8-静电除尘-6

静电除尘：利用静电力从气流中分离悬浮粒子与惯性、旋风除尘根本区别：分离能量通过静电力直接作用于尘粒上，不是整个气流，能耗很低，气压损失小。静电除尘的基本原理静电除尘器主要由放电电极和集尘电极组成。放电电极（电晕极）是一根曲率半径很小的纤细裸露电线，上端与直流电源的一极（负极）相连，下端由一吊锤固定其位置；集尘电极具有一定面积的管或板与电源正极相连。电晕放电—尘粒荷电—荷电尘粒的迁移和捕集—尘粒的清除1．电晕放电物质-分子-原子-原子核+电子没有干扰，电中性从外界吸收的能量足够大时，电子脱离原子=自由电子+正离子失去或得到电子的过程称为电离电场作用，定向移动电晕放电机理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自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源放电金属线电晕极含负离子区电晕区金属管集尘极管式电除尘器的工作原理示意图：板式静电除尘器的基本原理示意图电晕放电正离子电子分子当向阴阳两极施加电压时，离子便向电极移动，形成电流，产生电晕放电，使气体电离，放出电子生成离子。当两极间的电压继续升高到某一点时，电流迅速增大，电晕极产生一个接一个的火花，称为火花放电。在火花放电之后，电压继续升高至某一值时，电场击穿，出现持续的放电，产生强烈的弧光并伴有高温，这种现象就是电弧放电。由于火花放电和电弧放电会损坏设备，使电除尘器停止工作，因此在电除尘器操作中应避免这两种现象。正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离－电场击穿；相应的电压－击穿电压相同电压下负电晕电极产生较高电晕电流，且击穿电压也高工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极2．尘粒荷电离子的产生使气流中的尘粒带电两种机理电场荷电或碰撞荷电－离子在电场作用下沿电力线定向移动，与尘粒碰撞黏附于其上并将电荷传至粉尘，而使尘粒荷电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两种机理电场荷电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大于0.5m的微粒，以电场荷电为主小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。工程中电除尘所处理粉尘粒径一般大于0.5μm异常荷电现象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,破坏正常电晕过程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;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3．荷电尘粒的迁移和捕集带电尘粒在电场力作用下，朝着与其电性相反的集尘极移动。带电尘粒到达集尘极，尘粒上的电荷与集尘极上电荷中和，尘粒恢复中性而沉积在集尘极。4.被捕集粉尘的清除电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积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最靠近集尘极的颗粒把大部分电荷传导给极板，集尘极与这些颗粒间的静电引力减弱，有脱离的趋势。但颗粒层有电阻，靠近颗粒层外表面的颗粒没失去电荷，它们与极板所产生的静电力足以使靠极板的非带电颗粒被”压”在极板上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——湿式、干式、声波在湿式电除尘器中，收尘极板表面上经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上随水膜留下优点：无二次扬尘，同时可净化部分有害气体缺点：腐蚀结垢问题较严重，污水需要处理在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰需合适的振打强度和振打频率，现场调试声波清灰对电晕极和收尘极都较好，但能耗较大，理论研究落后静电除尘器的分类根据集尘极的形式，分为管式和板式；根据气流的流动方式，分为立式和卧式；根据收尘极和电晕极的不同配置，分为单区和双区电除尘器。根据清灰时是否用水分为干式和湿式电除尘器。⑴管式和板式电除尘器电晕极放圆管中心，内壁作为集尘极，圆形或六角形。管径一般为150～300mm，管长2～5m，电晕线重锤悬吊在中心。单根通过的气体量较小，多管并列管式电除尘器的电场强度高且变化均匀，但清灰较困难，多用湿式。多用于净化含尘气量较小的气体、含雾滴气体，或需要用水洗刷电极的场合板式电除尘器：多块钢板组合成集尘极，在通道中设置电晕电极。极板间距一般为200～400mm，极板高度为2～15m。极板总长度可根据对除尘效率高低的要求而定，通道数视气量而定。⑵立式和卧电除尘器立式电除尘器：多为管式，气体自下而上做垂直运动优点：占地面积小，在高度较高时，可不另设烟囱，但检修不如卧式方便。适用于气体流量小，粉尘性质易于捕集，安装场地较狭窄的情况卧式电除尘器：多为板式，气体水平通过。优点：①可分为若干电场，可施加相同电压，也可施加不同电压—以便充分提高除尘效率。②根据所要求的除尘效率，可增加电场长度，但太长会增加费用，而效果却不十分理想。③在处理较大的烟气量时，能保证气流沿电场断面均匀分布，适于烟气量大④各个电场可以分别捕集不同粒度的粉尘，有利于粉尘的捕集回收⑤设备高度相对低，安装灵活、维修方便占地面积比立式大，旧厂扩建或除尘系统改造时场地可能受限⑶单区和双区电除尘器单区电除尘器：集尘极和电晕极装在同一区域;含尘粒子的荷电和捕集也在同一区域，用于工业除尘和烟气净化，应用最广泛双区电除尘器：集尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同区域。主要用于空调送风净化系统。单区和双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器含尘气体清洁气体集尘板（+）电晕线(一)粒子荷电和放电在同一个电场中进行荷电段集尘段电晕线集尘板（-）高压板（+）⑷干式和湿式电除尘器干式电除尘器：整个清灰过程干燥状态完成。优点：清灰方式简单，便于粉尘综合利用，回收有经济价值粉尘，工业上应用广泛。缺点：易造成二次扬尘，降低除尘效率。湿式电除尘器：采用溢流或均匀喷雾方式使集尘极表面保持一层水膜，清除被捕集粉尘。优点：除尘效率高，避免二次扬尘，没有振打装置运行比较稳定。缺点：腐蚀设备，二次污染，污水处理复杂。静电除尘器的主要部件结构组成：除尘器主体、供电装置和附属设备除尘器主体：电晕电极、集尘极、清灰装置、气流分布装置和灰斗等。（1）电晕电极要求：①有较好的放电性能，电晕电流大，起始电晕电压低，与收尘电极相匹配。直径小或带有尖端的电晕电极可降低起始电晕电压②易于清灰③机械强度好，不因振打、电弧放电而断裂④能耐高温，抗腐蚀（1）电晕电极①非芒刺电极（无固定电晕辉点电极）圆形、麻花形、星形电极，沿线全长放电；圆形电晕极直径越小，起晕电压越低、放电强度越高，机械强度也低，振打容易损坏；麻花形力学强度较高，不易断星形电晕极断面积较大，比较耐用，有尖锐边，起晕电压低，电流较大，适用于含尘浓度较低的场合②芒刺电极（有固定电晕辉点电极）芒刺形、锯齿形，尖端放电，放电强度更高，起晕电压低；适合含尘浓度高的场合。电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式（2）集尘电极要求：易于尘粒沉积；避免尘粒二次飞扬；振打性能好，便于清灰；足够刚度强度，不易变形防腐蚀，金属消耗量小（薄）气流通过极板空间时阻力小，气流容易通过等。管式电场强度较均匀，但清灰困难，干式很少采用，湿式多用圆形、蜂窝形，后者可节省材料，但安装维修困难，少采用板式极板用厚度为1.2-2.0mm的钢板在专用轧机上轧制而成，为了增大容纳粉尘量大，通常将集尘极做成各种断面形状，由多块极板拼装而成。类型：平板形易于清灰、简单，但尘粒二次飞扬严重、刚度较差；Z形、C形、波浪形有利于尘粒沉积，二次飞扬少有足够刚度，应用较多。特点：极板加工成槽沟。气流通过时，紧贴极板表面处形成一层涡流区，流速较主气流流速要小，粉尘易沉积。常规集尘极板的间距通常采用300mm。研究表明，加大极板间间距，增大了绝缘距离，可抑止电场火花放电；同时可以提高电除尘器的工作电压，增大粉尘的驱进速度；另外还可使电极板面积相应减小。——宽间距超高压电除尘器，其间距一般为400-600mm。根据目前的试验研究，采用400mm为好，其工作电压为120-80kV。这种除尘器目前已在电站、水泥等行业应用（3）清灰装置收尘极板上粉尘沉积较厚时将导致火花电压降低，电晕电流减小，有效驱进速度显著减小，除尘效率大大下降不断地将收尘极板上沉积的粉尘清除干净是维持电除尘器高效运行的重要条件。主要方式：机械振打、刮板清灰、水膜清灰等机械振打清灰刮板式清灰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挠臂锤振打装置示意图每排收尘极板设置一摇臂锤，各锤错开电晕极的清灰电晕极上沉积粉尘一般都比较少，但对电晕极的影响很大，如粉尘清不掉，有时在电晕极上结疤，不但使除尘效率降低，甚至能使除尘器完全停止运行一般对电晕极采取连续振打清灰方式顶部振打、侧部振打（4）气流分布装置气流分布的均匀性对除尘效率影响很大气流分布装置作用：对除尘器管道截面和方向突然变化、进出口高速气流起阻碍作用，使进入除尘器断面的气流保持均匀流速基本要求：气流分布均匀，气压损失小导流板导流板气流分布板多为多孔薄板，孔形分为圆孔或方孔。气流分布板（5）除尘器外壳有足够的强度、刚度和稳定度保证严密，减少漏风。在高温条件下的静电除尘器，除外壳考虑适当的保温外，壳体设计必须考虑高温热胀要求。耐烟气腐蚀尽量节省钢材设备维护检修方便（6）供电装置主要包括升压变压器、高压整流器和控制装置提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流供电设备须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上通常高压供电设备的输出峰值电压为70～l00kV，电流为100～2000mA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。必须考虑效率和投资两方面因素影响除尘效率的因素粉尘的比电阻104-1011Ω·cm含尘浓度(20g/m3)除尘器断面气流速度(2m/s)1、比电阻对电除尘器运行的影响面积为1cm2，厚度为1cm的粉尘层的电阻称为比电阻，数值小，说明导电性能好沉积在集尘电极上的灰尘的比电阻对电除尘器能否有效地运行有显著的影响比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘效率，适宜的范围是从104～1011Ω·cm。比电阻过低如果灰尘的比电阻小于104Ω·cm，形成在集尘电极上跳跃的现象，最后可能被气流带出电除尘器。用电除尘器处理各种金属粉尘和石墨粉尘、炭黑粉尘都可以看到这一现象。解决途径：采取在电除尘器后面串联旋风除尘器的办法来解决。比电阻过高当灰尘的比电阻超过1010Ω·cm，电除尘器的性能就随着比电阻的增加而下降到达集尘电极的粉尘释放电荷很慢，并残留部分电荷，排斥随后而至的带有同性电荷的粉尘，影响其沉降粉尘层附着力大，清灰困难随粉尘层变厚，两电极间造成很大的电压降，引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生反电晕。与放电电极类似，可见到亮光，产生离子和电子。正离子穿过极间区域朝着放电极流动，结果使集尘极附近电场强减弱，粉尘所带的负电荷部分被正离子中和，使粉尘的电荷减少，因而削弱了粉尘的沉降，除尘效率显著下降。烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响a.飞灰b.水泥窑粉尘粉尘比电阻对除尘器伏安特性影响粉尘比电阻对有效驱进速度的影响克服高比电阻影响的方法保持电极表面尽可能清洁采用较好的供电系统烟气调质增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3改变烟气