大氣污染處理工程第05章電除塵

第5章電除塵器旋風(fēng)除塵器對(duì)于

dp<5μm的粒子效率低，必須借助外力（電場(chǎng)力等）捕集更小的粒子。使塵粒荷電并在電場(chǎng)力的作用下沉積在集塵極上具有耗能小、氣流阻力小的特點(diǎn)。電除塵器電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對(duì)細(xì)粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作電除塵器的工作原理四個(gè)步驟氣體電離-氣體在放電電極周圍的強(qiáng)電場(chǎng)作用下電離（高壓直流電暈放電）懸浮粒子荷電－離子與顆粒碰撞接觸，顆粒帶上電荷帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集－荷電顆粒在電場(chǎng)力作用下遷移至集塵極板上被捕獲捕集物從集塵表面上清除－振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗電除塵器的工作原理電除塵器的分類按集塵極型式：管式：電場(chǎng)強(qiáng)度高且變化均勻，但清灰較困難2板式：電場(chǎng)強(qiáng)度變化不均勻，清灰方便、制作比較容易按電極在靜電除塵器內(nèi)的布置：?jiǎn)螀^(qū)式：氣流中顆粒的荷電與遷移、沉積在同一區(qū)域進(jìn)行，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)雙區(qū)式：氣流中顆粒的荷電與遷移、沉積由兩個(gè)區(qū)域完成，多用于空氣調(diào)節(jié)器電除塵器的工作原理單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器電除塵器的分類氣流方向：立式：含塵氣流至下而上，占地面積小，可捕集粒度較細(xì)顆粒，但容易產(chǎn)生再飛揚(yáng)。臥式：含塵氣流沿水平方向流動(dòng)，可分電場(chǎng)供電，避免各電場(chǎng)間相互干擾，以利于除塵效率的提高，容易實(shí)現(xiàn)除塵顆粒在大小荷組成上的分級(jí)，可減輕二次飛揚(yáng)，但占地面積大，投資高、制作比較容易清灰方式：干式：機(jī)械、電磁、壓縮空氣等方式清灰、處理氣體溫度可達(dá)350~450，有利于回收有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的積塵濕式：采用液體清洗集塵極和放電電極，因無(wú)粉塵飛揚(yáng)，除塵效率高，但操作溫度要求低，適用于收集無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的顆粒氣體電離-電暈放電“電子雪崩”電壓達(dá)到一定大小時(shí)，放電電極附近具有相當(dāng)高的電場(chǎng)強(qiáng)度，氣體所含固有的少量電子被加速到足夠的速度并具有足夠的能量，當(dāng)與中性氣體分子碰撞時(shí)，將中性分子中的電子碰出，從而使中性分子又電離出正離子和自由電子，如此多次反復(fù)，放電電極周圍聚集大量自由電子和氣體離子。這一過(guò)程稱為“電子雪崩”“電暈現(xiàn)象”氣體分子離子化的過(guò)程又產(chǎn)生大量電子電暈現(xiàn)象－在“電子雪崩”過(guò)程中，伴隨著光的閃射，且時(shí)常發(fā)出響聲，這一現(xiàn)象稱為“電暈現(xiàn)象”5.2氣體電離(電暈放電)電暈區(qū)－放電電極附近、氣體離子化區(qū)域；極線周圍2~3mm范圍內(nèi)電暈外區(qū)－遠(yuǎn)離金屬絲，電場(chǎng)強(qiáng)度降低，不發(fā)生氣體電離，電暈現(xiàn)象消失，電子被氣體分子捕獲電子去向：被電負(fù)性氣體“吸住”（如氧氣、水蒸氣、二氧化碳、氯氣、二氧化硫等）形成氣體負(fù)離子向正極遷移或與塵粒碰撞（顆粒荷電）直接跑向集塵極（正極）－很大電流、火花放電，破壞放電，使電離過(guò)程不能穩(wěn)定進(jìn)行，從而不能進(jìn)行除塵自由電子和氣體離子是粒子荷電的電荷來(lái)源電暈放電

正、負(fù)電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

電暈區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大致使極間空氣全部電離－電場(chǎng)擊穿；相應(yīng)的電壓－擊穿電壓在相同電壓下通常負(fù)電暈電極產(chǎn)生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多工業(yè)氣體凈化傾向于采用穩(wěn)定性強(qiáng)，操作電壓和電流高的負(fù)電暈極；空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用正電暈極，好處在于其產(chǎn)生臭氧和氮氧化物的量低電暈放電起始電暈電壓－開(kāi)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(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度其中b：管式電極半徑，a：電暈線半徑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(chǎng)強(qiáng)度（皮克peck經(jīng)驗(yàn)公式）（5-2）一空氣的相對(duì)密度m－導(dǎo)線光滑修正系數(shù)，無(wú)因次，0.5<m<1.0

在r=a時(shí)（電暈電極表面上），起始電暈電壓(5-3）電暈放電影響電暈特性的因素

電極的形狀、電極間距離氣體組成、壓力、溫度不同氣體對(duì)電子的親合力、遷移率不同氣體溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產(chǎn)生碰撞電離所需要的電壓氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積

5.3粒子荷電兩種機(jī)理電場(chǎng)荷電或碰撞荷電－離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電－離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過(guò)程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場(chǎng)

粒子的主要荷電過(guò)程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場(chǎng)荷電為主小于0.15m的微粒，以擴(kuò)散荷電為主介于之間的粒子，需要同時(shí)考慮這兩種過(guò)程。電場(chǎng)荷電粒子荷電電荷累積粒子場(chǎng)強(qiáng)增加沒(méi)有負(fù)離子能夠到達(dá)粒子表面，電荷飽和電場(chǎng)荷電粒子獲得的飽和電荷(5-4)影響電場(chǎng)荷電的因素

粒徑dp和介電常數(shù)ε電場(chǎng)強(qiáng)度E0和離子密度N0

一般粒子的荷電時(shí)間僅為0.1s，相當(dāng)于氣流在除塵器內(nèi)流動(dòng)10～20cm所需要的時(shí)間，一般可以認(rèn)為粒子進(jìn)入除塵器后立刻達(dá)到了飽和電荷擴(kuò)散荷電與電場(chǎng)電荷過(guò)程相反，不存在擴(kuò)散荷電的最大極限值（根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，不存在離子動(dòng)能上限）

荷電量取決于離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、粒子大小和荷電時(shí)間

擴(kuò)散荷電理論方程(5-7)電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用處于中間范圍

（0.15～0.5μm）的粒子，需同時(shí)考慮電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電根據(jù)Robinson的研究，簡(jiǎn)單地將電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過(guò)程綜合作用時(shí)的荷電量，與實(shí)驗(yàn)值基本一致異常荷電現(xiàn)象沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導(dǎo)致在低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極發(fā)生反電暈現(xiàn)象,破壞正常電暈過(guò)程氣流中微小粒子的濃度高時(shí)，荷電塵粒所形成的電暈電流不大，可是所形成的空間電荷卻很大，嚴(yán)重抑制著電暈電流的產(chǎn)生

當(dāng)含塵量大到某一數(shù)值時(shí)，電暈現(xiàn)象消失，塵粒在電場(chǎng)中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減小到零，失去除塵作用，即電暈閉塞

5.4荷電粒子的捕集驅(qū)進(jìn)速度（遷移速度、終端速度）驅(qū)進(jìn)速度驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系當(dāng)顆粒直徑為2～50m時(shí)，與粒徑成正比捕集效率捕集效率一德意希方程德意希公式的假定: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(guò)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

多依奇方程(德意希方程）(5-10)

有效驅(qū)進(jìn)速度當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過(guò)氣流速度的10％～20％時(shí)，德意希方程理論上才是成立的

作為除塵總效率的近似估算，ω應(yīng)取某種形式的平均驅(qū)進(jìn)速度有效驅(qū)進(jìn)速度－實(shí)際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)行條件下測(cè)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，以ωe表示有效驅(qū)進(jìn)速度

各工業(yè)粉塵的有效趨進(jìn)速度粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度/m?s-1粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度/m?s-1煤粉（飛灰）0.10～0.14沖天爐（鐵－焦比＝10）0.03～0.04紙漿及造紙0.08水泥生產(chǎn)（干法）0.06～0.07平爐0.06水泥生產(chǎn)（濕法）0.10～0.11酸霧（H2SO4）0.06～0.08多層床式焙燒爐0.08酸霧（TiO2）0.06～0.08紅磷0.03飄旋焙燒爐0.08石膏0.16～0.20催化劑粉塵0.08二級(jí)高爐（80％生鐵）0.125被捕集粉塵的清除電暈極和集塵極上都會(huì)有粉塵沉積

粉塵沉積在電暈極上會(huì)影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取連續(xù)振打清灰方式清除

從集塵極清除已沉積的粉塵可以避免沉積較厚造成的有效趨進(jìn)速度減小從而導(dǎo)致的除塵效率大大下降，同時(shí)也可防止粉塵重新進(jìn)入氣流在濕式電除塵器中，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(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力清灰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)度和頻率常用的振打器有電磁型和撓臂錘型（圖5-11）電除塵器結(jié)構(gòu)－除塵器類型除塵器類型雙區(qū)電除塵器－通風(fēng)空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門單區(qū)電除塵器－控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染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(chǎng)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25～50m3/s以上電除塵器結(jié)構(gòu)1、本體結(jié)構(gòu)電暈極集塵極清灰裝置氣流分布裝置灰斗2、供電裝置3、附屬裝置（如增濕裝置）

電除塵器結(jié)構(gòu)－電暈電極電暈電極

常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等整體放電（沿線全長(zhǎng)）：圓形、星形、麻花形尖端放電：芒刺形、鋸齒形電暈線的一般要求：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.圓形線b.星形線c.鋸齒線d.芒刺線電除塵器結(jié)構(gòu)－電暈電極電暈電極

電暈線固定方式重錘懸吊式管框繃線式

電除塵器結(jié)構(gòu)－集塵極集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對(duì)粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量

（約占總耗量的40％～50%）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(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少單位集塵面積消耗金屬量低極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低電除塵器結(jié)構(gòu)－集塵極常用板式電除塵器集塵極俯視圖（圖5-10）進(jìn)展寬間距壓電除塵器：現(xiàn)已公認(rèn)，在某些情況下板間距可比平常增加50％～100%，然而除塵器性能并未改變。其原理還沒(méi)有完全解釋清楚電除塵器結(jié)構(gòu)－氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對(duì)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(jiàn)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（入口高速氣流的阻礙作用）對(duì)氣流分布的具體要求是（分布均勻性好、氣壓損失?。┤魏我稽c(diǎn)的流速不得超過(guò)該斷面平均流速的40%在任何一個(gè)測(cè)定斷面上，85%以上測(cè)點(diǎn)的流速與平均流速不得相差25%。電除塵器結(jié)構(gòu)－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(chǎng)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70～l000kV，電流為100～2000mA增加供電機(jī)組的數(shù)目，減少每個(gè)機(jī)組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但投資增加。必須考慮效率和投資兩方面因素影響靜電除塵器效率的因素顆粒特性顆粒粒徑顆粒比電阻除塵器結(jié)構(gòu)集塵極面積集塵極與電暈極之間距離操作參數(shù)場(chǎng)強(qiáng)電暈功率氣流速度與分布影響靜電除塵器效率的因素顆粒特性的影響顆粒粒徑當(dāng)d>1μm時(shí)，隨顆粒粒徑的減小，除塵效率降低當(dāng)0.1<d<1μm時(shí)，除塵效率恒定，幾乎不受顆粒粒徑減小的影響影響靜電除塵器效率的因素

顆粒特性----粉塵比電阻的影響顆粒比電阻反映極塵極顆粒的導(dǎo)電性定義：厚1cm，覆蓋1m2收集面積的粉塵層電阻影響粉塵層比電阻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，施加于粉塵層的電場(chǎng)強(qiáng)度等

在評(píng)價(jià)電除塵器的操作性能時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)

粉塵比電阻煙氣濕度和溫度對(duì)粉塵比電阻的影響a.飛灰b.水泥窯粉塵粉塵比電阻高比電阻粉塵對(duì)電除塵器性能的影響

高比電阻粉塵會(huì)干擾電場(chǎng)條件，導(dǎo)致除塵效率下降比電阻介于1010～1011Ω/cm之間時(shí)，操作電壓降低高于1011Ω/cm時(shí)，產(chǎn)生明顯反電暈粉塵比電阻克服高比電阻影響的方法

保持電極表面盡可能清潔采用較好的供電系統(tǒng)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(shí)增加煙氣濕度和降低溫度影響靜電除塵器效率的因素除塵器結(jié)構(gòu)的影響集塵極面積集塵極面積越大，被捕集的機(jī)會(huì)大增，除塵效率提高比集塵面積（A/Q）：A/Q值大，除塵效率高集塵極與電暈極之間距離氣流速度一定的情況下，極間距越小，顆粒在一定趨進(jìn)速度下向極板移動(dòng)的時(shí)間越短，越易被捕集過(guò)小的板間距易造成二次飛揚(yáng)影響靜電除塵器效率的因素操作參數(shù)的影響場(chǎng)強(qiáng)電暈功率除塵效率隨電場(chǎng)強(qiáng)度及電暈功率的增大而提高影響靜電除塵器效率的因素氣流速度與分布的影響氣流速度過(guò)高，降低效率（二次飛揚(yáng)，振打清灰時(shí)落下塵粒被卷走）一般斷面風(fēng)速0.6－1.5m/s氣流分布均勻性影響很大

選型和設(shè)計(jì)電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)仍然主要采用經(jīng)驗(yàn)公式類比方法

參數(shù)符號(hào)取值范圍板間距S23～28cm驅(qū)進(jìn)速度ω3～18cm/s比集塵極表面積A/Q300～2400m2（1000m3/min）氣流速度v1～2m/s長(zhǎng)高比L/H0.5～1.5比電暈功率Pc/Q1800～18000W/(1000m3/min)電暈電流密度Ic/A0.05～1.0A/m2平均氣流速度

煙煤鍋爐v1.1～1.6m/s褐煤鍋爐v1.8～2.6m/s選型和設(shè)計(jì)電除塵器的選型設(shè)計(jì)1.收集有關(guān)資料廢氣流量、溫度、含水率；顆粒粒徑、密度、比電阻；設(shè)備安裝空間等2.確定粉塵有效驅(qū)進(jìn)速度影響粉塵驅(qū)進(jìn)速度的因素很多，主要有結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)行條件。3.確定除塵效率按廢氣進(jìn)口含塵濃度及出口允許排放濃度確定，同時(shí)考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的影響。4.確定集塵集板面積根據(jù)德意希方程計(jì)算積