电除尘器课件.ppt

第八章电除尘器ElectrostaticPrecipitatorsESP,重点内容,1．电除尘器的工作原理；2．电除尘效率的影响因素；3．电除尘器的选择及应用。,8-1概述,一、电除尘的性能特点气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和电气方法两大类。机械的方法包括基本上依靠惯性力和机械力回收粒子的一切方法在内，如重力沉降法、离心分离法、气体洗涤法、介质过滤法等等。电气的方法就是电除尘。它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒子上的使粒子与气体分离的力。,特点1．分离的作用力直接施之于粒子本身，这种力是由电场中粉尘荷电引起的库仑力，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。2．直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率最少，气流阻力最小。处理1000m3/h的气体，耗电0.1-0.8度，ΔP100～1000Pa。3．它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子，也不象介质过滤法或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制，能回收微型范围的细小粒子。（1μm左右的）4．除尘效率高，一般在95-99。处理气量大，可应用于高温、高压，具有克服气体和粒子腐蚀的能力。连续操作并可自动化，故广泛应用于许多方面。5.主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。,二、电除尘发展简介早在公元前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。威廉描述到电能吸引由熄灭的火花产生的烟。1745年，富兰克林开始研究尖端放电，他似乎是首先研究我们现在所涉及到的发电尖端的电晕放电。最早有关烟尘电力吸引的文学叙述出自英国的宫廷内科医生威廉吉伯特，时间是1600年。1772年，贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电、电风现象进行了试验以后，1824-1908年，一些人做了一些有关净化过程中烟雾、烟草中的烟等试验。1908年，柯特雷尔发表了他的第一个专利，并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，从本世纪二十年代到四十年代开始应用于其它工业。,三、电除尘的除尘过程工作原理电除尘是何种装置呢概括而言，电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。用电除尘的方法分离气体中的悬浮粒子，需四个步骤气体电离；粉尘荷电；带电粒子在电场内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除等.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Dust-collectionplate,L,High–voltagewireforcoronadischarge,Cleangas,h,Dirtygas,Coronadischargealongthelengthofwire,Collecteddustonplate,Dustremovedfromplatestohoppers,,,2H,,,,,四、除尘器的分类,按结构不同可作不同的分类，现从4个方面介绍（1）按集尘电极型式可分为管式和板式电除尘器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按气流流动方式分为立式和卧式电除尘器在工业废气除尘中，卧式板式电除尘器是应用最广泛的一种，我国1972年提出的系列化设计SHWB型就属此类。（3）按粉尘荷电区和分离区的空间布置不同分为单区和双区电除尘单区粉尘荷电和分离沉降都在同一空间区域内进行。双区有一组电极使粉尘荷电，然后另一组电极供给静电力，使带电粒子沉降。典型的双区除尘器多用于空调方面。国外有将它应用于工业废气净化方面的。（4）按沉集粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器,,,单区和双区电除尘器示意图,8-2电晕放电,电晕是气体中电传导的若干形式之一。1.电晕放电机理电晕放电发生在细金属电晕线和集尘板或板之间。假如电晕电极为负极负电晕，从金属丝表面或附近放出的电子迅速向正极运动，与气体分子发生撞击并使之离子化，结果又产生了大量电子，通常称为雪崩过程。随着电子离开金属丝表面距离的增加，电场迅速减弱。因为电子运动的速度主要由电场强度决定，致使电子运动速度迅速减低到使气体分子离子化所需要的最小速度。假如存在电负性气体，如氧气、水蒸气和二氧化硫等，则电晕产生的自由电子被这些气体的分子俘获并产生负离子，它们也和电子一样，向正极运动。这些负离子和自由电子就构成了使颗粒荷电的电荷来源。自由电子能引起气体分子离子化的区域，常称为电晕区，从电晕区至金属管表面的空间内，负离子浓度一般为1014一1015个/m3。,电子雪崩过程产生的正离子移向放电金属丝，与金属丝表面碰撞并产生新电子。正离子使金属线释放新电子的“再生“作用确保了电晕过程的持续进行。对于电晕极为正极的情况正电晕，除电子雪崩过程产生的正离子向接地极移动之外，电晕放电机理与电晕极为负极时情况相同。,负电晕形成很大电子亲和力的气体或混合气体存在时,气体阴离子成为电晕外区空间内的全部电荷.外观在放电电极周围有一连串光点或刷毛状辉光,正电晕比较光滑均匀的兰白色亮光包着整个放电电极表面.气体阳离子成为电晕外区空间内的全部电荷.,2.起始电晕电压,在电除尘器内，许多因素影响电晕的发生和施加电压与电晕电流之间的关系常称为伏一安特性。开始产生电晕电流时所施加的电压常称为起始电晕电压。,Peek公式,起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕所需要的电压越小。负电晕极或正电晕极的电晕电流一电压曲线电流始于某一最小电压值V0，然后随着电压的增高电流呈抛物线形升高，直至达到击穿电压。当电压超过击穿电压时，电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离，这种现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。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。所以，对于工业气体净化，倾向于采用稳定性强，可以得到较高操作电压和电流的负电晕极;对于空气调节系统刚采用正电晕极，优点在于其产生臭氧和氮氧化物的量低。,图正、负电晕极在空气中的电晕电流-电压曲线,3.影响电晕特性的因素,包括电极的形状、电极间距离，气体组成、压力、温度，气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及它们在电晕极和集尘极上的沉积等。气体组成影响电晕特征主要是因为不同气体对电子的亲和力不同。氢、氮和氢等气体对电子没有亲和力，不能使电子附着而形成负离子;但氧、二氧化硫等气体却易俘获电子而形成稳定的负离子;二氧化碳和水蒸气的分子与高速电子碰撞离解出氧原子，继而由氧原子俘获电子形成负离子。此外，不同种类气体形成的负离子在电场中的迁移率也不同。气体温度和压力的不同导致气体密度改变，进而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。气体温度和压力的变化也影响离子的迁移率，因此温度和压力也影响电晕特性。,电压的波形对电晕特性的影响在工业上广泛采用全波和半波电压，直流电只用于特殊情况和实验室研究。对于异极距10-l5cm的电除尘器，典型的电晕电压峰值是40-60kV，相应的电晕电流密度为0.1-1.0mA/m2，这取决于粉尘和气体性质。,三、粒子荷电,荷电机理涉及两种电场荷电和扩散荷电电场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。扩散荷电由离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程，称之为扩散荷电。这种过程依赖于离子的热能，而不依赖于电场。粒子的主要荷电过程取决于粒径dp0.15μm的微粒，以电场荷电为主;dp0.5μm的微粒，以扩散荷电为主；0.15-0.5μm的粒子，同时考虑这两种过程。,1．电场荷电,2影响电场荷电的因素对于粒子特性是粒径dp和介电常数ε对于电晕电场则是电场强度E。和离子密度N。,2．扩散荷电,不存在扩散荷电的最大极限值粒子在这些条件下的荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间。,3电场荷电和扩散荷电的综合作用,对于粒径处于中间范围0.15-0.5μm的粒子，同时考虑电场荷电和扩散荷电作用是必要的。,,各种粒子荷电量随时间的变化情况,四、荷电粒子的运动和捕集,1.驱进速度ω含尘气体在除尘器内作层流运动时，粒子向集尘极移动的速度可以根据经典力学和电学定律求得。ωqEp/3лdp,图驱进速度与粒径和场强的关系,2.粒子的捕集效率-德意希公式,安德森Anderson根据现场实验的分析，德意希Deustch通过理论推导，得到了形式相同的粒子捕集效率公式。德意希在推导该公式时做了如下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;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。,设气体流向为x，气体和粉尘在x方向的流速皆为um/s，气体流量为Qm3/s；x方向上每单位长度的集尘板面积为am2/m，总集尘板面积为Am2；电场长度为Lm，气体流动截面积为Fm2；直径为dpi的颗粒，其驱进速度为ωm/s，在气体中的浓度为ρig/m3；则,3有效驱迸速度ωp,由于各种因素的影响，上式计算得到的理论捕集效率要比实际值高得多。为此，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，代入德意希方程反算出相应的驱进速度值，并称之为有效驱迸速度ωp。,五、被捕集粉尘的清除,集尘极清灰方法湿式和干式.在湿式电除尘器中，一般是用水冲洗集尘极板，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人量小，改进了电除尘器的操作，同时也可净化部分有害气体。缺点是极板腐蚀和污泥处理。在干式电除尘器中沉积的粉尘，是由机械撞击或电极振动产生的振动力清除的。现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。两种主要的常用的振打器是电磁型和挠臂锤型。,,挠壁锤型振打装置,六、电除尘器结构,1.除尘器类型2.电晕电极3.集尘极4.高压供电设备5.气流分布板,常用电晕极形状,圆形,星形线,锯齿线,芒刺线,集尘极的基本要求,1振打时粉尘的二次扬起少;2单位集尘面积消耗金属量低;3极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形;4振打时易于清灰，造价低。高压供电输出峰值电压为70-100kV;电流100-2000mA。,常用板式电除尘器电极排列示意图,气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数,七、粉尘比电阻,l.粉尘的导电性（比电阻）影响粉尘层比电阻的因素除粒子温度和组成之外，还包括一些次要因素，如粒子大小和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等。最佳比电阻范围104～21010欧姆厘米,烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响,飞灰,水泥窑粉尘,粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响,飞灰比电阻对有效驱进速度的影响,燃煤飞灰比电阻对场强分布的影响,八、电除尘器的选择和设计,1.比集尘表面积的确定2.长高比的确定3.气流速度的确定4.气体的含尘浓度,,,