1、 6.5 靜電沉積 ESP Electrostatic Precipitation6.5.1 靜電沉積的原理6.5.2 電除塵器的類型和構(gòu)造6.5.3 電除塵器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算123電除塵器4電廠鍋爐除塵系統(tǒng)流程圖 5最大特點(diǎn)與其他除塵器的根本區(qū)別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用在整個(gè)氣流上6電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)壓力損失小，一般為200500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105106m3/h能耗低，大約0.20.4kWh/1000m3有很高的捕集效率，可高于99可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作缺點(diǎn)：造價(jià)高，技術(shù)要求高(影響到系統(tǒng)的可靠性）對顆粒物導(dǎo)電性有要求76.5.1 靜電沉積原理 四個(gè)基本過程電

2、暈放電顆粒荷電帶電顆粒在電場內(nèi)遷移和捕集被捕集顆粒從集塵表面上清除8電除塵器的工作原理9（1）電暈放電1011（1）電暈放電（續(xù)）起始電暈電壓開始產(chǎn)生電暈電流時(shí)所施加的電壓管式電除塵器內(nèi)任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度起始電暈電壓與煙氣性質(zhì)和電極形狀、幾何尺寸等因素有關(guān)，起始電暈所需要電場強(qiáng)度（皮克經(jīng)驗(yàn)公式）電壓電流特性 電暈放電電場的電壓與電流之間的關(guān)系，通常稱為電壓電流特性或簡稱為伏-安特性。 12（1）電暈放電（續(xù)） 正、負(fù)電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線 電暈區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大致使極間空氣全部電離電場擊穿；相應(yīng)的電壓擊穿電壓在相同電壓下通常負(fù)電暈電極產(chǎn)生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多 工業(yè)氣體凈化傾

3、向于采用穩(wěn)定性強(qiáng)，操作電壓和電流高的負(fù)電暈極；空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用正電暈極，好處在于其產(chǎn)生臭氧和氮氧化物的量低13（1）電暈放電（續(xù)）影響電暈特性的因素 氣體組成、壓力、溫度不同氣體對電子的親合力、遷移率不同 氣體溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產(chǎn)生碰撞電離所需要的電壓 氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積 電極的形狀、電極間距離電壓的波形 14（2）顆粒荷電 兩種機(jī)理電場荷電或碰撞荷電離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場 粒子的主要荷電過程取決于粒徑大于1

4、m的微粒，以電場荷電為主小于0.1 m的微粒，以擴(kuò)散荷電為主介于之間的粒子，需要同時(shí)考慮這兩種過程。1516（2）顆粒荷電 之 電場荷電顆粒荷電電荷累積顆粒場強(qiáng)增加沒有氣體分子能夠到達(dá)顆粒表面，電荷飽和17（2）顆粒荷電 之 電場荷電顆粒獲得的飽和電荷 影響電場荷電的因素 粒徑dp和介電常數(shù)電場強(qiáng)度E0和離子密度N0 一般粒子的荷電時(shí)間僅為0.1s，相當(dāng)于氣流在除塵器內(nèi)流動(dòng)1020cm所需要的時(shí)間，一般可以認(rèn)為粒子進(jìn)入除塵器后立刻達(dá)到了飽和電荷18（2）顆粒荷電 之 擴(kuò)散荷電與電場電荷過程相反，不存在擴(kuò)散荷電的最大極限值（根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，不存在離子動(dòng)能上限） 荷電量取決于離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、粒

5、子大小和荷電時(shí)間 擴(kuò)散荷電理論方程 玻耳茲曼常數(shù)（1.381023 ）溫度，K；離子平均速度，再次說明：電場荷電主要對大顆粒（大于1 m）起作用。 對于小顆粒（小于0.1 m ），擴(kuò)散荷電起主要作用。 19電場荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用處于中間范圍 （0.11 m）的粒子，需同時(shí)考慮電場荷電和擴(kuò)散荷電根據(jù)Robinson的研究，簡單地將電場荷電和擴(kuò)散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過程綜合作用時(shí)的荷電量，與實(shí)驗(yàn)值基本一致20（3）荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集 理論驅(qū)進(jìn)速度 21（3）荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集（續(xù)）驅(qū)進(jìn)速度與粒徑和場強(qiáng)的關(guān)系當(dāng)顆粒直徑為250m時(shí)，vd與粒徑成正比22（3）荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集

6、（續(xù)）捕集效率一（Deutsch)公式 德意希公式的假定:除塵器中氣流為湍流狀態(tài)在垂直于集塵表面的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的粒子進(jìn)入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進(jìn)入氣流等影響 23荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集（續(xù)）有效驅(qū)進(jìn)速度當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過氣流速度的1020時(shí)，德意希方程理論上才是成立的 作為除塵總效率的近似估算，vd應(yīng)取某種形式的平均驅(qū)進(jìn)速度有效驅(qū)進(jìn)速度實(shí)際中常常根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)行條件下測得的總捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相應(yīng)驅(qū)進(jìn)速度值。24荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集（續(xù)）有效驅(qū)進(jìn)速度粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度（m/s）粉塵

7、種類驅(qū)進(jìn)速度（m/s）煤粉爐飛灰0.100.14沖天爐煙塵0.030.04紙漿及造紙塵0.08水泥塵（干法）0.060.07平爐煙塵0.06水泥塵（濕法）0.100.11硫酸霧0.060.08多層床焙燒爐煙塵0.08氧化鋅塵0.04紅磷塵0.03懸浮焙燒爐煙塵0.08石膏塵0.160.20催化劑粉塵0.08二級高爐煙塵0.12525荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)和捕集（續(xù)）凈化性能影響因素及相互關(guān)系氣氣煙氣濕度煙氣溫度煙氣成份煙氣壓力塵26a.廢氣的成分 由于不同氣體分子與電子的親和能力不同，不同離子在電場中的遷移率不同，所以廢氣成分對電暈電場的伏安特性和閃絡(luò)電壓有影響。負(fù)電性氣體和離子遷移率低的氣體存在，可

8、提高工作電壓，對改善除塵器工作性能有利。 27b.氣體的溫度和壓強(qiáng) 電離過程中，電子必須加速到一定的速度，才能碰撞氣體分子供其電離。如果氣體密度增大，平均自由程縮短，可供電子加速的時(shí)間減少，只有提高電場強(qiáng)度，才能在較短的時(shí)間內(nèi)加速到能使氣體電離的速度。所以，氣體溫度降低和壓強(qiáng)升高，會使起暈電壓升高。氣體溫度和壓強(qiáng)的變化，也會影響離子遷移率，從而改變伏安特性。28 帶電顆粒由于電場力的作用，在集塵極表面沉積，沉積的穩(wěn)定程度與顆粒物的導(dǎo)電性有很大關(guān)系。 導(dǎo)電性好（比電阻小）的顆粒與集塵極表面一接觸，立即釋放電荷，并重新帶上與集塵極電性相同的電荷。重新荷電的顆粒在斥力的作用下重返氣流。（對于除塵一般

9、很少出現(xiàn)） 凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）29導(dǎo)電性不好（比電阻大）的顆粒物沉積到集塵極表面，由于不能完全釋放電荷，就會在集塵極表面形成一層與集塵極電性相反的帶電積塵層。該層排斥后到的帶電顆粒，阻止其向集塵極沉積。另外，帶電沉積層如果出現(xiàn)裂縫，裂縫處會形成不均勻電場，產(chǎn)生局部電暈放電。這一電暈放電過程的離子運(yùn)動(dòng)與整個(gè)集塵裝置的離子運(yùn)動(dòng)方向相反，所以被稱為是反電暈。反電暈產(chǎn)生的離子與空間顆粒所帶電荷的電性相反，因此碰撞后中和。中和塵粒不會向集塵極作驅(qū)進(jìn)運(yùn)動(dòng)。所以反電暈出現(xiàn)，會使電除塵器效率顯著下降。 凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）續(xù)30煙氣濕度和溫度對粉塵比電阻的

10、影響a.飛灰 b.水泥窯粉塵凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）續(xù)31S含量對粉塵比電阻的影響Log10resistivity, cm凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）續(xù)32粉塵比電阻對場強(qiáng)分布的影響 凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）續(xù)33克服高比電阻影響的方法 保持電極表面盡可能清潔采用較好的供電系統(tǒng)煙氣調(diào)質(zhì)增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導(dǎo)電性增加。最常用的化學(xué)調(diào)質(zhì)劑是SO3 改變煙氣溫度向煙氣中噴水，同時(shí)增加煙氣濕度和降低溫度發(fā)展新型電除塵器 凈化性能影響因素之c.顆粒物的導(dǎo)電性（比電阻）續(xù)34凈化性能影響因素

11、之d 捕集效率隨粒徑的變化35e.顆粒物濃度但如果進(jìn)口濃度過高，狀況反而惡化。原因：荷電顆粒的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)比氣體離子的運(yùn)動(dòng)速度小。進(jìn)口含塵濃度高，電暈區(qū)產(chǎn)生的氣體離子大量沉積到顆粒上，使電流減弱。當(dāng)進(jìn)口濃度提高到一定程度，由于電暈產(chǎn)生的氣體離子都沉積到顆粒上，電流幾乎減弱到零，電除塵器失效，這種現(xiàn)象被稱為電暈阻塞。為了防止電暈阻塞，對高濃度含塵氣體，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理，使?jié)舛冉档竭m當(dāng)程度，再進(jìn)電除塵器。 凈化性能影響因素續(xù)36f.電極的形狀和尺寸 電極的形狀和尺寸對電暈放電影響很大，放電極極細(xì)或帶有尖刺，起暈電壓低。 管式集塵極的直徑和板式極的間距、集塵極是否有尖銳部分（如銳邊或毛刺），都會影響閃絡(luò)

12、電壓。集塵極形狀還會對二次揚(yáng)塵產(chǎn)生影響。凈化性能影響因素續(xù)37g.氣流情況氣流分布不均，電除塵器各通道中的氣體流速相差較大，使某些通道工況惡化，導(dǎo)致總效率降低。引起氣流分布不均勻的原因大致有：進(jìn)出口及通道形狀不利，管道或通道不均勻積灰，各部分溫度不均勻。氣流紊亂（射流、渦流或脈動(dòng)等）引起顆粒重返氣流，使效率下降。電暈放電產(chǎn)生的電風(fēng)，可增大顆粒的驅(qū)進(jìn)速度，增加碰撞凝并，對捕集過程有利；但有時(shí)電風(fēng)與氣流共同作用，引起某些部分顆粒重返氣流。 凈化性能影響因素續(xù)38h.供電參數(shù)（推動(dòng)力的體現(xiàn)） 供電參數(shù)對電除塵器性能影響很大，起主要作用的參數(shù)有功率、火花率（閃頻）和電壓波形等。 顆粒的有效驅(qū)進(jìn)速度可近

13、似表達(dá)為凈化性能影響因素續(xù)39(4）被捕集粉塵的清除 電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積 粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取振打清灰方式清除 從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進(jìn)入氣流在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力清灰40（4）被捕集粉塵的清除（續(xù)）現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清灰。振打系統(tǒng)要求既能產(chǎn)生高強(qiáng)度的振打力，又能調(diào)節(jié)振打強(qiáng)度和頻率常用的振打器有電磁型和撓臂錘型 41Typical hammer/anvil rappers forcollection plates(Europe)4

14、2Typical magnetic-impulse rappersfor collection plates ( USA) 43Typical electric-vibrator rappers used for wire discharge electrodesTumbling hammers for rigid frame discharge electrode446.5.2 電除塵器類型和構(gòu)造 電除塵器類型雙區(qū)電除塵器通風(fēng)空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門單區(qū)電除塵器控制各種工藝尾氣和燃燒煙氣污染45單區(qū)和雙區(qū)電除塵器雙區(qū)電除塵器單區(qū)電除塵器46管式電除塵器用于氣體流量小，含霧滴氣體，或需要用水

15、洗刷電極的場合1污染氣體入口；2清潔氣體入口；3支承絕緣子；4蒸汽盤管；5電極吊架；6外殼；7放電極；8重錘；9排污口47板式電除塵器為工業(yè)上應(yīng)用的主要型式，氣體處理量一般為2550m3/s以上484950電除塵器結(jié)構(gòu)電暈電極電暈電極 常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等 電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距、易清灰等 5152電除塵器結(jié)構(gòu)電暈電極電暈電極 電暈線固定方式重錘懸吊式53框架式 54電除塵器結(jié)構(gòu)集塵極集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量 （約占總耗量的4050%）有很大影響性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求振打

16、時(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少單位集塵面積消耗金屬量低極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低55電除塵器結(jié)構(gòu)集塵極常用板式電除塵器集塵極進(jìn)展寬間距壓電除塵器：現(xiàn)已公認(rèn)，在某些情況下板間距可比平常增加50100%，然而除塵器性能并未改變，其原理還沒有完全解釋清楚。56電除塵器結(jié)構(gòu)氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響 對氣流分布的具體要求是任何一點(diǎn)的流速不得超過該斷面平均流速的40%在任何一個(gè)測定斷面上，85%以上測點(diǎn)的流速與平均流速不得相差25%。57電除塵器結(jié)構(gòu)氣流分布板氣流分布不均勻時(shí)，電除塵器通過率的校正系數(shù)FV58電除塵器結(jié)構(gòu)-貯灰出灰裝置從電極上振落的粉塵，貯

17、存在除塵器底部的灰斗內(nèi)，并由排灰裝置排出。在負(fù)壓狀態(tài)下工作，排灰口必須保持氣密，以防止外部空氣漏入，使粉塵重新飛揚(yáng)，并使電場的風(fēng)速提高，影響除塵效率。灰斗內(nèi)裝擋板，防止含塵氣體不經(jīng)過電場，而由灰斗短路流出。 59hopper60電除塵器結(jié)構(gòu)-殼體殼體應(yīng)盡量避免漏氣。漏氣不但影響運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，降低效率，而且還可能造成局部冷卻結(jié)露，引起腐蝕。防止泄漏的主要部位有門、孔口及各種構(gòu)件（特別是運(yùn)動(dòng)構(gòu)件）穿過外殼的部位。電除塵器內(nèi)煙氣溫度應(yīng)較其露點(diǎn)高20K以上，以防結(jié)露。因此，有些情況下要求外殼保溫。 61電除塵器結(jié)構(gòu)高壓供電設(shè)備高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強(qiáng)和電暈電流供電設(shè)備必須十分穩(wěn)定，希望

18、工作壽命在二十年之上通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70l000kV，電流為1002000mA 增加供電機(jī)組的數(shù)目，減少每個(gè)機(jī)組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但投資增加。必須考慮效率和投資兩方面因素626.5.3 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)仍然主要采用經(jīng)驗(yàn)公式類比方法 參數(shù)符號取值范圍板間距S2328cm驅(qū)進(jìn)速度318cm/s比集塵極表面積A/Q3002400m2（1000m3/min）氣流速度v12m/s長高比L/H0.51.5比電暈功率Pc/Q180018000W/(1000m3/min)電暈電流密度Ic/A0.051.0A/m2平均氣流速度 煙煤鍋爐v1.11.6m

19、/s 褐煤鍋爐v1.82.6m/s636.5.3電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)（續(xù)）比集塵表面積的確定 根據(jù)運(yùn)行和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定有效驅(qū)進(jìn)速度e按德意希方程（教材P141-公式6.89）求得比集塵表面積A/Q長高比的確定集塵板有效長度與高度之比，直接影響振打清灰時(shí)二次揚(yáng)塵的多少要求除塵效率大于99%時(shí)，除塵器的長高比至少要1.01.5。64氣流速度的確定通常由處理煙氣量和電除塵器過氣斷面積，計(jì)算煙氣的平均流速平均流速高于某一臨界速度時(shí)，作用在粒子上的空氣動(dòng)力學(xué)阻力會迅速增加，粉塵的重新進(jìn)入量亦迅速增加氣體的含塵濃度如果氣體含塵濃度很高，電場內(nèi)塵粒的空間電荷很高，易發(fā)生電暈閉塞應(yīng)對措施提高工作電壓，采用放電

20、強(qiáng)烈的芒剌型電暈極，電除塵器前增設(shè)預(yù)凈化設(shè)備等.6.5.3電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)（續(xù)）656.5.3 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)（續(xù)）電除塵器的輔助設(shè)計(jì)因素 電暈電極：支撐方式和方法集塵電極：類型、尺寸、裝配、機(jī)械性能和空氣動(dòng)力學(xué)性能整流裝置：額定功率、自動(dòng)控制系統(tǒng)、總數(shù)、儀表和監(jiān)測裝置電暈電極和集塵電極的振打機(jī)構(gòu)：類型、尺寸、頻率范圍和強(qiáng)度調(diào)整、總數(shù)和排列灰斗：幾何形狀、尺寸、容量、總數(shù)和位置輸灰系統(tǒng)：類型、能力、預(yù)防空氣泄漏和粉塵反吹殼體和灰斗的保溫，電除塵器頂蓋的防雨雪措施便于電除塵器內(nèi)部檢查和維修的檢修門高強(qiáng)度框架的支撐體絕緣器：類型、數(shù)目、可靠性氣體入口和出口管道的排列需要的建筑和地基獲得均

21、勻的低湍流氣流分布的措施666.5.3 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)（續(xù)）電除塵器可能出現(xiàn)的問題 設(shè)計(jì)或選型問題； 制造和安裝問題； 運(yùn)轉(zhuǎn)問題。 67設(shè)計(jì)問題a.顆粒物性質(zhì)：比電阻超過電除塵的有效適用范圍，引起反電暈或再飛揚(yáng)；顆粒物有粘性，積塵難以清除。b.氣流：氣流速度過高或分布不均勻。c.電極：集塵極面積不夠，長高比過?。环烹姌O數(shù)量不夠。d.振打機(jī)構(gòu)：振打加速度和頻率過低或過高，振打不協(xié)調(diào)。e.電源：整流設(shè)備容量不夠，或性能不穩(wěn)定。68運(yùn)轉(zhuǎn)問題a.絕緣不好或短路：進(jìn)線絕緣子積灰、受潮；脫落的零件或異物存在，引起極間短路。b.電極損壞：集塵極腐蝕；電暈線斷裂；有效電暈減少；電極移位或變形。c.積塵：

22、放電極積塵過多（稱電暈肥大）；入口、出口管或氣流分布板積塵；灰斗積灰過滿。d.過載：含塵氣體流量過大，使電場氣速過高；含塵濃度過高，造成電暈阻塞。e.電源未達(dá)到預(yù)定工作狀態(tài)。f.污染源變化引起工況改變：煙氣成分和濕度、顆粒物比電阻和粒度發(fā)生變化。69*電除塵器的改進(jìn)（拓展） 電除塵器改進(jìn)的主要目的是提高性能（尤其是對高比電阻塵的適應(yīng)性）、減小尺寸和成本、擴(kuò)大功能，主要措施是改進(jìn)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、改變供電參數(shù)。 70*電除塵器的改進(jìn)改進(jìn)結(jié)構(gòu)和供電參數(shù)a.寬間距（超高壓）電除塵器 常規(guī)電除塵器極板間距在250300mm，相應(yīng)的工作電壓在4560kv。近年來發(fā)展的寬間距電除塵器極板間距擴(kuò)大到6001200mm，工作電壓提高到120200kv。寬間距電除塵器的比電阻適用范圍擴(kuò)大到1051015。由于極板間距加寬，安裝誤差的影響減小，并便于安裝和檢修。 71*電除塵器的改進(jìn)b.雙區(qū)電除塵器 將荷電和集塵分別在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，結(jié)合電極改進(jìn)，可提高除塵效果，縮短除塵器長度。c.增加輔助電極 在電暈極之間增加管狀輔助電極，集塵極也由圓管排列構(gòu)成（圖6.45a）。這樣的電極布置，可提高集塵