模塊四顆粒污染物的凈化技術(shù)

PurificationTechnologyofParticlePollutants§4.2除塵裝置——電除塵器（electrostaticprecipitator）

1.教學(xué)要求(1)了解電除塵器的除塵機(jī)理(2)了解電除塵器除塵效率的影響因素(3)掌握常見電除塵的結(jié)構(gòu)、分類(4)熟悉電除塵器的選型2.教學(xué)重點(diǎn)(1)常見電除塵的結(jié)構(gòu)、分類(2)電除塵器的選型3.教學(xué)難點(diǎn)電除塵器的選型靜電除塵：在高壓電場的作用下，通過電暈放電使含塵氣流中的塵粒帶電，利用電場力使粉塵從氣流中分離出來并沉積在電極上的過程靜電除塵器——電除塵器與慣性、旋風(fēng)除塵根本區(qū)別：分離能量通過靜電力直接作用于塵粒上，不是整個(gè)氣流，能耗很低，氣壓損失小。1、靜電除塵的基本原理靜電除塵器主要由放電電極（DischargeElectrode）和集塵電極（CollectingElectrode）組成。放電電極（電暈極）是一根曲率半徑很小的纖細(xì)裸露電線，上端與直流電源的一極（負(fù)極）相連，下端由一吊錘固定其位置；集塵電極是具有一定面積的管或板，它與電源的另一極（正極）相連。其除塵原理包括：電暈放電和塵粒荷電、荷電塵粒的遷移和捕集、粉塵清除（1）電暈放電和塵粒荷電電暈放電（coronadischarge）空氣中存在極少量的正、負(fù)離子，當(dāng)向陰陽兩極施加電壓時(shí)，離子便向電極移動(dòng)，形成電流，產(chǎn)生“電暈放電”。電暈放電使氣體電離，放出電子生成離子。當(dāng)兩極間的電壓繼續(xù)升高到某一點(diǎn)時(shí)，電流迅速增大，電暈極產(chǎn)生一個(gè)接一個(gè)的火花，稱為火花放電。在火花放電之后，電壓繼續(xù)升高至某一值時(shí)，電場擊穿，出現(xiàn)持續(xù)的放電，產(chǎn)生強(qiáng)烈的弧光并伴有高溫，這種現(xiàn)象就是電弧放電。由于電弧放電會(huì)損壞設(shè)備，使電除塵器停止工作，因此在電除塵器操作中應(yīng)避免這種現(xiàn)象。靜電除塵器的基本原理示意圖塵粒荷電(Dustparticlescharged)離子的產(chǎn)生使氣流中的塵粒帶電。塵粒帶電形式：電子直接撞擊塵粒使其帶電（電場荷電）；電子由于熱運(yùn)動(dòng)與粉塵顆粒表面接觸使粉塵荷電（擴(kuò)散荷電）；氣體吸附電子而成為負(fù)氣體離子，撞擊塵粒使塵粒帶電。荷電方式與粒徑有關(guān)，電場荷電：粒徑大于0.5μm，擴(kuò)散荷電：小于0.2μm為主。工程中電除塵器所處理粉塵的粒徑一般大于0.5μm。（2）荷電塵粒的遷移和捕集帶電塵粒在電場力作用下，朝著與其電性相反的集塵極移動(dòng)。帶電塵粒到達(dá)集塵極，塵粒上的電荷與集塵極上電荷中和，塵?；謴?fù)中性而沉積在集塵極。驅(qū)進(jìn)速度：靜電力和阻力相等時(shí)，塵粒的勻速運(yùn)動(dòng)速度。（3）被捕集粉塵的清除氣流中塵粒在集塵級(jí)上連續(xù)沉積，極板上的塵粒層厚度不斷增大。比電阻大的粉塵還容易出現(xiàn)反電暈，影響除塵效率，必須及時(shí)清灰。電暈極的清灰一般用機(jī)械振動(dòng)的方式，集塵極的清灰：干式除塵器用機(jī)械撞擊或電磁振打方法；大多采用電磁型和撓臂錘型振打器濕式電除塵器（WESP）的清灰一般用水沖洗集塵極板，使板面有一層水膜，粉塵落在水膜上，被捕集并順?biāo)ち飨聺袷诫姵龎m器的清灰過程2、電除塵器的結(jié)構(gòu)根據(jù)集塵極的形式，分為管式和板式；根據(jù)氣流的流動(dòng)方式，分為立式和臥式；根據(jù)粉塵在電除塵器內(nèi)的荷電方式及分離區(qū)域布置的不同，分為單區(qū)和雙區(qū)電除塵器。根據(jù)清灰時(shí)是否用水分為干式和濕式電除塵器。⑴管式和板式電除塵器管式電除塵器在圓管的中心放置電暈極，圓管內(nèi)壁作為集塵極，集塵極的截面形狀可以是圓形或六角形。管徑一般為150～300mm，管長2～5m，電暈線用重錘懸吊在集塵極圓管中心。含塵氣體由除塵器下部進(jìn)入，凈化后的氣體由頂部排出。管式電除塵器的電場強(qiáng)度高且變化均勻，但清灰較困難。多用于凈化含塵氣量較小或含霧的氣體。在工業(yè)上通常采用多管并列組成的多管電除塵器，為了充分利用空間可用六角形管代替圓管多管電除塵器板式電除塵器由多塊一定形狀的鋼板組合成集塵極，在一系列平行金屬板間的通道中設(shè)置電暈電極。極板間距一般為200～400mm，極板高度為2～15m。極板總長度可根據(jù)對(duì)除塵效率高低的要求而定，通道數(shù)視氣量而定。板式電除塵器⑵立式和臥電除塵器立式電除塵器：管式，垂直安裝，氣流垂直運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：占地面積小，在高度較高時(shí)，可不另設(shè)煙囪，但檢修不如臥式方便。臥式電除塵器：多為板式，氣體水平通過。優(yōu)點(diǎn)：安裝靈活、維修方便，適于煙氣量大的場合。⑶單區(qū)和雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器：集塵極和電暈極裝在同一區(qū)域;用于工業(yè)除塵和煙氣凈化。雙區(qū)電除塵器：集塵極系統(tǒng)和電暈極系統(tǒng)分別裝在兩個(gè)不同區(qū)域。防止反電暈，用于空調(diào)送風(fēng)凈化系統(tǒng)。板式單區(qū)電除塵器板式雙區(qū)電除塵器⑷干式和濕式電除塵器干式電除塵器：振打清灰，整個(gè)清灰過程在干燥狀態(tài)下完成。優(yōu)點(diǎn)：清灰方式簡單，便于粉塵綜合利用，回收有經(jīng)濟(jì)價(jià)值粉塵，工業(yè)上應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：易造成二次揚(yáng)塵，降低除塵效率。濕式電除塵器：采用溢流或均勻噴霧方式使集塵極表面經(jīng)常保持一層水膜，清除被捕集粉塵。優(yōu)點(diǎn)：除塵效率高，避免二次揚(yáng)塵，沒有振打裝置運(yùn)行比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：腐蝕設(shè)備，產(chǎn)生二次污染，污水處理復(fù)雜。

3、電除塵器的主要部件結(jié)構(gòu)組成：除塵器主體、供電裝置和附屬設(shè)備。除塵器主體：電暈電極、集塵極、清灰裝置、氣流分布裝置和灰斗等。（1）電暈電極要求：起始電暈電壓低，擊穿電壓高、電暈電流大，機(jī)械強(qiáng)度高。最優(yōu)間距200-300mm類型特點(diǎn)：圓形、麻花形、星形電極，沿線全長放電；芒刺形、鋸齒形，尖端放電，放電強(qiáng)度更高，起始電暈電壓低。圓形電暈極的直徑越小，起暈電壓越低、放電強(qiáng)度越高，但機(jī)械強(qiáng)度也較低，振打時(shí)容易損壞；星形電暈極適用于含塵濃度較低的場合；芒刺形和鋸齒形電暈極適合含塵濃度高的場合。注意：相鄰電暈極之間距離太大會(huì)減弱電場強(qiáng)度；極距過小會(huì)因屏蔽作用降低放電強(qiáng)度；（2）集塵極要求：易于塵粒沉積；避免塵粒二次飛揚(yáng)；便于清灰；具有足夠的剛度和強(qiáng)度；氣流通過極板空間時(shí)阻力小等。

平板形易于清灰、簡單，但塵粒二次飛揚(yáng)嚴(yán)重、剛度較差；Z形、C形、波浪形有利于塵粒沉積，二次飛揚(yáng)少有足夠剛度，應(yīng)用較多。特點(diǎn)：極板加工成槽溝。氣流通過時(shí)，緊貼極板表面處形成一層渦流區(qū)，流速較主氣流流速要小，粉塵易沉積。極板間距對(duì)電除塵器的電場性能和除塵效率影響較大，極板間距一般取200～350mm。注意：集塵極和電暈極制作和安裝質(zhì)量對(duì)電除塵器性能影響很大。極板撓曲和極距不均勻會(huì)導(dǎo)致工作電壓降低和除塵效率下降。（3）清灰裝置主要方式：機(jī)械振打、刮板清灰、水膜清灰等。

機(jī)械振打清灰

刮板式清灰噴水型濕式清灰方式水膜清灰方式（4）氣流分布裝置開布了許多孔洞的隔板構(gòu)成。作用：對(duì)除塵器入口高速氣流起阻礙作用，使進(jìn)入除塵器斷面的氣流保持均勻流速?；疽螅簹饬鞣植季鶆?，氣壓損失小。在氣流進(jìn)口處，由于氣流截面的變化會(huì)造成氣流分布不均勻，需要設(shè)置1～3塊平行的氣流分布板；出口處設(shè)一塊分布板。氣流分布板一般為多孔薄板，孔形分為圓孔或方孔。（5）除塵器外殼外殼必須保證嚴(yán)密，盡量減少漏風(fēng)。漏風(fēng)量增加，風(fēng)機(jī)負(fù)荷加大，電場內(nèi)風(fēng)速過高，除塵效率下降。處理高溫濕煙氣時(shí)，冷空氣漏入會(huì)使煙氣溫度降至露點(diǎn)以下，導(dǎo)致除塵器內(nèi)構(gòu)件粘灰和腐蝕。漏風(fēng)率控制在3%以下。（6）供電裝置主要包括升壓變壓器、高壓整流器和控制裝置。分高壓供電裝置（提供塵粒荷電和捕集所需要的電暈電流）和低壓供電裝置4、

影響電除塵器除塵效率的因素除塵效率的計(jì)算：(1)氣流為紊流狀態(tài)(2)在垂直于集塵極表面任一橫斷面上，粒子濃度和氣流分布是均勻的(3)粉塵粒徑是均一的，且進(jìn)入除塵器后立即完成荷電過程(4)忽略電風(fēng)和二次揚(yáng)塵的影響主要因素：粉塵特性、煙氣特性、結(jié)構(gòu)因素和操作因素。（1）粉塵特性（dustproperty）主要有粉塵的粒徑分布、密度、黏附性和比電阻等，最主要是粉塵比電阻。比電阻范圍在104～2×1010Ω·cm最適合電除塵捕集。比電阻Rb＜104Ω·cm，粉塵在電極上會(huì)很快放出電荷，失去吸引力，易產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。粉塵的比電阻和除塵效率的關(guān)系比電阻Rb＞1011Ω·cm，粉塵很久不放電荷并產(chǎn)生反電暈，粉塵不能充分荷電，除塵效率下降。影響粉塵比電阻因素很多，最主要：氣體溫度和濕度。比電阻值偏高的粉塵通過改變溫度和濕度的具體方法：向煙氣中噴水，增加煙氣濕度和降低煙氣溫度；為了降低煙氣的比電阻，也可以向煙氣中加入SO3、NH3以及Na2CO3等化合物，使塵粒的導(dǎo)電性增加。1）氣體的溫度和濕度含塵氣體溫度對(duì)除塵效率的影響表現(xiàn)為影響比電阻。在低溫范圍，由于粉塵表面的吸附物和水蒸氣的影響，粉塵的比電阻?。浑S著溫度的升高，粉塵的比電阻增加。在高溫范圍，由于粉塵內(nèi)部的導(dǎo)電（粉塵比電阻取決于物質(zhì)的化學(xué)成），也會(huì)使比電阻下降。溫度低于露點(diǎn)時(shí)，濕度會(huì)嚴(yán)重影響除塵效率。原因：隨著濕度增加，沉積的粉塵容易結(jié)塊黏結(jié)在降塵極和電暈極上，難于振落，而使除塵效率下降。（2）煙氣特性（fluegascharacteristics）煙氣特性主要包括：煙氣溫度、壓力、成分、濕度、含塵濃度、斷面氣流速度和分布。2）含塵濃度（particleconcentration）荷電粉塵形成的空間電荷會(huì)對(duì)電暈極產(chǎn)生屏蔽作用，從而抑制電暈放電，含塵濃度提高，會(huì)出現(xiàn)電暈阻止效應(yīng)，甚至電暈封閉而失去除塵能力。進(jìn)入電除塵器氣體的含塵濃度應(yīng)小于60g/m3；氣體含塵濃度過高，選用曲率大的芒刺形電暈電極，還可以加設(shè)預(yù)處理裝置，進(jìn)行多級(jí)除塵。3）除塵器斷面氣流速度

降低除塵器的斷面氣流速度，增加了粉塵在荷電區(qū)的停留時(shí)間，使粉塵荷電的機(jī)會(huì)增多，除塵效率也會(huì)提高。氣流速度增大，除塵效率大幅度下降。0.6～1.5m／s4）斷面氣流分布斷面氣速分布不均勻，在流速較低的區(qū)域，就會(huì)存在局部氣流停滯，造成的效率增加，不能彌補(bǔ)高速區(qū)造成的效率下降。氣流速度過大，還會(huì)造成二次揚(yáng)塵。除塵器斷面上的氣流速度差異越大，除塵效率越低。一般在除塵器的入口或出入口設(shè)置氣流分布裝置；應(yīng)控制風(fēng)道內(nèi)氣流速度在15-20m/s之間（3）結(jié)構(gòu)因素主要包括：電暈線的幾何形狀、直徑、數(shù)量和線間距；收塵極的形式、極板斷面形狀、極間距、極板面積、電場數(shù)、電場長度；供電方式、振打方式、氣流分布裝置、外殼嚴(yán)密程度、灰斗形式和出灰口鎖風(fēng)裝置等。最重要的結(jié)構(gòu)因素為極間距，一般要求極間距要距離合適（200～350mm），保持均勻。（4）操作因素主要包括伏安特性、漏風(fēng)率、二次飛揚(yáng)和電暈線肥大等（5）清灰集塵極和電暈極上堆積粉塵厚度的不斷增加，運(yùn)行電壓會(huì)逐漸下降，使除塵效率降低。必須通過清灰保持較高的除塵效率。（6）火花放電頻率為保證其高效率，必須使供電功率高、供電壓力大，供電電流穩(wěn)定。供電壓力大小一般通過控制火花頻率來實(shí)現(xiàn)，一般要求最佳火花頻率在30～150次/min。5、

電除塵器的選型（1）電除塵器性能參數(shù)的確定靜電除塵器選擇和設(shè)計(jì)主要采用經(jīng)驗(yàn)公式法。根據(jù)要處理的含塵氣體流量和凈化要求，確定集塵極面積、電場斷面面積、電場長度、集塵極和電暈極的數(shù)量和尺寸等。⑴集塵極面積⑵電場斷面面積結(jié)構(gòu)一定的電除塵器，氣速增加，除塵效率降低；過小，除塵器體積增加，造價(jià)提高。⑶集塵室的通道個(gè)數(shù)⑷電場長度⑸工作電壓根據(jù)實(shí)際需要，工作電壓一般取60～72kV。⑹工作電流一般在100～300mA。（2）電除塵器的形式選擇

電除塵器的形式和配置需根據(jù)處理含塵氣體的性質(zhì)及處理要求決定，其中最重要的因素是粉塵比電阻粉塵比電阻適中（105-1010Ω·cm）采用普通干式除塵器；比電阻高的粉塵，采用寬極距