大气污染控制工程-第六章-电除尘器

机械除尘器有哪几种？层流式重力沉降室：0()cssichuLuLWhHHvHQ1.0()ichH,,0011exp()1exp()pLssipNuLuLWNvHQ湍流式重力沉降室：重力沉降室的压力损失较小：50~130Pa旋风除尘器的除尘原理？气流运动的三个方向：切向、轴向和径向气流切向速度在哪里达到最大？旋风除尘器的压力损失：局部阻力系数；Vin：气体入口速度A：旋风除尘器进口截面面积de：排出筒的直径212inPV216eAd内外涡旋的界面上vT0为交界面处气流的切向速度,m/s;vr为旋转气流的径向速度r0为交界圆柱面的半径dc确定后，可根据雷思—利希特模式计算其他粒子的分级效率：116931.0exp1ncpidd2/120018Tprcvrvdn为涡旋指数。对于球形Stokes粒子：旋风除尘器的除尘效率22)/(1)/(cpicpiidddd经验公式：旋风除尘器的设计选择除尘器的型式根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征、及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素根据允许的压力降确定进口气速，或取为12-25m/s确定入口截面A，入口宽度b和高度h确定各部分几何尺寸12pv1QAbhv旋风除尘器的设计旋风除尘器的比例尺寸3/A2/A5.2/A75.1/AA3A2A5.2A75.1尺寸名称XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直径，de上0.6D下0.60.6D0.6D0.58D筒体长度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D锥体长度，H上0.50D下1.002.3D2.0D1.3D灰口直径，d10.0296D0.43D0.3D0.145D进口速度为右值时的压力损失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）440（490）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）第二节电除尘器旋风除尘器对于dp5um的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率。电除尘器电除尘器电除尘器主要由放电电极和集尘电极组成。电除尘器电除尘器的主要优点压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h，能连续操作能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％可在高温或强腐蚀性气体下操作主要缺点：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。电除尘器的工作原理三个基本过程悬浮粒子荷电－高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗电除尘器的工作原理单区和双区电除尘器双区电除尘器单区电除尘器1.气体电离和电晕放电通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝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、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，只是在放电极周围很薄的一气层中出现电击穿，两电极间的电流很小。而火花放电则是在放电极到收尘极之间有多条火花电击穿，传导电流较大。电除尘器的工作原理电晕放电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离开放电电极一定距离，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称为起始电晕电压，在电晕放电区，通过气体的电离电流，称为电晕电流。（2）起始电晕电压皮克（Peek)通过大量实验提出空气中圆形极线上的起始电晕电场强度Ec的经验公式为：600310(0.03/)cEmaTPTP式中，P为气体的压力，Pa；P0为标准大气压,P=101300Pa；T为气体温度,K；T0为标准状况下的气体温度,298K；a为放电极半径,m；m为导线光滑修正系数,清洁光滑的圆极线f=1,实际可取0.6-0.7。空气的相对密度电晕放电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至使极间空气全部电离－电场击穿；相应的电压－击穿电压在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多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；空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低电晕放电影响电晕特性的因素电极的形状、电极间距离气体组成、压力、温度•不同气体对电子的亲合力、迁移率不同•气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积电压的波形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极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，dp0.5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，dp0.15m。粒子介于0.15-0.5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，直至最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。单个球形颗粒的饱和荷电量：20032psdEqqs—粉尘粒子饱和荷电量,C;--粉尘粒子的相对介电常数,无量纲；0—真空介电常数,8.8510-12，C2V-1m-2或F/m；E0—电场强度,V/m；dp—颗粒粒径,m。可见，电场强度越高，颗粒越大，饱和荷电量越大。粒子荷电电荷累积粒子场强增加没有气体分子能够到达粒子表面，电荷饱和（1）电场荷电（续）影响电场荷电的因素粒径dp和介电常数ε电场强度E0和离子密度N0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（1）电场荷电（续）（2）扩散荷电与电场电荷过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值（根据分子运动理论，不存在离子动能上限）荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间扩散荷电理论方程)81ln(200220kTtNdueekTdnppuk一玻尔兹曼常数，1.38×10－23J/KT一气体温度，KN0－离子密度，个/m3e－电子电量，e＝1.6×10－19C一气体离子的平均热运动速度，m/s（3）电场荷电和扩散荷电的综合作用处于中间范围（0.15－0.5μm）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电根据Robinson的研究，简单地将电场荷电的饱和电荷和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致异常荷电现象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）=3dp(粉尘粒子向集尘极迁移时受到的介质阻力）m/s3pdqE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；--气体介质的动力粘度,Pa.s；dp--粉尘粒子的粒径，m;--荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度（终末沉降速度），m/s。（1）驱进速度（续）驱进速度与粒径和场强的关系当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比（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，在气体中的浓度。（2）捕集效率dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为由dt＝dx/u积分最终得()()iiidnadxdtFdxdiaddxFu2121lniiiiiiaddxFuAQ2111exp()iiiiAQ捕集效率随粒径的变化（2）捕集效率有效驱进速度当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10％－20％时，德意希方程理论上才是成立的作为除尘总效率的近似估算，ω应取某种形式的平均驱进速度有效驱进速度－实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以ωe表式工业电除尘器的有效驱进速度为0.2-2m/s4.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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在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰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常用的振打器有电磁型和挠臂锤型4.被捕集粉尘的清除按集尘电极的结构形式分类（1）管式电除尘器单管电除尘器结构如图所示。集尘极为150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。放电极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极园管的中心。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。集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。放电极（电晕极）均布在两平行集尘极间。两平行集尘极的距离一般为0.2-0.4m，极板长10-20m，高10-15m。板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）板式电除尘器电除尘器结构－电晕电极电晕电极常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等a.圆形线b.星形线c.锯齿线d.芒刺线电除尘器结构－电晕电极电晕电极电晕线固定方式•重锤悬吊式•管框绷线式电除尘器结构－集尘极集尘极集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量（约占总耗量的40－50%）有很大影响性能良好的集尘极应满足下述基本要求•振打时粉尘的二次扬起少•单位集尘面积消耗金属量