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3.4静电除尘静电除尘：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。3.4.1静电除尘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；集尘电极是具有一定面积的管或板，它与电源的另一极（正极）相连。静电除尘器的基本原理示意图其除尘原理包括：1．气体电离空气中存在极少量的正、负离子，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”。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种现象。2．粒子荷电离子的产生使气流中的尘粒带电。尘粒带电形式：电子直接撞击尘粒使其带电（电场荷电）；电子由于热运动与粉尘颗粒表面接触使粉尘荷电（扩散荷电）；气体吸附电子而成为负气体离子，撞击尘粒使尘粒带电。尘粒的荷电方式与粒径有关，粒径大于0.5μm以电场荷电为主，小于0.2μm以扩散荷电为主。工程中电除尘器所处理粉尘的粒径一般大于0.5μm。3．带电粒子的迁移和沉积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．颗粒的清除气流中尘粒在集尘级上连续沉积，极板上的尘粒层厚度不断增大。比电阻大的粉尘不易荷电，影响除尘效率，比电阻小的容易放电后再次荷电。用振打方法（机械、压缩空气）或其它清灰方式（喷淋水）将尘粒层强制破坏，使其落入灰斗。原因：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。3.4.2除尘效率及影响因素主要因素：粉尘特性、烟气特性、结构因素和操作因素。1.粉尘特性主要有粉尘的粒径分布、密度、黏附性和比电阻等，最主要是粉尘比电阻。粉尘比电阻对除尘效率的影响见教材81页图3-23。比电阻范围在104～2×1010Ω·cm最适合电除尘捕集。比电阻Rb＜104Ω·cm，粉尘在电极上会很快放出电荷，失去极板的吸引力，易产生二次飞扬。比电阻Rb＞1011Ω·cm，粉尘很久不放电荷并产生反电晕，粉尘不能充分荷电，除尘效率下降。影响粉尘比电阻因素很多，最主要：气体的温度和湿度。比电阻值偏高的粉尘通过改变温度和湿度的具体方法：向烟气中喷水，增加烟气湿度和降低烟气温度；为了降低烟气的比电阻，也可以向烟气中加入SO3、NH3以及Na2CO3等化合物，使尘粒的导电性增加。2.烟气特性烟气特性主要包括：烟气温度、压力、成分、湿度、含尘浓度、断面气流速度和分布。（1）气体的温度和湿度含尘气体温度对除尘效率的影响表现为影响比电阻。在低温范围，由于粉尘表面的吸附物和水蒸气的影响，粉尘的比电阻较小；随着温度的升高，粉尘的比电阻增加。在高温范围，由于粉尘内部的导电（粉尘比电阻取决于物质的化学组成），也会使比电阻下降。温度低于露点时，湿度会严重影响除尘效率。原因：随着湿度增加，沉积的粉尘容易结块黏结在降尘极和电晕极上，难于振落，而使除尘效率下降。（2）含尘浓度荷电粉尘形成的空间电荷会对电晕极产生屏蔽作用，从而抑制电晕放电，含尘浓度提高，会出现电晕阻止效应，甚至电晕封闭而失去除尘能力。进入电除尘器气体的含尘浓度应小于30g/m3；气体含尘浓度过高，选用曲率大的芒刺形电晕电极，还可以加设预处理装置，进行多级除尘。（3）除尘器断面气流速度降低除尘器的断面气流速度，增加了粉尘在荷电区的停留时间，使粉尘荷电的机会增多，除尘效率也会提高。随着气流速度的增大，除尘效率也就大幅度下降。（4）断面气流分布断面气速分布不均匀，在流速较低的区域，就会存在局部气流停滞，造成的效率增加，不能弥补高速区造成的效率下降。气流速度过大，还会造成二次扬尘。除尘器断面上的气流速度差异越大，除尘效率越低。我国生产的除尘器，断面风速一般＜2m／s。3.结构因素主要包括：电晕线的几何形状、直径、数量和线间距；收尘极的形式、极板断面形状、极间距、极板面积、电场数、电场长度；供电方式、振打方式、气流分布装置、外壳严密程度、灰斗形式和出灰口锁风装置等。最重要的结构因素为极间距，一般要求极间距要距离合适（200～350mm），保持均匀。4.操作因素为保证其高效率，必须使供电功率高、供电压力大，供电电流稳定。供电压力大小一般通过控制火花频率来实现，一般要求最佳火花频率在30～150次/min。集尘极和电晕极上堆积粉尘厚度的不断增加，运行电压会逐渐下降，使除尘效率降低。必须通过清灰保持较高的除尘效率。3.4.3静电除尘器的结构形成和主要部件1.静电除尘器的结构形式根据集尘极的形式，分为管式和板式；根据气流的流动方式，分为立式和卧式；根据粉尘在电除尘器内的荷电方式及分离区域布置的不同，分为单区和双区电除尘器。⑴管式和板式电除尘器管式电除尘器在圆管的中心放置电晕极，圆管内壁作为集尘极，集尘极的截面形状可以是圆形或六角形。管径一般为150～300mm，管长2～5m，电晕线用重锤悬吊在集尘极圆管中心。含尘气体由除尘器下部进入，净化后的气体由顶部排出。管式电除尘器的电场强度高且变化均匀，但清灰较困难。多用于净化含尘气量较小或含雾的气体。板式电除尘器由多块一定形状的钢板组合成集尘极，在一系列平行金属板间的通道中设置电晕电极。极板间距一般为200～400mm，极板高度为2～5m。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常做成管式，垂直安装，气流垂直运动。优点：占地面积小，在高度较高时，可以将净化后的烟气直接排入大气而不另设烟囱，但检修不如卧式方便。卧式电除尘器多为板式，气体水平通过。优点：安装灵活、维修方便，适于烟气量大的场合。⑶单区和双区电除尘器单区电除尘器的集尘极和电晕极都装在同一区域内，应用广泛，通常用于工业除尘和烟气净化。双区电除尘器内的集尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同的区域内。可以防止反电晕的现象，一般用于空调送风的净化系统。⑷干式和湿式电除尘器干式电除尘器通过振打的方式使电极上的积尘落入灰斗中，整个除尘过程均在干燥状态下完成。优点：清灰方式简单，便于粉尘的综合利用，利于回收有经济价值的粉尘，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经常保持一层水膜，用以清除被捕集的粉尘。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：对设备有腐蚀，产生二次污染，污水处理复杂。2.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：起始电晕电压低，电晕电流大，机械强度高。类型：圆形、麻花形、星形电极，沿线全长放电；芒刺形、锯齿形，尖端放电，放电强度更高，起始电晕电压低。圆形电晕极的直径越小，起晕电压越低、放电强度越高，但机械强度也较低，振打时容易损坏；星形电晕极适用于含尘浓度较低的场合；芒刺形和锯齿形电晕极适合含尘浓度高的场合。相邻电晕极之间距离太大会减弱电场强度；极距过小会因屏蔽作用降低放电强度。最优间距为200～300mm。2．集尘电极要求：易于尘粒沉积；避免尘粒二次飞扬；便于清灰；具有足够的刚度和强度；气流通过极板空间时阻力小等。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。Z形极板是将极板加工成槽沟。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，因而粉尘易沉积。极板间距对电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大，极板间距一般取200～350mm。集尘极和电晕极制作和安装质量对电除尘器性能影响很大。极板的挠曲和极距的不均匀会导致工作电压降低和除尘效率下降。3．清灰装置主要方式：机械振打、刮板清灰、水膜清灰等。机械振打清灰刮板式清灰4．气流分布装置开布了许多孔洞的隔板构成。作用：对除尘器入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。在气流进口处，由于气流截面的变化会造成气流分布不均匀，需要设置1～3块平行的气流分布板；出口处设一块分布板。气流分布板一般为多孔薄板，孔形分为圆孔或方孔。5.除尘器外壳除尘器外壳必须保证严密，尽量减少漏风。漏风量增加，风机负荷加大，电场内风速过高，除尘效率下降。处理高温湿烟气时，冷空气漏入会使烟气温度降至露点以下，导致除尘器内构件粘灰和腐蚀。电除尘器的漏风率控制在3%以下。6.供电装置电除尘器的供电装置主要包括升压变压器、高压整流器和控制装置。3.4.4静电除尘器的选型1.静电除尘器性能参数的确定静电除尘器选择和设计仍然主要采用经验公式方法。根据要处理的含尘气体流量和净化要求，确定集尘极面积、电场断面面积、电场长度、集尘极和电晕极的数量和尺寸等。⑴集尘极面积⑵电场断面面积对于一定结构的电除尘器，当气体流速增加时，除尘效率降低，因此气体流速不宜过大；但如其过小，又会使除尘器体积增加，造价提高。⑶集尘室的通道个数⑷电场长度⑸工作电压根据实际需要，工作电压一般取60～72kV。⑹工作电流一般在100～300mA。2.电除尘器的选择粉尘的比电阻适中则采用普通干式除尘器；比电阻高的粉尘，采用宽极距型和高温电除尘器；比电阻低的粉尘，容易产生反荷电现象，一般难以捕集，不宜采用电除尘器净化。湿式电除尘器能捕集粉尘的比电阻范围较宽，具有较高的除尘效率。缺点：会带来污水处理及通风管道和除尘器的腐蚀问题。对于含煤粉气体宜采用湿式清灰方式，解决高浓度粉尘可能出现的电晕闭塞、反电晕现象，还减少煤尘爆炸隐患。管式电除尘器