机械毕业设计（论文）-热电厂电除尘器设计【全套图纸】

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 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 2 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； II Abstract Again 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; III 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 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。 热电厂电除尘器设计 2 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 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 3 m 3 m 3 m 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 3 m 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， 热电厂电除尘器设计 4 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 2 m 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 2 m 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 2 m 2 m 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 2 m 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。 2 m 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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 热电厂电除尘器设计 6 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） 1 A wQ e 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 410 1010:cm: 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 114 1010cm: 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 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 热电厂电除尘器设计 8 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， 13 10cm: 3 m 3 m 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 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 3 /mh 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、 热电厂电除尘器设计 10 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 3 /g m 0.210.01（标况） 。用立于筒顶预热器窑，则入口含尘为 2843.6（标况） ， 3 /g m 3 /g m 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 出口为 0.040.019（标况） 。 3 /g m 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， 23 Fe O 13 14 10cm : : 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 3 /mg m 3 /mg m 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 3 /mg m 仅 0.0070.03（标况） ，除尘效率达 80%-98%。 3 /mg m 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。 热电厂电除尘器设计 12 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 3 /mh 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 2 m ，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。 3 /mh 2 m 2 m 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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。 热电厂电除尘器设计 14 3 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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