第06章 颗粒物污染控制技术2

第第0606章章 颗粒物污染控制颗粒物污染控制技术技术2 2电除尘器电除尘器电除尘器电除尘器电除尘器电除尘器n电除尘器的主要优点电除尘器的主要优点压力损失小，一般为压力损失小，一般为200500Pa处理烟气量大，可达处理烟气量大，可达105106m3/h能耗低，大约能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3对细粉尘有很高的捕集效率，可高于对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99可在高温或强腐蚀性气体下操作可在高温或强腐蚀性气体下操作电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理 n三个基本过程三个基本过程悬浮粒子荷电高压直流电晕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）（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尘层并使其落入灰斗 电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理Source:www.state.ia.us电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理n单区和双区电除尘器单区和双区电除尘器双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器单区电除尘器电晕放电电晕放电n金属丝放出的电子迅速向正极移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动，与气体分子撞击使之离子化n气体分子离子化的过程又产生大气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程量电子雪崩过程n远离金属丝，电场强度降低，气远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体体离子化过程结束，电子被气体分子捕获分子捕获n气体离子化区域电晕区气体离子化区域电晕区n自由电子和气体负离子是粒子荷自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源电的电荷来源n雪崩过程产生的正离子与金属丝雪崩过程产生的正离子与金属丝表面碰撞产生新的电子，确保电表面碰撞产生新的电子，确保电晕过程的持续进行晕过程的持续进行电晕放电电晕放电电晕放电电晕放电n起始电晕电压开始产生电晕电流所施加的电压起始电晕电压开始产生电晕电流所施加的电压管式电除尘器内任一点的电场强度管式电除尘器内任一点的电场强度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）起始电晕所需要电场强度（皮克经验公式）一空气的相对密度一空气的相对密度 m m导线光滑修正系数，无因次，导线光滑修正系数，无因次，0.50.5m m1.010102 2s s，完全可以忽略不计完全可以忽略不计所以，驱进速度所以，驱进速度驱进速度驱进速度n驱进速度与粒径和场强的关系驱进速度与粒径和场强的关系n当颗粒直径为当颗粒直径为250 m时，时，与粒径成正比与粒径成正比捕集效率捕集效率n捕集效率一德意希公式捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定德意希公式的假定:除尘器中气流为湍流状态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是均匀的粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程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等影响 捕集效率捕集效率ndt时间内在长度为时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为的空间所捕集的粉尘量为n由由d dtd dx/un积分积分n最最终得得有效驱进速度有效驱进速度n当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的1020时，德意希方程理论上才是成立的时，德意希方程理论上才是成立的 n作为除尘总效率的近似估算，作为除尘总效率的近似估算，应取某种形式的平均应取某种形式的平均驱进速度驱进速度n有效驱进速度有效驱进速度实际中常常根据在一定的除尘器结构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，以方程式中反算出的相应驱进速度值，以e e表示表示.对于对于工业除尘器工业除尘器,有效驱进速度变化于有效驱进速度变化于0.2-2m/s0.2-2m/s范围内范围内有效驱进速度有效驱进速度粉尘种类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1粉尘种类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1煤粉（飞灰）煤粉（飞灰）0.100.14冲天炉（铁焦比冲天炉（铁焦比10）0.030.04纸浆及造纸纸浆及造纸0.08水泥生产（干法）水泥生产（干法）0.060.07平炉平炉0.06水泥生产（湿法）水泥生产（湿法）0.100.11酸雾（酸雾（H2SO4）0.060.08多层床式焙烧炉多层床式焙烧炉0.08酸雾（酸雾（TiO2）0.060.08红磷红磷0.03飘旋焙烧炉飘旋焙烧炉0.08石膏石膏0.160.20催化剂粉尘催化剂粉尘0.08二级高炉（二级高炉（80生铁）生铁）0.125各种工业粉尘的有效驱进速度被捕集粉尘的清除被捕集粉尘的清除 n电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 n粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除一般方法采取振打清灰方式清除 n从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流新进入气流在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰的振动力清灰被捕集粉尘的清除被捕集粉尘的清除n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求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率n常用的振打器有电磁型和挠臂锤型常用的振打器有电磁型和挠臂锤型 电除尘器结构除尘器类型电除尘器结构除尘器类型 n除尘器类型除尘器类型双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要用水洗刷电极的场合用水洗刷电极的场合板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量一般为一般为2550m3/s以上以上电除尘器结构电晕电极电除尘器结构电晕电极n电晕电极电晕电极 常用的有直径常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等左右的圆形线、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、易清灰等持准确的极距、易清灰等 a.a.圆形线圆形线 b.星形线星形线 c.锯齿线锯齿线 d.芒刺线芒刺线电除尘器结构电晕电极电除尘器结构电晕电极n电晕电极电晕电极 电晕线固定方式电晕线固定方式重锤悬吊式重锤悬吊式管框绷线式管框绷线式 电除尘器结构集尘极电除尘器结构集尘极n集尘极集尘极集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的（约占总耗量的404050%50%）有很大影响）有很大影响性能良好的集尘极应满足下述基本要求性能良好的集尘极应满足下述基本要求振打时粉尘的二次扬起少振打时粉尘的二次扬起少单位集尘面积消耗金属量低单位集尘面积消耗金属量低极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形振打时易于清灰，造价低振打时易于清灰，造价低电除尘器结构集尘极电除尘器结构集尘极n常用板式电除尘器集尘极常用板式电除尘器集尘极n进进展展宽宽间间距距压压电电除除尘尘器器：现现已已公公认认，在在某某些些情情况况下下板板间间距距可可比比平平常常增增加加5050100%100%，然然而而除除尘尘器器性性能能并并未未改改变变。其其原原理理还还没没有有完全解释清楚完全解释清楚电除尘器结构高压供电设备电除尘器结构高压供电设备n高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流电晕电流n供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上n通常高压供电设备的输出峰值电压为通常高压供电设备的输出峰值电压为70l000kV，电，电流为流为1002000mA n增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和能改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和投资两方面因素投资两方面因素电除尘器结构气流分布板电除尘器结构气流分布板n电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响n为为保保证证气气流流分分布布均均匀匀，在在进进出出口口处处应应设设变变径径管管道道，进进口口变变径管内应设气流分布板径管内应设气流分布板n最最常常见见的的气气流流分分布布板板有有百百叶叶窗窗式式、多多孔孔板板分分布布格格子子、槽槽形形钢式和栏杆型分布板钢式和栏杆型分布板n 对气流分布的具体要求是对气流分布的具体要求是任何一点的流速不得超过该断面平均流速的任何一点的流速不得超过该断面平均流速的 40%40%在任何一个测定断面上，在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速以上测点的流速与平均流速不得相差不得相差 25%。电除尘器结构气流分布板电除尘器结构气流分布板n气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数气流分布不均匀时，电除尘器通过率的校正系数FV粉尘比电阻粉尘比电阻n通常所需要的粉尘的最小导电率是通常所需要的粉尘的最小导电率是1010（/cm）1 n高比电阻粉尘高比电阻粉尘导电率低于大约导电率低于大约1010（/cm）1，即电阻率，即电阻率大于大于1010/cm的粉尘的粉尘n影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等 n在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据据 粉尘比电阻粉尘比电阻n烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响a.飞灰飞灰 b.水泥窑粉尘水泥窑粉尘粉尘比电阻粉尘比电阻n高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降低于低于10101010/cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响有影响比电阻介于比电阻介于10101011/cm之间时，火花率增加，操之间时，火花率增加，操作电压降低作电压降低高于高于1011/cm时，产生明显反电晕时，产生明显反电晕粉尘比电阻粉尘比电阻n粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 粉尘比电阻粉尘比电阻n粉尘比电阻对有效驱进速度的影响（飞灰）粉尘比电阻对有效驱进速度的影响（飞灰）粉尘比电阻粉尘比电阻n粉尘比电阻对场强分布的影响粉尘比电阻对场强分布的影响 粉尘比电阻粉尘比电阻n克服高比电阻影响的方法克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁保持电极表面尽可能清洁采用较好的供电系统采用较好的供电系统烟气调质烟气调质增加烟气湿度，或向烟气中加入增加烟气湿度，或向烟气中加入SOSO3 3、NHNH3 3，及，及NaNa2 2COCO3 3等化合等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SOSO3 3 改变烟气温度改变烟气温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度发展新型电除尘器发展新型电除尘器 烟气调质烟气调质nS含量对粉尘比电阻的影响含量对粉尘比电阻的影响Log10resistivity,cm电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计 n电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 参数参数符号符号取值范围取值范围板间距板间距S2328cm驱进速度驱进速度318cm/s比集尘极表面积比集尘极表面积A/Q3002400m2（1000m3/min）气流速度气流速度v12m/s长高比长高比L/H0.51.5比电晕功率比电晕功率Pc/Q180018000W/(1000m3/min)电晕电流密度电晕电流密度Ic/A0.051.0A/m2平均气流速度平均气流速度烟煤锅炉烟煤锅炉v1.11.6m/s褐煤锅炉褐煤锅炉v1.82.6m/s电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n比集尘表面积的确定比集尘表面积的确定 根据运行和设计经验，确定有效驱进速度根据运行和设计经验，确定有效驱进速度e e按德意希按德意希方程求得比集尘表面积方程求得比集尘表面积A/Qn长高比的确定长高比的确定集集尘尘板板有有效效长长度度与与高高度度之之比比，直直接接影影响响振振打打清清灰灰时时二二次扬尘的多少次扬尘的多少要要求求除除尘尘效效率率大大于于99%时时，除除尘尘器器的的长长高高比比至至少少要要1.01.5。电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n气流速度的确定气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速的平均流速平均流速高于某一平均流速高于某一临界速度临界速度时，作用在粒子上的空气时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加加n气体的含尘浓度气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞易发生电晕闭塞应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等晕极，电除尘器前增设预净化设备等电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n电除尘器的辅助设计因素电除尘器的辅助设计因素 电晕电极：支撑方式和方法电晕电极：支撑方式和方法集尘电极：类型、尺寸、装配、机械性能和空气动力学性能集尘电极：类型、尺寸、装配、机械性能和空气动力学性能整流装置：额定功率、自动控制系统、总数、仪表和监测装置整流装置：额定功率、自动控制系统、总数、仪表和监测装置电晕电极和集尘电极的振打机构：类型、尺寸、频率范围和强度调整、总数和排列电晕电极和集尘电极的振打机构：类型、尺寸、频率范围和强度调整、总数和排列灰斗：几何形状、尺寸、容量、总数和位置灰斗：几何形状、尺寸、容量、总数和位置输灰系统：类型、能力、预防空气泄漏和粉尘反吹输灰系统：类型、能力、预防空气泄漏和粉尘反吹壳体和灰斗的保温，电除尘器顶盖的防雨雪措施壳体和灰斗的保温，电除尘器顶盖的防雨雪措施便于电除尘器内部检查和维修的检修门便于电除尘器内部检查和维修的检修门高强度框架的支撑体绝缘器：类型、数目、可靠性高强度框架的支撑体绝缘器：类型、数目、可靠性气体入口和出口管道的排列气体入口和出口管道的排列需要的建筑和地基需要的建筑和地基获得均匀的低湍流气流分布的措施获得均匀的低湍流气流分布的措施