第五节 电除尘器

第五节电除尘器

电除尘器是利用高压电场便尘粒荷电，在库仓力作用下使粉尘从气流中分离出来的一种除尘设备。

一、电除尘器的优缺点

1.电除尘器的主要优点

1）除尘效率高，对小达0.1μm的粉尘仍有较高的除尘效率。

2）处理气体量大，单台设备每小时可处理几十万甚至上百万立方米的烟气。

3）能处理高温烟气，采用一般涤纶绒布的袋式除尘器工作温度需要控制在120～130℃以下，而电除尘器一般可在350～400℃下工作。采取某些措施后，耐温性能还能提高，这样就大大简化了烟气冷却设备。

4）能耗低，运行费用小。虽然电除尘器在供给高压放电上需要消耗部分电能，但由予电除尘器阻力低(仅100～300Pa)，在风机消耗的电能上却可大大节省，因而总的电能消耗较其他类型除尘器要低。

2.电除尘器的缺点

1）一次投资费用高，钢材消耗量大。

2）设备庞大，占地面积大。

3）对粉尘的比电阻有一定要求。若在适宜范围之外，就需要采取一定措施才能达到磐要的除尘效率。

4）结构较复杂，对制造、安装、运行的要求都比较严格，否则不能维持所需的电压，除尘效率将降低。

由于电除尘器具有上述优点，因而在冶金、水泥、电站锅炉以及化工等工业中得到大量应用。

二、电除尘器的工作原理

图4—21为管式电除尘器的示意图。接地的金属圆管叫收尘极(或集尘极)，与高压直流电源相联的细金属线叫电晕极(又称电晕线或放电极)。电晕极置于圆管中心，靠重锤张紧。含尘气体从除尘器下部进口引入，净化气体从上部出口排出。

图4—21 管式电除尘器示意

1-高压电直流电源；2-高压电缆；3-绝缘子；4-净化气体出口；5-电晕极；6-收尘极；

7-重锤；8-含尘气体进口

图4—22 电除尘器的工作原理

1-导线（电晕极）；2-电子；3-正离子； 4-尘粒；

5-圆筒壁或极板（收尘极）；6-高压流电源

含尘气体在电除尘器中的除尘过程(见图4—22)大致可以分为三个阶段。

1

1.粉尘的荷电

在电晕极与收尘极之间施加直流高电压，使电晕极附近的气体电离(即电晕放电，简称电晕)，生成大量的自由电子和正离子。电晕放电一般只发生在非均匀电场中具有曲率半径较小的电晕极表面附近约2～3mm的小区域内，即所谓电晕区内。在电晕区内，正离子立即被电晕极(工业上应用的电除尘器采用负电晕极)吸引过去而失去电荷。自由电子则因受电场力的驱使向收尘极(正极)移动，并充满到两极间的绝大部分空间(电晕外区)。含尘气体通过电场空间时。正在向两极运动的自由电子和正离子通过碰撞和扩散而附在尘粒上，使尘粒荷电。

2.粉尘的沉积

荷电粉尘在电场力作用下，向极相相反的电极运动。由于电晕外区的范围比电晕区大得多，所以进入极间的大多数尘粒是带负电，是朝着收尘极的方向运动两沉积在其上。只少有数尘粒会带正电而沉积在电晕极上

3.清灰

收尘极表面上的粉尘沉积到一定厚度后，用机械振打或其他清灰方式将其除去，使之落入灰斗中。电晕极也会附着少量粉尘，隔一定时间也要进行清灰。

为保证电除尘器在高效率下运行，必须使上述三个过程进行得十分有效

三、电除尘器的结构型式和主要部件

1.结构型式

电除尘器的结构型式很多，可以根据其不同特点，分成不同类型：

（1）根据收尘极的形式，可分为管式和板式两种。

管式电除尘器(见图4—21)就是在圆管中心放置电晕极，而把圆管的内壁作为收尘的表面。管径通常为150～300mm，长度为2～5m。由于单根圆管通过的气体量很小，通常是用多管并列而成。为了充分利用空间可以用六角形(即蜂房形)的管子来代替圆管，也可以采用多个同心圆的形式，在各个同心圆之间布置电晕极。管式电除尘器一般适用于处理气体量较小的情况。

板式电除尘器(见图4—23)是在一系列平行的金属薄板(收尘极板)的通道中设置电晕极。极板间距一般为200～350mm，通道数由几个到几十个。甚至上百个，高度为2～12m甚至15m。除尘器长度根据对除尘效率的要求来确定。板式电除尘器由于它的几何尺寸很灵活，可作成各种大小，以适应各种气体量的需要，因此在除尘工程中得到广泛采用。

图4—23 板式电除尘器

1-高压直流电源；2-净化气体；3-重锤；4-收尘极；5-含尘气体；

6-挡板；7-电晕极；8-高压母线；9-高压电缆

（2）根据气流流动方式。可分为立式和卧式两种。

立式电除尘器内，气流通常是由下而上，通常做成管式，但也有采用板式的立式电除尘器由于高度较高，可以从其上部将净化后气体直接排入大气而不需要另设烟囱。由于立式电除尘器是往高度方向发展，因而占地面积少。当需要增加电场长度(对立式电除尘器即其高度)来提高除尘效率时，立式就不如卧式灵活，此外，在检修方面也不如卧式方便。卧式电除尘器内，气流水平通过在长度方面根据结构及供电要求，通常每隔3m左右(有效长度)划分成单独电场，常用的是2～3个电场，除尘效率要求高时，也有多到4个以上电场的。

（3）根据清灰方式，可分为千式和湿式两种

干式电除尘器是通过振打或者利用刷子清扫使电极上的积尘落入灰斗中。这种方式粉尘后处理简单，便于综合利用，因而最为常用。但这种清灰方式易使沉积于收尘极上的粉尘再次扬起而进入气流中，造成二次扬尘，致使除尘效率降低。

湿式电除尘器是采用溢流或均匀喷雾等方式使收尘极表面经常保持一层水膜，当粉尘到达水膜时，顺着水流走，从而达到清灰的目的。湿法清灰完全避免了二次扬尘，故除尘效率很高，同时没有振打设备．工作也比较稳定，但是产生大量泥浆，如不加适当处理，将会造成二次污染。

2.主要部件

电除尘器由除尘器本体和供电装置两大部分组成。除尘器本体包括电晕极，收尘极、清灰装置、气流分布装置、外壳和灰斗等。

电晕极是产生电晕放电的电极，应有良好的放电性能(起晕电压低，击穿电压高、放电强度强，电晕电流大)，较高的机械强度和耐腐蚀性能。电晕极的形状对它的放电性能和机械强度都有较大的影响。

电晕极有多种形式，如图4—24所示。最简单的一种是圆形导线。圆形导线的放电强度与其直径成反比，直径越小，起晕电压越低，放电强度越高。但导线太细时，其机械强度较低。在经常性的清灰振打中容易损坏，因此在工业电除尘器中通常都采用直径为2～3mm 的镍铬线作为电晕极。美国电除尘器通常采用圆导线和重锤悬吊式结构，上部自由悬吊，下部用2～3kg 的垂锤拉紧。西欧国家多采用框架式结构，将圆导线作成螺旋弹簧形，安装时将其拉伸(保留一定弹性)并固定在用钢管作成的框架上。

图4-24 电晕极的形式

星形电晕极是用4～6mm 的普通钢材冷拉面成。它是利用沿极线全长上的四个尖角放电的，放电强度和机械强度都比圆形导线好，所以得到广泛应用。星形线也采用框架方式固定。

芒刺形和锯齿形电晕极的特点是用尖端放电代替沿极线全长上的放电，因而放电强度高，在正常情况下，比星形电晕线产生的电晕电流高一倍左右，而起晕电压却比其它形式都低。此外，由于芒刺或锯齿尖端产生的电子和离子流特别集中，在尖端伸出方向，增强了(由于电子和离子流对气漆分子的作用，气体向电极方向运动称为电风或离子风)，这对减弱和防止含尘浓受大时出现的电晕闭塞现象是有利的。因此芒刺形和锯齿形电晕极适用于含尘浓度大的场合，如在多电场的电除尘器审用在第一电场和第二电场中。

相邻电晕极之间的距离(即极距)对放电强度影响较大。极距太大会减弱放电强度，但极距过小时也会因屏蔽作用反而降低放电强度。试验表明，最优间距为200～300mm 。

芒刺形锯齿形星形圆形

收尘极的结构形式直接影响到电除尘器的除尘效率、金属消耗置和造价，所以应精心设计。对收尘极的一般要求是：

1）易于荷电粉尘的沉积，振打清灰时，沉积在极板上的粉尘易于振落，产生二次扬尘要小；

2）金属消耗量小。由于收尘极的金属消耗量占整个电除尘器金属消耗量的30～50％因而要求极板做得薄些轻些。极板厚度一般为1.2～2mm ，用普通碳素钢冷轧成型。对于处理高温烟气(大于400。C)的电除尘器，在极板材料和结构形式等方面都要作特殊考虑。

3）气流通过极板空间时阻力要小；

4）极板高度较大时，应有一定刚性，不易变形。

极板的形式(见图4—25)有平板形、Z 形、C 形、波浪形、曲折形等。平板形极板对防止二次扬尘和使极板保持足够刚度的性能都比较差，因而只有在气流速度很低(小于0.8 D/s)时才能获得较高的除尘效率。型板式极板(图4—25中除平板式外的其他极板）都有一个共同特点，即把板面或在板的两侧作成槽沟的形状。当气流通过时，紧贴极板表面处会形成一层涡流区，该处的流速较主气流流速要小，因而当粉尘进入该区时易于沉积在收尘极表面，同时由于收尘极板面不直接受到主气流的冲刷，粉尘重返气流的可能性以及振打清灰时产生的二次扬尘都较少，这些都有利于提高除尘效率。从目前国内外使用情况看，以Z 形和C 形居多。

图4—25 收尘极形式

极板的宽度要和电晕线的间距相适应。例如C 型和Z 型极板，若每块板对应一根星形线时，则极板宽度可取180～220mm 。若极板宽为380～80mm ，则对应两根星形线。

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 以下

)

电压升不高，会影响效率。间距太大，电压升高又受到变压器，整流设备容许电压的限制。因此，在通常采用变压器的情况下，常采用60～72KV 变压器的情况下，极板间距一般取200～350mm 。

收尘极和电晕极的制作和安装质量对电除尘器的性能有较大的影响，安装前极板，极线必须调直，安装时要严格控制极距。安装偏差应在之内。极板的歪曲和极距的不均匀会导致工作电压降低和除尘效率降低。

（3）清灰装置

沉积在电晕极和收尘极上的粉尘必须通过振打或其他方式及时清除，电晕极上积灰过多，会影响电晕发电。收尘极上积灰过多，会影响荷电尘粒向电极运动的速度。对于高比电阻还会引起反电晕，因此，及时清灰是维持电除尘器高效运行的重要条件。

干式除尘器的清灰方式有多种。如机械振打，压缩空气振打，电磁振打和电容振打。目前应用最广效果最好的清灰方式是锤击振打。

图4—26为锤击振打器，敲击锤有转动轴带动，改变轴的运转可以改变振打频率，可以用不同性质的垂头来改变振打强度。

图4—26 锤击振打器

振打频率和振打强度必须在运行中进行调节，振打频率高，振打强度大，积聚在极板上的粉尘层薄，振打后粉尘会议粉末状落下，容易产生二次扬尘，振打频率低，强度弱，极板上积聚的粉尘层厚，大块粉尘会由自重高速下落，也会造成二次扬尘，振打强度还和粉尘的比电阻有关。高比电阻粉尘比低比电阻粉尘附着力大。也应用较高的振打频率。

电晕极多采用电磁振打清灰方式。 （4）气流分布装置

4

电除尘器内气流分布的均匀程度对除尘效率有很大影响。气流分布不均匀，在流速低处所增加的除尘效率，远不足以弥补在高速流处效率的降低，因此总效率是降低的，据国外资料介绍，有的电除尘器由于改善了气流分布，使除尘效率由原来的80%提高到99%。

分布气流的均匀程度与除尘器进出口的管道形式及气流分布装置密切关系，在电除尘器的安装位置不受限制时，气流应设置在水平进口，即气流有水平方向通过扩散形成喇叭口进入除尘器，然后经过1～2块平行的气流分布板在进入除尘器的电场，当设计成两块分布办时其间距为板高的0.15～0.2倍，两层多孔板之间装有锤击振打的清灰装置。如电除尘器的安装位置受到限制。需要采用直角进口时，可在气流转弯处加设导流叶片，然后经分布板在进入除尘器的电场见图4—27）。

图4—27 气流分布装置

1-第一层多孔板；2-第二层多孔板；3-分布板振打装置；4-导流叶片（根据需要装设） 气流分布板一般为多孔薄板，圆孔板（孔径为40～60mm ，开孔率为50～65%）和方孔板是最常用的形式，还有采用百叶窗似的（见图4—28），这种分布板的优点是，可以再安装后，根据气流的分布情况进行调整。

2

3

图4—28 百叶窗式气流分布板

图4—29 某电除尘器某一电场的最佳火花率

在除尘器的出口也常常设有一块分布板，净化气体从电场出来后，经过分布板和与出口管道相连接的变径管后离开除尘器。

除尘器正式投入运行前，必须进行测试调整，检查气流是否分布均匀，美国工业气体净化协会提出的评定气流分布的标准为;在除尘器入口法兰前1.5mm 或1.5mm 以下断面上的风速至少应有85%的点的速度处于平均速度±25%以内，而所有各点速度值都处于平均速度±40%以内。

如果不符合要求，必须薰新调整，达到要求后才能挽入运行。大型的电除尘器在设计前最好先做气流分布的模型试验，确定气流分布板的层数和开孔率。

（5）除尘器外壳

除尘器的外壳必须保证严密，减少漏风。国外一般漏风率控制在2～3

％以内。漏风将

50

100

150

200

70

80

90

100

除尘效率（%)

火花率（次/分）

使进入电除尘器的风量增加和风机负荷增大，由此造成电场内风速过高，使除尘效率降低，而且在处理高温烟气时，冷空气漏入会使局部地点的烟气温度降到露点温度以下，导致除尘器内构件粘灰和腐蚀。

（6）供电装置

电除尘器只有得到良好供电的情况下，才能获得高效率。随着供电电压的升高，电晕电流和电晕功率皆急剧增大，有效驱进速度和除尘效率也迅速提高。因此，为了充分发挥电除尘器的作用，供电装置应能提供足够的高电压并具有足够的功率。

为了提高电除尘器的效率，必须使供电电压尽可能高。但电压升高到一定值后，将产生火花放电，在一瞬间极问电压下降，火花的扰动使极板上产生二次扬尘。大呈现场运行经验表明，每一台电除尘器或每一个电场都有一最佳火花率(每分钟产生的火花次数称为火花率，图4—39表示某电除尘器某一电场的除尘效率与火花率的关系。一般说来，电除尘器在最佳火花率下运行时，时平均电压最高，除尘效率也最高。因此借助测量时平均电压的仪表，就能方便地将电除尘器调整到最佳运行工况。

电除尘器的供电通常是用220V 或380V 的工频交流电经变压器升压和经整流器整流后得到的。在常规电除尘器中电压为50～70kY ，而在超高压电除尘器中则可达200KV 甚至更高．图4—30为产生全波脉动电压的高压硅整流供电原理图。

图4—30 全波整流器电路及其电压和电流波形

最早的电除尘器用自耦变压器人工调压，用机械整流器整流供电。目前广泛用可控硅控制和火花跟踪自动调压的高压硅整流器，与前者比较有两个主要优点：(1)使除尘器的火花率不超过一定值而输入功率保持最大的允许值；(2)可避免人工控制时为免除频繁地调节和可能出现的跳闸有意降低工作电压。

现将我国生产的SHVB 型电除尘器的性能列于表4—4

中。

线性电抗器

硅整流器

表4—4 SHWB型电除尘器性能参数（收尘极为板式Z形，电晕极为框式星形线（螺旋线），单室二电场，交叉振打，卧式电除尘器）

11

12

13

四、影响电除尘器性能的主要因素

影响电除尘器性能的因素很多，除前面已提到的如电极形式、气流分布，工作电压等外，粉尘的比电阻和气体含尘浓度对电除尘器的性能也有很大影响。

1.粉尘的比电阻

工业气体中的粉尘比电阻往往差别很大，低者(如炭黑粉尘)约为l03Ω·cm，高者(如105℃下的石灰石粉尘)可达1014Ω·cm。

如果粉尘比电阻过低，即粉尘层的导电性能良好，荷负电的粉尘接触到收尘极后很快就放出所带的负电荷，失去吸力，从而有可能重返气流而被气流带出除尘器，使除尘效率降低。

反之如果粉尘比电阻过高，即粉尘层导电性能太差，荷负电的粉尘到达收尘极后，负电荷不能很快释放而逐渐积存于粉尘层上，这就可能产生两种影响：一是由于粉尘仍保持其负极性，它排斥随后向收尘极运动的粉尘粘附在其上，使除尘效率下降；二是随着极板上沉积的粉尘不断加厚，粉尘层和极板之间便造成一个很大的电压降。如果粉尘层中有裂缝，空气存在裂缝中，粉尘层与收尘极之间就会形成一个高压电场(粉尘层表面为负极。收尘极为正极)，使粉尘层内的气体电离，，产生反向放电。由于它的极性与原电晕极相反，故称反电晕。反电晕时发生的正离子向原电晕极方向运动，在运动过程中，与带负电荷的粉尘相遇，从而使粉尘所带的负电荷部分被正离子中和。由于粉尘电荷减少，因而削弱了粉尘在收尘极上沉积。所以，如果发生反电晕，除尘效率就会显著降低。

常用电除尘器所处理的粉尘比电阻最适宜范围为10 4～5×1010Ω·cm。在工业中经常遇到高于5×1010Ω·cm的所谓高比电阻粉尘。为了扩大电除尘器的应用范围，防止反电晕的发生，就必须解决高比电阻粉尘的收尘问题，对这个问题，国内外都非常重视，提出了各种处理措施，大致可归纳为两种。

（1）提高粉尘的导电性，降低粉尘的比电阻

1）喷雾增湿

喷雾增湿一方面可以降低气体温度，在一定条件下可使比电阻处于较为有利的收尘范围；另一方面，更为重要的是可以增加粉尘的表面导电，从而降低比电阻值。图4—3l是水泥粉尘在不同温度和含湿量下比电阻的变化曲线：从该图可以看出，粉尘的比电阻随着烟气含湿量的增加而减小的。

图4—31 水泥粉尘比电阻在不同温度和含湿量下的变化曲线 1-干空气；2-含湿量为0.6%；3-含湿量为13.5%；4-含湿量为20%

喷雾增湿方法比较简单，可以在通常的喷雾增湿塔中进行。对增湿塔的要求是喷入烟气的水全部蒸发不使水滴带入除尘器内，以免粉尘在塔内及除尘器内造成堵塞。喷雾的形式可以用高压水喷雾，也可以用压缩空气喷雾。采用高压水时，水压要求达到(40～60)×l05Pa 。

2）降低或提高气体温度

粉尘比电阻通常是随着温度升高而增加，当达到某一极限(约2000C 左右)后又随着温度升高而逐渐降低(见图4—31)。为使电除尘器有效地工作，通常采用增湿的办法来降低气体的温度，使比电阻降低，在某些情况下也可以采取加热的办法提高气体的温度，使比电阻下降，以改善收尘效果。对电站锅炉可将电除尘器设置在省煤气与空气预热器之间，在300～4000C 下运行，这种除尘器称为高温电除尘器。由于烟气温度高，体积流量大，电除尘器的体积也要相应增加。

3）在烟气中加入导电添加剂

对于各种导电添加剂降低粉尘比电阻的作用已经有很多研究。研究表明，在烟气中加入三氧化硫(S03)，氨(NH 3)、三乙胺[N(C 2H 5)3]等添加剂对提高粉尘的导电性，降低龄尘的比电阻均有明显效果。奥地利乌恩奇电站，煤的含硫量为0.5％，在烟气中啧入l0ppm S03后除尘效率由原来昀65％提高到98％。

（2）改变供电方式，采用新型结构的电除尘器

为了提高电除尘器的效率，解决高比电阻粉尘的收尘问题，出现了许多新型结构的电除尘器，如超高压宽间距电除尘器、原式电除尘器、三电极预荷电器，双区电除尘器，高温电徐尘器等

2.气体含尘浓度

100比电阻（Ω·c m )

150200250300350

温度（℃）

10

115x 10

10

在电除尘器的电场空间中，不仅有许多气体离子，而且还有许多极性与之相同的荷电尘粒，荷电尘粒的运动速度比气体离子的运动速度低得多。因此含尘气体通过电除尘器时，单位时间转移的电荷量要比通过清洁空气时少，即电晕电流小。含尘浓度越高，电场内与电晕极极性相圊的尘粒就越多。如果含尘浓度很高，电肇电场就会受到抑制，使电晕电流显著减少，甚至几乎完全消失，以致尘粒不能正常荷电，这种现象称为电晕闭塞。目前对造成电晕闭塞的含尘浓度极限值尚无准确数据，一般认为气体含尘浓度在40～60g/m 3以下尚不会造成电晕闭塞。

防止电晕闭塞的措施主要有：

（1）提高电除尘器的工作电压，以加快电风速度，

（2）采用放电强度高的电晕极(如芒刺形电极)，以增强电风，

（3）增设预净化设备，当避口含尘浓度超过40g/m3时，应先进入其他除尘器(如旋除尘器)进行初净化，然后再进入电除尘器。

五、电除尘器的设计

电除尘器的设计主要是根据需要处理的含尘气体流量和净化要求，确定集尘极面积、电场断面面积、电场长度、集尘极和电晕极的数量和尺寸等。电除尘器有平板形和圆筒形，这里仅介绍平板形静电除尘器的有关设计计算。

1.电场断面面积

u

Q

A e =

式中：A e —电场断面面积，m 2；

Q —处理气体流量m 3/s ； u —除尘器断面气流速度，m/s 。

2.集尘极面积

)11(η

-=

In v Q A d 式中：A —集尘极面积，m 2；

Q —处理气体流量，m 3/s ； η—集尘效率；

υd —微粒有效驱进速度，m/s 。

3.集尘室的通道个数

由于每两块集尘极之间为通道，集尘室的通道个数n 可由下式确定

bhu

Q n =

bh

A n e

=

式中：b —集尘极间距，m ；

h —集尘极高度，m 。

4.电场强度

nh

A L 2=

式中：L —集尘极沿气流方向上的长度，m ；

h —电场高度，m 。

5.工作电流

工作电流I 可由集尘极的面积A 与集尘极的电流密度I d 的乘积计算：

I =AI d

6.工作电压

根据工作需要，工作电压可按下式计算

U =250b

例 设计一电除尘器来处理石膏粉尘，若处理风量为162000m 3/h ，入口含尘密度为3.2×10-3kg/m 3，要求出口含尘密度降至1.6×10-5kg/m 3，试计算该除尘器的极板面积。电场断面积，通道数和电场长度。

解 查表知石膏粉尘的有效驱进速度为0.18m/s （平均值）。 处理风量为：

s m Q /453600

162000

3==

除尘效率为

%5.99%10010

2.3106.11%100)1(3

5

12=???-=?-=--c c η 取电场风速u =1.0m/s ，则电场断面积为：

2450

.145

m u Q A e ===

极板面积为

21325)995

.011(18.045)11(m In In v Q A d =-=-=

η 取通道宽度为300mm ，高h=6m ，则通道数为：

256

3.045

=?==

bh A n e 电场长度为：

m nh A L 42.46

25213252≈??==

。