电除尘的基本原理

第二节电除尘的基本原理一、基本原理电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来井加以捕集的除尘装置。电除尘器有许多类型和结构，但它们都是由机械本体和供电电源两大部分组成的，都是按照同样的基本原理设汁的。如图2-1所示。为管式电除尘器工作原理示意图。实现电除尘的基本条件是：(1)由电晕极和收尘极组成的电场应是极不均匀的电场，以实现气体的局部电离。(2)具有在两电极之间施加足够高的电压，能提供足够大电流的直流高压电源，为电晕放电、尘粒荷电和捕集提供充足的动力。(3)电除尘器应具备密闭的外壳，保证含尘气流从电场内部通过。(4)气体中应含有电负性气体，以便在电场中产生足够多的负离子，来满足尘粒荷电的需要。(5)气体流速不能过高或电场长度不能太短，以保证荷电尘粒向电极驱进所需的时间。(6)具备保证电极清洁和防止二次扬尘的清灰和卸灰装置。二、电除尘器分类由于各行业工艺过程不同，烟气性质各异，粉尘特性有别，对电除尘器提出的要求不同。因此，出现了不同类型的电除尘器，现将各种类型的电除尘器按以下分类方式介绍其各自的特点。1、按电极清灰方式不同分为干式、湿式、雾状粒子捕集器和半湿式电除尘器（1）干式电除尘器。在干燥状态下捕集烟气中的粉尘，沉积在收尘极上的粉尘借助机械振打清灰的称为干式电除尘器。这种电除尘器振打时，容易使粉尘产生二次扬尘，对于高比电阻粉尘，还容易产生反电晕，所以设计干式电除尘器时，应充分考虑这两个问题。大、中型电除尘器多采用干式，干式电除尘器捕集的粉尘便于处置和利用。干式电除尘器的结构示意图如图2-2所示。（2）湿式电除尘器。收尘极捕集的粉尘，采用水喷淋或适当的方法在收尘极表面形成一层水膜，使沉积在收尘极上的粉尘和水一起流到除尘器的下部而排出，采用这种清灰方法的称为湿式电除尘器。这种电除尘器不存在粉尘二次飞扬的问题，除尘效率高，但电极易腐蚀，需采用防腐材料，且清灰排出的浆液会造成二次污染。（3）雾状粒子电捕集器。这种电除尘器主要用干捕集硫酸雾、焦油雾那样的液滴，捕集后液态流下并除去，实质上也是属于湿式电除尘器。（4）半湿式电除尘器。吸取干式和湿式电陈尘器的优点，出现了干、湿混合式电除尘器，也称半湿式电除尘器，其构造系统如图2-3所示。高温烟气先经两个干式收尘室，再经湿式收尘室，最后从烟囱排出。湿式收尘室的洗涤水可以循环使用，排出的泥浆，经浓缩池用泥浆泵送入干燥机烘干，烘干后的粉尘进入干式收尘室的灰斗排出。2、按气体在电场内的运动方向分为立式和卧式电除尘器（1）立式电除尘器。气体在电除尘器的电场内自下而上作垂直运动的称为立式电除尘器。这种电除尘器适用于气体流量小，除尘效率要求不很高，粉尘易于捕集和安装场地较狭窄的情况下。（2）卧式电除尘器。气体在电除尘器的电场内沿水平方向运动的称为卧式电除尘器。卧式电除尘器与立式电除尘器相比有以下的特点：1）沿气流方向可分为若干个电场，这样可根据电除尘器内的工作状况，各个电场可分别施加不同的电压，以充分提高电除尘器的效率。2）根据所要求达到的除尘效率，可任意增加电场长度。而立式电除尘器的电场不宜太高，否则需要建造高的建筑物，而且设备安装也比较困难。3）在处理较大的烟气量时，卧式电除尘器比较容易保证气流沿电场断面均匀分布。4）设备安装高度较立式电除尘器低，设备的操作维修比较方便。5）适用于负压操作，可延长引风机的使用寿命。6）各个电场可以捕集不同粒度的粉尘，这有利于有色稀有金属的富集回收，也有利于水泥厂当原料中钾含量较高时提取钾肥。7）占地面积比立式电除尘器大，所以老厂扩建或除尘系统改造时，采用卧式电除尘器往往要受场地的限制。3、按收尘极的形式分为管式、板式、棒帏式电除尘器（1）管式电除尘器。这种电除尘器的收尘极由一根或一组呈圆形或六角形的管子组成，管子直径一般为200mm～300mm，长度为3～5m。截面呈圆形或星形的电晕线安装在管子中心，含尘气体自下而上从管内通过。管式电除尘器多制成立式，且处理烟气量较小，多用于中小型水泥厂、化工厂、高炉烟气净化和炭黑制造部门。（2）板式电除尘器。这种电除尘器的收尘极由若干块平板组成，为了减少粉尘的二次飞扬和增强极板的刚度，极板一般要轧制成各种不同断面形状，电晕线安装在每两排收尘极板构成的通道中间。板式电除尘器多制成卧式，结构布置较灵活，可以组装成各种大小不同的规格。因此，在各个行业得到广泛的应用。（3）棒帏式电除尘器。这种电除尘器的阳极是用实心圆钢或钢管垂直地吊挂在一条直线上，间距很密，制成帏状。其主要优点是机械强度高、耐腐蚀、不易变形和耐高温(370～427℃)。但棒帏阳极质量重、钢耗多、易积灰、二次扬尘严重。因此，棒帏式电除尘器除烟气温度较高时使用外，在其他场所应用较少。4、按收尘极和电晕极的不同配置分为单区和双区电除尘器（1）单区电除尘器。这种电除尘器的收尘极和电晕极都装在同一区域内，所以粉尘的荷电和捕集在同一区域内完成。单区电除尘器结构简单，是各个工业部门广泛采用的电除尘装置。（2）双区电隙尘器。这种电除尘器的收尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同的区域内。前区内安装电晕极，粉尘在此区域内进行荷电，这一区为电离区。后区内安装收尘极，粉尘在此区域内被捕集，称此区为收尘区。由于电离区和收尘区分开，所以既可把电晕极电压由单区的几万伏降到一万余伏又可采用多块收尘极板，增大收尘面积，缩小极板间距。因而收尘极可以用几千伏较低的电压。这样运行也更安全。双区电除尘器主要用于空气净化方面。双区电除尘器和工业上用的电除尘器不同的主要一点是采用正电晕放电，即用正极性的电极作为放电电极。由于正电晕容易从电晕放电向火花放电转移，只能施加较低的工作电压。由于正电晕产生的臭氧少，所以用于空气净化是很有利的。（3）电除尘器除上述几种分类外，还可按极间距离分为窄间距（≤150mm）和宽间距（＞150mm）电除尘器，按气体温度分为常温(≤350℃)和高温(＞350℃电除尘器。按气流的通道空间分为单室和双室电除尘器。按工况条件分为原式、防爆式和可移动电极式电除尘器等。虽然电除尘器的类型很多，但大多数工业窑炉采用的是干式、板式、单区、卧式电除尘器。三、电除尘器的特点1、电除尘器的优点（1）除尘效率高。电除尘器可以通过加长电场长度、增大电场截面积、提高供电质量和对烟气进行调质等手段来提高除尘效率，以满足任何所要求的除尘效率。对于常规电除尘器，在正常运行时其除尘效率大于99％是极为普遍的。对于粒径小于0.1μm的微细粉尘，电除尘器仍有较高的除尘效率。（2）设备阻力小，总的能耗低。电除尘器的总能耗是由设备阻力损失、供电装置、加热装置、振打和卸灰电动机等能耗组成的。电除尘器的阻力损失一般为150～300Pa，约为袋式除尘器的1/5，在总能耗中占的份额较低。一般处理1000m3/h烟气量约需消耗电能0.2～0.8kW.h。（3）处理烟气量大。电除尘器由于结构上易于模块化，因此可以实现装置大型化。目前单台电除尘器最大电场截面积达到了四百多平方米，处理烟气量达到了200万m3/h。（4）耐高温，能捕集腐蚀性大、黏附性强的气溶胶颗粒。一般常规电除尘器用于处理350℃及以下的烟气，如果进行特殊设计，可以处理350℃以上的高温烟气。对于硫酸雾和沥青雾等腐蚀性大和黏附性强的气溶胶颗粒，采用湿式电除尘器仍能保持良好的捕集性能。2、电除尘器的缺点（1）一次性投资和钢材消耗量较大。据统计，常规电除尘器（一般设置4～5个电场），平均每平方米（指截面积）消耗钢材约为3.0～3.6t。例如，与一台600MW火电机组配套的2×449m2、5个电场的电除尘器总质量为3425.5t，按目前市场价6000元/t计算，一次性设备投资为2055.3万元，与袋式除尘器的投资费用相当。但是，由于电除尘器的运行费用较低，通常运行数年后就可以得到补偿。（2）占地面积和占用空间体积较大。例如，与一台600ＭＷ火电机组配套的2×449m2、5个电场的电除尘器处理烟气量为305.74万m3/h，需占地面积约2500m2，需占用空间体积约80000m3。因此，老式除尘器改建电除尘器时，可能会受到场地限制，需要精心布置。（3）对制造、安装和运行水平要求较高。由于电除尘器结构复杂、体积庞大、控制点多和自动化程度高，所以对制造质量、安装精度和运行水平都有严格要求，否则不能达到预期的除尘效果。（4）易受工况条件的影响。虽然电除尘器对烟气性质和粉尘特性有较宽的适应范围，但当某些工况参数偏离设计值较多时，电除尘器性能会发生相应的变化。对粉尘比电阻最为敏感，当粉尘比电阻过高或过低时，都会引起除尘效率降低，最适宜的粉尘比电阻范围为104～5×1010Ω·cm。第三节电除尘器的常用术语一、电除尘器本体结构术语（1）套。与一台锅炉配套的一台或几台电除尘器，称为一套。（2）台。具有一个完整的独立外壳的电除尘器，称为一台。（3）室。由电除尘器的外壳或隔墙所围成的一个气流的流通空间称为窒，一台电除尘器若中间无隔墙称为单室，若中间有隔墙称为双室。（4）电场。沿气流流动方向将室分成若干个由收尘极和电晕极组成的独立除尘空间，称为电场。卧式电除尘器一般设4～5个电场，根据需要还可将电场再分成几个并列或串联的供电分区。（5）供电分区。可以单独与一台高压电源配套的最小供电单元称为供电分区。一台双室四电场的电除尘器至少有8个供电分区。（6）电场高度（m）。一般将收尘极板的有效高度（除去上、下夹持端板高度）称为电场高度。（7）电场宽度（m）。一般将一个室最外两侧收尘极板轴线之间的距离乘以室数称为电场宽度。它等于电场通道数与同极距（相邻两排极板的中心距）的乘积。（8）电场长度（m）。在一个电场中，沿气流方向一排收尘板的长度（即每排极板第一块极板的前端到最后一块极板末端的距离）称为单电场长度。沿气流方向各个单电场长度之和称为电除尘器的总电场长度，简称电场长度。（9）电场截面积（m2）。一般将电场高度与电场宽度的乘积称为电场截面积，它是表示电除尘器规格大小的主要参数之一。（10）收尘面积（m2）。指收尘极板的有效投影面积。由于极板的两个侧面均起收尘作用，所以两面的面积均应计人。每一排收尘极板的收尘面积为单电场长度与电场高度乘积的二倍。每一个供电分区的收尘面积为一排极板的收尘面积与该供电分区通道数的乘积。一台电除尘器的总收尘面积为各个供电分区的收尘面积之和。一般所说的收尘面积多指一台电除尘器的总收尘面积。（11）比收尘面积（m2·s/m3）。单位流量的烟气所分配到的收尘面积称为比收尘面积。它等于收尘面积（m2）与烟气流量（m3/s）之比。比收尘面积的大小对电除尘器的除尘效果影响很大，它是电除尘器的重要结构参数之一。（12）通道数。电场中相邻两排极板之间的空间称为通道。电场宽度除以同极问距等于电场通道数。供电分区通道数等于电场通道数除以该电场的并列供电分区数。（13）同极距。相邻两排收尘极板的中心距离称为同极距或板间距。（14）线间距。在一个通道中沿气流方向相邻两根电晕线的中心距离称为线间距。（15）极配形式。指电除尘器的收尘极和电晕极的结构形式及相互配置关系。（16）气流均布装置。安装于烟道内或电除尘器进出口烟箱内，用以改善进入电场的气流分布均匀性的装置。一般由导流板、气流分布板、阻流板和槽形板组成。（17）清灰装置。清除电晕线、收尘极板和其他部件表面积灰的装置。（18）卸灰装置。从灰斗中断续或连续排出灰尘的装置。（19）壳体。由箱体、进出口烟箱和灰斗组成的，用以密封烟气、支承电除尘器内部构件质量和外部附加载荷的结构件。（20）支座。位于壳体底部与电除尘器支架之间，为适应壳体热膨胀需要而设置的支承结构件。二、电除尘器供电控制术语（1）一次电压。施加到整流变压器一次绕组上的交流电压。（2）一次电流。通过整流变压器一次绕组的交流电流。（3）二次电压。整流变压器输出的直流电压。（4）二次电流。整流变压器通向电除尘器电场的直流电流。（5）电晕放电。发生在不均匀的、场强很高的电场中，使气体局蘸电离，以声光形式表现