静电应用之静电除尘技术课件.ppt

1 第十章静电应用之静电除尘技术 2 第十章静电除尘技术 本章主要介绍粉尘的性质 静电除尘器的工作原理 结构 性能影响因素等 并简单介绍静电除尘器的几种应用 10 2静电除尘器的工作原理 10 1粉尘的来源及性质 10 3静电除尘器的基本结构 10 4静电除尘器性能的影响因素 10 5静电除尘器的应用 3 10 1粉尘的来源及性质 一 粉尘的来源及类别粉尘的定义为 由自然力或机械力产生的 能够悬浮于空气中的固体微小颗粒 国家采暖通风与空气调节术语标准 GB50155 92 国际上将粒径小于75 m的固体悬浮物定义为粉尘 在通风除尘技术中 一般将1 200 m乃至更大粒径的固体悬浮物均视为粉尘 本课程所述粉尘均在此定义范围之内 第十章静电除尘技术 4 第十章静电除尘技术 粉尘的分类 按粉尘粒径大小可以分为 1 可见粉尘 可见粉尘是指用肉眼可见 粒径大于10 m以上的粉尘 2 显微粉尘 显微粉尘是指粒径为0 25 10 m 可用一般光学显微镜观察的粉尘 3 超显微粉尘 超显微粉尘是指粒径小于0 25 m 只有在超显微镜或电子显微镜下可以观察到的粉尘 按粉尘的物性可以分为 1 亲水性粉尘 疏水性粉尘 2 不粘粉尘 微粘粉尘 中粘粉尘 强粘粉尘 3 可燃粉尘 不燃粉尘 4 高比电阻粉尘 一般比电阻值粉尘 导电性粉尘 5 纤维性粉尘 颗粒性粉尘 5 第十章静电除尘技术 粉尘来源粉尘来源可分为两大类 一是人类活动引起的 二是自然过程引起的 人类活动引起的粉尘主要来源于3个方面 即工业生产污染源 生活活动污染源及交通运输污染源 1 工业生产污染源 如火力发电厂 钢铁厂 化工厂 矿山作业区等工业部门的生产及燃料燃烧过程 都向大气中排入大量的粉尘及其他有害成分 工业生产污染源是造成粉尘污染的最主要的来源 2 生活污染源 城市和工矿企业住宅区 商业区千家万户的生活炉灶 经营性炉灶以及采暖锅炉的烟囱 同样会向大气中排入烟尘 这些污染源分布广 污染物总量大 对局部的大气环境质量常有很大影响 3 交通运输污染源 汽车 火车 轮船 飞机等交通工具排故的尾气及行走二次扬尘都含有粉尘污染物 在交通运输业十分发达的今天 尤其在城市 它已成为粉尘污染的重要来源之一 6 第十章静电除尘技术 二 粉尘的性质尘粒具有形状 粒径 密度 比表面积四大基本特性 还具有磨损性 荷电性 湿润性 粘着性以及爆炸性等重要性质 这些都是除尘技术的重要内容 1 粉尘颗粒的形状表征粉尘颗粒的形状是指一个尘粒的轮廓或表面上各点所构成的图像 由于在工业和自然界中遇到的粉尘形状千差万别 下表定性地描述了尘粒形状 7 第十章静电除尘技术 2 粉尘的物理性质 粒径粒径是表征粉尘颗粒状态的重要参数 一个光滑圆球的直径能被精确地测定 而对通常碰到的非球形颗粒 精确地测定它的粒径则是困难的 事实上 粒径是测量方向与测量方法的函数 下表示常见的测量方法 8 1 显微镜法定向直径dF 也称菲雷特直径 Feret直径 为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM 也称马丁 Martin直径 为各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA 也称黑乌德 Heywood直径 为与颗粒投影面积相等的圆的直径Heywood测定分析表明 同一颗粒的dF dA dM 第十章静电除尘技术 9 2 筛分法筛分直径 颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用 目 表示 每英寸长度上筛孔的个数 通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度 与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比 s s 1 第十章静电除尘技术 10 分散度粉尘的粉径分布称为分散度 粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数 或质量或表面积 所占的比例 粒径分布可用表格 图形和函数表示 个数分布 每一间隔内的颗粒个数个数频度 第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数 ni之比由计算结果可绘出频度分布f的直方图 用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线 i 1 第十章静电除尘技术 11 3 光散射法等体积直径dV 与颗粒体积相等的球体的直径 4 沉降法斯托克斯 Stokes 直径ds 同一流体中与颗粒密度相同 沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da 在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度 1g cm3 的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关 是除尘技术中应用最多的两种直径 第十章静电除尘技术 12 3 粉尘的密度单位体积粉尘的质量 kg m3或g cm3由于粉尘与粉尘之间有许多空隙 有些颗粒本身还有孔隙 所以粉尘的密度有如下几种表述方法 真密度 若所指体积不包含粉尘颗粒之间和颗粒内部的空隙体积 而是粉尘自身所占的真实体积 则以此真实体积求得的密度称为粉尘的真密度 堆积密度 粒尘的颗粒与颗粒间有许多空隙 在粒群自然堆积时 单位体积的质量就是堆积密度 计算粉尘堆积容积时都用它 空隙率 粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比值对于一定种类的粉尘 其真密度为一定值 而堆积密度随 而变化 第十章静电除尘技术 13 第十章静电除尘技术 例如粉煤燃烧产生的飞灰颗粒含有煤泡 其堆积密度约为1070kg m3 真密度约为2200kg m3 14 4 粉尘的安息角与滑动角安息角 粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角 也叫休止角或堆积角 滑动角 自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标 安息角小的粉尘 流动性好 安息角大的粉尘 流动性差 安息角和滑动角的影响因素 粉尘粒径 含水率 颗粒形状 颗粒表面光滑程度 粉尘粘性粒径越小 安息角越大 粉尘含水量增加 安息角越大 表面越光滑和越接近球形 安息角越小 15 5 粉尘的比表面积 单位体积粉尘所具有的表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积 粉尘的比表面积变化范围很广 大部分烟尘在1000cm2 g 粗烟 到10000cm2 g 细烟 第十章静电除尘技术 粉尘比表面积增大 其物理和化学活性增强 在除尘技术中 对同一粉尘来说 比表面积越大越难捕集 16 6 粉尘的含水率 粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分 含水率 水分质量与粉尘总质量之比含水率影响粉尘的导电性 粘附性 流动性等物理特性粉尘的含水率与粉尘的吸湿性有关 即粉尘从周围空气中吸收水分的能力 第十章静电除尘技术 17 7 润湿性润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质 一般根据粉尘能被液体润湿的程度将粉尘分为容易被润湿的亲水性粉尘和难以被润湿的疏水性粉尘 润湿性与粉尘的种类 粒径 形状 生成条件 组分 温度 含水率 表面粗糙度及荷电性有关 还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关 例如 水对飞灰的润湿性要比对滑石粉好得多 球型颗粒的润湿性要比形状不规则表面粗糙的颗粒差 粉尘越细 润湿性越差 粉尘的润湿性随压力增大而增大 随温度升高而下降润湿速度 第十章静电除尘技术 18 8 粉尘的荷电性和导电性 1 粉尘的荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷 荷电因素 电离辐射 高压放电 高温产生的离子或电子被颗粒捕获 颗粒间或颗粒与壁面间摩擦过程中产生荷电颗粒获得的电荷受周围介质的击穿强度影响 在干燥空气下 粉尘表面的最大荷电量约为1 66 1010电子 cm2 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1 10荷电量随温度增高 表面积增大及含水率减小而增加 且与化学组成有关 第十章静电除尘技术 19 2 粉尘的导电性比电阻V 通过粉尘层的电压 J 通过粉尘层的电流密度 粉尘层厚度 cm导电机制 有两种 取绝于粉尘 气体的温度和组成成分 不仅靠粉尘颗粒内的电子或离子发生所谓体积导电 还靠颗粒表面吸附的水分和化学膜发生所谓表面导电 高温 200oC以上 粉尘本体内部的电子和离子 体积比电阻 低温 100oC以下 粉尘表面吸附的水分或其他化学物质 表面比电阻中间温度 同时起作用比电阻对电除尘器运行有很大影响 最适宜范围104 1010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 20 典型温度 比电阻曲线 第十章静电除尘技术 21 温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响 较为干燥的粉尘的比电阻在420K左右达到最大值 第十章静电除尘技术 22 9 粉尘的粘附性 粉尘颗粒附着在固体表面上 或者颗粒彼此相互附着的现象称为粘附 后者也称为自粘 粘附力 克服附着现象所需要的力 垂直作用在粉尘重心上 粘附力 分子力 范德华力 毛细力 静电力 库仑力 断裂强度 表征粉尘自粘性的指标 等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类 根据粉尘层断裂强度的大小 粉尘分为四类 不粘性 微粘性 中等粘性 强粘性影响粉尘粘附性的因素很多 一般情况下 粉尘粒径小 形状不规则 表面粗糙 含水率高 润湿性好和荷电量大时 易于产生粘附现象 粘附现象还与周围介质的性质有关 与气体的运动状态有关 第十章静电除尘技术 23 10 粉尘的自然性和爆炸性 自燃自然发热的原因 1 氧化热 因吸收氧而发热的粉尘 包括金属类 锌 铝 锡 铁等及其合金的粉末 碳素粉末类 活性碳 木炭等 2 分解热 因自然分解而发热的粉尘 包括漂白粉等 3 聚合热 因发生聚合而发热的粉料 苯乙烯等 4 发酵热 因微生物和酶的作用而发热的物质 如干草 饲料等 影响因素 粉尘的结构和物化特性 粉尘的存在状态和环境 第十章静电除尘技术 24 可燃性悬浮粉尘在可能引起爆炸的浓度范围与空气混合 当有能量足够的火源时就会发生爆炸 粉尘发生爆炸必备的条件 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度 爆炸浓度下限爆炸浓度上限存在能量 足够的火源 粉尘的爆炸性 25 除尘装置的类型 1 机械式除尘器 重力沉降室 旋风除尘器 惯性除尘器 2 洗涤式除尘器 喷淋洗涤器 文丘里洗涤器 水膜除尘器 3 过滤式除尘器 袋式除尘器 颗粒层除尘器 4 电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子 尘粒或液滴 的装置 电除尘器的与其它除尘器的根本区别在于 除尘过程的分离力 主要是静电力 直接作用在粒子上 而不是作用在整个气流上 10 2静电除尘器工作原理 第十章静电除尘技术 26 电除尘器的主要优点 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 第十章静电除尘技术 27 电除尘发展简介 早在公元前600年 希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细粒子和纤维的静电吸引作用 库仑发现的平方反比定律称为静电学的科学基础 它也是电除尘理论的出发点 威廉描述到 电能吸引由熄灭的火花产生的烟 1745年 富兰克林开始研究尖端放电 他似乎是首先研究我们现在所涉及到的发电尖端的电晕放电 最早有关烟尘电力吸引的文学叙述出自英国的宫廷内科医生威廉吉伯特 时间是1600年 1772年 贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电 电风现象进行了试验以后 1824 1908年 一些人做了一些有关净化过程中烟雾 烟草中的烟等试验 1908年 柯特雷尔发表了他的第一个专利 并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回收了过去很难处理的硫酸雾 后来在他的学生施密特协助下又进行了发展 为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用电除尘 成功地控制空气污染奠定了基础 从本世纪二十年代到四十年代开始应用于其它工业 28 电除尘器外观图 卧式 立式 29 电除尘器 30 31 电除尘器 烟道气 烟道气 收集的粉尘 风板的距离 清洁气体 32 第十章静电除尘技术 一 电除尘器的分类 33 第十章静电除尘技术 34 第十章静电除尘技术 35 二 电除尘器的工作原理 第十章静电除尘技术 管式电除尘器 36 第十章静电除尘技术 板极式电除尘器 37 第十章静电除尘技术 含尘气体通过电除尘器时粉尘被捕集的过程如图5 3所示 首先是电极间产生不均匀电场 气体被电离 接着粉尘荷电 在电场力作用下到达集尘极 最后通过清灰装置粉尘振落至灰斗 38 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 39 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 电除尘器的工作原理示意图 40 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 一 气体电离和电晕放电 41 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 42 起始电晕电压 开始产生电晕电流所施加的电压管式电除尘器内任一点的电场强度起始电晕电压与烟气性质和电极形状 几何尺寸等因素有关 起始电晕所需要电场强度 皮克经验公式 一空气的相对密度m 导线光滑修正系数 无因次 0 5 m 1 0对于清洁的光滑圆线m 1 实际可取0 6 0 7 r 距电晕线中心的距离a 电晕线半径b 管式电除尘器的半径V 施加于电晕线与集电极之间的电压 2 起始电晕电压 第十章静电除尘技术 43 正 负电晕极在空气中的电晕电流 电压曲线 电晕区范围逐渐扩大致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 44 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 45 二 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好 气体离子与粉尘粒子碰撞 能使粒子附着在粒子上而荷电 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 15 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 第十章静电除尘技术 46 1 电场荷电 1 荷电量的计算将一个不带电荷的粒子置于正电晕电场中 由于气体离子碰撞而导致粒子荷电 随着粒子上累计荷电的增加 这些电场产生的电场也越来越强 最后导致再也没有气体离子能够到达粒子表面 此时粒子上电荷已达到饱和 第十章静电除尘技术 47 粒子获得的饱和电荷 2 影响电场荷电的因素粒径dp和介电常数 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 第十章静电除尘技术 48 2 扩散荷电 离子热运动引起它们通过气体扩散 并与存在于气体中的粒子碰撞 使粒子荷电 粒子上累计的电荷虽然会产生排斥电场 阻止其他离子接近荷电粒子 但是与电场荷电过程相反 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n为扩散荷电量 第十章静电除尘技术 49 3 电场荷电和扩散荷电的综合作用 处于中间范围 0 15 0 5 m 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 第十章静电除尘技术 50 例6 5 利用下列数据 决定电场和扩散荷电综合作用下粒子荷电量随时间的变化 已知 5 E0 3 106V m T 300K N 2 1015离子 m3 467m s dp 0 1 0 5和1 0 m 解 由方程 6 31 得电场荷电的饱和电荷由方程 6 32 可以计算扩散荷电过程的荷电量随时间的变化那么 第十章静电除尘技术 51 例6 5 续 粒子荷电量随时间和粒径的变化 第十章静电除尘技术 52 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 cm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 因此 电除尘器的除尘效率显著降低 颗粒直径在1um左右的数量最多 这种现象越严重 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 第十章静电除尘技术 53 三 荷电粒子的运动和捕集 1 驱进速度尘粒随气流在电除尘中运动 受到电场作用力 流体阻力 空气动压力及重力的综合作用 尘粒由气体驱向于电极称为沉降 沉降速度是指在电场力作用下尘粒运动与流体之间产生的阻力达到平衡后的速度 沉降速度常称驱进速度 它的大小由其获得的荷电量来决定 第十章静电除尘技术 54 1 驱进速度力平衡关系t 0时 0 则最终得 第十章静电除尘技术 静电力介质阻力 为驱进速度u为气体介质的动力粘度 55 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 第十章静电除尘技术 56 2 捕集效率 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 57 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 a为流动方向上每单位长度集尘极板面积 F为流动方向上电除尘器的截面积A为集尘极板面积Q为处理量Q Fu 58 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 沿着气流方向 随着大颗粒的不断捕集 烟气中的颗粒越来越小 也就变得越来越难以捕集 修正的徳意希方程有效驱进速度 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 59 四 被捕集粉尘的清除 集尘极清灰方式有湿式和干式两种不同的方法 湿式电除尘器中 集尘极板表面经常保持一层水膜 粉尘沉降在水膜上随水膜留下 湿式清灰的优点是无二次扬尘 同时可净化部分有害气体 如SO2 HF等 主要缺点是腐蚀结垢问题较严重 污泥需要处理 干式电除尘器由机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰 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 60 第十章静电除尘技术 除尘效率 电除尘器的除尘效率定义为捕集下来的粉尘量与进入除尘器烟气中含尘量之比率 一般地说 影响除尘效率的主要因素有电源电压 供电方式 烟气流速 粉尘浓度和粒度 比电阻 电场长度及电极的构造等 61 9 3静电除尘器的基本结构 除尘器有很多种类 但是不论哪种类型的电除尘器 都必须有供电和除尘两大部分 供电部分是变压整流装置 除尘部分有气流导向均布装置 电晕极 沉淀极和清灰装置等 第十章静电除尘技术 62 第十章静电除尘技术 板卧式电除尘器的组成示意图 63 第十章静电除尘技术 一 电除尘器的内部构造1 沉淀极电除尘器内部主要有沉淀极和电晕极 在管式电除尘器中 沉淀极是圆筒形 如处理烟气量较大 则是多个圆筒并联起来 在板式电除尘器中 沉淀极在每个场中成排地顺气流排列 上端悬吊在横梁上 沉淀极每排按一定距离装好之后 用扁钢固定 极板制作成各种形状以利于集尘 如c形 z形 波浪形等 沉淀极的结构形式的基本要求 1 有利于粉尘在板面上沉积 又能顺利落入灰斗减少二次扬尘 2 有利于极板的振打清灰 使振打加速度均匀地传送到整个板面 提高清灰效果 3 形状简单 制造容易便于安装 4 刚度好 不易变形 5 电气性能好 64 第十章静电除尘技术 2 电晕极电晕极是电除尘器中使气体产生电晕放电的电极 由电晕线 电晕框架 悬吊杆和支撑绝缘套管等组成 对电晕线的一般要求是 1 起晕电压低 放电强度高 电晕电流大 2 机械强度高 能维持推确的极距 3 易清灰 耐腐蚀 电晕线的形式很多 常见的有光圆线 星形线 螺旋线及芒刺线等如图5 8所示 65 第十章静电除尘技术 各种电晕线的特点 光圆线的放电强度随直径变化 即直径愈小 起晕电压愈低 放电强度愈高 星形电晕线四面带有尖角 起晕电压低 放电强度高 比较耐用 且容易制作 芒刺型电晕线的形式有多种 如芒刺角钢 锯齿形等 芒刺形电晕线以尖端放电代替沿极线全长上的放电 因而放电强度高 而起晕电压却比其他形式都低 由于芒刺线在尖端的伸出方向 增强了电风 能减弱粉尘浓度大时出现的电晕封闭现象 因此芒刺形电晕线适于用在含尘浓度大的场合 66 第十章静电除尘技术 67 3 高压供电设备 高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流供电设备必须十分稳定 希望工作寿命在二十年之上通常高压供电设备的输出峰值电压为70 l000kV 电流为100 2000mA为使电除尘器能在高压下工作 避免过大的火花损失 高压电源不能太大 必须分组供电 增加供电机组的数目 减少每个机组供电的电晕线数 能改善电除尘器性能 但投资增加 必须考虑效率和投资两方面因素 68 4 气流分布板 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 而以多孔板使用最为广泛 通常采用厚度为3 3 5mm的钢板 孔径为30 50mm 分布板层数为2 3层 开孔率需要通过试验确定 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 69 10 5静电除尘器性能的影响因素 影响电除尘器的性能有很多因素 可大致归纳为3个方面 烟尘性质 设备状况和操作条件 这些因素之间的相互联系如图5 22所示 由图可知 各种因素的影响直接关系到电晕电流 粉尘比电阻 除尘器内的粉尘收集和二次飞扬这3个环节 而最后结果表现为除尘效率的高低 第十章静电除尘技术 70 第十章静电除尘技术 71 第十章静电除尘技术 1 烟尘性质的影响 1 粉尘的比电阻 适用于电除尘器的比电阻为104 1011 cm 粉尘比电阻与除尘效率的关系如图5 23所示 72 比电阻过低 如果灰尘的比电阻小于103 104 cm 如果颗粒比电阻很低 说明它易荷电 也易放电 荷电颗粒到达集尘极后会很快放出电荷 并立即因静电感应获得与集尘极同性的正电荷 被集尘极排斥到气流中 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 73 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的颗粒 既不容易荷电 也不容易放电 到达集尘极的颗粒释放电荷很慢 并残留着部分电荷 这不但会排斥随后而至的同性电荷的颗粒 影响其沉降 而且随着颗粒层变厚 会在颗粒层表面和极板之间造成一个很大的电压降 以致引起颗粒层空隙中的气体电离 发生电晕放电 反电晕现象 反电晕放电的结果使集尘极附近的空间产生大量正离子 部分或全部中和颗粒所带的负电荷 使电除尘器的效率降低 74 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 许多工业粉尘在423 427K温度范围内比电阻较高 但若将烟气温度降至403K以下 获升至623K以上 则可使粉尘具有足够的导电性 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 75 第十章静电除尘技术 2 烟气湿度 烟气湿度能改变粉尘的比电阻 在同样温度条件下 烟气中所含水分越大 其比电阻越小 粉尘颗粒吸附了水分子 粉尘层的导电性增大 由于湿度增大 击穿电压上升 击穿电压与空气含湿量的关系如图5 24所示 可以看出 随着空气中含湿量的上升 电场击穿电压相应提高 火花放电较难出现 这种作用对电除尘器来说 是有实用价值的 它可使除尘器能够在提高电压的条件下稳定地运行 电场强度的增高会使除尘效果显著改善 76 第十章静电除尘技术 3 烟气温度 气体温度也能改变粉尘的比电阻 而改变的方向却有几种可能 在低温区段 表面比电阻随温度上升而增加 到达一定温度值之后 体积比电阻则相反 随着温度上升而下降 在这两个温度交接处有一段过渡区 表面和体积比电阻的共同作用区 总的来看 气体温度高对电除尘器的影响是负面的 如果有可能 还是在较低温度条件下运行较好 4 烟气成分 烟气成分对负电晕放电特性影响很大 烟气成分不同 在电晕放电中电荷载体的有效迁移也不同 在电场中 电子与中性气体分子相撞而形成负离子的概率在很大程度上取决于烟气成分 据统计 其差别是很大的 5 烟气压力 有经验公式表明 当其他条件确定以后 起晕电压随烟气密度而变化 烟气的温度和压力是影响烟气密度的主要因素 烟气密度对除尘器的放电特性和除尘性能都有一定影响 如果只考虑烟气压力的影响 则放电电压与气体压力保持一次性 正比 关系 77 第十章静电除尘技术 6 粉尘浓度 电除尘器对所净化的气体的含尘浓度有一定的适应范围 如果超过一定范围 除尘效果会降低 甚至中止除尘过程 7 粉尘粒径分布 试验证明 带电粉尘向沉淀极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比 粒径越大 除尘效率越高 尺寸增至20 25 m之前基本如此 尺寸至20 40 m阶段 可能出现效率最大值 再增大粒径 其除尘效率下降 8 粉尘密度 粘附力 粉尘的密度与烟气在电场内的最佳流速及二次扬尘有密切关系 尤其是堆积密度小的粉尘 由于体积内的孔隙率高 更容易形成二次扬尘 从而降低除尘效率 78 2 设备情况对电除尘效率的