第06章顆粒物污染控制技術-2013-12

第六章除塵裝置

機械除塵器電除塵器濕式除塵器過濾式除塵器除塵器的選擇與發(fā)展電除塵器電除塵器的工作原理三個基本過程懸浮粒子荷電－高壓直流電暈帶電粒子在電場內遷移和捕集－延續(xù)的電暈電場（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場（雙區(qū)電除塵器）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暈放電

正、負電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

電暈區(qū)范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離－電場擊穿；相應的電壓－擊穿電壓在相同電壓下通常負電暈電極產(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，操作電壓和電流高的負電暈極；空氣調節(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場荷電和擴散荷電的綜合作用處于中間范圍

（0.15～0.5μm）的粒子，需同時考慮電場荷電和擴散荷電根據(jù)Robinson的研究，簡單地將電場荷電和擴散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過程綜合作用時的荷電量，與實驗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,破壞正常電暈過程氣流中微小粒子的濃度高時，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，嚴重抑制著電暈電流的產(chǎn)生

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

荷電粒子的運動和捕集驅進速度

力平衡關系t＝0時，＝0，則最終得驅進速度驅進速度

e的指數(shù)項是一個很大的數(shù)值。例如，密度為1g/cm3、直徑為10μm的球狀粉塵粒子，在空氣中有若t>10－2s，完全可以忽略不計所以，驅進速度捕集效率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入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進入氣流等影響

捕集效率dt時間內在長度為dx的空間所捕集的粉塵量為由dt＝dx/u積分最終得捕集效率捕集效率隨粒徑的變化有效驅進速度當粒子的粒徑相同且驅進速度不超過氣流速度的10％～20％時，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應取某種形式的平均驅進速度有效驅進速度－實際中常常根據(jù)在一定的除塵器結構型式和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驅進速度值，以ωe表示有效驅進速度粉塵種類驅進速度/m?s-1粉塵種類驅進速度/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，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新進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，一般用機械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動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)生高強度的振打力，又能調節(jié)振打強度和頻率常用的振打器有電磁型和撓臂錘型

電除塵器結構－除塵器類型除塵器類型雙區(qū)電除塵器－通風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合板式電除塵器為工業(yè)上應用的主要型式，氣體處理量一般為25～50m3/s以上電除塵器結構－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

電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機械強度高、能維持準確的極距、易清灰等

a.圓形線

b.星形線

c.鋸齒線

d.芒刺線電除塵器結構－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

電除塵器結構－集塵極集塵極集塵極結構對粉塵的二次揚起，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，應有一定的剛性，不易變形振打時易于清灰，造價低電除塵器結構－集塵極常用板式電除塵器集塵極進展－寬間距壓電除塵器：現(xiàn)已公認，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。其原理還沒有完全解釋清楚電除塵器結構－高壓供電設備高壓供電設備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈電流供電設備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70～l000kV，電流為100～2000mA增加供電機組的數(shù)目，減少每個機組供電的電暈線數(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電除塵器結構－氣流分布板電除塵器內氣流分布對除塵效率具有較大影響為保證氣流分布均勻，在進出口處應設變徑管道，進口變徑管內應設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

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40%在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速不得相差25%。粉塵比電阻通常所需要的粉塵的最小導電率是10－10（Ω/cm）－1

高比電阻粉塵－導電率低于大約10－10（Ω/cm）－1，即電阻率大于1010Ω/cm的粉塵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強度等

在評價電除塵器的操作性能時應根據(jù)現(xiàn)場測得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)

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

高比電阻粉塵會干擾電場條件，導致除塵效率下降低于1010Ω/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1010～1011Ω/cm之間時，火花率增加，操作電壓降低高于1011Ω/cm時，產(chǎn)生明顯反電暈粉塵比電阻粉塵比電阻對除塵器伏安特性的影響

粉塵比電阻粉塵比電阻對有效驅進速度的影響

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)煙氣調質增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導電性增加。最常用的化學調質劑是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

電除塵器的選擇和設計電除塵器的選擇和設計仍然主要采用經(jīng)驗公式類比方法

參數(shù)符號取值范圍板間距S23～28cm驅進速度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電除塵器的選擇和設計比集塵表面積的確定

根據(jù)運行和設計經(jīng)驗，確定有效驅進速度ωe按德意希方程求得比集塵表面積A/Q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，除塵器的長高比至少要1.0～1.5。電除塵器的選擇和設計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阻力會迅速增加，粉塵的重新進入量亦迅速增加氣體的含塵濃度如果氣體含塵濃度很高，電場內塵粒的空間電荷很高，易發(fā)生電暈閉塞應對措施－提高工作電壓，采用放電強烈的芒剌型電暈極，電除塵器前增設預凈化設備等電除塵器的選擇和設計電除塵器的輔助設計因素

電暈電極：支撐方式和方法集塵電極：類型、尺寸、裝配、機械性能和空氣動力學性能整流裝置：額定功率、自動控制系統(tǒng)、總數(shù)、儀表和監(jiān)測裝置電暈電極和集塵電極的振打機構：類型、尺寸、頻率范圍和強度調整、總數(shù)和排列灰斗：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便于電除塵器內部檢查和維修的檢修門高強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需要的建筑和地基獲得均勻的低湍流氣流分布的措施第三節(jié)濕式除塵器使含塵氣體與液體

（一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵?；蚴沽皆龃蟮难b置

可以有效地除去直徑為0.1～20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物

高能和低能濕式除塵器低能濕式除塵器的壓力損失為0.2～1.5kPa，對10μm以上粉塵的凈化效率可達90％～95%高能濕式除塵器的壓力損失為2.5～9.0kPa，凈化效率可達99.5％以上濕式除塵器濕式除塵器濕式除塵器根據(jù)濕式除塵器的凈化機理，大致分為重力噴霧洗滌器旋風洗滌器自激噴霧洗滌器板式洗滌器填料洗滌器文丘里洗滌器機械誘導噴霧洗滌器濕式除塵器主要濕式除塵裝置的性能和操作范圍裝置名稱氣體流速/m?s-1液氣比/l?m-3壓力損失/Pa分割直徑/μm噴淋塔0.1～22～3100～5003.0填料塔0.5～12～31000～25001.0旋風洗滌器15～450.5～1.51200～15001.0轉筒洗滌器（300～750r/min）0.7～2500～15000.2沖擊式洗滌器10～2010～500～1500.2文丘里洗滌器60～900.3～1.53000～80000.1濕式除塵器的優(yōu)點

在耗用相同能耗時，比干式機械除塵器高。高能耗濕式除塵器清除0.1m以下粉塵粒子，仍有很高效率可與靜電除塵器和布袋除塵器相比，而且還可適用于它們不能勝任的條件，如能夠處理高溫，高濕氣流，高比電阻粉塵，及易燃易爆的含塵氣體在去除粉塵粒子的同時，還可去除氣體中的水蒸氣及某些氣態(tài)污染物。既起除塵作用，又起到冷卻、凈化的作用濕式除塵器的缺點

排出的污水污泥需要處理，澄清的洗滌水應重復回用

凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時，洗滌水具有一定程度的腐蝕性，因此要特別注意設備和管道腐蝕問題不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體寒冷地區(qū)使用濕式除塵器，容易結凍，應采取防凍措施

濕式除塵器的除塵機理慣性碰撞參數(shù)與除塵效率

簡化模型含塵氣體與液滴相遇，在液滴前xd處開始繞過液滴流動，慣性較大的塵粒繼續(xù)保持原來的直線運動。塵粒從脫離流線到慣性運動結束時所移動的直線距離為粒子的停止距離xs，若xs大于xd；塵粒和液滴就會發(fā)生碰撞慣性碰撞參數(shù)與除塵效率定義慣性碰撞參數(shù)NI：停止距離xs與液滴直徑dD的比值對斯托克斯粒子up：粒子運動速度uD：液滴運動速度dD：液滴直徑

慣性碰撞參數(shù)與除塵效率除塵效率：NI值越大，粒子慣性越大，則ηII越高對于勢流和粘性流，ηII=f(NI)有理論解，一般情況下，JohnStone等人的研究結果

K—關聯(lián)系數(shù)，其值取決于設備幾何結構和系統(tǒng)操作條件L—液氣比，L/1000m3

接觸功率與除塵效率

根據(jù)接觸功率理論得到的經(jīng)驗公式，能夠較好地關聯(lián)濕式除塵器壓力損失和除塵效率之間的關系接觸功率理論：假定洗滌器除塵效率僅是系統(tǒng)總能耗的函數(shù)，與洗滌器除塵機理無關接觸功率與除塵效率

總能耗Et:氣流通過洗滌器時的能量損失EG+霧化噴淋液體過程中的能量消耗EL

ΔPG:氣體壓力損失，Pa

PL:液體入口壓力，PaQL,QG:液體和氣體流量，m3/s接觸功率與除塵效率除塵效率其中，傳質單元數(shù)

－除塵器的特性參數(shù)（見下頁）

接觸功率與除塵效率

粉塵和塵源類型1L－D轉爐粉塵4.4500.46632滑石粉3.6260.35063磷酸霧