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电除尘器设计说明书
中文摘要：本设计是按照给定的烟气的含尘量以及除尘效率设计出一个尺寸合理、性能稳定、经济的电除尘器。

本文从电除尘器主要结构的选型、尺寸计算等着手设计出了一个相对较合理的卧式电除尘器。

Abstract: This design is the haze quantity which, the dust content as well as the dust removal efficiency defers to assigns designs a size to be reasonable, stable property, economical electric precipitator. This article from the electric precipitator primary structure's shaping, the size computation and so on began to design a relatively reasonable horizontal-type electric precipitator.
关键词：电除尘器；设计；计算
Keywords：Electrical precipitator；Design；Calculate
1. 前言
1.1. 选题背景
1.1.1. 课题的来源
除尘工程是防治大气污染的主要内容，是环境工程的重要组成部分。

电除尘器由于具有除尘效率高、处理烟气量大、运行维护费用低等优点，被广泛应用于电力、冶金、建材等工业领域的烟尘治理。

在
我国电力行业，无论新建或改扩建燃煤电厂，还是老电厂，我国发电装机容量中火电装机容量占80%左右，火电机组又以燃煤机组为主，是大气污染物的主要来源之一。

自2004年1月1日起，GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》正式实施，新的国家标准对新建火电机组和已建成运行的不同年代的老机组烟尘排放浓度均有了更加严格的规定；火电厂烟气脱硫工艺对烟气中的粉尘浓度有严格要求。

电除尘器是重要的环保设备，同时也是火电厂的高能耗设备，一般情况下电除尘器的耗电量约占机组容量的4‰。

国家十一五规划明确提出“建设资源节约型、环境友好型社会”的要求，如何响应国家号召在提高除尘效率、降低烟尘排放浓度由此可见，由于电除尘器本身的技术瓶颈、我国煤质资源的客观实际以及环保要求的日趋严格，我国电除尘器的应用和发展正面临这前所未有的挑战。

本课题来源于某工业中产生的烟气，已知进口颗粒物浓度为
49g/m³，除尘需达到的效率为96%。

1.1.
2. 课题的目的
本课题主要为了进一步理解电除尘器的除尘原理以及主要部分，利用所学的知识设计出一个较合理、实用的电除尘器，从而达到所需要的除尘效率，是烟气得到净化。

1.1.3. 课题的意义
在设计的过程中对电除尘器有一个宏观的了解，从而将知识应用
到实践中以及通过设计出一个理想的电除尘器，使工业排出的烟气含量达标，从而净化大气，减少烟气对环境的危害。

1.1.4. 应解决的主要问题
掌握电除尘器的基本原理和主要结构的原理、选型以及有关参数的选择，从而使所设计的电除尘器达到所需要的除尘效率，使烟气达标排放。

1.1.5. 技术要求
所设计的电除尘器首先性能要稳定，满足除尘效率的要求；第二，耗电少，经济；第三，机械性能高，噪声小；第四，外型应美观等要求。

1.1.6. 本设计的指导思想
(1)依据招标书的要求及国家相关标准进行设计。

(2)按照“高效、安全、可靠、方便、经济”的目标即除尘效率高、使用安全、运行可靠、操作方便、运行维护经济的原则进行优化设计。

1.2. 国内外研究现状
1972年以前的探索时期，主要特征是仿造和试用，极板大多是棒帖式.电晕极为细圆，技术水平较低。

我国最早使用的一台电除尘器，是解放前1936年安装在本溪工农兵水泥厂，其断面积为36m²。

1954年仿造了第一台电除尘器，1965年对电除尘技术开始进行科学研究，直到1970年，我国投入运行的电除尘器总台数约200台，主要用于有色金属冶炼中贵金属的回收，及建材行业有用物料的回收。

1972年以后的发展时期，主要特征是研制、引进、吸收、提高，电除尘技术水平迅速发展。

这个时期内，70年代初期和中期，完成了3-60m²九种规格的SHWB电除尘系列化设计，首次形成了通用电除尘器系列产品。

70年代末至80年代初，通过对系列化产品使用几年的实践总结，并对当时引进Ruthmuble公司的173m²和Elex公司81.9m²电除尘器进行消化吸收，结合自己近10年的研究成果，各工业部门先后开展了新型电除尘样机的研制和新的电除尘器系列化设计，如冶金工业部先后研制的成功用于武钢的60m²，大冶有色金属公司的40m²的电除尘器样机。

建材行业完成CDWY和CDWH两类电除尘器系列设计。

80年代中期以来，为了满足日益严格的环境质量要求，国家科委将“高效除尘技术的研究”列入“七五”攻关项目，开展了宽间距电除尘器、脉冲供电电源、烟气调质和板线配置的研究等。

我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60年代。

在1980年以前，我国在国际电除尘器领域还处于非常落后的地位。

改革开放以来，我国国民经济持续不断地高速增长，环境保护对国民经济的可持续发展显得愈来愈重要。

受市场经济下的利益驱动，国内许多大、中型环保产业对电除尘器进行技术研究和开发方面的投入不断加大，电除尘器的应用得到了长足的发展。

国家更是将高
效电除尘器技术列入“七五”国家攻关项目[4]。

通过对引进技术的消化、吸收和合理借鉴，到上世纪90年代末，我国电除尘器技术水平基本上赶上国际同期先进水平。

因为我国的静电除尘器起步较晚，故从机械结构上讲，无论是内件结构形式(主要是极板和极线)还是外壳结构形式，基本上套用欧式或美式结构。

欧式或美式静电除尘器在结构上差异主要体现在三个方面：收尘极系统、放电极系统和振打系统三部分。

在收尘极系统方面，欧、美式结构的收尘极都由薄卷板轧制而成。

美式结构采用整体悬挂，而欧式结构采用自由悬挂，每块极板都可单独在气流方向稍微移动和振动。

在放电极方面，美式结构的放电极大都是顶部由吊架固定的自由悬挂极线，在底部系有重锤使其张紧。

导线的直径约1/8in，起晕电压为18kV。

而欧式结构采用较大直径的放电极，安装于框架中，其最大的优点式断线率低，但由于极线直径达，起晕电压相对较高。

在振打方面，美式结构一般采用电磁脉冲振打、电振动和气力振动，这些振动器均在极板的垂直面上运行。

目前国内普遍投运的静电除尘器，除少量是从国外引进的，基本上为国内产品，其结构形式以欧式结构居多(如菲达型)，其次是GP 型结构(也是仿照早期的欧洲法式结构)、美式结构，其他还有欧式鲁奇结构(水泥行业的静电除尘器和从日本引进的设备大都属于这一类)。

对于电除尘器的电气系统，进入九十年代，由于高电压技术、自
动控制技术，计算机技术、化学反应技术的发展和融通，全新的脉冲放电技术应运而生。

这一技术把含氮、硫的烟气变成化肥回收，单片微机和计算机智能控制系统的使用和推广使得电除尘器工作精确、高效，操作和维护也变得十分简单。

这种脉冲荷电的特点是针对改善高比电阻灰尘的集尘特性而考虑的它是一种有效的荷电方式，脉冲供电方式正在当今世界范围内进行研究开发，有一部分己达到实用化。

国外甚至已经把高压逆变电源用在电除尘器上。

近年来我国还研究开发了不少新型电极电除尘器，例如邹永平等研制了横向极板电除尘器；刘林茂等研制了加装横向百叶窗式的电除尘器，陈学构等提出了静电透镜电场电除尘器；即在两平板电容器之间平行插入一个带圆孔的薄板所形成的结构；谭天佑等提出了横向工字形极板电除尘器，在I型板排中，插入了顺气流装置的带负电的平板辅助电极；张国权等研制了冲击式电除尘器，即在横向中心窗口处布置电晕线，烟气流过窗口后面横放收尘板上而被捕集。

1.3. 电除尘器存在的问题
1.3.1. 基本问题
(1)高比电阻粉尘
(2)烟尘的返流损失
(3)气流状态不良
(4)振打设备能力不足
(5)电极系统的设计不完善
(6)高压供电设备不足
(7)电除尘中高压电场分组数不够
(8)电除尘设备容量太小
(9)高压电气设备不稳定(对火花放电太敏感等) 1.3.2. 机械问题
(1)电极配置不良
(2)电晕电极振动或摇摆
(3)收尘电极变形
(4)电极上积尘太多
(5)灰斗存灰太满或烟尘溢出
(6)灰斗、外壳或烟道漏风
(7)烟道接头处烟尘堆积
(8)通过灰斗或在收尘区周围有烟气溢出
1.3.3. 操作问题
(1)电气设备调整不当
(2)通过电除尘烟量太大
(3)烟气含尘浓度太大
(4)工艺过程不正常(燃烧状况不良等)
(5)振打强度或频率的调节不适当
2. 电除尘器设计方案论证
2.1. 引言
除尘工程是防治大气污染的主要内容，是环境工程的重要组成部分。

我国发电装机容量中火电装机容量占80 %左右，火电机组又以燃煤机组为主，是大气污染的主要来源之一。

随着国际国内对环境保护要求日益严格，我国也对大气排放标准不断制定新的标准。

随着环境保护意识的增强，烟气治理技术的应用已越来越受到人们的重视。

电除尘器以其除尘效率高、运行管理方便和适应性强等特点，已在各工业领域含烟气治理中得到了广泛的应用。

作为电除尘器重要组成部分的本体，其设计的优化和日常维护对除尘效率起着举足轻重的作用。

2.2. 电除尘器除尘机理
2.2.1. 捕集效率
电除尘器的捕集效率与粒子性质、电场强度、气流性质及除尘器结构等因素有关。

从理论上严格的推导捕集效率公式是困难的，所以需要做一定的假设。

德意希在1922年推导出除尘效率与集尘板面积、气体流量和粒子驱进速度之间的关系式(即德意希公式)时，做了以下假设：电除尘器内含尘气流为紊流；通过垂直与集尘极表面的任一断面的粉尘浓度和气流分布均匀；粉尘粒子进入电除尘器后就认为完全荷电；忽略电风、气流分布不均匀及捕集粒子重新进入气流等的影响。

德意希公式(formula of Dertsch)为：
=1-[=1-]
式中：
——电除尘器集尘板总面积，m²
——电除尘器的处理气量，m³/s
——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s。

2.2.2. 粉尘在电场内的迁移和捕集
在电除尘技术中，粉尘的捕集主要是利用在电晕电场中粉尘荷电后移向异性电极而从气流中分离出来的原理，涉及悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除等三个基本过程，它主要分为四个阶段：
(1)施加电场
在一对电极之间施加电压，就可以建立起电场，它的作用是：
(a)在高压放电极附近的场强很强，造成气体的电离，产生大量离子，形成电晕放电的必要条件；
(b)电场促使离子与尘粒碰撞，使尘粒荷电；
(c)驱动荷电尘粒向收尘极移动。

(2)气体的电离(电晕放电)
电除尘器中能够形成电晕放电的基本条件是，在正负电极间的电位差，应保证形成使气体电离发生电晕放电的非均匀电场。

在放电极表面电场强度最大，距放电极愈远电场强度愈小。

电晕放电原理如图
2-1所示。

电子和阴离子是电场中粒子荷电的来源。

实验证实电场中离子的迁移速度与电场强度成正比，可用下式表示：
=×
式中
——离子的迁移速度，m/s ；
——电场强度，V/m；
——离子迁移率，m²/(V·m)。

图2.1：电晕放电原理图
(3)尘粒荷电
尘粒荷电荷电量的大小与尘粒粒径、电场强度及停留时间等因素有关，通常认为尘粒荷电有两个主要机理：电场荷电和扩散荷电。

电场荷电是在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。

对半径大于0.5μm的尘粒，电场荷电起主导作用。

扩散荷电是扩
散荷电是由离子的热运动引起的。

对半径小于0.2μm的尘粒，则为扩散荷电起主导作用。

而半径在0.2-0.5μm之间的尘粒，两者均起作用。

图2.2：板式电除尘器工作原理图
(4)收尘
板式电除尘器的工作原理如图2.2所示。

粉尘荷电后，在电场作用下，各自按其所带电荷的极性不同，向极性相反的电极运动，并沉积于其上。

2.2.
3. 尘粒的运动和捕集
(1)尘粒所受的力及运动规律
处于集尘板和电晕极之间的荷电尘粒，受到四种力的作用：重力、静电力、惯性力、介质的阻力。

粒子的驱进速度为
=××/(××)
式中：
——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s
——粉尘粒子荷电量，C
——粉尘粒子所处位置的电场强度，V/m
——气体黏度，Pa∙s
——粉尘粒子的直径，μm
——肯宁汉修正系数，这里可以近似估算为
=1+
在一般电除尘器中，荷电电场强度和集尘区电场强度是近似相等的。

(2)荷电尘粒的捕集
在电除尘器中，尘粒的捕集与许多因素有关，如尘粒的比电阻、介电常数和密度、气流速度、温度和湿度以及集尘板的表面状态等。

提高电除尘器捕集效率有许多途径，其典型例子为“德意希公式”，其做出的假定为：除尘器中气流为湍流状态：在垂直与集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的。

粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程：忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响。

此公式概括了分级除尘效率和集尘板面积。

气流流量和颗粒驱进速度之间的关系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。

2.2.4. 振打清灰
粉尘荷电后，在电场作用下，各自按其所带电荷的极性不同，向极性相反的电极运动，并沉积于其上。

从集尘板清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流。

粉尘重新进入气流可能产生于气
流把粉尘从集尘板表面直接吹起，振打电极使粉尘重新弥散与气流，或者把捕集的粉尘从灰斗卷起。

在干式电除尘器中一般使用电极振打的方式清灰。

振打系统必须高度可靠。

既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率。

两种主要的常用振打器是电磁型和挠臂锤型。

粉尘荷电后，在电场作用下，各自按其所带电荷的极性不同，向极性相反的电极运动，并沉积于其上。

2.3. 静电除尘器分类和特点
2.3.1. 按气流方向分
(1)立式电除尘器
气体在电除尘器内，从下往上垂直流动。

它占地面积小，但高度较大，维护和检修不方便，气体分布不易均匀，对捕集粒径细的粉尘容易产生再飞扬。

气体出口可设在顶部。

通常规格较小，处理气量少，适宜在粉尘性质易被静电捕集的情况下使用。

(2)卧式电除尘器
气体在电除尘器内沿水平方向流动，可按生产需要适当增加或减少电场数目。

其特点是可实现分电场供电，避免各电场间相互干扰，以利于提高除尘效率；便于分别回收不同成分、不同粒径的粉尘，达到分类富集的作用；容易做到气体沿电场断面均匀分布；由于粉尘下落方向与气体运动方向垂直，粉尘二次飞扬比立式电除尘器少；设备高度较低，安装、维护方便；适宜于负压操作，对风机使用寿命和劳
动条件十分有利。

但占地面积较大，基建投资费用较高。

2.3.2. 按清灰方式分
(1)干式除尘器
收下来的粉尘呈干燥状态。

操作温度一般要求高于处理气体露点20-30 ºC，使用温度可达350-45ºC，甚至更高。

通常采用机械、电磁、压缩空气等振打装置清灰。

常用于收集经济价值较高的粉尘。

(2)湿式除尘器
收下来的粉尘为泥浆状。

操作温度较低，对于一般含尘气体都需要进行降温处理，在温度降至40-70 ºC再进入电除尘器。

设备需采取防腐蚀措施。

通常采用连续供水清洗沉尘极，定期供水清洗电晕极。

这样，一方面可降低粉尘比电阻，使除尘容易进行。

另一方面，因无粉尘再飞扬，所以除尘效率很高，因此，湿式电除尘器适用于气体净化或收集无经济价值的粉尘。

另外，还由于水对处理气体有冷却作用，使气量减少，设备规格则相应减少。

若气体含一氧化碳等易爆气体，采用湿式电除尘器可减少或防止爆炸危险。

(3)电除雾器
气体中的酸雾、焦油液滴等以液体状除去。

采用定期供水或蒸汽清洗沉尘极和电晕极，操作温度小于50 ºC，电极等钢构件必须采取防腐措施。

2.3.3. 按集尘电极的结构形式分
(1)管式除尘器
单管电除尘器结构如图所示。

集尘极为F 150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。

放电极线(电晕线)用重锤悬吊在集尘极园管的中心。

管式电除尘器电场强度高且变化均匀，但清灰比较困难。

常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。

(2)板式除尘器
集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。

放电极(电晕极)均布在两平行集尘极间。

两平行集尘极的距离一般为200-400mm，极板高度2-5mm。

版式电除尘器电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装容易。

2.3.4. 按电极在除尘器内的布置形式分
(1)单区电除尘器
集尘级和电晕极装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。

(2)双区电除尘器
收尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘极称为收尘区，荷电粉尘粒子在收尘区被捕集。

双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。

2.4. 方案选择
综合考虑采用卧式的板式电除尘器。

卧式静电除尘器的收尘极板由若甘块平板组成，为了减少粉尘的二次飞扬和增强极板的刚度，极
板一般要轧制成各种不同的断面形状，电晕极安装在收尘极板构成的通道中间。

卧式静电除尘器之气体在静电除尘器内沿水平方向运动，与立式静电除尘器相比有以下特点：
(1)各个电场可以施加相同电压，也可以分别施加不同的电压，分别施加不同的电压以便充分提高除尘效率。

沿气流方向可分别为若干电场；
(2)根据所要求的除尘效率，可任意增加电场长度，但太长会增加费用，而效果却不十分理想；
(3)在处理较大的烟气量时，能保证气流沿电场断面均匀分布，清灰比较方便；
(4)各个电场可以分别捕集不同粒度的粉尘，这有利于粉尘的捕集回收；
(5)静电除尘器的电场强度不够均匀。

3. 电除尘器的结构设计
电除尘器的结构设计主要包括有集尘极系统、电晕极系统、气体分布装置、壳体结构以及排灰装置等。

3.1. 集尘极系统
电除尘器的集尘极也可称为除尘极、集尘极或阳板等。

集尘极系统包括集尘极板、极板悬挂构件和清灰装置。

对集尘极系统的设计主要是对集尘极板、集尘悬挂构件和清灰装置的设计。

3.1.1. 集尘极的设计原则
(1)具有良好的电性能，极板电流密度分布要均匀
(2)具有良好的振动加速度分布性能
(3)具有良好的防止粉尘二次飞扬性能
(4)钢材耗量少，强度大，不易变形
3.1.2. 集尘极的形式
立式电除尘器的极板常见的有圆管状(直径250mm-300mm)和郁金花状两种。

郁金花状因有防止粉尘二次飞扬的特点，应用较多；卧式电除尘器的极板形式有“Z”型、“C”型、波纹型、工字型等。

C型极板由于极板的阻流宽度大，不能充分利用电场空间；Z型板由于有较好的电性能以及振动力、速度均匀的性能，重量也较轻，因而使用较普遍，但由于两端的防风沟朝向相反，极板在悬吊侯容易出现扭曲；C型板克服了Z型的这种缺点，ZT型极板则既具有良好的电性能、制造也较容易。

3.1.3. 集尘板的设计
极板的材料，通常用普通碳素钢的三号镇静钢制作。

用于净化腐蚀性气体时，应用不锈钢，对水泥磨和生料磨用的电除尘器，其极板需选用不含硅的优质结构钢。

二次扬尘的控制：为要在极板面附近形成宽度3-4mm的死流区，抑制粉尘二次飞扬，流体流速为1m/s左右时，防风沟宽度b与板宽B之比控制为1：10。

3.1.
4. 极板的悬挂
极板通常被悬挂在固定于壳体顶梁的小梁上。

其联接点有铰接和固接两种，不同的联接方法，其板面振动加速度不同。

上下两端采用固接方式可获得较大的板面振动加速度。

但是，上下均采用固接形式，当各条极板受热不均匀时，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。

上端固接的悬吊方法也可以采用极板的一段焊接一块厚为
6-8mm的联接板，悬吊梁用单根或双根角钢组成(由极板长度及极板块数定)并焊于壳体顶梁下平面，极板用螺栓紧固于悬吊梁上。

单点偏心悬挂方式是一种自由悬挂方式。

当撞击杆被敲击时冲击力通过挡块传给联接板及极板，使极板产生振动，且使极板沿悬吊的销轴回转产生位移。

采用这种悬吊方式的极板，获得振动加速度较小，安装调试也较为麻烦。

在实践中发现，极板两端的联接板与极板的联接容易脱开，目前新设计的电除尘器，上部将极板直接用螺栓与悬吊梁联接，下部将极板与撞击杆相联(铰接或固接)。

3.1.5. 极板清灰装置的设计
集尘极极板表面上的粉尘清除，靠对极板进行周期性振打，并使板面产生一定的振打加速度实现。

振打周期、频率和强度与含尘气体、粉尘性质、电除尘器的结构形式等很多因素有关。

设计中应留用较大的调整余地，以便在运转中逐步调整确定出合适的振打制度。

集尘极
一般采用间歇振打，振打频率为每分钟4-8次，振打周期随气体含尘浓度而定。

单电场除尘器的集尘极一般2-8小时振打一次，一次振打5分钟。

多电场的除尘器，可根据实际情况确定各电场板的振打周期。

敲打极板方式中平行于板面的振打方式比垂直于板面的振打方
式要好，它既可保证极板间距在振打过程中变化不大，又可使粉尘和板面间在振打时，产生一定惯性切力，使黏附在板面上的粉尘更容易脱落。

集尘极的振打机构有捶打机构、弹簧—凸轮机构、电磁振打等结构形式。

弹簧—凸轮机构因结构复杂，动力消耗较大，基本上不再采用。

电磁振打装置由于结构复杂，目前工业上也已很少用。

挠臂锤击机构具有结构简单，运转可靠的优点，被国内外的电除尘器广泛采用。

根据经验，锤重可取5-12kg。

连杆长度取150-225mm，曲柄长度取100mm左右。

该锤击机构在使用过程中锤头与连杆的联接柱销因长时间磨损
而引起掉锤故障，因而许多设计者将锤头和连杆制成一整体锤。

3.1.6. 锤击装置的传动系统设计
传动装置系统：通常，一个电场的各排集尘极板的振打锤均装在一根轴上，相邻的两副锤子错开一定角度(一般为150°)，以减少振打时粉尘的二次飞扬。

振打轴支承在两个滑动轴承上，当电除尘器宽度尺寸较大时，可将振打轴分成若干段，每段应支承在两个轴承上，每。