静电除尘器设计原理(2017)

a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线
四、电除尘器的结构
• 电晕线固定方式
–重锤悬吊式 –管框绷线式
四、电除尘器的结构
(二)集尘极
• 对集尘电极的一般要求：
有利于粉尘在极面上沉
积，二次扬尘小；易于 清灰，形状简单易于制 作并有足够的刚度和强 度。 • 集尘极形式：板式、管 式 常用板式电除尘器集尘极
被捕集粉尘的清除
•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
三、电除尘效率的影响因素
1.颗粒粒径的影响
• dp＞1µ m的颗粒，随着粒径的增大，除尘效率升高； • dp＜0.2µ m的颗粒，随着粒径的减小，除尘效率升高； • 0.2µ m＜dp＜1µ m的颗粒，除尘效率几乎不受粒径的影响。
注：起始电压越底，更易于放电。 所以可通过延长cd段的时间，提 气体的电离 高除尘效果。
二、电除尘器的工作原理
•电晕放电：当气体电离中出现 电子雪崩时在放电极周围的电 离区内，可以看见淡蓝色的光 点或光环，也能听见咝咝声和 劈啪的爆裂声。这一现象称为 电晕放电。
4.曲线de段
•如果两极间的电压升到eˊ点， 由于电晕扩大，致使电极间产 生火花或电弧，说明极间气体 全部被击穿。火花放电时，极 间电压急剧下降，同时在极短 的时间内通过大量的电流。 •电除尘器运行时应经常保持在 两极间的气体处于不完全被击 穿的电晕放电状态，尽量避免 产生短路现象。
2.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
0.10～0.14 0.08
冲天炉（铁－焦比＝10） 水泥生产（干法）
0.03～0.04 0.06～0.07
平炉
酸雾（H2SO4）
0.06
0.06～0.08
水泥生产（湿法）
多层床式焙烧炉
0.10～0.11
一、电除尘器的分类
1.按集尘电极的结构形状分类
• 管式：极线沿着垂直的管状集尘电极的中心线悬挂， 适用于气体量较小的情况，一般采用湿式清灰方式。 • 板式：在互相平行的板式收尘电极的中间悬挂垂直 的极线。板式可采用湿式清灰方式，但绝大多数采 用干式清灰方式。
2.按气流流动方式分类
• 立式电除尘器：含尘气流自下而上流过。其优点是 占地面积小，捕集效率高。 • 卧式电除尘器 ：含尘气流沿水平方向流过，可分电 场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于 提高总除尘效率。此外安装高度比立式电除尘器低， 操作和维修比较方便。
1.驱进速度
（1）电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力 Fe=q•E 式中：q为粉尘颗粒的荷电量，c；E为粉尘颗粒所处位 置的电场强度，v/m。 （2）粉尘粒子的集尘极迁移时受到的介质阻力 假设粉尘粒子的运动遵循斯托克定律，则粉尘粒子受到 介质阻力为：
Fs 3 d p Pa· 式中：μ为气体介质的动力粘度， s；dp为粉尘粒子 的直径，m ；w为荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度。 （3）当二力平衡时，粒子便达到了终未沉降速度，即驱进 速度： qE 3 d P
• 对气流分布装置的要求是分布均匀性好，阻力损失 小。 • 为了减少涡流，保证气流分布均匀，在进出口处应 设渐扩管和渐缩管。 • 进口渐扩管内应设2~3层气流分布板。 • 最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板、分布格 子、槽型钢式和栏杆型分布板等。 • 多孔板使用最为广泛，通常采用厚度3~3.5mm钢板 制作，孔径30~50mm，开孔率为25~50%。
（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 （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
二、电除尘器的工作原理
(三)荷电粒子的迁移和捕集
0.08
酸雾（TiO2）
飘旋焙烧炉
0.06～0.08
0.08
红磷
石膏
0.03
0.16～0.20
催化剂粉尘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.08
二级高炉（80％生铁）
0.125
二、电除尘器的工作原理
2.捕集效率方程 (1)德意希（Deutsch）方程
假定：除尘器含尘气流为紊流
在垂直于集尘极表面的任一截面上粒子浓度和气流分布均匀 粒子进入电除尘器后立即荷电 忽略电风、气流分布不均匀及被捕集粒子重新进入气流等影响
二、电除尘器的工作原理
(二)粉尘粒子荷电
两种机理
粒子进入电场到带 电历时0.1s移动1020cm.
–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 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
• 比集尘面积A/Q的影响 • 极板间距离的影响 • 长高比的影响
4.静电除尘器供电质量的影响 5.气流速度及分布的影响
• 一般气流流速取0.6~1.5m/s 粉尘比电阻对除尘效率的影响
• 气流分布不均匀，总效率下降
四、电除尘器的结构
(一)放电电极/电晕电极
• 常用的有直径3mm左右 的圆形线、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 确的极距以及易清灰等。
4.按清灰方式分类
• 干式电除尘器：在干燥状态下采用机械振打、电磁振打和压缩 空气等方法清除集尘极上粉尘。干式电除尘器有利于回收有经 济价值的粉尘，但容易产生二次扬尘。 • 湿式电除尘器 • 用水喷淋或用溢流水在集尘级表面形成一层水膜，使沉积在集 尘极的粉尘随水膜一起流到除尘器下部排出。湿式电除尘器无 二次扬尘，效率高，但清灰水需要处理，对设备有腐蚀。
电除尘器外观图
烟道气
风板的 距离
烟道气 清洁气体
详图：严密的放电极
收集的粉尘
二、电除尘器的工作原理
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使其落入灰斗
–对于dР ﹤0.5m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。
（1）荷电量的计算
粒子荷电
1.电场荷电
粒子场强增加
电荷累积
没有气体分子能够到达粒子表面，电荷饱和
1.电场荷电（续）
• 粒子获得的饱和电荷
q 3 0 E d ( ) 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.粉尘比电阻的影响
• 粉尘比电阻定义：在厚1cm，覆盖层1cm2集尘面积的粉尘电阻。

ARm

式中：ρ为粉尘比电阻，Ω·cm；A为集尘极面积，cm2； Rm为平均比电阻，Ω；为颗粒层厚度，cm。 • 电除尘器运行最适合的比电阻的范围大约是104～2×1010Ω·cm。
三、电除尘效率的影响因素
3.除尘器结构对除尘效率的影响
大气污染控制及设备运行
第四章 颗粒污染物控制设备
第4讲 电除尘器
电除尘器
• 电除尘器是静电力从气流中分离悬浮粒子（尘 粒或液滴）的装置。 • 电除尘器的特点：
优点: a)具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点 b)由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以 电除尘器也能有效的捕集亚微米级粒子 c)具有处理气流量大（105～106m3/h），能连 续操作 缺点：一次性投资费用高、占地面积大、应用范围受 粉尘比电阻限制、难以适应操作条件的变化和对制 造、安装质量要求较高等。
电除尘器的工作原理
二、电除尘器的工作原理
(一)气体电离和电晕放电
电除尘器的气体电离和导电可 用右图曲线来说明： 1.曲线ab段
• 气体导电仅借助与气体中原有的 少量自由电子
2.曲线bc段
• 极间导电电流几乎没有变化 ，说 明没有新电离出的电子和离子参 与导电，增加的电压主要是提高 了原有自由电子的动能。
• 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
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
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 2×1010Ωm时，较易发生火花放电或反电晕，破坏正常电 晕过程
方程：
A 1 exp( ) Q
二、电除尘器的工作原理
• 线板式电除尘器
L 1 exp( ) bu
• 线管式电除尘器
2L 1 exp( ) bu
式中：L为电场长度，m；b为电晕极与集尘极之间的距离，m； w为粉尘粒子的驱进速度，m/s。
二、电除尘器的工作原理
集尘极形式
核 心 部 件 图
四、电除尘器的结构
(三)电极清灰装置
• 干式电除尘器的清灰方式有机械振打、电磁振打、 刮板清灰及压缩空气振打等。 • 湿式电除尘器采用喷雾式或溢流方式，在集尘极表 面形成一层水膜，使沉积在集尘板上的粉尘和水一 起流到除尘器的下部而排出。
四、电除尘器的结构
(四)气流分布装置
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
电晕放电
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
四、电除尘器的结构
(五)外壳
– 除尘器外壳必须保证严密，减少漏风。 – 漏风将使进入除尘器的风量增加，风机负荷加大， 电场内风速过高，除尘效率下降。 – 处理高温湿烟气时，冷空气漏入会使烟气温度降至 露点以下，导致除尘器内构件粘灰和腐蚀。 – 电除尘器的漏风率控制在3%以下。 – 除尘器外壳材料，通常使用的材料有钢板、铅板、 钢筋混凝土及砖等。
一、电除尘器的分类
3.按电极在除尘器内的布置分类
• 单区电除尘器：集尘极和电晕极在同一区域内，颗粒荷电和捕 集在同一区域内完成。 • 双区电除尘器：电晕极系统和收尘集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 安装集尘极称收尘区，荷电粉尘粒子在收集尘区被捕集。双区 电除尘器主要用于空调的空气净化方面。
2.扩散荷电
• 扩散荷电理论方程
n 2 π 0kTd p e
2
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
3.电场荷电和扩散荷电的综合作用
2 0 p
（2）
影响电场荷电的因素
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

• 与电场电荷过程相反，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
• 自由电子和气体负离子是粒子 荷电的电荷来源。
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
气体导电过程的伏-安曲线
二、电除尘器的工作原理
3.曲线cd段
A)当电压升高到cˊ点时，由于气体 中的电子已获得足够的动能，足以 使与之碰撞的气体中性分子发生电 离，产生新的电子和阳离子，新的 电子和离子参与导电。 B)气体电离中的所谓电子雪崩：当 电子在电场中获得足够大的动能后， 又与其他中性气体分子碰撞使其电 离，新产生的电子数和离子数像 “雪崩”似的按等比级数增加。在 这一段产生的粒子数可达1亿/cm3 以上。