电除尘器

发布时间：2018-01-23浏览次数：1033返回列表

电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置，与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效地捕集亚微米级粒子。电除尘器还具有处理气流量大，能连续操作，可在高温或腐蚀性条件下工作等优点。

除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率。处理量大，能连续操作，可用于高温、高压，广泛应用于冶金、化工、能源、材料、纺织等工业部门。但静电除尘器设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外对制造、安装质量要求高。

一、静电除尘器分类和特点

静电除尘器主要由放电电和集尘电组成。

放电电（电晕）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相连，下端由吊锤固定位置，集尘电是具有一定面积的管和板，它与电源的另一相连。若在两施加高压，则在放电电附近的电场强度很大，而在集尘电附近的电场强度相对很小，因此两之间的电场是不均匀强电场。

1、按集尘电的结构形式分类

（1）管式电除尘器

单管电除尘器结构如图所示。集尘为F 150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。放电线（电晕线）用重锤悬吊在集尘园管的中心。管式电除尘器电场强度高且变化均匀，但清灰比较困难。常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。

（2）版式电除尘器

集尘由多块一定形状的钢板组合而成。放电（电晕）均布在两平行集尘间。两平行集尘的距离一般为200-400mm，板高度2-5mm。版式电除尘器电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装容易。

2、按气流流动方式分类
（1）立式电除尘器
一般管式电除尘器为立式电除尘器，含尘气流自下而上流过。立式电除尘器占地面积小，捕集效率高。
（2）卧式电除尘器
含尘气流沿水平方向流过完成除尘过程的电除尘器称为卧式电除尘器，又可分为电场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率。安装高度比立式低，操作和维修方便。

3、按电在除尘器内的布置分类

(1)单区电除尘器

集尘级和电晕装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。

(2)双区电除尘器

收尘系统和电晕系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘称为收尘区，荷电粉尘粒子在收尘区被捕集。双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。

4、按清灰方式分类

(1)干式电除尘器

干燥状态下采用机械振打、电磁振打和压缩空气等方法清除集尘上粉尘的电除尘器称为干式电除尘器。有利于回收经济价值的粉尘，但容易产生二次扬尘。

(2)湿式电除尘器

用水喷淋或用溢流水在集尘表面形成一层水膜，使沉积在集尘上的粉尘和水一起流到除尘器下部排出。湿式除尘器无二次扬尘，效率高，但清灰水需要处理，对设备有腐蚀。

二、 静电除尘器的工作原理

在两个曲率半径相差较大的金属阳和阴上，通以高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。含尘气体在电晕周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子使粒子荷电。荷电粒子在电场力作用下向集尘运动并在集尘上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当集尘上粉尘达到一定厚度时，借助振打机构使粉尘落入下部灰斗。可见，电除尘器的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。

1.气体电离和电晕放电

通常气体中只含有其微量的自由电子和气体离子，可视为缘体。在电除尘器中，当两电之间的电压达到一定值时，两电间的气体将发生电离由缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿，如电晕放电、辉光放电、火花放电及电弧放电。

（1）电晕放电

电晕放电是一种不完全的电击穿，只是在放电周围很薄的一气层中出现电击穿，两电间的电流很小。而火花放电则是在放电到收尘之间有多条火花电击穿，传导电流较大。

ab段:气体导电仅借助于气体中原有少量自由电子，电流随电压升高而增大，但电流的值不高。
bc段：电压由b’升到c’，间导电电流几乎没有变化，说明没有新电离出的电子和离子参与导电，增加的电压主要是提高了原有自由电子的动能。
cd段：当电压升高到c’点时，由于气体中的电子已获得足够的动能，足以使与之碰撞的气体中性分子发生电离，产生新的电子和阳离子。失去能量的电子可与其他中性气体分子结合成为阴离子。新的电子和离子参与导电。当电子在电场中获得足够大的动能后，又与其他中性气体碰撞使其电离。新产生的电子数和离子数像“雪崩”似地按等比级数增加。这就是所谓的气体电离中的电子雪崩，此时在放电电周围的电离区，可以看见淡蓝色的光点或光环，也能听见咝咝声和噼啪的爆裂声，这一现象称为电晕放电。

离开放电电一定距离，经多次碰撞已经失去能量，由于电场强度下降不足以使电子获得足够的能量再电离中性气体分子，电晕现象随之消失。
开始发生电晕现象的电压c’称为起始电晕电压，曲线cd称为电晕放电段，在电晕放电区，通过气体的电离电流，称为电晕电流。

如果两间的电压升到e’点，由于电晕区扩大，致使电间产生火花或电弧。电间出现火花或电弧说明间气体全部击穿。火花放电时，间电压急剧下降，同时在短的时间内通过大量电流。出现火花放电的电压称为火花放电电压。电除尘器运行时应经常保持在两间的气体处于不完全被击穿的电晕状态，应尽量避免产生短路现象。

(2)电晕的形成及离子迁移率

电除尘器中能够形成电晕放电的基本条件是: 在正负电间的电位差，应保证形成使气体电离发生电晕放电的非均匀电场。在放电表面电场强度大，距放电愈远电场强度愈小。

在电晕区的阳离子向放电(阴）表面迁移，而电子和阴离子向集尘迁移。电子和阴离子是电场中粒子荷电的来源。实验证实电场中离子的迁移速度与电场强度成正比：

可见，在一定的电场强度下，离子的迁移率愈大，其迁移速度愈快，电晕电流愈大。离子迁移率的大小与气体的种类，气体的电负性、压力、温度和气体组成有关。

2、粉尘粒子荷电

在电除尘器中，粉尘粒子主要是借助电场力作用而被捕集。粉尘粒子荷电量愈大，被捕集的效果就愈大。理论和实践都证明单高压电晕可使粉尘粒子荷电量较大。气体离子与粉尘粒子碰撞，能使离子附着在粒子上而荷电。

两种荷电机制：一种是气体离子在电场力的作用下做定向运动与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为电场荷电，dp>1.0m m。

另一种是气体离子作不规则热运动时与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为扩散荷电，dp<0.2m m。粒子介于0.2-1.0m m的粒子，两种荷电机制均存在。

（1）电场荷电

在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。随着粉尘粒子荷电量的增加，粉尘粒子自身将产生局部电场，结果使附近的电力线向外偏转，于是减少了离子向粉尘粒子运动的机会，直至后完全偏离粉尘粒子，这时粉尘粒子的电荷不再增加，达到饱和。

（2）扩散荷电

由离子的热运动引起，不存在饱和荷电量。与离子热运动强度、碰撞几率、运动速度、粉尘粒子的大小和在电场里的停留时间等有关。

（3）电场荷电和扩散荷电联合作用

dp>1 m m的粉尘粒子主要靠电场荷电，而扩散荷电电量很小，可忽略；dp>0.2 m m的粉尘粒子主要靠扩散荷电，而电场荷电甚微。粒径在0.2-1.0 m m间的粉尘粒子，两种荷电机理获得的电荷数量级大致相同。

3、荷电粒子的迁移和捕集

（1）驱进速度

qE(电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力）=

3mpdpw (粉尘粒子向集尘迁移时受到的介质阻力）

同样，对于滑动区的颗粒，还应乘以系数C。

q--粉尘颗粒的荷电量，C; E--粉尘颗粒所出位置的电场强度，V/m；m --气体介质的动力粘度,Pa.s； dp --粉尘粒子的粒径，m; w --荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度（终末沉降速度），m/s。

（2）捕集效率

德意希假设：除尘器中气流为湍流状态，在垂直于集尘表面的任一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。

气体流向x，气体和粉尘在x方向的流速皆为u，气体流量为Q;x方向上每单位长度的集尘版面积为a，总集尘板面积为A；电场长度为L，气体流动截面积为F；直径为dpi的颗粒，其驱进速度w，在气体中的浓度r。

在dt时间内于长度dx的空间所捕集的粉尘量为：

dn=a(dx)wi ri(dt)=-Fdx dri (dt=dx/dt)

→ → →

此即为德意希的理论分级效率方程。

4、被捕集粉尘的清除

电晕和集尘上都会有粉尘沉积，粉尘厚度为几mm，甚至几cm。

对电晕一般采用振打清灰方式，使电晕上的粉尘很快被振打干净。

集尘清灰方法有湿法和干法。

湿法使用水冲洗集尘板，使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入量小，改进了电除尘器的操作，同时也净化部分有害气体，如SO2、HF等，缺点是板腐蚀和污泥处理。

干法是由机械撞击或电振动产生的振动清除。大都采用电磁振打或锤式振打。

三.电除尘器结构

1、电晕电

电晕又称放电电，型式很多，目前常采用直径为3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等。

电晕线固定方式有重锤悬吊，重锤重量10kg；另一种为管框绷线式。

2、集尘电

管式集尘小型为直径为15cm、长3m左右的园管；大型为直径为40cm、长6m。每台除尘器的集尘数目少则几个，多则100个以上。

板式集尘板二侧通常设有沟槽和挡板，既能加强板的刚性，又能防止气流直接冲刷板的表面，产生二次杨尘。板之间的间距，对电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小（<200mm)电压升不高，间距太大又受供电设备允许电压的限制。采用60-72kV变压器时板间距一般取200-350mm。

3、电清灰装置

4、高压供电设备

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。通常高压供电设备的输出峰值电压为70-100kV，电流为100-2000mA。

为使除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或多的供电机组。

5、气流分布板

为了减少涡旋，保证气流分布均匀，在进口处应设变经管道，进口变经管内应设气流分布板。常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽型钢式和栏杆型分布等，而以多孔板使用广泛。通常采用厚度为3-3.5mm的钢板。孔径为30-50mm，分布板层数为2-3层。

四、电除尘器的选择和设计

迄今，电除尘器的选择和设计仍然采用经验和类比的方法。

步：比集尘表面积（A/Q)的确定

根据运行和设计经验，确定有效驱进速度we

第二步：长高比的的确定

集尘板有效长度与高度之比，当要求除尘效率大于99%，除尘器的长高比至少要1.0-1.5

第三步：气流速度的确定

由处理烟气量和电除尘器过流断面积计算烟气的平均流速。

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