3.4 电除尘器.ppt

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1、3 粉尘与重金属污染控制 3.3 电除尘器,王孝强 生物质发电成套设备国家工程实验室,电除尘的工作原理见图 三个基本过程： （1）粉尘荷电 （2）粉尘沉降 （3）清灰 电晕放电、粒子荷电、荷电粒子迁移与捕集、粉尘清除,1 工作原理,双区电除尘器,单区电除尘器,1 工作原理,主要优点 压力损失小，一般为200500Pa 处理烟气量大，可达105106m3/h 能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99 可在高温或强腐蚀性气体下操作,1 工作原理,在细导线表面或尖端附近的强电场空间内，气体中的微量自由电子将被加速到很高的速度，并足以通过碰撞时气体分子释放出外

2、层电子，而产生新的自由电子和正离子。 自由电子接着被加速到很高的速度，又进一步引起气体分子的碰撞电离，这种过程在极短的时间内重复无数次，在点击表面附近产生大量自由电子和正离子雪崩过程 远离细导线，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获 电子雪崩过程产生的正离子移向放电金属丝，碰撞产生新的电子，以致电晕持续进行 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,2 电晕放电,2 电晕放电,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

3、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,2 电晕放电,正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线,电晕区范围逐渐扩大至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,2 电晕放电,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 扩散荷电离子做不规则热运动和粒子相碰撞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

4、取决于粒径 大于0.5m的微粒，以电场荷电为主 小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。,2 粒子荷电,电场荷电 粒子获得的饱和电荷,真空介电常数，等于8.8510-12 一电场强度，V/m r 一粒子相对介电常数,影响电场荷电的因素 粒径和介电常数 电场强度 一般粒子的荷电时间小于为0.1s，相当于气流在除尘器内流动10-20cm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,2 粒子荷电,扩散荷电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

5、电理论方程,k一玻尔兹曼常数，1.381023J/K T一气体温度，K N0离子密度，个/m3 e电子电量，e1.6106C 一气体离子的平均热运动速度，m/s,2 粒子荷电,电场荷电和扩散荷电的综合作用 粒径大于1m，电场荷电占优势 小于0.2m的粒子扩散电荷占优势 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,2 粒子荷电,再将上式和饱和荷电量计算公式相加，则得尘粒总荷电量的近似计算公式,例题 利用下列数据，决定电场和扩散荷电综合作用下粒子荷

6、电量随时间的变化。已知5，E03106V/m，T300K，N=21015离子/m3， =467m/s，dp0.1，0.5和1.0m。 解：由方程 （6-31）得电场荷电的饱和电荷 由方程 （6-32）可以计算扩散荷电过程的荷电量随时间的变化 那么,2 粒子荷电,例题（续） 粒子荷电量随时间和粒径的变化,2 粒子荷电,异常荷电 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,破坏正常电晕过程 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，除尘效率降低 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，

7、即电晕闭塞,2 粒子荷电,3 荷电粒子的运动和捕集,驱进速度 力平衡关系 t0时，0，则,驱进速度 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,3 荷电粒子的运动和捕集,3 荷电粒子的运动和捕集,捕集效率一多依奇公式 多依奇公式的假定: 除尘器中气流为紊流状态 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 进入除尘器的粒子立刻达到饱和荷电量 忽略电风、气流分布不均匀，粒子反流、气流旁路的影响。,3 荷电粒子的运动和捕集,dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为 由dtdx/u 积

8、分 最终得,3 荷电粒子的运动和捕集,当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的1020时，多依奇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 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表式,3 荷电粒子的运动和捕集,3 荷电粒子的运动和捕集,影响捕集效率的因素 （1）有效驱进速度：由于各种因素的影响，使得案例林方程计算的捕集效率远高于实际值 （2）粉尘电阻：工业气体中的粉尘比电阻往往差别很大,5 电除尘器结构,除尘器类型 （1)双区电除尘器和单区电除尘器 双区电除尘器通风空气的净

9、化和某些轻工业部门 单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染 （2）管式电除尘器和板式电除尘器 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 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25一50m3/s以上,（3）立式和卧式电除尘器 立式，气流自下而上； 卧式，气流水平通过电除尘器 （4）湿式和干式电除尘器 湿式电除尘器是用喷水或溢水等方式使集尘极表面形成一层水膜，将沉积在极板上的粉尘冲走。 干式除尘器是用机械振打等方法来实现极板和极线的清灰。,5 电除尘器结构,电晕电极 主要包括电晕线、电晕框架、电晕框悬吊架、悬吊杆、绝缘套管等 常用的有直径3mm左右的圆形线

10、、星形线及锯齿线、芒刺线等 电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等,a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线,5 电除尘器结构,电晕电极 电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式,5 电除尘器结构,集尘极 集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的4050%）有很大影响 性能良好的集尘极应满足下述基本要求 振打时粉尘的二次扬起少 极板的振打性能好，易于清灰 对气流阻力小 形状简单，容易制造 刚度好，不易变形,5 电除尘器结构,常用板式电除尘器集尘极 进展宽间距压电除尘器,电极清灰装置 电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 粉尘沉积在电

11、晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除 从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流 在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板 在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰,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,5 电除尘器结构,电除尘器的供电 高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流 供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上 随着电压的升高，电晕电流和电晕功率都急剧增大，效率也迅速提高。因此应配备供给足够高的电压并具有足够功率的

12、供电设备。,5 电除尘器结构,气流分布装置 电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响 为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板 最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板 对气流分布的具体要求是 任何一点的流速不得超过该断面平均流速的土40% 在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差土25%。,5 电除尘器结构,气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV,6 粉尘比电阻,通常所需要的粉尘的最小导电率是1010（/cm）1 高比电阻粉尘导电率低于大约1010（/cm）1，即电阻率大于1010/cm的粉尘 影响粉尘层比

13、电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等 在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据,6 粉尘比电阻,烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响,a.飞灰 b.水泥窑粉尘,6 粉尘比电阻,高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降 低于10cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响 比电阻介于10101011cm之间时，火花率增加，操作电压降低 高于1011cm时，产生明显反电晕,6 粉尘比电阻,克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁 采用较好的供电系统 烟气调质 增加烟气湿度，或向烟气中加

14、入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3 改变烟气温度 向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度 发展新型电除尘器,7 选择和设计,电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法,7 选择和设计,比集尘表面积的确定 根据运行和设计经验，确定有效驱进速度e按德意希方程求得比集尘表面积A/Q 长高比的确定 集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少 要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.01.5。,7 选择和设计,气流速度的确定 通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速 平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加 气体的含尘浓度 如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞 应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等 有效驱进速度的确定 有效驱进速度与除尘器结构和运行条件有关 除尘效率和集尘板面积的确定 除尘效率可按烟气含尘浓度和允许出口排放浓度考虑，同时考虑急速、经济、环保的综合影响。,7 选择和设计,验算电场风速 合理的电场风速是0.71.3m/s,谢 谢！,