大气污染控制工程第六章第二节.ppt

第6章除尘装置 2电除尘器ElectrostaticPrecipitators ESP 一 电除尘器的工作原理二 电晕放电三 粒子荷电四 荷电粒子的运动和捕集五 被捕集粉尘的清除六 电除尘器的结构七 粉尘比电阻八 电除尘器的选择和设计教学难点与重点电除尘器的工作原理荷电粒子的运动和捕集电除尘器的结构电除尘器的选择和设计 2电除尘器 旋风除尘器对于dp 5 m的粒子处理效率低 必须借助外力 电场力等 捕集更小的粒子利用高压电场使尘粒荷电 在电场力作用下使粉尘从气体中去除的装置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具有耗能小 气流阻力小的特点 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缺点 1 一次性投资高2 安装精度要求高3 对粉尘比电阻有一定要求 1 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 电晕放电粉尘荷电粉尘运动 气体电离 放电金属线电晕极 含负离子区区 电晕区 金属管集尘极 三步曲 1 电除尘器的工作原理 2 电晕放电 1 电晕放电机理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 3 粒子荷电 两种机理电场荷电或碰撞荷电 离子在静电力作用下做定向运动 与粒子碰撞而使粒子荷电扩散荷电 离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程 依赖于离子的热能 而不是依赖于电场粒子的主要荷电过程取决于粒径对于d 0 5 m的微粒 以电场荷电为主对于d 0 5 m的微粒 以扩散荷电为主对于粒径介于0 15 0 5 m之间的粒子 则需要同时考虑这两种过程 4 异常荷电现象 1 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 通常当高比电阻高于2 1010 m时 较易发生火花放电或反电晕 破坏正常电晕过程 2 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 使尘粒不能获得足够的电荷 3 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 5 荷电粒子的运动和捕集 1 驱进速度力平衡关系t 0时 0 则最终得 1 驱进速度 在所有的电除尘器中 e的指数项是一个很大的数值 例如 密度为1g cm3 直径为10 m的球状粉尘粒子 在空气中有若t 10 2s 完全可以忽略不计所以 驱进速度 电场力与空气阻力达到平衡 1 驱进速度 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 捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定 除尘器中气流为湍流状态在垂直于集尘表面的任一横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 2 捕集效率一德意希公式 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 2 捕集效率一德意希公式 捕集效率随粒径的变化 3 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 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 e表示 e 0 2 2m s K 指数 一般取0 5 3 有效驱进速度 例6 3在气体压力为101 325kPa 温度为20 条件下运行的管式电除尘器 圆筒形集尘极直径D 0 3m 管长L 2 0m 气体流量Q 0 075m3 s 若集尘极附近的平均场强E 100Kv m 粒径为1 0 m的粉尘荷电量q 0 3 10 15 试计算粉尘的驱进速度和捕集效率 解 1 计算粉尘的趋进速度 20 时 2 计算捕集效率 集尘极的表面积m2 m2 则除尘效率为 5 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 5 被捕集粉尘的清除 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 1 气流分布 电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响为保证气流分布均匀 在进出口处应设变径管道 进口变径管内应设气流分布板最常见的气流分布板有百叶窗式 多孔板分布格子 槽形钢式和栏杆型分布板 对气流分布的具体要求是任何一点的流速不得超过该断面平均流速的40 在任何一个测定断面上 85 以上测点的流速与平均流速不得相差25 影响静电除尘装置除尘效率的因素 2 气流分布板 气流分布不均匀时 电除尘器通过率的校正系数FV 例6 4利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘 已知该电除尘器由四块集尘板组成 板高和板长均为366cm 板间距24 4cm 烟气体积流量2m3 s 操作压力为1atm 设粉尘粒子的驱进速度为12 2cm s 试确定 1 当烟气的流速均匀分布时的除尘效率 2 当供入某一通道的烟气为烟气总量的50 而其他两个各供入25 时的除尘效率 1 Q 2 3 0 667m3 s S 3 662 13 4m2 2 查图6 27得Fv 1 75故 解 3 粉尘比电阻 比电阻各种物质的电阻与其长度成正比 与其横截面积成反比 并和温度有关 Rs 比电阻 L 长度 A 横截面积 定义 一种物质的比电阻是其长度和横截面积各为一单位时的电阻 比电阻的倒数称为电阻率 3 粉尘的导电性 工业粉尘导电方式有两种 本体导电 取决于粉尘和气体的温度及组成 在高温时 约大于200 导电主要通过粉尘本体内部的电子或离子进行 在本体导电占优势的温度范围内 粉尘比电阻称为容积比电阻 表面导电 在较低温度下 气体中存在的水分或其它化学调节剂被尘粒表面吸附 因而导电主要是沿尘粒表面所吸附的水分和化学膜进行的 在导电沿尘粒表面进行的温度范围内 粉尘比电阻称为表面比电阻 沉积在集尘电极上的灰尘的比电阻对电除尘器能否有效地运行有显著的影响 3 粉尘的导电性 比电阻过高或过低都会大大降低电除尘器的除尘效率 适宜的范围是从103 104 cm 2 1010 cm 通常所需要的粉尘的最小导电率是10 10 cm 1高比电阻粉尘 导电率低于大约10 10 cm 1 即电阻率大于1010 cm的粉尘 通常称为高比电阻粉尘 影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外 还包括粒子大小和形状 粉尘层厚度和压缩程度 施加于粉尘层的电场强度等在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据 1 比电阻过低 如果灰尘的比电阻小于103 104 cm 形成在集尘电极上跳跃的现象 最后可能被气流带出电除尘器 用电除尘器处理各种金属粉尘和石墨粉尘 炭黑粉尘都可以看到这一现象 解决途径 采取在电除尘气后面串联旋风除尘器的办法来解决 j V 比电阻过高时模拟电路图 2 比电阻过高当灰尘的比电阻超过1010 cm 电除尘器的性能就随着比电阻的增加而下降 主要是由于比电阻过高 容易形成反电晕现象 使电除尘器的效率降低 3 粉尘的导电性 烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响 a 飞灰b 水泥窑粉尘 4 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电阻粉尘会干扰电场条件 导致除尘效率下降低于1010 cm时 比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响比电阻介于1010 1011 cm之间时 火花率增加 操作电压降低高于1011 cm时 产生明显反电晕 4 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 4 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 粉尘比电阻对有效驱进速度的影响 4 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 粉尘比电阻对场强分布的影响 5 克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁采用较好的供电系统烟气调质增加烟气湿度 或向烟气中加入SO3 NH3 及Na2CO3等化合物 使粒子导电性增加 最常用的化学调质剂是SO3改变烟气温度向烟气中喷水 同时增加烟气湿度和降低温度发展新型电除尘器 烟气调质 S含量对粉尘比电阻的影响 Log10resistivity cm 5 克服高比电阻影响的方法 六 电除尘器的选择和设计 电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 六 电除尘器的选择和设计 1 比集尘表面积的确定根据运行和设计经验 确定有效驱进速度 e按德意希方程求得比集尘表面积A Q2 长高比的确定集尘板有效长度与高度之比 直接影响振打清灰时二次扬尘的多少要求除尘效率大于99 时 除尘器的长高比至少要1 0 1 5 六 电除尘器的选择和设计 3 气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积 计算烟气的平均流速平均流速高于某一临界速度时 作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加 粉尘的重新进入量亦迅速增加4 气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高 电场内尘粒的空间电荷很高 易发生电晕闭塞应对措施 提高工作电压 采用放电强烈的芒剌型电晕极 电除尘器前增设预净化设备等 六 电除尘器的选择和设计 电除尘器的辅助设计因素 电除尘器的选择设计和应用小结 1 电除尘的选择 烟尘和烟气的来源和生产过程 烟尘粒度大小的分布 烟尘浓度 烟尘成分和结构 现场实际的烟尘比电阻 总烟量 烟气的压力 温度和成分 烟气和烟尘的腐蚀性 2 电除尘的设计 1 收集资料 2 确定有效驱进速度 3 集尘极板面积 4 其它辅助设计内容 1 收集资料根据以上各节的讨论 可以归纳选择和设计除尘器时的主要参数 要求的除尘效率或除尘的进出口含尘浓度 烟气和烟尘的性质及回收价值 设备材料的供应情况及价格 2 确定有效驱进速度影响有效驱进速度的因素如下 a 粒径dp 在除尘效率一定时 粒径较大 则所需单位集尘极板面积 A V 减小 有效驱进速度可取高点 反之可取小点 b 除尘效率 除尘效率降低则有效驱进速度增加 除尘效率增加则有效驱进速度降低 c 比电阻 比电阻降低则有效驱进速度增加 比电阻增加则有效驱进速度降低 测得允许的电晕电流密度值减小 尘粒的荷电量减小 荷电时间增大 故可取小的驱进速度 d 二次扬尘 3 集尘极板面积 按多依奇方程式计算 注意 板式除尘的有效集尘面积是指电晕放电空间的收尘电极的净当量面积 4 其它辅助设计内容气流速度v 指总的气体流量和通道截面积计算而得的平均气速 降低气速 效率可以提高 但低到一定程度 有效驱进速度却随之下降 因此 应在满足所需的效率下选取有效驱进速度高的风速 才是较经济的 一般取0 4 4 5m s 此外设计内容还有电晕功率 管式电除尘的管径 有效的高压分组电场数 电晕电极长度 电极的振打等 电除尘器内部尺寸的设计 一 平板式电除尘器根据求出Ac 然后根据选定的集尘极的间距2b 高度h及长度L确定所需通道数n 再计算其它各项 1 通道数 2 通道横截面积 3 处理气量 4 处理停留时间 于是平板型除尘器的效率公式为 例6 4某钢铁厂90m2烧结机尾电除尘器的实测结果如下 电除尘器进口含尘浓度为g m3 出口含尘浓度为g m3 进口烟气流量为m3 h 44 4m3 s 该除尘器采用Z型板极和星型电晕线 断面面积m2 集尘极总面积m2 二个电场 试参考以上数据设计另一新建130m2烧结机尾的电除尘器 要求除尘效率 工艺设计给出的总烟气量 m3 h 即70m3 s 解 1 根据实测数据计算原电除尘器的除尘效率和有效趋进速度 2 设计新的电除尘器 若选取系列产品SHWB60时 则集尘极总面积为3743m2 其有效断面积为63 3m2 此时电场风速 按要求的效率和有效趋进速度m s 求得 s m 则所需的集尘极的总面积为 m2 m s 管式电除尘器 设除尘器圆筒个数为n 圆筒半径为R 长度为L 则有 1 圆筒个数 2 通道横截面积 3 处理气量 4 处理时间 效率 除尘装置的选择 除尘器的性能可用技术指标和经济指标评价处理气体量技术指标 压力损失捕集效率基建投资经济指标 占地面积以及使用寿命运转管理费 1 纵横式超高压宽间距静电除尘器 纵横式超高压宽间距静电除尘器采用超高压电场可以增大静电除尘器所适应的粉尘比电阻范围 可以解决或改善以往工况条件恶劣情况下电除尘效率低的问题 基本结构特点 应用超高压横向电场和超高压纵向电场串联 采用超高压宽间距横向分布电场 电场分布符合粉尘分布规律 该除尘器采用优秀的顶部电磁振打技术 顶部振打清灰 力的传递符合积灰脱落规律 清灰效果好 二次扬尘少 除尘效率高 电袋一体化除尘器是将电除尘与布袋除尘结合使用 即在布袋前方加多级电场使