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热电厂电除尘器设计【2张图纸】【优秀】

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热电厂电除尘器设计

65页 30000字数+说明书+任务书+开题报告+2张CAD图纸

卧式电除尘器壳体尺寸图.dwg

卧式电除尘器壳体尺寸图.exb

卧式电除尘器总图.dwg

卧式电除尘器总图.exb

热电厂电除尘器设计说明书.doc


摘要    本文首先讲述除尘在实际生活中环保意义,并且与之相关的除尘措施,从而引入电除尘器的概念。并且对电除尘器发展现状及发展方向做出简要的概述。对于不同的工作环境,应该选用适合的电除尘器,针对热电厂排放粉尘的标准,要求除尘效率高的工作环境情况,进行合理的选型-电除尘器的型号。再次对电除尘器的原理进行分析,并对其结构进行适当的改造,来提高除尘效率,延长设备的使用寿命,降低企业的成本。对电除尘器设计的步骤做出详细分析,对电除尘器的总体计算、电除尘器的分布板的选型、电除尘器的电晕极和沉尘极的尺寸设计、电除尘器的壳体、电除尘器的排灰装置及锁气器都做出详细的讲解。因为影响电除尘器的除尘效率有诸多因素,最后对影响电除尘器经济效益指标分析,其中对粉尘特性、气体性质、结构因素、操作因素都做出简要的讲解。不但要提高除尘效率,还要降低电除尘器的维护和检修技术难度,减少不必要的工程材料。以最低的成本达到预期的除尘效果,是本设计的主要目的。关键词:电除尘器;除尘效率;电晕极;沉尘极极板;


目录

前言1

1电除尘的环保意义2

2概述4

2.1 电除尘技术的发展过程4

2.2 电除尘器某些方面研究分析6

2.2.1 电极、极距和电压6

2.2.2 绝缘结构7

2.2.3 供电方式7

2.2.4 电除尘器与其它除尘器联合使用8

2.3 新型除尘器的发展方向9

2.3.1 除尘理论主要研究方向9

2.3.2新型电除尘器开发研究10

2.4 电除尘器未来的发展12

3 简介电除尘器及分类13

3.1电除尘器工作原理及过程13

3.1.1 电除尘器的除尘过程主要分为三个阶段13

3.1.2 电除尘器的工作过程主要包括以下几个过程13

3.2 电除尘器的结构16

3.2.1 电晕电极16

3.2.2 集尘电极17

3.2.3 电极清灰装置17

3.2.4 气流分布装置18

3.2.5 除尘器的外壳19

3.2.6 电除尘器的供电装置19

3.3电除尘器的分类20

3.3.1 按气体流向分20

3.3.2 按清灰方式分20

3.3.3 按使用温度分21

3.3.4 按沉尘极结构式分21

3.3.5 按电极配置分21

4 电除尘器部件选型23

4.1电除尘器的选型依据23

4.1.1 电除尘器的类型及其评价指标23

4.1.2 粉尘特性及除尘要求23

4.2电除尘器的可靠性分析23

4.2.1 结构因素的影响23

4.2.2 操作因素的影响24

4.3影响电除尘器效率的主要因素24

4.3.1 烟气粉尘的比电阻24

4.3.2 电场风速25

4.3.3 烟气含尘浓度25

4.3.4 烟气粉尘的分散度25

4.3.5 驱进速度26

4.4除尘器的选型计算27

4.4.1 确定电场断面积及其形状27

4.4.2 确定收尘极、电晕极的间距和排数27

4.4.3 计算电场长度27

4.4.4 确定电晕电极使用电压28

4.4.5 电除尘器的耗电量计算28

5电除尘设计计算30

5.1电除尘器主要参数计算30

5.1.1 设计依据30

5.1.2 设计数据30

5.1.3 临界电场强度31

5.1.4 临界电压31

5.1.5 电晕电流32

5.1.6 电场强度33

5.1.7 粒子在电场驱进速度33

5.2 电除尘器总体计算34

5.2.1 沉尘极比表面积34

5.2.2 沉尘极板表面积34

5.2.3 验算除尘效率35

5.2.4 有效截面积35

5.2.5 气体在电除尘器内通道数35

5.2.6 气体在电场内有效停留的时间35

5.2.7 电除尘器实际具有除尘面积35

5.2.8 每个电场电晕极线有效长度36

5.3 零部件设计计算36

5.3.1 分流分布板36

5.3.2 沉尘极37

5.3.3 电晕电极40

5.3.4 电除尘器壳体42

5.3.5 灰斗计算44

5.3.6 排灰及锁气47

5.3.7 供电系统选择48

6影响电除尘器经济效益指标分析50

6.1 粉尘特性的影响50

6.1.1 粉尘的粒径分布50

6.1.2 粉尘的粘附性50

6.1.3 粉尘的比电阻50

6.2.烟气性质的影响51

6.2.1烟气温度51

6.2.2烟气湿度51

6.2.3含尘质量浓度51

6.3.结构因素的影响52

6.3.1 电极几何因素的影响52

6.3.2 气流速度分布的影响52

6.4操作因素的影响53

6.4.1 操作电压和电流53

6.4.2 漏风53

6.4.3 气流旁路53

6.4.4 二次扬尘53

7结论55

致谢56

参考文献57


1除尘的意义

     大气污染“通常系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到足够的时间,并因此而危害了人体健康、舒适感和环境”。 由地表至1000千米左右的高空的大气层,一般可认为是由干燥、清洁的空气、水蒸气和各种杂质三部分组成的。干燥、清洁的空气的组成是基本不变的,水蒸气的含量因时因地变化,各种杂质(如粉尘、烟、有害气体等)则因自然因素或人类活动的影响,无论其种类还是含量,变动都很大,甚至导致大气污染。导致大气污染的自然因素包括火山活动、森林火灾、海啸、土壤和岩石的风化以及大气圈中空气运动等自然现象。一般说来,由于自然环境的自净机能,各种自然现象一般多能自动协调生态系统的动平衡关系。人类活动包括生活活动和生产活动,而防止大气污染的主要对象,首先是生产活动。人类活动所造成的空气污染主要来自三个方面:1.燃料的燃烧过程;2.工业生产过程;3.交通运输等。其中燃料燃烧(包括煤、汽油、柴油、天然气等)产生的空气污染物约占全部污染物的70%;工业生产产生的空气污染物约占20%;机动车产生的空气污染物约占10%。这些空气污染物按其存在状态可分为气溶胶态污染物和气态污染物。气溶胶系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或液体粒子在空气介质中的悬浮体,如粉尘、烟、飞灰、液滴、轻雾、黑烟、雾气态污染物大体有五个方面,以二氧化硫为主的含硫化合物;以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物;碳的氧化物;碳氢化合物及卤素化合物等。 这些空气污染物主要通过呼吸道吸入、消化道吞入和皮肤接触三条途径侵入人体。其中以呼吸道吸入为最多,最危险。空气污染物对人体健康的危害大多表现为呼吸道疾病。在高浓度污染物的突然作用下可造成急性中毒,甚至在短时间内死亡。例如,1952年英国伦敦发生的震惊世界的“烟雾”事件,四天内就死了四千多人。长期接触低浓度污染物,会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等,甚至会引起肺癌。除此之外,空气污染物对植物、动物、农作物、器物(建筑物、器具等)、气候等都会产生有害的影响[3]。

   人类的生活活动是造成大气污染主要因素,而热电厂、化工工业、电子工业、冶金工业是大气污染的污染源的主要来源。如果不加以治理和采取有效的措施,人类赖以生存的环境将会遭到严重的破坏,人类的生存将会极大的威胁。

   上述大气污染来自热电厂的粉尘和烟尘及有害气体40%以上,解决热电厂粉尘和烟尘带来的污染问题,已经成为近几年除尘行业的热门研究题目。很多专家和学者正在努力研究开发的新的除尘器和找出提高除尘器的工作效率的途径。在实践中不断创新,研制出新型的除尘器。

   近年来,由于环保标准的日益严格,大气污染物排放标准中的排尘浓度由以前的150mg/修订为100mg/,有的地方甚至规定为80~50mg/。这样,在旧的环保标准下建造的电除尘器明显不能适应新的形势,出口浓度大多超标,大批项目改造迫在眉睫,如何经济!高效地提高电除尘器收尘效率已成为电除尘工作者研究的热点问题。电除尘器是一种高效的除尘设备,由于其具有净化效率高!设备阻力小!运行稳定可靠!运行费用低!能处理量大!温度高的烟气等优点而广泛应用于世界各国的工业环境保护中。

   目前热电厂锅炉主要燃料是煤。煤在燃烧过程中除放出大量热能外,还会产生大量的烟尘。烟尘由固体和气体两部分组成。固体部分要由飞灰 ( 含未燃尽的碳粒 ) 和炭黑组成。炭黑是煤中挥发 物质在高温缺氧条件下,热分解的产物,粒度只有 0.5~ 1μm, 被烟气带走, 从烟囱排出后,在空气中飘浮很长时间 , 形成黑色的烟雾。颗粒度在 5~100um的飞灰 ( 含未燃尽的碳粒 ) 随烟气从烟囱排出,成为烟气中的灰尘。气体部分主要是含硫、氮的氧化物。烟气中的二氧化硫是一种无色有刺激性气味的气体。当 大气中的二氧化硫的日平均浓度达到 3.5mg/时, 会使人的呼吸系统、心血管系统疾病的发病率和死亡率显著增加。当 排放量达到一定程度时形成酸雨,对人体健康和工、农业生 产等会造成更大的危害。防止烟尘对大气污染的方法是消烟与除尘。消烟的关键 是使煤燃烧充分,不生成一氧化碳和碳黑,这可通过改进燃烧设备和操作方法来解决。而除尘则要采取各种措施才能解决[2]。

   除尘不管是对我们的生活环境,还在对经济上都能给我们带来很大益处。例如除尘可以净化我们赖以生存的空气,把有害的粉尘和烟尘从不净的空气中分离出来,给我们带来洁净的而新鲜的空气。如果除掉空气中的粉尘和烟尘,可以避免很多的呼吸道疾病的发病,让我们远离疾病带来的困饶,减少在医疗上的开支。无论为个人,还是为国家都节剩下一笔宝贵的财富。我们可以把回收回来的粉尘变废为宝,可以把他们充分利用,让他们为人类造福。

除尘是控制空气污染的重要方法,通过收尘可以将空气中的污染物质分离出来,使它们在空气中的含量低于国家规定的标准。收尘是回收有价物质进行综合利用的必要手段;也是除去有害物质进行环境保护的必要措施。搞好消烟除尘,使烟尘排放量符合标准要求,既节约燃 料,又防止对大气的污染,保护环境,这是关系到高速发展国民经

内容简介:
中文题目:热电厂电除尘器设计外文题目:ELECTRIC DUST REMOVER DESIGN OF HEAT POWER PLANT毕业设计(论文)共 56 页(其中:外文文献及译文 7 页)图纸共2张完成日期:2006年 6月 答辩日期:2006年6月摘要 本文首先讲述除尘在实际生活中环保意义,并且与之相关的除尘措施,从而引入电除尘器的概念。并且对电除尘器发展现状及发展方向做出简要的概述。对于不同的工作环境,应该选用适合的电除尘器,针对热电厂排放粉尘的标准,要求除尘效率高的工作环境情况,进行合理的选型电除尘器的型号。再次对电除尘器的原理进行分析,并对其结构进行适当的改造,来提高除尘效率,延长设备的使用寿命,降低企业的成本。对电除尘器设计的步骤做出详细分析,对电除尘器的总体计算、电除尘器的分布板的选型、电除尘器的电晕极和沉尘极的尺寸设计、电除尘器的壳体、电除尘器的排灰装置及锁气器都做出详细的讲解。因为影响电除尘器的除尘效率有诸多因素,最后对影响电除尘器经济效益指标分析,其中对粉尘特性、气体性质、结构因素、操作因素都做出简要的讲解。不但要提高除尘效率,还要降低电除尘器的维护和检修技术难度,减少不必要的工程材料。以最低的成本达到预期的除尘效果,是本设计的主要目的。关键词:电除尘器;除尘效率;电晕极;沉尘极极板; AbstractAgain author analyze the principle of the electrical and reform its structure in order to improve degusting efficiency, prolong the service life and reduce business cost. Author makes a detailed analysis about the procedure of ash separators design, also makes a detailed explanation of the ash separators computation, electrotype of ash separators distributing plate, ash separators corona polar, size design of dust sink polar, the shell of ash separator, ash exhauster of ash separator and air loch device. Because there is many factors affect the electrical ash separator, we analyze economic benefit index of the ash separator, there into we make a concise interpretation about the character of bug dust, structure factor and operation factor. Not only to improve deducting efficiency, but also to reduce ash separators maintenance and difficulty of inspection technology, also to reduce undesirable engineering material. Our goal is achieving anticipative effect by the lowest cost.Key word: ash separator; deducting efficiency; corona polar; deducting polar plate;I目录前言11电除尘的环保意义22概述42.1 电除尘技术的发展过程42.2 电除尘器某些方面研究分析62.2.1 电极、极距和电压62.2.2 绝缘结构72.2.3 供电方式72.2.4 电除尘器与其它除尘器联合使用82.3 新型除尘器的发展方向92.3.1 除尘理论主要研究方向92.3.2新型电除尘器开发研究102.4 电除尘器未来的发展123 简介电除尘器及分类133.1电除尘器工作原理及过程133.1.1 电除尘器的除尘过程主要分为三个阶段133.1.2 电除尘器的工作过程主要包括以下几个过程133.2 电除尘器的结构163.2.1 电晕电极163.2.2 集尘电极173.2.3 电极清灰装置173.2.4 气流分布装置183.2.5 除尘器的外壳193.2.6 电除尘器的供电装置193.3电除尘器的分类203.3.1 按气体流向分203.3.2 按清灰方式分203.3.3 按使用温度分213.3.4 按沉尘极结构式分213.3.5 按电极配置分214 电除尘器部件选型234.1电除尘器的选型依据234.1.1 电除尘器的类型及其评价指标234.1.2 粉尘特性及除尘要求234.2电除尘器的可靠性分析234.2.1 结构因素的影响234.2.2 操作因素的影响244.3影响电除尘器效率的主要因素244.3.1 烟气粉尘的比电阻244.3.2 电场风速254.3.3 烟气含尘浓度254.3.4 烟气粉尘的分散度254.3.5 驱进速度264.4除尘器的选型计算274.4.1 确定电场断面积及其形状274.4.2 确定收尘极、电晕极的间距和排数274.4.3 计算电场长度274.4.4 确定电晕电极使用电压284.4.5 电除尘器的耗电量计算285电除尘设计计算305.1电除尘器主要参数计算305.1.1 设计依据305.1.2 设计数据305.1.3 临界电场强度315.1.4 临界电压315.1.5 电晕电流325.1.6 电场强度335.1.7 粒子在电场驱进速度335.2 电除尘器总体计算345.2.1 沉尘极比表面积345.2.2 沉尘极板表面积345.2.3 验算除尘效率355.2.4 有效截面积355.2.5 气体在电除尘器内通道数355.2.6 气体在电场内有效停留的时间355.2.7 电除尘器实际具有除尘面积355.2.8 每个电场电晕极线有效长度365.3 零部件设计计算365.3.1 分流分布板365.3.2 沉尘极375.3.3 电晕电极405.3.4 电除尘器壳体425.3.5 灰斗计算445.3.6 排灰及锁气475.3.7 供电系统选择486影响电除尘器经济效益指标分析506.1 粉尘特性的影响506.1.1 粉尘的粒径分布506.1.2 粉尘的粘附性506.1.3 粉尘的比电阻506.2.烟气性质的影响516.2.1烟气温度516.2.2烟气湿度516.2.3含尘质量浓度516.3.结构因素的影响526.3.1 电极几何因素的影响526.3.2 气流速度分布的影响526.4操作因素的影响536.4.1 操作电压和电流536.4.2 漏风536.4.3 气流旁路536.4.4 二次扬尘537结论55致谢56参考文献57辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言随着我国经济的迅猛发展,煤炭、矿粉、砂灰等散料的货物贮运量不断增加,热电厂、冶金、化工、造纸、电子等工业部门排放的粉尘和烟尘逐年递增,这就给我国环保出了很大的难题。治理工业部门带来的粉尘污染除尘器是一种有效的途径。为了我国环保事业及国际市场竞争的需要,电除尘行业还应该进一步加大技术开发力度,加强国内学术交流,积极参加国际行业学术活动,及时掌握新的国际动态,不断促进行业的技术进步。大气污染控制的工作任重而道远,在今后相当长一段时间内,电除尘器作为一种高效的大气污染控制设备,仍然具有强大的生存及发展空间,在生产及环保领域大有可为。除尘器的种类分很多种:布袋式除尘器、旋风除尘器、水膜除尘器、电除尘器等。本次设计重点研究电除尘器,过去的除尘器的种类单一,主要是水膜除尘器不仅维护不方便,而且除尘效率也不高。现在除尘器的种类很多除尘效率也很高。电除尘器是含尘气体在通过高压电场电离,尘粒荷电在电场力的作用下,尘粒沉积于电极上,从而使尘粒与含尘气体分离的一种除尘设备。在本次设计中把电除尘器的选型和总体设计、主要参数计算作为主要的重点。由于设计者的知识量有限,避免不了设计中会出现错误和漏洞。希望诸学者、专家给以谅解和支持。571除尘的意义 大气污染“通常系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到足够的时间,并因此而危害了人体健康、舒适感和环境”。 由地表至1000千米左右的高空的大气层,一般可认为是由干燥、清洁的空气、水蒸气和各种杂质三部分组成的。干燥、清洁的空气的组成是基本不变的,水蒸气的含量因时因地变化,各种杂质(如粉尘、烟、有害气体等)则因自然因素或人类活动的影响,无论其种类还是含量,变动都很大,甚至导致大气污染。导致大气污染的自然因素包括火山活动、森林火灾、海啸、土壤和岩石的风化以及大气圈中空气运动等自然现象。一般说来,由于自然环境的自净机能,各种自然现象一般多能自动协调生态系统的动平衡关系。人类活动包括生活活动和生产活动,而防止大气污染的主要对象,首先是生产活动。人类活动所造成的空气污染主要来自三个方面:1燃料的燃烧过程;2工业生产过程;3交通运输等。其中燃料燃烧(包括煤、汽油、柴油、天然气等)产生的空气污染物约占全部污染物的70;工业生产产生的空气污染物约占20;机动车产生的空气污染物约占10。这些空气污染物按其存在状态可分为气溶胶态污染物和气态污染物。气溶胶系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或液体粒子在空气介质中的悬浮体,如粉尘、烟、飞灰、液滴、轻雾、黑烟、雾气态污染物大体有五个方面,以二氧化硫为主的含硫化合物;以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物;碳的氧化物;碳氢化合物及卤素化合物等。 这些空气污染物主要通过呼吸道吸入、消化道吞入和皮肤接触三条途径侵入人体。其中以呼吸道吸入为最多,最危险。空气污染物对人体健康的危害大多表现为呼吸道疾病。在高浓度污染物的突然作用下可造成急性中毒,甚至在短时间内死亡。例如,1952年英国伦敦发生的震惊世界的“烟雾”事件,四天内就死了四千多人。长期接触低浓度污染物,会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等,甚至会引起肺癌。除此之外,空气污染物对植物、动物、农作物、器物(建筑物、器具等)、气候等都会产生有害的影响3。人类的生活活动是造成大气污染主要因素,而热电厂、化工工业、电子工业、冶金工业是大气污染的污染源的主要来源。如果不加以治理和采取有效的措施,人类赖以生存的环境将会遭到严重的破坏,人类的生存将会极大的威胁。上述大气污染来自热电厂的粉尘和烟尘及有害气体40%以上,解决热电厂粉尘和烟尘带来的污染问题,已经成为近几年除尘行业的热门研究题目。很多专家和学者正在努力研究开发的新的除尘器和找出提高除尘器的工作效率的途径。在实践中不断创新,研制出新型的除尘器。近年来,由于环保标准的日益严格,大气污染物排放标准中的排尘浓度由以前的150mg/修订为100mg/,有的地方甚至规定为8050mg/。这样,在旧的环保标准下建造的电除尘器明显不能适应新的形势,出口浓度大多超标,大批项目改造迫在眉睫,如何经济!高效地提高电除尘器收尘效率已成为电除尘工作者研究的热点问题。电除尘器是一种高效的除尘设备,由于其具有净化效率高!设备阻力小!运行稳定可靠!运行费用低!能处理量大!温度高的烟气等优点而广泛应用于世界各国的工业环境保护中。目前热电厂锅炉主要燃料是煤。煤在燃烧过程中除放出大量热能外,还会产生大量的烟尘。烟尘由固体和气体两部分组成。固体部分要由飞灰 ( 含未燃尽的碳粒 ) 和炭黑组成。炭黑是煤中挥发 物质在高温缺氧条件下,热分解的产物,粒度只有 0.5 1m, 被烟气带走, 从烟囱排出后,在空气中飘浮很长时间 , 形成黑色的烟雾。颗粒度在 5100um的飞灰 ( 含未燃尽的碳粒 ) 随烟气从烟囱排出,成为烟气中的灰尘。气体部分主要是含硫、氮的氧化物。烟气中的二氧化硫是一种无色有刺激性气味的气体。当 大气中的二氧化硫的日平均浓度达到 3.5mg/时, 会使人的呼吸系统、心血管系统疾病的发病率和死亡率显著增加。当 排放量达到一定程度时形成酸雨,对人体健康和工、农业生 产等会造成更大的危害。防止烟尘对大气污染的方法是消烟与除尘。消烟的关键 是使煤燃烧充分,不生成一氧化碳和碳黑,这可通过改进燃烧设备和操作方法来解决。而除尘则要采取各种措施才能解决2。除尘不管是对我们的生活环境,还在对经济上都能给我们带来很大益处。例如除尘可以净化我们赖以生存的空气,把有害的粉尘和烟尘从不净的空气中分离出来,给我们带来洁净的而新鲜的空气。如果除掉空气中的粉尘和烟尘,可以避免很多的呼吸道疾病的发病,让我们远离疾病带来的困饶,减少在医疗上的开支。无论为个人,还是为国家都节剩下一笔宝贵的财富。我们可以把回收回来的粉尘变废为宝,可以把他们充分利用,让他们为人类造福。除尘是控制空气污染的重要方法,通过收尘可以将空气中的污染物质分离出来,使它们在空气中的含量低于国家规定的标准。收尘是回收有价物质进行综合利用的必要手段;也是除去有害物质进行环境保护的必要措施。搞好消烟除尘,使烟尘排放量符合标准要求,既节约燃 料,又防止对大气的污染,保护环境,这是关系到高速发展国民经济, 保障人民健康和造福子孙后代的大事5。2概述2.1 电除尘技术的发展过程 早在公元前六百多年.希腊人就发现了静电吸附现象。我国西汉末年.也有了静电产生吸附作用的文字记载。但将这一现象应用于工业除尘.则是二十世纪初才开始的。国外最早是1907年柯特需尔(Cttrell)将电除尘用于气体净化.建立了工业化电除尘装置。随着工业经济发展.电除尘技术发展迅速.取得了一大批专利技术。并发表了大量有关论文.至1957年为止.美国己有电除尘方而专利1000多项。1945年.美国和外国出版的有关电除尘论文有500 600篇.日前每年关于电除尘的论文约1000篇。我国电除尘技术发展大致可以这样概括:起步晚、发展快、潜力大。发展过程大体可以分为两个时期:1972年以前的探索时期.1972年以后的发展时期。1972年以前的探索时期.主要特征是仿造和试用.极板大多是棒帏式.电晕极为细圆线.技术水平较低。我国最旱使用的一台电除尘器.是解放前1936年安装在本溪工农兵水泥厂.其断面积为36, 1954年仿造了第一台电除尘器.1965年对电除尘技术开始进行科学研究.直到1970年.我国投入运行的电除尘器总台数约200台.主要用J几有色金属冶炼中贵金属的回收.及建材行业有用物料的回收。1972年以后的发展时期,主要特征是研制、引进、吸收、提高,电除尘技术水平迅速发展这个时期内,70年代初期和中期,完成了360九种规格的SHWB电除尘系列化设计,首次形成了通用电除尘器系列产品70年代末至80年代初,通过对系列化产品使用几年的实践总结,并对当时引进Ruthmuhle公司的173和Elex公司81.9电除尘器进行消化吸收,结合自己近10年的研究成果,各工业部门先后开展了新型电除尘样机的研制和新的电除尘器系列化设计。如冶金工业部先后研制的成功用于武钢的60。大冶有色金属公司的40的电除尘器样机,建材行业完成CDWY和CDWH两类电除尘器系列设计。80年代中期以来,为了满足日益严格的环境质量要求,国家科委将“高效除尘技术的研究”列入“七五”攻关项目,开展了宽间距电除尘器、脉冲供电电源、烟气调质和板线配置的研究等。我国还先后引进瑞典Flakt公司、德国Lurgi公司、美国GE公司等世界知名公司的先进电除尘技术,对促进我国电除尘技术水平的提高也发挥了重要作用1。 随着国民经济的迅猛发展,环境保护作为基本国策正在不断强化。相应的环保产业得到了振兴。广大科技工作者对大气环境污染控制工程课题的研究成果,积极支持了环保事业的发展。近年来我国加大了环境保护管理力度,使空气污染指数有了很大改善。据有关资料介绍静电除尘器在大气污染控制工程中,起着相当重要的作用。静电除尘用来捕集固体颗粒,具有耗能低、操作稳定、净化率高的优点。它已被广泛应用于环保、冶金、发电、水泥、化工、医药、轻工等领域,是最受欢迎的除尘设备之一。电除尘技术是一项很重要的防治大气污染环保技术,己广泛应用于各个工业领域的含尘废气治理、气固分离、粉状物料回收等(如冶金、有色、电力、化工、建材行业)。我们知道,电除尘是利用静电力除尘,又称为静电除尘,它的基本原理利用高压放电,使气体电离,粉尘荷电后向收尘极板移动而从气流中分离出来,从而达到净化烟气的目的。电除尘技术经过近一个世纪的发展,已经取得了很多成果。电除尘器作为工业设备投入使用至今已有近百年的历史我国在20世纪70年代初期才开始生产系列化电除尘器产品,30年时间的发展,如今电除尘器在我国的环保产业中,已成为技术力量较为雄厚、装备水平较高、开发能力较强的行业之一,电除尘行业的产值在我国环保设备总产值中.占有举足轻重的份量同时,当今世界上最大的工业窑配套所需的电除尘器,我国均能自行设计、加工制造,能达到用户提出的排放要求近年来,我国电除尘器在满足国内污染治理需要的同时,还有部分设备出口到20多个国家和地区据统计,1998年我国电除尘器出口产值超过千万美元,但同时我们也应该看到,当制造业趋于饱和,特别是烟尘排放的环保标准相当严格时,电除尘器的发展既受到本身技术的瓶颈限制,同时又面临袋式除尘器的严峻挑战,近几年来电除尘器的发展相对较为缓慢,突破创新的技术进展较难取得。 电除尘器是含尘气体在通过高压电场电离,尘粒荷电在电场力作用下,尘粒沉积于电极上,从而使尘粒与含尘气体分离的一种除尘设备。它能有效回收气体中的粉尘,以净化气体。使用条件合适,其除尘效率可的达99%甚至更高。目前在化工、发电、水泥、冶金、造纸和电子等工业部门得到广泛应用。自1906年F.G.Cottrell第一次将电除尘器应用于工业以来,已有90余年历史,20世纪50年代以前,虽有为数众多专家学者对其理论研究和实践应用作了大量的工作,但受当时条件(如供电机组和绝缘材料的可靠度、技术和经济积累等)限制,在较长的时期内进展缓慢。只是在最近的二三十年来,随着工业水平不断提高,对环境保护要求日趋严格,以及人们对净化空气,保护环境和回收有价值的金属粉(烟)尘以及充分利用矿物资源有了进一步认识,理解和重视,特别是高压供电设备不断完善,在绝缘件耐高压电,耐高温研制成功与不断提高,机械化制作极板和极线设备问世和生产工艺确立,电除尘技术有关学术活动不断增多,以及实践经验不断丰富等,电除尘技术才得到非常迅速的发展。 (2-1) 式中:除尘效率; w有效驱进速度; A总集尘面积; Q操作气量。 当前,理论研究是以美国为中心,试图对Deutsch式(5-1)所代表的传统除尘效率计算理论有所突破。迄今为止,许多学者所提出的实验或经验式都是对Deutsch式的修正。而这些修正式,只适合用于某些特定的条件。(公式)在生产实践方面,西欧处于领先的地位,近年来日本着重对除尘设备的结构,诸如电极形式、振打方式、气流分布、供电方式、控制方法、绝缘形式及材料、故障排除等等。以谋求制造出除尘效率高、不需维护或少维护的电除尘设备(即一次安装投产后),能满足工艺要求地使用到设计服务年限。2.2 电除尘器某些方面研究分析2.2.1电极、极距和电压 普通电除尘器极距200350mm,工作电压4070kv。由于供电电压较低,荷电尘粒向电极驱进速度,适宜于捕集比电阻粉尘。在欧洲原联邦德国Lnrge公司和瑞士Elex公司的电除尘器具有代表性。原苏联多为棒帏式电除尘器。日本多才用欧洲式的电除尘器,并着重研究一些新形设备,如双区式、原式等电除尘器。宽极距超高压电除尘器极距4001000mm,工作电压80250kv。由于电场内离子风速大,荷电尘粒移动快,适宜捕集比电阻粉尘。日本已向美国输出专利和设备。武汉钢铁公司烧洁厂的高压静电源控制器,实际上也是一种宽极距超高压电除尘器,具有制作、安装和维护工作量小,节省钢材等优点。然而它必须要有与之相适应和可靠的超高压供电设备及相应的绝缘材料,供电设备费用也较贵,技术复杂,而除尘效率与普通的电除尘器不相上下,我国采用同极距400mm供电额定电压72kv已有成功的经验。狭极距电除尘的极距为1525mm,工作电压为820kv。制作和安装要求很高,维护与操作较困难。早在“七五”攻关期间,国内对常用线型和极板配置就作了大量的研究工作,除再次证明了原RS线具有起始电晕电压低、线电流大、板面电场强度高、不断线,特别适合收集含尘量高、比电阻大的粉尘等优点外,同时也发现了它的主要缺点,即与支承管对应的阳极板面处有一个电流为零或数值最小的阴影区,在此区内收尘板的收尘效率很低。除阴影区外,大部分阳极板面的电流密度也不如其它线型均匀。针对上述情况,提出了许多改进措施,如在中心管正对极板的两个弧面上冲出放电尖刺,减小翅距,增加翅长等。这些措施取得明显的效果。板间距的大小要根据工作情况条件来经济合理地选择,它不是一个定值。很长一段时间,国内外电除尘界都认为普通电除尘器的板间距不大于300mm,板间距大于300mm并提高送电电压的,被称之为超高压电除尘器。经过多年的研究和比较,20世纪90年代初期电除尘界达成共识,认为板间距不大于400mm的为普通电除尘器,而大于400mm的称之为宽极距或超高压电除尘器。2.2.2绝缘结构 在过去的几十年中,为使高电压极与接地部分良好绝缘,曾采用较复杂的多层绝缘管结构,但实践表明,并不一定可靠。近年简化了绝缘结构,采用加热绝缘套管方法有效防止绝缘装置爬电在尾气直接放空的情况下,可采用加热空气吹扫绝缘子,使绝缘结构更加简单和维护工作更加可靠。无论何种结构,吊挂装置必须满足两个条件:一是要能承受阴极的全部重量,包括振打时的冲击载荷;二是绝缘性能良好。硫酸生产中炉气温度和气体露点都较高,选用普通绝缘瓷件就不可靠。目前用的吊挂装置仍以石英管为多数,要防止与炉气接触部分冷凝结露,外加热是必不可少的。2.2.3供电方式电除尘器的供电水平高低直接影响其运行效果。电除尘器要达到好的收尘效果,除了有良好的本体结构外,还需一个好的相匹配的供电电源,好“马”配好“鞍”(“马”指本体,“鞍”指电源)。电除尘器供电最旱采用机械整流,供电水平很低。随着电子技术的发展,现均采用的硅整流供电,模拟控制或数字控制,供电可靠性大大增加。近年来电除尘器供电技术新进展主要体现在脉冲供电、恒流供电、中、高频电源等方面。在此仅介绍脉冲供电。由于使用可控制常规高压整流(全波、半波)设备,使电除尘器电源获得了快速降压和升压的控制特性,它的工作电压始终接近于击穿电压,从而得到最大限度的高除尘效率。也有采用恒压控制电流特性的供电设备,机组是不在降低外电压和无火花闪络状态下运行,工作稳定性可靠,避免了由于闪络而降低除尘效率。交流电源(相当于脉冲宽度为半周波脉冲电压)供电,在水泥熟料冷却器偏压控制电除尘器实验表明,当温度150摄氏度、比电阻、气量1200/h、气体速度0.6m/s、含尘浓度0.2g/时,除尘效率达86%。电除尘器最旱是采用同步机械整流供电,供电质量与水平较低,后来改为硅整流供电,虽供电质量较高,但粉尘比电阻较高时,易产生反电晕脉冲供电是利用晶闸管儿件的开关作用和整流一极管的单向导电性,以及电除尘器系统回路固有电容C,回路电感L及回路耗能电阻R,组成LRC振荡回路,在整流器低压端产生脉冲,然后升压整流后形成高压脉冲供电指在自流基础上叠加高压脉冲,脉冲宽度一般小于1-300us,典型脉冲重复频率为33.3-333Hz。 电除尘器脉冲供电技术是指在直流基础电压上叠加高压脉冲。美国学者J.White等于 20世纪五十年代,最旱利用雷达系统产生毫秒级脉冲供电,显示了脉冲供电的优势。以往国内外实现脉冲供电都是利用两套设备,一套产生高压直流,另一套产生高压脉冲,在整流器高压端叠加后形成脉冲供电。它存在元件质量要求高、制造工艺复杂、成木昂(是常规直流的5 -8倍)、推广应用困难等问题。近年来,己开发出一种新型脉冲供电技术,它是在整流变压器低压端,利用晶闸管元件的开关作用及整流一极管的单向导电性,组成振荡电路产生脉冲,通过升压整流后形成脉冲供电。这种方法只需一套电源设备,简单易行,成本低,用户易接受。其主要技术参数指标达到或超过国际先进水平。1999年被列入国家科委九五重点推广应用计划项目,在多家企业推广应用,效果显著。在同工况条件下,脉冲供电比直流供电降低烟气出口含尘浓度30-74% ,节能效果显著1。国内外的理论研究和实践证明,电除尘器采用的脉冲供电电源能提供稳定的场强,产生足够强而均匀的电晕电流密度,对一定范围内的高比电阻粉尘在电场中形成的反电晕现象有抑制作用,提高除尘效率减少功率消耗及振打粉尘二次飞扬,减小新设计的电除尘器收尘面积其不足之处一是需要2套电源设备,造价昂贵;二是对元器件的可靠性和安全性有较高要求,且元器件的耐压问题难以解决。2.2.4电除尘器与其它除尘器联合使用为了满足日趋严格的环境要求,国外在空气净化方面,采用袋式除尘器中设置高压电极(电除尘器和袋式除尘器联合装置),仅在清灰后送电,以保持这一期间的除尘效率不至于降低。美国Alperton用它捕集1.640um粉尘,除尘效率高达99.99%。自1906年,F.G.Cottrell第一次将电除尘器应用于工业以来,已有90余年的历史,电除尘器是近二三十年发展起来高效除尘器。目前国外这方面技术已经非常完善,美国Pesearch-Cottrell公司将直径为36mm玻璃球置于两层不同的电位网格之间(玻璃球层5.1mm,气速0.6m/s),对尘粒在进入玻璃球粒层之前,实践表明0.60.7um1的亚基蓝粒子除尘效率达99.5%。其他流动颗粒层除尘器加入电场作用,也能提高除尘效率。在湿式洗涤器中加入电场力作用,其形式是串联两个喷雾塔,一个顺流,一个逆流。水滴和粉尘分别因感应和电晕放电而获得相反的极性。实验测定:0.54um微粒粉尘除尘效率达95%;0.3um微粒粉尘除尘效率达87%。中间实验:气量1500,除尘效率98.2%,耗水量8.3L/min,粉尘荷电电压30kv,水滴荷电电压2kv。电与填充式洗涤器想结合的JWS洗涤器,电与文氏管结合的DEV洗涤器,及TRW/CDS型带水滴洗涤器等,都各具有特点,带电后均可不同程度地提高除尘效率。2.3新型除尘器的发展方向电除尘技术研究日的在于提高电除尘器的效率,同时要尽可能减轻其重量,降低成本。电除尘技术发展方向主要体现在以下几个方面。2.3.1除尘理论主要研究方向电除尘收集理论研究。如除尘效率理论公式,驱进速度计算,粒子荷电行为等。目前就因素或假设简化的条件进行研究,尚未能阐明集尘的全部过程。例如,在假设条件下的驱进速度的计算结果和实际值相差几倍,甚至十几倍,且不能判明误差症结之所在。因此,这方面值得研究。针对某一类新除尘技术理论研究。如离心脉冲静电分离技术,研究其分离机理,速度分布,浓度分布,颗粒运动规律,设计优化理论等。电除尘设计参数与烟尘性质之间关系定量研究。对于不同烟尘性质、粉尘性质、板线配置、电场强度、电场速度等的选择,尚无定量的计算方法,缺乏针对性和令人信服的依据等。电除尘器虽有管式和板式.立式和卧式.侧打和顶打之分,且结构形式多种多样但其结构还不很理想,如存在二次扬尘、串流和气流分布不均等问题。随着环保要求越来越高,排放控制越来越严格,开发新型电除尘器,降低投资,提高效率是当务之急。2.3.2新型电除尘器的开发研究静电+X除尘技术这类除尘技术是把电除尘机理与其他除尘机理叠加应用。如静电+离心除尘、静电+惯性除尘、静电+过滤除尘、静电+湿式除尘、静电+喷蒸气除尘、脉冲+静电+离心除尘等技术。电除尘器本体结构完善创新继续开发一些新型结构电除尘器,克服缺点和不足,使其尽快推广应用。如房式、透镜电极、横向电极、移动电极、轻质电除尘器、超高压宽间距除尘器等。开发高流速电除尘器对常规电除尘器,电场风速为1m/s左右。电除尘器效率高、阻力小,但造价高。如果电除尘器在维持原有高效率的同时能大幅度提高电场风速(提高4-6m/s以上),即采用所谓高流速电除尘器,则有可能大大减少其体积和造价,一定是很有吸引力的。提高电除尘器的效率,也可以通过提高供电水平来实现,这是一种经济简便的方法。热电晕极和冷沉尘极电除尘器的电极均为管状,在通入热或冷的气体或液体后,能有效控制电场温度,调节粉尘比电阻有利于收集比电阻高的粉尘。但加热或冷却介质供给系统比较麻烦。双区式电除尘器,是荷电与除尘分别在两个区域内进行。荷电区采用常用电除尘器形式,但长度大大缩短。除尘区类似横向极板,在导向电极施以直流高电压以造成稳定的电流体力学场。新型电除尘器的电晕电极多为带尖刺或棱边的刚性线。这种极线由于带有尖刺和棱边,起始电晕电压低,二次电流大,又有较好的刚度和弼度,传递振打力好,一般情况下不会断线。硫酸生产中都采用这一类线状线,其它还有四方线,其中用得最多的是RS极线、扁钢芒刺线等。电晕线、沉淀极板的匹配要根据不同条件来确定。例如用于水泥厂熟料冷却机入口含尘量为0.5820.72(标况),出口为0.210.01(标况)。用立于筒顶预热器窑,则入口含尘为2843.6(标况),出口为0.040.019(标况)。偏压控制电除尘器,系在荷电区对芒刺电晕极(放电极线)施以高压脉冲电源,使电晕极产生电晕,继续发出大量负离子云,以强有力的电斥(库仑)力,使离子均匀分布,从而使通过电场粉尘带最大极限的电荷。在控制电极施加可调供调节的偏电压,以改变电晕极(放电极)尖端的电场强度,不但能控制电晕电流,还能控制放电空间电场强度。对 、少量碱金属盐和碱土金属粉尘实验表明:工况比电阻高达,70%小于1um,通过荷电区时间仅0.4s,通过整个电除尘器的时间约1s,除尘效率达65%80%。横向气流电除尘器,是采用与气流方向垂直极板或在电除尘器内连续设置多空板,间隔施加高压或接地使板与板之间造成真正静电场。实验表明:气速0.8m/s(停留时间约3.54s),进口含尘浓度2004500,出口小于40,除尘效率达到95%99%。屋顶式电除尘器,是将电除尘器直接置于屋顶以除去室内气体所含粉尘。日本神户炼钢厂转炉工锻天窗除尘实验表明:进口含尘量0.030.3(标况),出口仅0.0070.03(标况),除尘效率达80%-98%。旋转刮刀式电除尘器是用旋转刮刀将沉尘板上的积尘清除,在含尘气体含水量大,粉尘黏性强的水泥黏土烘于机中应用,供电性能良好,运行可靠,除尘效率达到99%。板卧式电除尘器的阳板振打设置在阳极排的底侧,旋转落锤式。振打撞击点落在与阳极下横梁相连的振打撞击杆上,视板面上的振打力调整锤臂的长度和锤的重量。阴极振打有多种形式,如旋转侧向腰部振打,凸轮提拉脱钩振打,顶部电磁振打等。无论采用何种形式,均有绝缘件将传动部分与高压部分隔开。旋转侧向振打采用旋转瓷轴传递扭矩,国内开发的95瓷轴强度好,电气性能优良,是理想的耐高电压的传递件,南京、湖南均有生产。提拉振打可靠性较差,而顶部利用红外线激光的光泳除尘,仍处于试验研究阶段。当前已用电子计算机来设计,控制电除尘器,无疑,这必将促进电除尘器的飞快发展。利用电除尘原理,将均匀分散在气相中的固体尘粒,富集到一部分的气体中,用机械方法使气体分流,以减少须进一步除尘的气体量,在国外已有实施方案。但它存在将已捕集粉尘再次投入气流中,并在下一段除尘器中进行二次回收的缺点,这很不合理。如果把分流与除尘组成一个机组,即他即可实现静电分流,又可直接当电除尘器使用。采用宽极距超高压电除尘器结构形式,不仅便于制作,安装和维护,而且设备小,能量消耗少。在做分流使用时,电场气速可以达2m/s。同极距1m,高2.5m,截面可通过超20000 含尘气体,适用于含尘气体量大,含尘浓度低,气体温度高的气体分流与除尘。国内设计200电除尘器,耗钢材量达400t左右,其处理气量不超150万,若用分流方法,则分流截面积80,收尘截面积仅60,可节省大量钢材。2.4 电除尘器未来的发展 目前,电除尘理论还不能指导实践,电除尘器本体结构形式还不尽合理,供电电源达不到本体要求以及高比电阻的障碍等是制约电除尘器发展的主要因素,但山于电除尘本身具有无可比拟的效率优势,使得其成为极具潜力的除尘设备我国的电除尘技术虽然起步晚、但发展快,潜力大。今后,人们需要从理论上充分认识电除尘器诸多环节的相互影响,找出我国电除尘器生产研制的总体水平同国外先进技术相比还存在的差距,在专家系统,电除尘器的选型技术,供电电源中的中、高频开关电源的研究和开发,电除尘器品种、规格和性能,本体的有些元、器件的加下下艺,产品外观等方面进一步严格和改善。传统电除尘器在生产实践中通常面临诸如高入口浓度、高比电阻、细粉尘、粉尘黏度大等问题,而电除尘器本体部分的改造程度在很大程度上取决于基础理论方面对传统电除尘的突破程度,随着环保标准的不断提高,原有的其他除尘器或传统电除尘器已不能满足环保要求,因此,基于老式除尘器的电除尘器改造是电除尘器本体改造的主要内容,电除尘器设计过程中的选型、极板形式设计、极间距设计、气流均布设计、振打设计必须建立在因地制宜,综合考虑的基础上电除尘供电控制系统力求开发适应性广(波形可变)、多功能、智能型、一体化、节能、人功率、体积小、成木低、可靠性局的新型控制系统同时,计算机技术的深入应用和除尘、脱硫、脱硝一体化也日益成为电除尘器改造的热门话题。3 电除尘器及分类3.1电除尘器工作原理及过程电除尘器是含尘气体在通过高压电场电离,尘粒荷电在电场力的作用下,尘粒沉积于电极上,从而使尘粒与含尘气体分离的一种除尘设备。电除尘的工作原理:在两种曲率半径相关很大的金属集尘极和放电极上通过高压直流电,维护个足以使电极之间的气体产生电晕放电的不均匀电场,气体电离所生成的电子、阴离子和阳离子,吸附在通过电场的粉尘上面而使粉尘荷电。荷电粉尘在电场库仑力作用下,向电极性相反的电极运动而沉积在电极上,以达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时,借助振打机构使粉尘脱离电极落入灰斗,并由卸灰器输送出除尘器,净化后的气体由排气口引出。3.1.1电除尘器的除尘过程主要分为三个阶段 粒子荷电:在电晕极与集尘极之间施加直流高电压,使放电极发生电晕放电,气体电离,生成大量的自由电子和正离子。正离子被电晕极吸引而失去电荷。自由电子和随即形成的负离子向集尘极(正极)移动。通过电场空间的气溶胶粒子与自由电子、负离子碰撞附着,实现粒子荷电。 粒子沉降:在电场力的作用下,荷电粒子被驱往集尘极,达到集尘极表面放出电荷而沉积其上。 粒子清除:集尘极表面上粉尘沉集到一定厚度后,用机械振打等方法将其清除。放电极也会附着少量粉尘,也需进行清除。为保证电除尘器在高效率下运行,必须使上述三个过程进行得十分有效。3.1.2电除尘器的工作过程主要包括以下几个过程 电晕放电电除尘过程首先需要产生大量供粒子荷电的气体离子。在现今的所有工业电除尘器中,都是采用电晕放电的方法实现的。通常空气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,当集尘极与放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、辉光放电、火花放电及电弧放电等。电晕放电的基础是气体放电,气体放电是指气体在外界作用下由电绝缘状态变为导电状态,因而有电流从气体中通过的现象。当中性气体分子被引入弱电场时,除被轻微极化外,不会产生感应带电,形成正负电荷分离现象,因而没有电荷在电场中作定向运动,即没有电流产生,中性气体在弱电场中是不导电的绝缘体。在通常的空气或工业废气中,因宇宙射线或放射线照射的作用,有微量的自由电子或离子存在,这些正负离子在低压电场中,只能产生微弱的电流,不会使空气或工业废气失去绝缘体的性质。如果将充分高的直流电压施加到一对电极上,其中一个极是细导线或具有曲率半径很小的任意形状,另一极是管状或板状的,则电场强度在导线表面附近特别强,并随离开导线的距离增大而迅速减弱。在导线表面附近具有强电场的空间内,原有的微量自由电子将被加速到某一很高的速度,并足以通过碰撞使中性气体分子释放出外层电子,而电离成为新的自由电子和正离子。这些被激发出来的自由电子接着又被加速到很高的速度,又进一步引起其他气体分子碰撞电离。这种过程在极短的瞬间重演了无数次,于是在放电极表面附近产生了大量的自由电子和正离子。这就是所谓的电晕放电(电子雪崩)。电晕放电属于自激放电的一种,一般只发生在非均匀电场中具有曲率半径较小的放电极表面附近的小区域内,即所谓电晕区内。开始发生电晕放电的电压叫做起始电晕电压,也称临界电压。与之相应的电场强度称为起始电晕场强或临界场强。在电晕外区,由于电场强度随距电晕极的距离增大迅速减小,不足以引起气体分子碰撞电离,因而电晕放电停止。若是由一对平行板所构成的高压均匀电场,由于电场中各点场强相等,当电场中某一处气体被击穿而发生放电时,则两极间气体必然同时被击穿而发生火花放电或弧光放电,不能形成稳定的电晕放电。在一般工业电除尘器中所采用的非均匀电场中,当供电电压高到一定值后,也会产生火花放电。火花放电与电晕放电不同,电晕放电只发生在放电极附近的一个有限的区域内,而火花放电是沿着两极间的一条或几条狭窄而曲折的发光通道发生放电,在一瞬间引起电流急剧增大,气体温度和压力急剧增高,并发出特殊的噼啪声。如果电源容量不够或在电源线路中串接有限流阻抗等措施,电压将下降,于是火花很快熄灭。目前的电除尘器供电装置多采用自动控制线路,在放电后电压又立即回升并控制电除尘器在一定的火花率下运行。因为这时两极间的电压,已经达到了或接近合理的最高数值,有利于荷电粉尘的沉降。如果供电电压继续增高,会使两极间的整个空间被击穿,即发生弧光放电。当发生弧光放电时,两极间电压不大,但电流却很大,因而产生很高的温度和强烈的弧光,能使电极或供电设备损坏,因此,在电除尘器运行时要尽量避免出现弧光放电。 电子的附着若电晕电极是负极,即所谓负电晕,则由气体电离产生的电子迅速由极线向接地极(正极)迁移,正离子向电晕极迁移。如果有电负性气体存在,则由电晕放电产生的电子为其俘获,而形成负离子,也在电场作用下向接地极迁移。这些负离子为所要捕集的粉尘提供荷电电荷。电子的附着对维持稳定的负电晕是很重要的。因为自由电子的迁移速度比气体离子的迁移速度高得多,如果没有电子的附着而形成大量负离子,则自由电子会迅速流至接地极。这样便不能在两极间形成稳定的空间电荷,并且几乎在开始发生电晕放电的同时就产生了火花放电。因此,对负电晕来说,电负性气体的存在,电子的附着和空间电荷的形成,是维持电晕放电的重要条件。在空气中或在大多数工业废气中,存在着数量足够多的电负性气体,例如 O2、Cl2、CCl4、HF、SO2、SF6等气体都是电负性气体,它们对电子的亲和力都很高。在电负性气体不存在,而且有电子附着的情况下,就只能采用正电晕放电。正电晕和负电晕的放电情况基本相同,除电场的方向不同,电晕放电过程产生的正离子向接地极运动以外,正电晕和负电晕之间一个重要不同是,正电晕过程本身就产生了为形成空间电荷所需要的正离子。 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的。电除尘过程的基本要求是:在相同条件下使粒子荷电达到最大值。粉尘粒子荷电量愈大被捕集的效果就愈好。理论和实践均证明单极高电压电晕放电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面荷电。粒子荷电方式有两种不同的机制,一种是气体离子在电场力作用下做定向运动与粒子相碰撞,使其荷电,这种荷电称为电场荷电。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。对于粒径大于 1.0m 的较大粒子,以电场荷电为主;粒径小于0.2m 的粒子,以扩散荷电为主;对处于中间范围(0.21.0m)的粉尘粒子,则两种荷电机制都必须考虑。 粒子的捕集在电场中粒子的运动主要受库仑力和空气动力支配。库仑力 Fe可由粒子的荷电量 q 和集尘电场强度 EP(V/m)计算,即 N (3-1)空气动力主要是气流的阻力,可按斯托克斯公式计算,即 N (3-2)当二力平衡时,粒子便达到终末沉降速度 m/s (3-3)式中:是气体的粘度,Pas;为粒子的驱进速度,由公式(3-3)可知,粒子驱进速度大小与粒子的荷电量粒径、集尘场强及气体粘度有关,其方向与电场方向一致,即垂直于集尘极表面。按上述理论公式计算的粒子驱进速度仅是粒子平均驱进速度的近似值。因为电场中各点的场强不相同,粒子荷电量的计算也是近似的。此外,气流、粒子特性等影响因素也未考虑进去。3.2电除尘器的结构研究电除尘器的结构有利于提出改善电除尘器除尘效率的具体措施。电除尘器的型式多种多样,从其结构看,一般包括以下几个主要部分:电晕电极、集尘电极、电晕极和集尘极的清灰装置、气流分布装置、壳体、高压瓷瓶的保温箱、输灰装置及供电装置等。3.2.1电晕电极电晕电极是电除尘器中使气体产生电晕放电的电极,主要包括电晕线、电晕框架、电晕框悬吊架、悬吊杆和支撑绝缘套管等。对电晕线的一般要求是:起始电晕电压低;放电强度高;机械强度高,耐腐蚀;能维持准确的极距;易清灰。电晕线形式很多,目前常用的有光圆线,星形线,螺旋线,芒刺线,锯齿线,麻花线及蒺藜丝线等,电晕线的固定方式有两种:一种是每根电晕线的下端用重锤拉紧电晕线即重锤悬吊式,另一种是多根电晕线按一定的间距固定在框架上即管框绷线式。圆形和星形两种断面的电晕线应用较早,星形线多用碳素钢经冷轧成形,其材料来源广泛,价格便宜、易于制造,这种形式的电晕线易吸附粉尘,使放电性能减弱,除尘器的除尘效率急剧降低。圆形断面的电晕线的直径通常为 1538mm,多采用耐热合金钢制造,圆形断面耐热钢制成的电晕线常做成略带螺旋形。在这种螺旋形电晕线上的挂灰容易振打脱落。这种形式电晕线在国内外都有采用。芒刺形电晕线的应用是电除尘技术上的重大成就。已在工业上应用的芒刺形电晕线有角钢芒刺线、三角形芒刺线、扁钢芒刺线、锯齿形芒刺线和 R-S 型等多种形式。芒刺形电晕线是以尖端放电代替沿极线全长的放电。因而放电强度高。在正常情况下,芒刺电晕线比星形电晕线产生的电晕电流高一倍左右,而起晕电压却比其它形式都低。此外,由于芒刺尖端产生的电子和离子流特别集中,在尖端的伸出方向,增强了电风,还可以减弱和防止粉尘浓度大时出现的电晕封闭现象,因此,芒刺形电晕线适用于净化含尘浓度较高的气体。在多电场电除尘器中,第一、二两电场可以采用芒刺形电晕极线。从实际使用情况看,电晕线型式的选择,只是问题的一个方面。电晕线的固定方式同样是值得注意的问题。例如,由于热力和机械结构等原因,可能造成绷线框架变形、极距调不准、振打失灵及石英套管破裂等故障。相邻电晕线之间的距离(即极距)对放电强度影响较大,极距太大会减弱放电强度,极距过小时也会因屏蔽作用使放电强度减低。一般极距为0.20.3左右,应视集尘板型式和尺寸配置情况而定。3.2.2 集尘电极集尘电极的结构形式直接影响除尘效率、金属耗量和造价,所以应精心设计。对集尘极的一般要求是:极板表面上的电场强度和电流分布均匀,火花电压高;有利于粉尘在板面上沉积,顺利落入灰斗,二次扬尘少;极面的振打性能好,清灰效果好;形状简单,制作容易;刚度好,在运输、安装、清灰过程中不易变形。集尘极形式很多,主要有板式、管式两大类。板式电极可分为平板形、箱式和型板式电极三种。其中平板形电极主要包括网状电极和棒帏式电极;箱式电极包括鱼鳞板式和袋式电极等;型板式电极,是用 1.22.0mm厚的钢板冷轧加工成一定形状的型板如 Z 形、C 形、CS 形、波浪形和槽形等。型板式集尘极两面皆有轧制的沟槽,目的是增大极板刚度,在极板附近的边界层中形成涡流区,利于粒子沉降,减少二次扬尘。型板式集尘极在捕集效率、钢耗及振打性能等方面,皆优于平板式和箱式电极。例如,极板面积相同时的钢耗,鱼鳞板为 Z 型板的 23 倍;棒帏式的为 Z 型的5 倍多,C 型和 Z 型相差不大。在下部锤击点给予同样加速度的锤击时,C型板在全高上的加速度分布均匀,鱼鳞板则由下向上递减较快。极板之间的间距,对电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小,电压升不高,会影响效率。间距太大,电压升高又受供电设备容许电压的限制。因此,在采用 6072kV 变压器的情况下,极板间距一般取0.20.35。如果极距不准会严重影响除尘器的性能。极距的大小还与含尘浓度、粉尘比电阻及除尘器规格大小等因素有关,一般情况下含尘浓度高、粉尘比电阻大和大型除尘器极距应宽些。3.2.3 电极清灰装置及时清除集尘极和电晕极上的积灰,是保证电除尘器高效运行的重要环节之一。湿式和干式电除尘器的清灰方法不同。 湿式清灰电除尘器在液体气溶胶捕集器中,沉降到极板上的液滴凝聚成大液滴,靠重力作用自行流下而排掉。对于沉积到极板上的粉尘,一般是用水冲洗集尘极,使极板表面经常保持一层水膜,当粉尘沉降到水膜上时,便随水膜流下,从而达到清灰目的。形成水膜的方法,既可采用喷雾方式,也可采用溢流方式。湿式清灰的主要优点是二次扬尘量小,不存在粉尘比电阻影响除尘效率的问题,水滴凝聚在小尘粒上更利于捕集,空间电荷增强,不会产生反电晕。此外,湿式除尘器还可净化有害气体,如 SO2、HF 等。其主要缺点是存在腐蚀、结垢及污泥处理等问题。 干式清灰电除尘器电除尘器集尘极板上粉尘沉积较厚时,将导致火花电压降低,电晕电流减小,有效驱进速度显著减小,除尘效率大大下降。集尘极板的清灰方式有多种,如刷子清灰、机械振打、压缩空气振打、电磁振打及电容振打等。目前应用较广的是挠臂锤振打。振打清灰效果主要决定于振打强度和振打频率。合适的振打强度、振打制度(连续振打和间断振打)可以在运行中通过现场调节来完成。电晕极上沉积粉尘一般较少,但对电晕放电影响很大。如粉尘清除不清除,有时在电晕极上结疤,不但使除尘效率降低,甚至能使除尘器完全停止运行。因此,一般对电晕极上沉积的粉尘采取连续振打清灰方式,使之很快被清除干净。常用的振打方式有提升脱钩振打、电磁振打及气动振打等。3.2.4气流分布装置电除尘器中气流分布的均匀性对除尘效率影响很大,当气流分布不均匀时,在流速低处所增加的除尘效率不足以弥补流速高处的效率降低,因而总效率降低。气流分布的均匀程度一般是通过测定电除尘器入口断面上气流速度分布情况来描述的。测定时把入口断面分成若干个等面积小矩形,在每个小矩形中点测定气体流速,为了准确,有时要分成几百个小矩形。评定气流分布均匀程度的指标有几种,如速度不均匀系数和均方根差等。气流分布均匀程度决定于除尘器断面与其进出口管道断面的比例和形状,以及在扩散管内设置气流分布装置情况。在场地面积不受限制时,一般采用水平布置进气管,并通过一条渐扩管与除尘器相联。同时,在含尘气体进入除尘器电场之前,设 13 块气流分布板。气流分布的均匀程度还取决于渐扩管的扩散角和分布板的结构。气流分布板的形式多为圆孔板和方孔,其优点是可根据气流实际分布情况进行现场调节。气流分布板的开孔率(开孔面积与分布板总面积之比)约为 2550%。相邻分布板的间距与入口高度之比为 0.50.2 左右。若占地面积受限,采用直角形入口时,在气流转弯处加导流叶片,同时在进入除尘器之前再加一块多孔分布板。3.2.5 除尘器的外壳电除尘器外壳必须保持严密,尽量减少漏风。当除尘器漏风量大时,不但使风机负荷加大,也会因电场风速提高使除尘效率降低,此外在处理高温烟气时,冷空气的渗入将使局部烟气温度降至露点以下,导致除尘器构件的积灰和腐蚀。电除尘器外壳材料,应根据处理烟气的性质和操作温度来选择。通常使用的材料有普通钢板、不锈钢板、铅板(捕集 H2SO4雾)、钢筋混凝土及砖等,电除尘器外壳材料种类见表 表3-1电除尘器外壳材料Table.3-1 Outer cover material of electric dust remover烟气性质外壳材料高温气体()钢板(加保温)、耐热混凝土腐蚀性气体砖(具有相应的抗腐蚀性)常温无腐蚀性气体钢板硫酸雾铅版磷酸雾不锈钢3.2.6 电除尘器的供电装置电除尘器只有在良好供电情况下,才能获得较高的除尘效率。随着供电电压的升高,电晕电流和电晕功率皆急剧增大,有效驱进速度和除尘效率也迅速提高。因此,为了充分发挥电除尘器的作用,供电装置应能提供足够的高压并具有足够的功率。电除尘器的供电装置主要包括:升压变压器、整流器和控制装置,此外还有输出高压直流电的高压电缆,通过高压电缆将直流电输入到电除尘器中。对供电装置的基本要求是提供粉尘荷电及收尘所需的高电场强度和电晕电流、工作可靠、使用寿命长、检查及维修量少。为了提高电除尘器的效率,必须使供电压尽可能高。但电压升高到一定值后,将产生火花放电,在一瞬间极间电压下降,火花的扰动使极板上产生二次扬尘。大量实践经验表明,每一台电除尘器或每一个电场都有一最佳火花率,一般为 50100 次分左右。这时电压升高所得到的收益恰好和火花造成的损失相抵消。电压再升高,则收益不足以抵消损失。一般说来,电除尘器在最佳火花率下运行时,时平均电压最高,除尘效率也最高。因此借助测量平均电压的仪表,可以方便地将电除尘器调整到最佳运行工作状况。电除尘器的供电通常是使用220V或380V的工频交流电经变压器升压和整流后得到的。若整流后加有滤波电容器,则可得到接近直流的平稳电压;否则得到波纹较大的脉动电压。实验表明,对电除尘器的运行脉动电压较优越,直流电压的火花电压也低。最早的电除尘器用自耦变压器人工调压,用机械整流器供电。目前广泛应用可控硅控制和火花跟踪自动调压的高压硅整流器,与前者比较有两个主要优点:使除尘器的火花率不超过一定值而输入功率保持最大的允许值;可避免人工控制时故意降低运行参数,可大大改善供电装置的运行状况。3.3电除尘器的分类除尘器可分为两大类:干式除尘器:包括重力沉降室、惯性除尘器、电除尘器、布袋除尘器、旋风除尘器。湿式除尘器:包括又喷淋塔、冲击式除尘器、文丘里洗涤剂、泡沫除尘器和水膜除尘器等。目前常见的运用最多的是旋风分离器、静电除尘器与布袋除尘器。而电除尘器种类繁多,通常有如下几种分类方法:3.3.1按气体流向分 立式电除尘器 气体在电除尘器内,从下往上垂直流动。它占地面积小,但高度较大,维护和检修不方便,气体分布不易均匀,对捕集粒径细的粉尘小,处理气量小,适宜在粉尘性质易被静电捕集的情况下使用。 卧式电除尘器 气体在电除尘器内沿水平方向流动,可按生产需要适当增加或减少电场数目。其特点是可实现分电场供电,避免各电场间相互干扰,以利于提高除尘效率;便于分别回收不同成分、不同的粒径粉尘,达到分类富集的作用;容易做到气体沿电场断面均匀分布;由于粉尘下落方向与气体运动方向垂直,粉尘二次飞扬比立式电除尘器少;设备高度较低,安装、维护方便;适宜于负压操作,对风机使用寿命和劳动条件十分有利。但占地面积较大,基建投资费用较高。3.3.2按清灰方式分 干式电除尘器 收下来的粉尘呈干燥的状态。操作温度一般要求高于处理气体露点2030,使用温度可达350450,甚至更高。通常采用机械、电磁、压缩空气等振打装置清灰。常用于收集经济价值较高的粉尘。 湿式电除尘器 收下来的粉尘为泥浆状。操作温度较低,对于一般含尘气体都需要进行降温处理,在降温至4070再进入电除尘器。设备需要采取防腐蚀措施。通常采用连续供水清洗沉尘极,定期供水清洗电晕极,这样,一方面可降低粉尘比电阻,使除尘容易进行。另一方面因无粉尘二次飞扬,所以除尘效率较高。因此,湿式电除尘器使用于气体净化或收集无经济价值的粉尘。另外,还由于水对处理气体有冷却作用,使气量减少,设备规格则相应减小。若气体含一氧化碳等易爆气体,采用湿式电除尘器可减少或防止爆炸危险。 电除雾器 气体中的硫酸、焦油液滴等以液体状除去。采用定期供水或蒸汽清洗沉尘极和电晕极,操作温度小于50,电极等钢构件必须采取防腐蚀措施。3.3.3按使用温度分 低温电除尘器 进入电除尘器的含尘气体温度低于150,存在含尘气体易冷凝结雾,造成设备腐蚀,粉尘黏结电极和绝缘件易爬电击穿等缺点。 中温电除尘器 处于含尘气体温度150300,属常规电除尘器,在工业领域得到广泛应用。 高温电除尘器 进入电除尘器的含尘气体温度300500,甚至更高,构件容易变形,壳体焊缝易开裂,部分或全部构件须才用耐热钢制作。3.3.4按沉尘极结构式分 管式电除尘器 沉尘极为圆管、蜂窝管、多段喇叭管和扁管等。电晕极线装在管的中心位置,电晕极与沉尘极间距(异极间距)相等,电场强度变化较均匀,它具有较高的电场强度,但清灰比较困难。除硫磺、黄磷等特殊情况外,一般用于湿式电除尘器或电除雾器。由于含尘气体从管的下方进入管内,并往上运动,故仅用于立式电除尘器。 板式电除尘器 沉尘极由平板按设定规律排列组成。为减少被捕集到的粉尘再飞扬和增强极板刚度,一般做成网、棒帏、袋式、鱼鳞、槽形、“Z”和“C”形等形式。电场强度变化不够均匀。清灰效果好,制作、安装和维护检修比较方便容易。3.3.5按电极配置分 单区式电除尘器 气体含尘尘粒荷电和积沉在同一个区域进行,电晕极系统和沉尘极系统都装在这个区域。在工业生产中已被普遍采用。 双区式电除尘器 气体含尘尘粒荷电和积沉在两个不同区域进行,前一区域装电晕极系统以产生带电离子,后一区域装沉尘极系统以捕集粉尘。其供电电压较低,结构简单。但尘粒若在前区未能荷8电,到后区就无法捕集而被益处电除尘器。国外已有多种结构形式。4 电除尘器部件选型4.1电除尘器的选型依据4.1.1电除尘器的类型及其评价指标电除尘器的型式有多种,根据阳极(收尘极)和阴极(放电极)在电除尘器中配置方式不同,可分为单区和双区两大类。单区电除尘器,按其结构不同又可分为:干式和湿式、立式和卧式、管式和板式等。我们可以根据各种型式电除尘器的性能、特点、容量、动力消耗、使用材料、造价等因素,进行可行性技术、经济分析以选出对所排放烟尘性状变化具有良好适应能力的电除尘器.考核电除尘器的工作性能有下列指标:a.除尘器的效率;b.除尘器的阻力p; c.处理的烟气量; d.设备费、安装费及运行管理费;e.除尘器的使用寿命;f.占地面积或占用空间体积。4.1.2粉尘特性及除尘要求a.锅炉排烟的含尘量、粉尘的化学成分及分散度、烟气流量变化、烟气温度以及粉尘的密度、比电阻、粘附性、磨损性等性状数据;b.净化后气体的排放标准;c.除尘器的分级效率或总效率;d.粉尘的回收价值及回收利用形式。4.2电除尘器的可靠性分析4.2.1结构因素的影响结构因素往往与烟气性质、操作因素一起对除尘效率产生影响。它可以从两方面来分析:一是使每个电场的除尘性能下降;二是使一个或两个电场出现异常与故障,使可靠性大幅度降低,最终都会影响总除尘效率。一台设计、制造、安装及维护得好的电除尘器,其结构因素不易改变,此时与其说结构因素的影响,不如说结构因素对烟气及粉尘性质变动适应性如何。实际上;前几级电场可采用RS管状芒刺线、后级电场可采用星形线的配置方式,原因是RS管状芒刺线机械强度大,故障率低,起晕电压低,对高粉尘浓度适应性好;后级电场粉尘比电阻较高,粒径较小,故采用放电均匀的星形线,以提高除尘效率.另外,设备的可靠性还可从电场内部结构沿气流方向细划成小分区(最小供电单元)供电,避免局部短路对整个电场的影响。在结构上电场长度愈短,电场串联数愈多,设备的可靠性就愈高。是因为电场中任何一点故障都会影响整个电场运行,故分得愈细,故障点对总除尘效率的影响愈小。气流分布不均会严重影响除尘效率,因为烟气速度场不均,会产生二次飞扬、局部积灰、驱进速度下降,造成漏尘率增大。此外,电除尘器的辅助设施与配套设备,特别是除尘系统的可靠性,如设计时考虑不周造成先天不足,也会使电除尘器不能发挥高效除尘的性能。4.2.2操作因素的影响从总体上讲,电场电晕功率愈大,除尘效率愈高。一般要求供电装置具有良好的电压跟踪特性,也要求使用者能够选择合适的火花频率,以达到最大的电晕功率输出。由于后级电场粉尘细、粘附力强,积灰现象普遍比前级电场严重。如振打装置效果差,极板就会积灰,振打周期不合理、烟气旁路漏风等因素均导致粉尘的二次飞扬,使漏尘率增大。4.3影响电除尘器效率的主要因素除尘效率是电除尘器最重要也是难度最大的设计课题。因为影响效率的因素很多,至今尚无成熟、可靠的设计规范可循,形成不了一个通用的计算准则。所以这里仅就影响电除尘器效率的主要因素略加分析。4.3.1烟气粉尘的比电阻烟气粉尘的比电阻是评定粉尘导电性能的一个指标。电除尘器的性能,在很大程风等因素均导致粉尘的二次飞扬,使漏尘率增大。度上决定于烟气粉尘的比电阻。其值可以通过实测按下式计算: (4-1)式中:通过粉尘层的电压降,V I通过粉尘层的电流,A 粉尘层的截面积, 粉尘层的厚度,cm 电除尘器最佳的烟气粉尘比电阻约在. 4.3.2电场风速 烟气在收尘电场中的平均流速,称为电场风速。它可用下式表示: (4-2)式中:进入电除尘器的烟气量, 电场截面积, 电场风速与收尘极板的形式有关。从电除尘器的制造成本和布置出发,要求提高电场风速,缩小体积;但气流速度的增加会使除尘效率降低,这就限制了气流速度的提高.尘粒在电场中必须荷电后才能驱向收尘极,因此决定了气流速度的上限不应使尘粒在电除尘器的有效区内停留时间少于12s,否则尘粒便不能全部荷电。尘粒愈细,要求在电场中停留的时间愈短。此外,尘粒在从收尘极表面开始脱离时,电场内气流速度有个临界值,若气流速度在此临界值以下,就不会发生二次飞扬。飞灰的临界速度约为2. 4 m /s。当然,临界速度不但与粉尘特性有关,还与收尘极板的结构、粉尘对极板的附着力以及电晕极的放电能力等有关.所以,对不同结构型式的电除尘器,在处理不同的含尘气体时,应有各自的气流速度上限。4.3.3烟气含尘浓度 单位烟气体积中粉尘的含量称含尘浓度。含尘气体通过电场时,随着含尘浓度的增加,电流会逐渐减小。当含尘浓度达到某一极限值时,通过电场的电流会逐渐趋于0,这种现象称为“电晕封闭”,此时除尘效率也趋于0。通常在电除尘器内,烟气含尘浓度大于200 时,就会产生电晕封闭。不同性质的尘粒达到电晕封闭的极限含尘浓度值也不同。一般然煤锅护设计的电除尘器含尘浓度的适应范围为7。在含尘浓度超过时,就应考虑在电除尘器前加装预除尘装置.4.3.4烟气粉尘的分散度 工业粉尘都是由粒径不同的颗粒组成的,这就是粒子群。粉尘的粒径分布称为分散度。通常按粒径大小进行分组。在除尘技术中,按05um、510um、1020 um、2040um、4060um、大于60um的粒径划分,并用分组重量百分数(粒径频率)来表示它的分散度。其表达式如下: % (4-3)式中:粒径为d的粉尘分散度,% 取样粉尘中粒径为d的粉尘 重量,g Go取样粉尘总重量,g 在工程设计中,要满足全部粒径各不相同的尘粒特性是很困难的。因此,采用平均粒径。在不同的应用范围中,尽可能找出能较好地代表全部粒子群工作特性的平均粒径来粒子群的粒径分布可以是正态分布,也可以是偏态分布。4.3.5驱进速度 荷电悬浮尘粒在电场力的作用下,垂直于收尘极板方向运动的速度,称为尘粒的驱进速度。在工程中通常采用实测的速度作为设计依据。目前多数用半经验公式或按厂家提供的数据计算。 有效驱进速度。的计算是通过除尘器效率公式反算得出的。即: (44) (45)式中:要求的除尘器效率(百分数) exp(-vf)-漏尘率(百分数) v尘粒的有效驱进速度,m/s A除尘器收尘极总面积, 除尘器的比表面积, 被处理的烟气量, /s (46)式中:除尘器入口烟气量, 除尘器漏风量, /s由于,是通过效率公式反算得出的,因此已失去理论驱进速度的物理意义,所以称为有效驱进速度。对于不同的粉尘、不同的工艺条件及电除尘器的结构,其有效驱进速度是不同的。通过实测和生产实践的总结,对煤粉具有效驱进速度推荐为0.812 m/s。如掌握了特定条件下的有效驱进速度v,同时已知要求的除尘效率和处理的烟气量 就可求出收尘极的总面积A(如考虑到煤种特性变化,A值还要乘以一个能力储备系数K= 1. 1 1. 3来修订),可供选择除尘器之用。4.4除尘器的选型计算电除尘器的选型计算就是根据要求处理的烟气量和净化要求,来确定电场断面积、收尘极总面积、电场长度、收尘极和电晕极的型式、数量以及振打方式等。4.4.1确定电场断面积及其形状电场断面积可根据烟气平均流速来确定。即: (47)式中:处理的烟气量, v烟气平均流速,m/s对一定结构型式的电除尘器,当烟速增加时,除尘效率会降低。因此烟速不宜过大;但如果烟速过小,则会使除尘器体积增大,投资费用增加。烟气平均流速一般在1. 01. 5 m/s范围内。电场断面形状与现场条件有关。通常希望断面形状接近正方形,这样可使烟气在电场内的分布趋于均匀。根据这个原则确定电场的宽度和高度。4.4.2确定收尘极、电晕极的间距和排数根据实践,目前电除尘器收尘极间距一般采用=200300mm,电晕极与收尘极间距为l00150mm,电晕极之间为200300mm.收尘极和电晕极的排数可以根据电场宽度和收尘极的间距来确定。即: n=b/+1 (48)式中:b电场宽度,m 极板间距,m4.4.3计算电场长度 L=A2(n一1)h (49)式中:A收尘极总面积, n收尘极排数 h电场高度,m如果确定有效驱进速度有困难,也可按含尘烟气在电场内的停留时间来确定电场长度。值可在3lOs范围内选取。对净化要求高的,停留时间可选长些。此时电场长度可按下式计算: (410)式中:v烟气在电场内的平均流速,m/s 烟气在电场内的停留时间,s4.4.4确定电晕电极使用电压为提高除尘效率,必须强大驱进速度v,在影响这个速度的因素中,电场强度是主要的。根据实践经验,电场强度推荐E = 5 kV/cm。电晕极使用电压可按下式计算: u=E/2 (411)式中: 极板间距,m E电场强度,V/m含尘烟气经过除尘器后,它的压力降称为除尘器的阻力。阻力愈小,动力消耗愈少,运行费用愈低。电除尘器本身的阻力,可按局部阻力计算式计算.该阻力与其结构型式有关,各种电除尘器的阻力系数,可从有关手册或产品说明书中查得。4.4.5电除尘器的耗电量计算消耗电量可按下式计算: (412)式中: 处理的烟气量, /h 效率(百分数), 电除尘器的阻力,Pa 电除尘器运行时间,h 102单位之间转换系数,根据电晕电压及耗电量,即可选择高压直流电源的电器设备。5电除尘设计计算5.1电除尘器主要参数计算5.1.1设计依据处理含尘气体气量:Q=90000含尘气体温度:t180气体入口含尘量:粉尘的成分:飞灰 粉尘的粒度分布:表5-1 粉尘粒度分布Tablet.5-1 The granularity of dust is distributed粒径,2015151010886平均粒径,17.512.597含量,%2.24.62.614.1粒径,6442211平均粒径,531.50.6,查表, 5.1.5电晕电流参照极距为350mm电除尘器实际使用较好情况,取操作电压u=60kV=60000V其中, 表5-2 混合气体列表 Tablet.5-2 Mist tabulation气体名称组分,%2080,0.8161.84S356506因为燃烧低硫煤,所以、含量很少,可以忽略不计。混合气体中的离子迁移率在、的混合气体中即电晕电流为 在含尘气体中的离子迁移率取,据测同理第一场比电流值5.1.6电场强度电晕电场强度 沉尘极附近的电场强度 5.1.7粒子在电场驱进速度其中 查表计算各种粒径粉尘驱进速度 表5-3 各种粒径粉尘驱进速度分布Tablet.5-3 Various grains of dust of foot-path drive and enter the pace and is distributed平均半径,um8.756.254.53.5驱进速度,cm/s25.7618.4013.2510.30平均半径,um2.51.50.750.25驱进速度,cm/s7.364.182.200.736总的平均驱进速度 5.2电除尘器总体计算5.2.1沉尘极比表面积5.2.2沉尘极板表面积因处理气量、温度、压力的波动、供电系统的可靠性等因素影响参照实际生产情况,取富裕系数。因此,其需要的沉尘极的面积为实际比表面积5.2.3验算除尘效率5.2.4有效截面积参照我国热电厂的电除尘设备确定为双室3场(23)电除尘器,取气体速度,有效电厂长度,有效截面积即每个室有效截面积,取电场有效高(沉尘极板),电场宽度为,单电场有效长度,单排沉尘极由8块385“C”型极板组成,单电场有15排沉尘极,14排电晕极。5.2.5气体在电除尘器内通道数取个通道即单电场14个通道5.2.6气体在电场内有效停留的时间5.2.7电除尘器实际具有除尘面积可行。5.2.8每个电场电晕极线有效长度由于 “RS”型电晕极线在两翅片端部产生电晕放电,因此,可把“RS”型电晕线看成是相当于两条圆电晕线放电效果。所以“RS”型电晕极线计算有效长度为5.3零部件设计计算5.3.1分流分布板采用市场上2DCZ3-20电除尘器气体进出口的结构形式,为层分流分布板。开孔率 取阻力系数,查表得。气流分布板高5.92m,宽4.9m,分布板与进出口档流板间隙 分布板应尽量布置得靠近档流板,以超过档流板100mm为宜分布板振打措施将进出口气流分布板与沉尘极振打杆焊接形式如图5-2 图5-2 分布板与撞击杆连接形式Fig.5-2 Distributed the board and struck the connection form of the pole1-分布板;2-沉尘极1-Distributed the board;2- Sink the dust very much5.3.2沉尘极支承沉尘极板上部小梁计算。支承沉尘极板上部小梁如图5-3图5-3 支撑沉尘极上部小梁Fig.5-3 Support and sink Xiao Liang of the top very much of dust1- 小梁;2-撞击杆1- Xiao Liang;2- Strike the pole查型钢表取角钢满足要求。支承沉尘极大梁。支承沉尘极大梁如图5-4 图5-4 支撑沉尘极大梁简图Fig.5-4 Support and sink the sketch of summer beam very much of dust1- 大梁;2-一排沉尘极1-Daliang;2- A platoon sinks the dust very much查型钢工字钢2701228.5I=6550 I=4972.16I=6550满足要求。沉尘极振打估算考虑过负荷、启动、制动频繁并带振打分布板,因此,实际选用XWED0.37-63-1/385行星摆线针轮减速器。拖动电机:N=0.37kV,n=1500r/min,i=385,低速轴许用扭矩:M=1960。支撑振打轴轴承采用尘中轴承,振打锤头采用加强型锤头。振打功估算: 传动轴扭转刚度计算: 满足要求。5.3.3电晕电极 电晕极结构。采用重锤式悬挂结构,上部悬挂,下部重锤结构如图5-5。图5-5 下部重锤结构Fig.5-5 Heavy hammer structure of underpart1-重锤;2-下框架;3-“RS”型电极1- Heavy hammer;2- Make the frame;3-“RS” Electrode上部用螺栓与上框架固紧,下部重锤为对半式,中间有导槽,卡住扁钢下框架。扁钢框架与四角“”极线固接成整体,以适应热膨胀,保证极间距,防止极线热扭曲变形。 电晕极吊杆强度。电晕极吊杆,无缝钢管4根,每电场电晕极估计质量(含黏附粉尘)。强度 满足要求。 电晕极排架的弯曲应力。选用槽钢 满足要求。 电晕极吊架弯曲应力。吊架受力情况如图5-6, 满足要求。图5-6吊粱受力情况Fig.5-6 Hang the fine grain and receive the strength situation选用槽钢 电晕极振打装置采用行星摆线针轮减速器。 悬式绝缘子。采用型悬式绝缘子。5.3.4电除尘器壳体 一个室截面内壁面间宽度: 上梁底面至灰斗上端面距离: 灰斗上端面至基础距离:电除尘器内部垂直方向最长构件,在拿掉灰斗后,能从下部顺利取出。因此,取 一个室(通道)两支柱距离: 每个电场长度: 纵向内壁面间距: 纵向支柱距离: 灰斗内隔板梁距离: 壳体的横断面几何尺寸、纵断面几何尺寸以及壳体的顶盖设计尺寸将在大图中给出。顶盖纵、横向主骨架,由于置于壳体框架梁上,周边四条采用轻型槽钢,其余用轻型工字钢与8mm厚钢板焊接而成.5.3.5 灰斗计算 灰斗几何特性:灰斗的平面如图5-7。图5-7 灰斗平面图Fig.5-7 Hod plane figure用四块灰斗隔板将槽形灰斗分成五部分,计算部分,跨中间加一条直肋和四道水平肋。灰斗壁长:计算部分体积: 斗壁板强度:因为,只计算第板见图5-8 图5-8灰斗壁板 Fig.5-8 Hod panel两水平加强肋可视为斜壁的弹性支座,跨中最大弯矩近似为 满足要求。 斗壁水平肋: 选用角钢 水平肋断面尺寸及系数 水平肋强度 满足要求。 灰斗隔板梁与侧壁连接图5-9 隔板梁与侧壁的连接Fig.5-9 Baffle roof beam and connection of the side wall选用角钢,与侧壁及灰斗隔板梁连接如图5-9焊缝强度焊缝连接处反力:焊缝连接处弯矩: 焊缝面积: (温度时的焊缝许用强度)满足要求。 连接螺栓计算 按剪切由,有, 取螺栓。 5.3.6排灰及锁气 采用拖(拉)链排灰,两级重锤电动锁气器锁气。1.拖链排灰机 排灰量:排灰容积:采取间断排灰,每2小时排一次,每次排灰。所需拖链的运输能力为 拖链机机槽设计宽度取,有效高度150,拖链机速度取 拖链机的生产能力满足要求。 电动机的选择 轴功率: 电动功率: 选用摆线针轮减速器拖动电机; 传动计算 拖链机头轮取8个齿,节距为,线速度为。头轮转速:总速比: 采取:摆线针轮减速器链传动装置。链传动比:传动装置总速比:头轮实际转速 两级重锤电动锁气器 选用行星摆线针轮减速器,拖动电机,。 排灰转数:5.3.7供电系统选择 各电场电晕电流总容量 第一电场: 第二电场: 第三电场: 采取各电场分别配一台型硅整流器可控硅调压,既一台电除尘器,配6台整流设备。 一台整流设备负载 低压动力设备确定变压二次侧负荷 6影响电除尘器经济效益指标分析影响电除尘器的各项技术经济指标的因素有很多,大致可分为四个方面:6.1 粉尘特性的影响 6.1.1粉尘的粒径分布粉尘的粒径分布对电除尘器的效率有很大影响,这是因为分级除尘效率随驱进速度的增加而增大,而驱进速度与粒径的大小成正比。总除尘效率随着粉尘粒径的增大而增加,随几何标准偏差的增加而减小,因此在进行静电除尘器设计或选型计算时,测定粉尘的粒径分布是极为重要的,它是计算排出的浓度不至于超过排放标准的基本依据。6.1.2粉尘的粘附性如果粉尘的粘附性较强,沉积在收尘极板上的粉尘不易振打下来,使收尘极的导电性大为减弱,导致电晕电流减小。如果粘附在电晕极线上,会使电晕线肥大,降低电晕放电效果,粉尘难以充分荷电,导致效率降低。粉尘的粘附性不仅与烟气和粉尘的组成成分有关,而且与粉尘的粒径有关,粒径愈小,粘附性愈强。粉尘的粘附性主要包括分子引力、毛细管粘着力及静电库仑引力。但关于这些力的理论计算较繁复,其结果还缺乏可靠性。可采用粉尘层的粘附强度作为评定粉尘粘附性的指标。为克服粉尘粘附性大的缺陷,除尘器振打锤的设计一定要科学合理,既要保证有效清除极板极线上的粉尘,又要保证不产生二次飞扬。振打装置也要设计合理,对收尘极振打可通过调整振打时间,保证极板上的粉尘成片剥落,对放电极振打,可通过调整振打锤的提升角度来保证足够的振打力,如将顶部提升振打改为腰部挠臂振打,既提高了振打锤的振打力,又加快了振打周期,使电晕线经常保持正常的工作状态,保证电除尘器的高效除尘率。6.1.3粉尘的比电阻ESP的性能,很大程度上取决于粉尘的比电阻。当比电阻小于正常值时荷电粉尘一旦到达收尘极表面,便很快释放电荷,并由于静电感应而很快获得与吸尘性相同的正电荷,若带正电荷的粒子与吸尘极之间的排斥力大得足以克服粒子对极板的附着力,尘粒就会从极板上跳回气流中,重返气流中的尘粒再次荷电后被捕集,又再次跳出去,最终可能被气流带出静电除尘器,导致效率降低。相反,如果尘粒比电阻过大,沉积在极板上的尘粒释放电荷的速度缓慢,形成很大的电附着_力,这样不仅清灰困难,而且随着粉尘层的增厚,造成粉层电荷积累过大,与吸尘极板产生一个强电场,这电场不但减弱了电极间的电场强度,排斥其它粉尘向极板运动,当粉尘层的强度大于其临界值时,还会在粉层的孔隙间产生局部击穿,导致反电晕。在反电晕情况下,粉尘二次扬尘严重,电能消耗增加,除尘性能恶化甚至无法工作。6.2.烟气性质的影响6.2.1烟气温度烟气温度不仅对粉尘比电阻有影响,而且对电晕始发电压、火花放电电压、烟气量等有影响,随温度的上升,电晕电压减小、火花电压降低。烟气温度上升会导致烟气处理量增大,电场风速提高,引起除尘效率下降。当烟气温度超过3000C时,就需要采用耐高温材料并且要考虑ESP的热膨胀变形问题。电除尘器通常适用的温度范围是100-250。6.2.2烟气湿度 原料和燃料中含有水分,参与燃烧的空气也含有水分。因此,燃料燃烧的产物及烟气中含有水蒸气,对ESP的运行是有利的。但是在有孔、门等漏风的地方,由于在这里烟气温度降至露点以下,就会造成酸腐蚀。增湿可以降低比电阻,提高除尘效率。为了防止烟气腐蚀,ESP外壳应加保温层,使烟气温度都保持在和湿度相对应的露点温度之上。6.2.3含尘质量浓度ESP对烟尘人口质量浓度有一定的适宜范围,在人口质量浓度过高时需要在ESP前增设预收尘装置。在负电晕情况下,在电场空间的含尘气流中主要有3种粒予即电子、负气体离子、带负电的尘粒。所以,电晕电流一部分由电子和负离子运动形成,一部分由荷电粉尘形成。但由于粉尘的大小和质量大于气体离子
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