可達(dá)97，而在相同條件下，普通ESP的除塵效率僅為82。 電植絨收塵極ESP不僅可以有效防止二次揚塵的發(fā)生，提高除塵效率，而且大大提高了對超細(xì)粉塵的去除效率。 2 膜電除塵器（膜電除塵器（MESP） MESP是由美國俄亥俄大學(xué)研制的，它利用炭纖維或硅纖維編織膜作為收塵極，放棄了傳統(tǒng)ESP中的金屬收塵極板。 特點： 因為濕式MESP工作時，從除塵器頂部流下的溢流水通過編織膜纖維間空隙的毛細(xì)作用，可以在膜的表面形成一層均勻水膜，克服了傳統(tǒng)濕式