第六章除尘装置3 李丹
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器性能，但投资增加； 电场分组数的确定必须考虑效率和投资两方面因素。
气流分布板
电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响； 为减少涡流，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，而以多孔板使用最为广泛；通常采用厚度为3-3.5mm的钢板， 孔径为30-50mm，分布板层数为2-3层。 对气流分布的具体要求是：
粉尘比电阻对有效驱进速度的影响
粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响
克服高比电阻影响的办法
保持电极表面尽可能清洁：提高振打强度可以使电极表面粉尘层的厚 度保持在1mm以下，能基本上消除高比电阻的不利影响； 采用较好的供电系统； 烟气调质：
增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使
1 exp A / Q
k
式中：k为一指数，一般取0.5。 许多电除尘器效率的实际测量表明，对于粒径在亚微米间的粒子，除尘效率有增大 的趋势，这说明电除尘过程是去除微小粒子的有效办法。 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ωe表示.对于工业电除尘器， 有效驱进速度变化于0.2——2m/s间。
第六章
除尘器以及湿式除尘器等。
除尘装置
从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装臵，即除尘器。 根据主要除尘机理，目前常用的除尘器有：机械除尘器、电除尘器、袋式
机械除尘器 电除尘器
湿式除尘器
过滤式除尘器
除尘器的选择与发展
第二节 电除尘器
电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装臵。 与其他除尘器的根本区别在于： 除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整
个气流上，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。
旋风除尘器对于 dp<5μm的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集 更小的粒子。电除尘器由于作用在粒子上的静电力相对较大，能有效地捕集亚 微米级粒子。
5、荷电粒子的运动和捕集
驱进速度
在电除尘器中，运动的荷电粒子受到两方面的作用力(忽略重力)： 电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力：qEp 粉尘粒子向集尘极迁移时受到的介质阻力：3dp 力平衡关系：
可使制作、安装、维修 等变得方便，而且设备
小，能耗也小。
高压供电设备
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20年之上； 通常高压供电设备的输出峰值电压为70～l000kV，电流为100～2000mA；
增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘
m d qE p 3π d p dt m d dt qE p 3π d p
m ln(3π d p qE p ) t C 3π d p
则
e
(
3π d p m
)( t C )
3π d p qE p
t＝0时，＝0，则： e 有：
任何一点的流速不得超过该断面平均流速的 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 25%。
气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV。气流均匀分布时， 除尘器的通过率为P0；气流分布不均匀时，通过率约为 P P0 FV 。
气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV
与集尘板高度相比，假如集尘板不够长，部分下落粉尘在到达灰斗之前
可能被烟气带出除尘器，从而降低了除尘效率； 要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.0～1.5。
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
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。
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1010Ω/cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响； 当比电阻介于1010～1011Ω/cm之间时，火花率增加，操作电压降低； 当高于1011Ω/cm时，集尘板粉尘层内会出现电火花，产生明显反电 晕。反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷 电和捕集。
8、粉尘比电阻
粉尘的导电性 为了在电晕极和集尘极之间输送粒子电流，沉积在集尘极表面的 粉尘必须具有一定的导电性； 通常所需要的粉尘的最小导电率是10－10(Ω/cm)－1； 高比电阻粉尘：导电率低于大约10－10(Ω/cm)－1，即电阻率大于 1010Ω/cm的粉尘；
影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形
酸雾（TiO2）
飘旋焙烧炉 催化剂粉尘
0.06～0.08
0.08 0.08
红磷
石膏 二级高炉（80％生铁）
0.03
0.16～0.20 0.125
6、被捕集粉尘的清除
电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘厚度为几mm，甚至几cm。
粉尘沉积在电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，清
振打时粉尘的二次扬起少
单位集尘面积消耗金属量低 极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形 振打时易于清灰，造价低
常用板式电除尘器集尘极
进展 发展宽间距电除尘
器。现已公认，在某些 情况下板间距可比平常
增加50％～100%，然而
除尘器性能并未改变。 其原理还没有完全解释
清楚。宽间距电除尘器
烟煤锅炉 褐煤锅炉
v v
1.1～1.6m/s 1.8～2.6m/s
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ωe按德意希方程求得比集 尘表面积A/Q：
1 A/Q ln( ) e 1 1 ln( ) e P 1
1
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：
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。
振打强度的大小主要有除尘器的
容量、极板安装方式、振打方向、
粉尘性质和烟气温度等来决定的。
7、电除尘器结构
电晕电极
电晕极又称放电电极，型式很多，目前常采用直径为3mm左右的圆形线、
e
3 d p m t完全可以忽略不计
则驱进速度：
qE p 3 d p
同样，对于滑动区的颗粒，还应乘以系数C。
驱进速度与粒径和场强的关系 当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比
粒子的捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定:
除尘器中气流为湍流状态；
(
3π d p m
)C
qEp
qE p e
3 d p m t
3 d p qE p
(cm / s)
3 d p qE p m t 即： 1 e 3 d p
若t>10－2s，
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； 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。
德意希公式推导
变量设臵：气体流向x，气体和粉尘在x方向的流速皆为u（m/s)，气体流 量为Q (m3/s) ；x方向上每单位长度的集尘板面积为a(m2/m)，总集尘板面积
速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加。当捕集电站飞灰时，临界速度
可以近似取为1.5-2.0m/s。
气体含尘浓度
如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，会使电除尘器 电晕电流急剧下降，严重时可能会趋近于零，这种情况称为电晕闭塞； 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。
ai di dx Fu i
将其由除尘器入口(含尘浓度为 1i )到出口(含尘浓度为 2i )进行积分，同 时FU=Q,aL=A:
ai d dx Fu C1i
C2 i
A 2i i ln Q 1i
则理论分级捕集效率：
2i A i 1 1 exp( i ) 1i Q
灰方法有湿法和干法
在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板，使极板表面经常保持着一 层水膜，粉尘降落在水膜上时，随水膜流下，从而达到清灰的目的。 湿法清灰的主要优点是粉尘重新进入量小，改进了电除尘器的操作， 同时也净化部分有害气体，如SO2、HF等，缺点是极板腐蚀和污泥处理。 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
上式即为德意希分级效率方程。
该方程概括了分级除尘效率与集尘板面积、气体流量和颗粒驱进速度之间的关系， 指明了提高电除尘捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。
当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10％～20％时，德意希方程理论
上才是成立的。
作为除尘总效率的近似估算，ω应取某种形式的平均驱进速度 沿着气流方向，随着大颗粒的不断捕集，烟气中的颗粒越来越小，也就变得越来 越难以捕集。为将这一现象考虑进设计过程，可采用修正的德意希方程：
电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法
参数 板间距 驱进速度 比集尘极表面积 气流速度 长高比 比电晕功率 电晕电流密度 平均气流速度 符号 S ω A/Q v L/H Pc/Q Ic/A 取值范围 23～28cm 3～18cm/s 300～2400m2 （1000m3/min） 1～2m/s 0.5～1.5 1800～ 18000W/(1000m3/min) 0.05～1.0A/m2
为A (m2) ；电场长度为L (m) ，气体流动截面积为F (m2) ；直径为dpi的颗
粒，其驱进速度 （m/s) ，在气体中的浓度i (g/m3)。
dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为:
dn a (dx ) i i (dt ) Fdx di
由dt＝dx/u，代入上式：dn a (dx ) i i (dt ) Fdx di
粒子导电性增加，该方法称为烟气调质。最常用的化学调质剂是SO3 实验室和现场研究表明：向煤中加入少量的钠化合物可以减少飞
灰的比电阻。
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
Log10resistivity, Ω‧cm
S含量对粉尘比电阻的影响
9、电除尘器的选 吊，重锤重量10kg；另一种 为管框绷线式。 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
电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式
集尘极
管式集尘极：小型为直径为15cm、长3m的圆管；大型为直径为40cm、长6m。 板式集尘极：极板二侧通常设有沟槽和挡板，既能加强板的刚性，又能防 止气流直接冲刷极板的表面，产生二次扬尘。极板之间的间距，对电除尘器 的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小(<200mm)电压升不高，间距太大 又受供电设备允许电压的限制。 集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量有很大影响 性能良好的集尘极应满足下述基本要求
各种工业粉尘的有效驱进速度
粉尘种类 驱进速度/m∙s-1 粉尘种类 驱进速度/m∙s-1
煤粉（飞灰） 纸浆及造纸 平炉 酸雾（H2SO4）
0.10～0.14 0.08 0.06 0.06～0.08
冲天炉（铁－焦比＝10） 水泥生产（干法） 水泥生产（湿法） 多层床式焙烧炉
0.03～0.04 0.06～0.07 0.10～0.11 0.08
气流分布板
电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响； 为减少涡流，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，而以多孔板使用最为广泛；通常采用厚度为3-3.5mm的钢板， 孔径为30-50mm，分布板层数为2-3层。 对气流分布的具体要求是：
粉尘比电阻对有效驱进速度的影响
粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响
克服高比电阻影响的办法
保持电极表面尽可能清洁：提高振打强度可以使电极表面粉尘层的厚 度保持在1mm以下，能基本上消除高比电阻的不利影响； 采用较好的供电系统； 烟气调质：
增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使
1 exp A / Q
k
式中：k为一指数，一般取0.5。 许多电除尘器效率的实际测量表明，对于粒径在亚微米间的粒子，除尘效率有增大 的趋势，这说明电除尘过程是去除微小粒子的有效办法。 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ωe表示.对于工业电除尘器， 有效驱进速度变化于0.2——2m/s间。
第六章
除尘器以及湿式除尘器等。
除尘装置
从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装臵，即除尘器。 根据主要除尘机理，目前常用的除尘器有：机械除尘器、电除尘器、袋式
机械除尘器 电除尘器
湿式除尘器
过滤式除尘器
除尘器的选择与发展
第二节 电除尘器
电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装臵。 与其他除尘器的根本区别在于： 除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整
个气流上，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。
旋风除尘器对于 dp<5μm的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集 更小的粒子。电除尘器由于作用在粒子上的静电力相对较大，能有效地捕集亚 微米级粒子。
5、荷电粒子的运动和捕集
驱进速度
在电除尘器中，运动的荷电粒子受到两方面的作用力(忽略重力)： 电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力：qEp 粉尘粒子向集尘极迁移时受到的介质阻力：3dp 力平衡关系：
可使制作、安装、维修 等变得方便，而且设备
小，能耗也小。
高压供电设备
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20年之上； 通常高压供电设备的输出峰值电压为70～l000kV，电流为100～2000mA；
增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘
m d qE p 3π d p dt m d dt qE p 3π d p
m ln(3π d p qE p ) t C 3π d p
则
e
(
3π d p m
)( t C )
3π d p qE p
t＝0时，＝0，则： e 有：
任何一点的流速不得超过该断面平均流速的 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 25%。
气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV。气流均匀分布时， 除尘器的通过率为P0；气流分布不均匀时，通过率约为 P P0 FV 。
气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV
与集尘板高度相比，假如集尘板不够长，部分下落粉尘在到达灰斗之前
可能被烟气带出除尘器，从而降低了除尘效率； 要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.0～1.5。
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
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。
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1010Ω/cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响； 当比电阻介于1010～1011Ω/cm之间时，火花率增加，操作电压降低； 当高于1011Ω/cm时，集尘板粉尘层内会出现电火花，产生明显反电 晕。反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷 电和捕集。
8、粉尘比电阻
粉尘的导电性 为了在电晕极和集尘极之间输送粒子电流，沉积在集尘极表面的 粉尘必须具有一定的导电性； 通常所需要的粉尘的最小导电率是10－10(Ω/cm)－1； 高比电阻粉尘：导电率低于大约10－10(Ω/cm)－1，即电阻率大于 1010Ω/cm的粉尘；
影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形
酸雾（TiO2）
飘旋焙烧炉 催化剂粉尘
0.06～0.08
0.08 0.08
红磷
石膏 二级高炉（80％生铁）
0.03
0.16～0.20 0.125
6、被捕集粉尘的清除
电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘厚度为几mm，甚至几cm。
粉尘沉积在电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，清
振打时粉尘的二次扬起少
单位集尘面积消耗金属量低 极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形 振打时易于清灰，造价低
常用板式电除尘器集尘极
进展 发展宽间距电除尘
器。现已公认，在某些 情况下板间距可比平常
增加50％～100%，然而
除尘器性能并未改变。 其原理还没有完全解释
清楚。宽间距电除尘器
烟煤锅炉 褐煤锅炉
v v
1.1～1.6m/s 1.8～2.6m/s
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ωe按德意希方程求得比集 尘表面积A/Q：
1 A/Q ln( ) e 1 1 ln( ) e P 1
1
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：
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。
振打强度的大小主要有除尘器的
容量、极板安装方式、振打方向、
粉尘性质和烟气温度等来决定的。
7、电除尘器结构
电晕电极
电晕极又称放电电极，型式很多，目前常采用直径为3mm左右的圆形线、
e
3 d p m t完全可以忽略不计
则驱进速度：
qE p 3 d p
同样，对于滑动区的颗粒，还应乘以系数C。
驱进速度与粒径和场强的关系 当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比
粒子的捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定:
除尘器中气流为湍流状态；
(
3π d p m
)C
qEp
qE p e
3 d p m t
3 d p qE p
(cm / s)
3 d p qE p m t 即： 1 e 3 d p
若t>10－2s，
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； 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。
德意希公式推导
变量设臵：气体流向x，气体和粉尘在x方向的流速皆为u（m/s)，气体流 量为Q (m3/s) ；x方向上每单位长度的集尘板面积为a(m2/m)，总集尘板面积
速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加。当捕集电站飞灰时，临界速度
可以近似取为1.5-2.0m/s。
气体含尘浓度
如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，会使电除尘器 电晕电流急剧下降，严重时可能会趋近于零，这种情况称为电晕闭塞； 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。
ai di dx Fu i
将其由除尘器入口(含尘浓度为 1i )到出口(含尘浓度为 2i )进行积分，同 时FU=Q,aL=A:
ai d dx Fu C1i
C2 i
A 2i i ln Q 1i
则理论分级捕集效率：
2i A i 1 1 exp( i ) 1i Q
灰方法有湿法和干法
在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板，使极板表面经常保持着一 层水膜，粉尘降落在水膜上时，随水膜流下，从而达到清灰的目的。 湿法清灰的主要优点是粉尘重新进入量小，改进了电除尘器的操作， 同时也净化部分有害气体，如SO2、HF等，缺点是极板腐蚀和污泥处理。 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
上式即为德意希分级效率方程。
该方程概括了分级除尘效率与集尘板面积、气体流量和颗粒驱进速度之间的关系， 指明了提高电除尘捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。
当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10％～20％时，德意希方程理论
上才是成立的。
作为除尘总效率的近似估算，ω应取某种形式的平均驱进速度 沿着气流方向，随着大颗粒的不断捕集，烟气中的颗粒越来越小，也就变得越来 越难以捕集。为将这一现象考虑进设计过程，可采用修正的德意希方程：
电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法
参数 板间距 驱进速度 比集尘极表面积 气流速度 长高比 比电晕功率 电晕电流密度 平均气流速度 符号 S ω A/Q v L/H Pc/Q Ic/A 取值范围 23～28cm 3～18cm/s 300～2400m2 （1000m3/min） 1～2m/s 0.5～1.5 1800～ 18000W/(1000m3/min) 0.05～1.0A/m2
为A (m2) ；电场长度为L (m) ，气体流动截面积为F (m2) ；直径为dpi的颗
粒，其驱进速度 （m/s) ，在气体中的浓度i (g/m3)。
dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为:
dn a (dx ) i i (dt ) Fdx di
由dt＝dx/u，代入上式：dn a (dx ) i i (dt ) Fdx di
粒子导电性增加，该方法称为烟气调质。最常用的化学调质剂是SO3 实验室和现场研究表明：向煤中加入少量的钠化合物可以减少飞
灰的比电阻。
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
Log10resistivity, Ω‧cm
S含量对粉尘比电阻的影响
9、电除尘器的选 吊，重锤重量10kg；另一种 为管框绷线式。 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
电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式
集尘极
管式集尘极：小型为直径为15cm、长3m的圆管；大型为直径为40cm、长6m。 板式集尘极：极板二侧通常设有沟槽和挡板，既能加强板的刚性，又能防 止气流直接冲刷极板的表面，产生二次扬尘。极板之间的间距，对电除尘器 的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小(<200mm)电压升不高，间距太大 又受供电设备允许电压的限制。 集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量有很大影响 性能良好的集尘极应满足下述基本要求
各种工业粉尘的有效驱进速度
粉尘种类 驱进速度/m∙s-1 粉尘种类 驱进速度/m∙s-1
煤粉（飞灰） 纸浆及造纸 平炉 酸雾（H2SO4）
0.10～0.14 0.08 0.06 0.06～0.08
冲天炉（铁－焦比＝10） 水泥生产（干法） 水泥生产（湿法） 多层床式焙烧炉
0.03～0.04 0.06～0.07 0.10～0.11 0.08