静电除尘器基础知识

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• 1.驱进速度
▫ 力平衡关系
m

d qE p 3 π d p dt m d dt qE p 3 π d p
m ln(3 π d p qE p ) t C 3π d p
则
e
(
3 π d p m
)( t C )
3π d p qE p
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（三）荷电粒子的运动和捕集
• 1.驱进速度 • 尘粒随气流在电除尘中运动，受到电场作用力、 流体阻力、空气动压力及重力的综合作用，尘 粒由气体驱向于电极称为沉降。 • 沉降速度是指在电场力作用下尘粒运动与流体 之间产生的阻力达到平衡后的速度。 • 沉降速度常称驱进速度，它的大小由其获得的 荷电量来决定。
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• 粒子获得的饱和电荷
) 2 0 －真空介电常数，等于8.85×10-12 E0 一电场强度，V/m 一粒子相对介电常数 （2） 影响电场荷电的因素
2 q 3 0 E0d p (
粒径dp和介电常数ε ；电场强度E0和离子密度N0 一般粒子的荷电时间仅为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
使其落入灰斗
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电除尘器的工作原理示意图：
放电金属线
金属管
集尘极
电晕极
含负离子区 区 三 步 曲 电晕放电
（气体电离）
电晕区 粉尘荷电 粉尘运动
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（一）气体电离和电晕放电
• 通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离 子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之 间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生 电离，由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体 电离或电击穿，如电晕放电、火花放电及电弧放 电。
n 2 π 0kTd p e2 ln(1 e 2 ud p N 0t 8 0kT )
k一玻尔兹曼常数，1.38×10－23J/K T一气体温度，K N0－离子密度，个/m3 e－电子电量，e＝1.6×10－6C
u一气体离子的平均热运动速度，m/s
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3.电场荷电和扩散荷电的综合作用 • 处于中间范围 （0.15～0.5μ m）的粒子，需同 时考虑电场荷电和扩散荷电。
1 exp(wA / Q)k
K—指数，一般取0.5
ωe=0.2—2m/s
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（四）被捕集粉尘的清除
• 集尘极清灰方式有湿式和干式两种不同的方法。 湿式电除尘器中，集尘极板表面经常保持一层水 膜，粉尘沉降在水膜上随水膜留下。湿式清灰的 优点是无二次扬尘，同时可净化部分有害气体， 如SO2，HF等；主要缺点是腐蚀结垢问题较严重， 污泥需要处理。干式电除尘器由机械撞击或电磁 振打产生的振动力清灰。 • 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。
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（二）粉尘粒子荷电
• 在电除尘器中，粉尘粒子主要是借助电场力作用 而被捕集。粉尘粒子荷电量愈大被捕集的效果就 愈好。 • 气体离子与粉尘粒子碰撞，能使粒子附着在粒子 上而荷电。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：离子的扩散现象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
▫ t＝0时，＝0，则 ▫ 最终得

e
(
3 π d p m
)C
qEp
( 3 d p m )t
qEp 3π d p
(1 e
)cm/s
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在所有的电除尘器中，e的指数项是一个很大的数 值。例如，密度为1g/cm3、直径为10μ m的球 状粉尘粒子，在空气中有
1 3 18 18 1.8 104 3πd p / m 3πd p /( πd p ) 2 ＝3240 4 2 6 d p （10 10 ）1
▫ 若t>10－2s， (
3 π d p m
e
)t
完全可以忽略不计
▫ 所以，驱进速度（电场力与空气阻力达到平衡）
＝qEp /(3πd p )
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2.捕集效率——德意希公式
• 德意希公式的假定:
除尘器中气流为湍流状态
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 粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程
电除尘器是利用电力进行除尘的装置，是净化含尘气体 最有效的环保设备之一，广泛应用于电力、冶金、建材、 化工等行业。 电除尘器具有以下明显的优点： • 除尘效率高：设计合理的电除尘器除尘效率可达到99%以 上。 • 阻力损失小：一般电除尘器的阻力小于294Pa，有的阻力 要求更高。 • 能处理高温烟气：一般电除尘器用于处理250℃以下的烟 气，经特殊设计，可处理350℃甚至500℃以上的烟气。 • 能处理大的烟气量。 • 能捕集腐蚀性强的物质：采用特殊结构的电除尘器可捕集 腐蚀性强的物质。 • 运行费用低：由于运动部件少，电耗低，正常情况维护工 作量小，相应的日常运行费用低。 • 对不同粒径的粉尘进行分类捕集。
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• 1.电晕放电机理 • 金属丝放出的电子迅速 向正极移动，与气体分 子撞击使之离子化 • 气体分子离子化的过程 又产生大量电子－雪崩 过程 • 远离金属丝，电场强度 降低，气体离子化过程 结束，电子被气体分子 捕获 • 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
Ec 3 106 m( 0.03 / a )
一空气的相对密度 m－导线光滑修正系数，无因次，0.5<m<1.0 对于清洁的光滑圆线m=1；实际可取0.6～0.7
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•
正、负电晕极在空气中的电晕电流——电压曲线
电晕区范围逐渐扩大致使极
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
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• 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
电除尘器基础知识介绍
Electrostatic Precipitators(ESP)
目录
• 第一章 电除尘器基本知识 • 第二章 电除尘器的除尘原理 • 第三章 电除尘器的主要部件与装置
第一章 电除尘器基本知识
• 早在公元前 600 年，希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细 粒子和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律 称为静电学的科学基础，它也是电除尘理论的出发点。 • 1908年，柯特雷尔发表了他的第一个专利，幵在赛尔拜 冶炼厂电除尘成功地回收了过去很难处理的硫酸雾。后 来在他的学生施密特协助下又进行了发展，为在冶金和 水泥工业中迅速广泛地采用电除尘，成功地控制空气污 染奠定了基础，从二十世纪二十年代到四十年代开始应 用于其它工业。
• 但电除尘器也存在以下缺点： • 一次投资大：一台电除尘器少则几十万，多则几 百万，甚至上千万。 • 应用范围受粉尘比电阻的限制： • 电除尘器最适合的比电阻范围为104＜ρ＜ 5×1010（Ω．Cm）。 • 不能捕集有害气体。 • 对制造、安装和操作水平要求较高。 • 钢材消耗大。
电除尘器的分类 电除尘器的分类方法很多，主要有以下几种： 按清灰方式分为干式、半湿式、湿式电除尘器及雾状粒子捕集器。 • 干式电除尘器易产生粉尘二次飞扬。 • 湿式电除尘器需进行二次处理。 按烟气在电除尘器内的运动方向分为立式和卧式电除尘器。 • 烟气在电除尘器内自下而上作垂直运动的称为立式电除尘器。 • 烟气在电除尘器内沿水平方向运动的称为卧式电除尘器。 按电除尘器的形式分为管式和板式电除尘器。 • 管式电除尘器主要用于处理烟气量小的场合。 • 板式电除尘器应用广泛。 按收尘板和电晕极的配置分为单区和双区电除尘器。 • 收尘极与电晕极布置在同一区域内的为单区电除尘器，其应用最为广 泛。 • 收尘极与电晕极布置在两个不同区域内的为双区电除尘器。 按振打方式分为侧部振打和顶部振打电除尘器。 • 振打清灰装置布置在阴极或阳极的侧部称为侧部振打电除尘器，现应 用较多的为挠臂锤振打。兰州、诸暨、西矿、上冶矿等均采用此结构。 • 振打清灰装置布置在阴极或阳极的顶部称为顶部振打电除尘器。顶部 振打多为美式结构，龙净采用此结构。
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
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4.异常荷电现象
• （1）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, 通常当高比电阻高于2×1010Ω.cm时，较易发生 火花放电或反电晕，破坏正常电晕过程。 • （2）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，可是所形成的空间电荷却很 大，严重抑制着电晕电流的产生，使尘粒不能获 得足够的电荷。因此，电除尘器的除尘效率显著 降低，颗粒直径在1um左右的数量最多，这种现象 越严重。 • （3）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，即电晕闭塞 。
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2.起始电晕电压 • 压 起始电晕电压：开始产生电晕电流所施加的电
r----距电晕线中心的距离 a---电晕线半径 b---管式电除尘器的半径 V---施加于电晕线与集电极之间的电压
▫ 管式电除尘器内任一点的电场强度
E (r ) V r ln( b / a )
▫ 起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素 有关，起始电晕所需要电场强度（皮克经验公式）
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
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• dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为 dn a (dx ) (dt ) Fdx d •
i i i
a为流动方向上每单位长度集尘极板面积
•
ai di d x 由dt＝dx/uFu i
第二章 电除尘器的除尘原理
电除尘器的基本原理是利用电力捕集烟气中的粉尘， 主要包括以下四个复杂又相互有关的物理过程： • 三个基本过程：
▫ 悬浮粒子荷电：高压直流电晕 ▫ 带电粒子在电场内迁移和捕集：延续的电晕电场（单区电除
尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘
器） ▫ 捕集物从集尘表面上清除：振打除去接地电极上的粉尘层并
2i ai d dx Fu C1i
C
• 积分
A i ln 2i Q 1i
• 最终得
i 1
2i A 1 exp( i ) 1i Q
F为流动方向上电除尘器的截面积 A为集尘极板面积 Q为处理量 Q=Fu
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3.有效驱进速度
• 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。修正的徳意希方 程 • 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ω e表示
• 粒子的主要荷电过程取决于粒径
▫ 对于dР ﹥0.5m的微粒，以电场荷电为主 ▫ 对于dР ﹤0.15m的微粒，以扩散荷电为主 ▫ 对于粒径介于 0.15 ～0.5 m 之间的粒子，则需要同时 考虑这两种过程。
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1.电场荷电
（1）荷电量的计算 将一个不带电荷的粒子置于正电晕电场中，由于气体 离子碰撞而导致粒子荷电，随着粒子上累计荷电的增 加，这些电场产生的电场也越来越强，最后导致再也 没有气体离子能够到达粒子表面，此时粒子上电荷已 达到饱和。

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2.扩散荷电 • 离子热运动引起它们通过气体扩散，并与存在于气体中 的粒子碰撞，使粒子荷电。粒子上累计的电荷虽然会产 生排斥电场，阻止其他离子接近荷电粒子，但是与电场 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 • 扩散荷电理论方程 n 为扩散荷电量