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电除尘技术华北电力大学环境科学与工程学院原永涛教授一、概述我国燃煤电厂烟尘控制技术的发展历程、现状及前景电除尘技术的优势与缺陷1.我国燃煤电厂烟尘控制技术的发展历程、现状及前景2.电除尘技术的优势与缺陷优势:(1)干式除灰；(2)效率高；(3)处理烟气量大；(4)阻力小能耗低；(5)自动化程度高、运行可靠(全自动化、维护费用低)。2.电除尘技术的优势与缺陷缺陷：(1)一次投资大、钢耗大；(2)受飞灰的比电阻性质影响较大；(3)受煤种和锅炉运行工况的影响大；(4)对运行人员的维护管理水平要求较高；(5)对制造、安装和运行水平要求较高；(6)体积和占地大。二、电除尘基本理论电除尘器基本工作原理气体电离与颗粒荷电收尘效率公式（多依奇公式）1.电除尘器基本工作原理保证颗粒有效收集的三过程：(1)确保烟气中悬浮颗粒的充分荷电(条件)；(2)向收尘极板快速迁移并被吸附(捕集)；(3)收尘板集灰被有效清落。图1电除尘器原理2．气体电离与颗粒荷电通过高压直流电源在电除尘器放电极（阴极）与收尘极（阳极）之间建立一个足以使流经电场的气体发生电离的静电场。气体电离后产生电子和正、负离子等带电粒子。这些带电粒子吸附在粉尘颗粒上，使颗粒荷电。其中吸附负电荷的颗粒在在电场力的作用下向阳极板运动并沉积在极板上，完成粉气分离过程。2.1气体电离高压电场场强使空气中的自由电子加速到很高速度。这些高速电子具有相当大的能量。当它们撞击中性气体分子时，能够将其外层电子释放出来。被撞击的气体分子失去电子成为正离子―电离。离子失去的电子又继续撞击下一个分子，从而产生新的离子……电子雪崩现象。2.2颗粒荷电气体离子在外加电场的作用下向阳极板作有序运动，在运动过程中与悬浮尘粒相碰撞（碰撞荷电），并附着在颗粒上，从而使颗粒成为荷电粒子。图3.离子靠近尘粒所感应的静电荷2.3气体的导电过程图4.气体导电过程AB段：通过自由电子传导电荷。电流随电压升高而增大（获得加速能量的自由电子数逐步增多，）；BC段：自由电子导电过程。电压升高电流不再增大（电压达到B’时全部自由电子参与电荷传导。电压升至C’时，电子获得足以激发电离的能量，C’称为临界电离电压）；CD段：离子导电过程。随着电压升高，离子产生数量增多，电流增大（负离子迁移率比正离子高103倍）。DE段：离子导电过程。电压升至D’时不仅迁移率较大的负离子与气体分子碰撞产生二次电离，迁移率较小的正离子也获得激发电离的能量―“电子雪崩”（见图5）开始（生成离子数达到电除尘所需要的1亿个/cm3以上）。图2电晕的发生图5“电子雪崩”过程示意图电压达到D’－E’时，放电极周围的电离区在黑暗中可见淡蓝色光点或光环，并进而延伸为刷毛状（电晕），并伴有嘶嘶声和劈啪声。这一阶段称为电晕放电。此时的由离子形成的电流称为电晕电流。当电压达到E’时，由于电晕区扩大，致使电极间产生火花，甚至产生电弧－气体击穿现象。E’点电压称为火花放电电压。火花放电使电压急剧下降并在瞬间产生大电流。电晕区外是离子输送区（图6），不应有任何击穿现象。电除尘器要避免极间气体短路，保持极间气体不完全击穿的稳定的电晕放电状态。图6放电极电晕区和电晕外区示意图3.收尘效率公式（多依奇公式）多依奇(Deutsch)公式电除尘器效率的经典理论公式，确立了除尘效率与比收尘面积、烟气量及趋进速度之间的相互关系。3.1多依奇(Deutsch)公式的基本形式－除尘效率；A－收尘面积；Q－烟气量；A/Q－比收尘面积（m2/m3/s），即每秒钟净化一立方米烟气所需要的收尘面积；－颗粒驱进速度。)(1QAe3.2公式建立的假设条件气流的紊流扩散尘粒得以完全混合，因而在任何断面上的粉尘浓度都是均匀的；通过除尘器的气流速度除除尘器壁边界层外都是均匀的，同时不影响尘粒的驱进速度；粉尘一旦进入除尘器内就认为完全荷电；收尘极表面附近尘粒的驱进速度对于所有粉尘都为一常数，与气流速度相比是很小的；不考虑冲刷、二次飞扬、反电晕和粉尘凝聚等因素的影响。3.3多依奇公式的具体应用多依奇公式是分析、评价和比较电除尘器性能的理论基础，也是设计电除尘器的理论依据，多依奇除尘效率的途径，被广泛地应用于电除尘器性能分析和设计中。多依奇公式的使用可以有以下四个方面:根据给定的有效驱进速度、处理烟气量Q和总收尘面积A，直接运用多依奇公式核算电除尘器的除尘效率；)(1QAe根据对一定电除尘器测得的除尘效率、烟气量和收尘面积，计算有效驱进速度：11lnAQ根据给定的或测得的有效驱进速度、烟气量和要求达到的除尘效率，计算电除尘器必需的收尘极板面积：11lnQA根据给定的有效驱进速度、总收尘极板面积和需要达到的除尘效率，计算电除尘器所处理的最大烟气量：11lnAQ三、电除尘器的分类按电极间距分：常规间距(同极间距为250~300mm)、宽间距(300mm)。按清灰方式分：干式、湿式；按电极形状分：管式、板式、棒式；按收尘极和放电极的布置方式分：单区电除尘器、双区电除尘器；按烟气流向分：卧式、立式。卧式又可分为单层、双层；四、电除尘器本体结构套、台、室、电场；供电分区；电场长度、电场宽度、电场高度、电场截面积；收尘面积、总收尘面积、比收尘面积通道数；同极距、异极距、线极距；极配形式；电场风速、停留时间、驱进速度、有效驱进速度；处理风量(有的按工况下入、出口平均值)；含尘浓度、除尘效率、分级除尘效率；五、影响电除尘器性能的因素飞灰性质的影响；煤种(煤化度、准煤)、煤质的影响；烟气性质的影响；电除尘器本体结构因素的影响1.飞灰性质的影响粒径的影响比电阻的影响(反电晕、二次扬尘)密度的影响粘附性的影响(电晕线肥大)化学成分的影响1.1粒径的影响粒径类型的正确选择－动力径（斯托克斯(Stocks)粒径）斯托克斯(Stocks)粒径：一种专用于粉尘颗粒运动研究的粒径类型。颗粒的沉降速度Vc的计算：图7颗粒下降受力分析G=P+RG-重力P-浮力R-运动阻力222338266cmsomcomspsVdCVFCRgdPgdG对于燃煤飞灰这样的细颗粒（Stokes流态）：Ｃ0＝24／ReRe：雷诺数，Re＝vdsｍ/得到飞灰颗粒的沉降速度Vc：mompscCd)(62.318)(2gdmpsc分散度q(%)：不同粒径段的粉尘所占比率分布。表示飞灰粒径大小的最常用参数：筛余累计分布率R（％）：大于某一粒径的粉尘所占的比率；中位粒径d50（m）：比该粒径粗的和比该粒径细的粉尘各占一半；灰越细，灰块的空隙率越高，导致比电阻提高；灰越细，颗粒的比表面积越大，导致灰的表面比电阻降低；灰越细，颗粒的比表面积越大，灰的粘附性越高；灰越粗，含碳量越高，比电阻越低。1.2比电阻的影响(反电晕、二次扬尘)粉尘比电阻即粉尘电阻率：当把粉尘堆砌成长、宽、厚各为1cm的粉尘层时，其比电阻值即等于其比电阻。因此，粉尘的比电阻即为单位面积、单位厚度灰层的电阻值（-cm）。比电阻的类型按测量条件划分：粉尘固有比电阻和烟气工况比电阻。粉尘固有比电阻：干燥粉尘的比电阻，只与粉尘自身的物化性质有关，而与烟气工况和烟气成分无关。测量对象－粉尘；烟气工况比电阻：电除尘器运行工况下飞灰的比电阻，不仅与粉尘自身的物化性质有关，还与烟气工况和烟气成分有关。测量对象－粉尘＋烟气。按对电除尘器适应性划分：三个比电阻范围。高比电阻粉尘：5×1010-cm；中比电阻粉尘：104-cm5×1010-cm；低比电阻粉尘：104-cm。影响粉尘比电阻的因素图8温度－比电阻关系曲线反电晕沉积在收尘极板表面上高比电阻粉尘层产生的局部放电现象。产生条件：（1）高比电阻粉尘（5×1010Ω-cm）；（2）电除尘器二次电压较高；（3）收尘极上沉积粉尘达到一定厚度。理论条件：式中：U－灰层电位差；－灰层厚度；－飞灰比电阻；j－电晕电流密度；Eds－灰层临界击穿场强。dsEjU图9反电晕现象示意图1.3密度的影响真密度定义：灰的质量与灰的真实体积（不包括颗粒间的气体体积）之比。燃煤飞灰的真密度范围：p=1.9～2.4g/cm3，以2.1g/cm3居多；堆积密度定义：灰的质量与灰的堆积体积（包括颗粒间的气体体积）之比；燃煤飞灰的堆积密度范围：d=0.6～0.8g/cm3；真密度与堆积密度的关系：d=(1-)p－空隙率真密度越小，颗粒沉降速度越小，二次飞扬越严重；1.4粘附性的影响粉尘颗粒与颗粒之间、颗粒与物体之间靠非化学性质相互吸引和附着的性质。飞灰的粘附力主要包括：1)分子力，2)毛细粘附力，3)静电力。1.5化学成分的影响化学成份主要包括：SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO、TiO2、Fe2O3、SO3、Li2O、C等；我国燃煤电厂飞灰主要化学成分大致分布我国燃煤电厂飞灰主要矿物成分大致分布2.煤种(煤化度、准煤)、煤质的影响3.烟气性质的影响烟温和压力的影响湿度的影响成分的影响(SO2)浓度的影响流速的影响4.电除尘器本体结构因素的影响电场断面气流分布的影响电场长高比的影响漏风的影响电场内部气流旁路的影响振打清灰的影响4.1电场断面气流分布的影响入口烟箱的形式（中心进气、下进气、上进气、侧进气、斜进气）导流板的设计（图10和图11）气流均布板的设计图10中心进烟箱气导流板图11上进气烟箱导流板气流均布板（多孔板）层数n的确定：当烟箱出口与进口面积比k6时：n=1当烟箱出口与进口面积比6k20时：n=2当烟箱出口与进口面积比20k50时：n=3当烟箱进口前气流极不规则时，可取n=3相邻两层均布板距离L1的确定：L1≥0.2D1D1－烟箱出口断面水力半径，D1＝４Fk/Nk；Fk：烟箱出口面积；Nk:烟箱出口面积周长。烟箱进口到第一层均布板距离L2的确定：L2≥0.8D2D2－烟箱入口断面水力半径。孔径：40～50mm开孔率f的确定：221)11707.0(fff－均布板阻力系数N０：入口处速度场系数，N０≈1.8～2.0120nkN电场内部气流旁路的影响气流旁路是指气流不流经收尘区，包括：收尘极板顶部旁路收尘极板底部（灰斗上部）旁路最两边极板的外侧通道旁路产生原因：气流通过电除尘器时产生的局部压降，压降产生抽吸作用。图12电场内部阻流板图13阳极限位板（兼作阻流板）图14灰斗阻流板振打清灰的影响振打方式振打力振打制度振打机构可靠性六、电除尘器的性能试验电除尘器试验的目的电除尘器试验类型和项目电除尘器试验方法1.电除尘器试验的目的新建、改造电除尘器的考核验收；评价在运电除尘器的除尘效率、烟尘排放量是否达标；检查电除尘器运行缺陷，为除尘器技改提供依据；积累运行数据和经验。2.电除尘器试验类型和项目冷态试验热态试验飞灰特性试验试验类型电场气流分布试验(冷态)；振打特性试验(热态)；漏风试验（冷态、热态）；阻力特性试验（冷态、热态）；除尘效率试验(热态)；排放量试验(热态)；伏安特性试验(冷态、热态，空载、负载)；试验项目：现场烟气飞灰比电阻试验（热态）；飞灰特性试验（实验室分析）：1)化学成分；2)粒度；3)比电阻；4)真密度；5)堆积密度；6)粘附性；7)安息角；8)摩擦角3.电除尘器试验方法气流均布试验振打特性试验烟尘排放量试验现场烟气飞灰比电阻试验伏安特性试验3.1气流均布试验nvvini21)(iv－均方根差；－测点流速(m/s)；－断面平均流速(m/s)；v－测点数。n均匀性评判标准：图15某电厂EP改造后一电场入口断面气流分布图测点流速分布试验工程实例：3.2振打特性试验试验目的：检验大修后电除尘器阳极板是否达到设计的最小振打加速度值和阳极板排上振打加速度值的分布均匀程度，为电除尘器振打系统的故障分析提供依据。图16振打测点分布测点分布：各电场阳极板排测点分布被测板排及普测测点图