环保设备及应用——电除尘器26029ppt课件

前言 气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和电气方法两大类 机械的方法包括基本上依靠惯性力和机械力回收粒子的一切方法在内 如重力沉降法 离心分离法 气体洗涤法 介质过滤法等等 电气的方法就是电除尘 它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒子上的使粒子与气体分离的力 一 静电除尘器的工作原理二 静电除尘器的特点三 静电除尘器的结构与类型四 静电除尘器的性能五 静电除尘器除尘效果的影响因素六 电除尘器的选择设计和应用 3 5电除尘器 静电除尘器外形 一 电除尘的除尘原理 1 电除尘是何种装置呢 概括而言 电除尘是利用强电场使气体发生电离 气体中的粉尘荷电在电场力的作用下 使气体中的悬浮粒子分离出来的装置 2 电除尘器的工作原理 电晕极置于圆管中心 靠下端的重锤张紧 含尘气流从除尘器下端进口引入 净化气体从上部出口排出 管式电除尘器1 高压直流电源2 高压电缆3 绝缘子4 净化气体出口5 电晕极6 收尘极7 重锤8 含尘气体进口 右图为管式电除尘器示意图 接地的金属圆管叫收尘极 或集尘极 与高压直流电源相连的细金属线叫电晕极 或放电极 3 电除尘器中的净化过程 用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子 需四个步骤 气体电离 粉尘荷电 粉尘沉集 清灰 在电晕极与收尘极之间施加直流高电压 一般为负高压 使电晕极附近的气体电离 即电晕放电 生成大量正负离子 在电晕区 其范围一般限于距电晕极周围2 3mm处 内 正离子立即被电晕极 负极 吸引过去 负离子则因受电场力的驱使向收尘极 正极 移动 并充满到两极间的绝大部分空间 含尘气流通过电场空间时 负离子与粉尘碰撞并附在其上 使粉尘荷电 荷电粉尘在电场中受库仑力的作用被驱向收尘极 到达收尘极后 放出负电荷并沉积在其上 电除尘器中除尘过程示意1 电晕极 2 电子 3 离子 4 尘粒 5 集尘极 6 供电装置 7 电晕区 优点 1 除尘效率高 对小于0 1 m粉尘仍有较高的效率 2 可以处理大风量 3 阻力小仅 150 300Pa 耗电少 运行费用低 4 能处理高温烟气 缺点 1 一次投资费用高 钢材耗量较大 2 对粉尘的比电阻有一定要求 最适宜的范围是104 5 1010 cm 3 设备庞大 占地面积大 4 结构较复杂 制造 安装的精度要求高 随着工业的发展 应用于生产的大型生产设备日益增多 所要求处理的烟气量也大为增加 例如500t平炉的烟气量达5 105m3 h 6 105kW汽轮发电机所配锅炉的烟气量在30 105m3 h以上 如果采用袋式除尘器 需要3万多条滤袋 按袋径120mm 高2 0m 过滤风速2 5m min计算 而用电除尘器 选用断面为240m2的4台就完全能满足要求 工业炉窑烟气的温度通常高达600 以上 采用一般涤纶绒布的袋式除尘器工作温度需要控制在120 130 以下 而电除尘器一般可在350 400 下工作 特殊设计可达到500 这样就大大简化了烟气冷却设备 适用 冶金领域 铜 铅 锌冶炼厂 贵金属回收 回收金 钢铁工业方面 水泥生产方面 化学工业和工艺过程方面 燃料煤气的脱焦 煤烟的除尘 炭黑的回收 造纸厂中的应用 电力生产中的应用 电子工业的空气净化等等 一 电除尘器的结构 电气部分 电除尘本体 升压变压器 自动控制装置调压 烟箱系统 电晕极系统 收尘极系统 槽形板系统 储灰系统 壳体 它是将工频380V或220V交流电压升到除尘器所需的高电压 通常工作电压为50 60kV 增大极板间距 要求的电压也相应增高 静电除尘器的结构 静电除尘器结构图 电除尘器 高电压转换装置 气流分布板 集尘极 电晕线 卧式板式电除尘器透视图1 本体结构梁 2 集尘电极悬挂梁 3 C 槽形集尘极板 4 电晕框 5 电晕线 锯齿形 6 电晕极振打装置 7 挠臂锤 控制柜 静电除尘器升压变压器 控制柜 脉冲控制仪 烟箱系统 烟箱系统包括进气烟箱和出气烟箱两部分 进气烟箱是烟道与电场之间的过渡段 烟气经过进气烟箱要完成由进气烟箱的小管道截面到电场大截面的扩散 此时 保持烟气流速 流场分布均匀性的平衡过渡显得尤为重要 因此 为了达到整个电场截面上气流分布的均匀 进气烟箱采用喇叭形 并在其中装有两层以上的气流均布板 同时在进气烟箱上要有对湿度 温度 流速 动静压及含尘浓度等进行监测的监测孔 出气烟箱是已经净化过和烟气由电场到出气烟道的过渡段 这里对气流分布的要求比较低 只需注意不要因为烟气流速的急剧变化对电场内的气流分布造成大的影响就可行了 气流分布装置1 第一层多孔板 2 第二层多孔板 3 分布板振打装置 4 导流叶片 根据需要装设 气流分布板形式多为圆孔板和方孔板 一般开孔率 开孔面积与分布板总面积之比 约为25 50 电晕极系统 电晕极系统是产生电晕 建立电场的最主要构件 它决定了放电的强弱 影响烟气中粉尘荷电的性能 直接关系着除尘效率 另外 它的强度和可靠性也直接关系着整个电除尘器的安全运行 所以电晕极系统是电除尘器设计 制造和安装的关键部件 必须选配良好的线型 合理的结构和适宜的振打 安装时要保证严格的极间距 保证整个电晕极系统与电除尘器其它部件良好的绝缘性能和足够的放电距离 实际运行中常发生电晕极系统因振打 热膨胀 积灰等造成极板或极线略发生变形而引发极间距变化的故障 其在运行中的直接表现就是二次电压升至较低电压便发生闪络 无法使二次电压保持较高水平 除尘性能恶化 芒刺型电晕线 R S是目前采用较多的一种 见图 芒刺型电晕线 它是以直径为20mm的圆管作支撑 两侧伸出交叉的芒刺 这种线的机械强度高 放电强 试验表明 在同样的工作电压下 芒刺式有利于捕集高浓度的微小尘粒和有利于减少电晕闭塞 芒刺式电晕极适用于含尘浓度高的烟气 因此 有的电除尘器在第一 二电场采用芒刺式 在第三电场采用光线或星形线 芒刺式电晕极尖端应避免积尘 以免影响放电 极线间距通常取0 50 0 65倍的通道宽度 对常规电除尘器可取160 200mm 芒刺式的间距一般为50 100mm 集尘极和电晕极的制作 安装质量对电除尘器的性能有很大影响 安装前极板和极线必须调直 安装时要严格控制极距 偏差不得大于5mm 如果个别地点极距偏小 会首先发生击穿 圆形电晕极固定方式 吊杆压簧吊挂式 R S芒刺式电晕极 收尘极系统 收尘极系统是由若干排极板与电晕极相间排列 与电晕极共同组成电场 它是粉尘沉积的重要部件 直接影响着电除尘器的效率 极板一般用厚度为1 2 2 0mm的钢板在专用轧机上轧制而成 为了增大容纳粉尘量大 通常将集尘极做成各种断面形状 极板高度一般为2 15m 每个电场的有效电场长度一般为3 4 5m 由多块极板拼装而成 常规电除尘器的集尘极板的间距通常采用300mm 国内 外研究结果表明 加大极板间间距 增大了绝缘距离 可以抑止电场火花放电 同时可以提高电除法器的工作电压 增大粉尘的驱进速度 另外还可使电极板面积也会相应减小 由于这种除尘器的工作电压比常规的高 故称为宽间距超高压电除尘器 宽间距电除尘器的极板间距一般为400 600mm 根据目前的试验研究 采用400mm为好 其工作电压为120 80kV 这种除尘器目前已在电站 水泥等行业应用 槽形板系统 排列在最后一个电场的出口端 较常见的形状为 形与 形钢错落组成的类似百叶窗的装置 其原理是利用烟气中残余粉尘的惯性力对逸出电场的尘粒进行再捕集 同时它还具有改善气流分布和控制二次飞扬的功能 所以它对提高除尘效率同样具有显著作用 图板式电除尘器1 高压直流电源2 净化气体3 重锤4 收尘极5 含尘气体6 挡板7 电晕极8 高压母线9 高压电缆 干式电除尘器湿式电除尘器 1 根据清灰方式 干式电除尘器是通过振打等方法使电极上的积尘落人灰斗中的 这种方式粉尘后处理简单 便于综合利用 因而最为常用 但这种清灰方式易使沉积于收尘极上的粉尘再次扬起而进入气流中 造成二次扬尘 使除尘效率降低 湿式电除尘器是用喷雾或淋水 溢流等方式在收尘极表面形成水膜将粘附于其上的粉尘带走的 由于水膜的作用避免了二次扬尘 故除尘效率很高 同时没有振打设备 工作也较稳定 但是产生大量泥浆 如不加适当处理 将造成二次污染 二 电除尘器类型 图喷水型湿式电除尘器示意 2 根据收尘极的形式分为 管式电除尘器板式电除尘器 管式电除尘器 见图 就是在圆管的中心放置电晕极 而把圆管的内壁作为收尘的表面 管径通常为150 300mm 长度为2 5m 由于单根圆管通过的气体量很小 通常是用多管并列而成 为了充分利用空间 可以用六角形 即蜂房形 的管子来代替圆管 也可以采用多个同心圆的形式 在各个同心圆之间布置电晕极 管式电除尘器一般适用于处理气体量较小的情况 立管式电除尘器由圆形的立管做收尘极 采取宽间距极配形式 由于其独特的设计 其收尘效率优于常规电除尘器 同时具有钢耗低 结构简单 占地面积少 运行平稳 安装周期短等突出特点 特别适合老厂改造及小尘源点的收尘及物料回收 因此广泛用于建材 冶金 电力 化工等工业部门 GL型立管式电除尘器技术参数表 电除尘器类型 湿式电除尘器在转炉煤系统的应用 XKD WKD宽间距电除尘器 CDTK系列电除尘器 3 根据气流流动方式 立式电除尘器卧式电除尘器 立式电除尘器内 气流一般是由下而上 通常做成管式 但也有采用板式的 立式除尘器由于高度较高 可以从其上部将净化后的气体直接排入大气而不需要另设烟囱 由于立式除尘器是往高度方向发展的 因而占地面积少 当需要增加电场长度 对立式电除尘器 即其高度 来提高除尘效率时 立式就不如卧式灵活 此外 在检修方面也不如卧式方便 卧式电除尘器内 气流水平通过 在长度方面根据结构及供电的要求 通常每隔3m左右 有效长度 划分成单独的电场 常用的是2 3个电场 除尘效率高时 也有多到4个以上电场的 4 新型电除尘器 新型结构的电除尘器联合作用的电除尘器脉冲供电电除尘器 新型结构的电除尘器的结构形式与常规电除尘器有所不同 如超高压宽间距电除尘器 其极间距达400 1000mm 电压提高到80 200KV以上 该类电除尘器在水泥 电站 烧结机等工业中得到了应用 在皮带运输机尘源控制方面也得到了应用 还有一种新型结构的电除尘器是横向极板电除尘器 常规电除尘器中 气方向与集尘板的设置是平行的 这样气流的流动方向与由电场作用的粉尘驱进方向互相垂直 从而影响除尘效果 而横向极板电除尘器的电极板布置与气流方向垂直 这样由电场作用的粉尘驱进方向与气流方向一致 据试验表明 它比常规电除尘器效率高 联合作用的电除尘器是在同一除尘器中利用电的作用和其它除尘机理联合作用 以提高除尘器的性能 脉冲供电可提高电压和电晕电流 因而可改善电除尘器的性能 粉尘穿透率可减少50 60 1 气体放电 当电极之间的电位差提高到某一点时 气体的电离和电导性就大大增加 于是从绝缘状态转变为传导状态 这种导电现象称为气体放电 只是在放电极的一小段距离内气体有强烈的电击穿 放电时在电极周围的空气完全电离 2 电晕放电 是在放电极和集尘极之间有若干狭窄的电击穿 放电时电极间的空气完全电离 3 火花放电 四 静电除尘器的性能 一 专业术语 4 阳电晕与阴电晕 当放电电极和高压直流电源的阴极连接时 就产生阴电晕 反之就是阳电晕 电晕起始电压指开始发生电晕放电时的电压 也称临界电压 与之相应的场强称为电晕起始场强或临界场强 5 电晕起始电压 影响因素 1 电晕起始电压随电极的几何形状而变化 线愈细 电晕起始电压愈低 2 气体组成的影响 3 温度和压力的影响 正电晕 运行电压宽 Vc低 击穿电位高 除尘中应用广泛 负电晕 小型 空调用 1 理论驱进速度 当粉尘所受的静电力与空气阻力相等时 尘粒在静电力的作用下向集尘板运动的速度即为理论驱进速度 qE 3 dc 其中 q为粉尘所带的电荷量 E为电场强度 为空气动力粘度 dc为粉尘直径 二 静电除尘器的性能参数 2 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 电除尘器内粉尘的运动要受电场强度 烟气和粉尘性质 气流分布 振打以及二次扬尘等因素在电除尘器运行过程中是不断变化的 为此设计时的驱进速度值已经不是荷电粉尘在物理学上的理论驱进速度 所以称为有效驱进速度 3 捕集效率方程式 多依奇方程式 式中 驱进速度 m s A 收尘极的收尘面积 m2 L 除尘器处理风量 m3 s 比电阻在104 1011 cm之间的粉尘 电除尘效果好 五 影响电除尘效果的因素 1 粉尘的比电阻 2 气体含尘浓度 粉尘浓度过高 粉尘阻挡离子运动 电晕电流降低 严重时为零 出现电晕闭塞 除尘效果急剧恶化 3 气流速度 随气流速度的增大 除尘效率降低 其原因是 风速增大 粉尘在除尘器内停留的时间缩短 荷电的机会降低 同时 风速增大二次扬尘量也增大 影响比电阻的因素有烟气的温度和湿度 目前 国内外解决高比电阻粉尘的处理措施 大致可归纳为两种 1 提高粉尘的导电性 降低粉尘的比电阻 2 改变供电方式 采用新型结构的电除尘器或采用脉冲供电等 喷雾增湿喷雾增湿一方面可以降低烟气温度 在一定条件下可使比电阻处于较为有利的收尘范围 降低或提高气体温度粉尘比电阻通常是随着温度升高而增加 当达到某一极限时 200 250 又随着温度升高而逐渐降低 为使电除尘器有效地工作 通常采取增湿的办法来降低气体的温度 使比电阻降低 在某些情况下也可以采取加热的办法提高气体的温度 使比电阻下降 以改善除尘效果 在烟气中加入导电添加剂各种导电添加剂具有降低粉尘比电阻的作用 研究表明 在烟气中加入三氧化硫 SO3 氨 NH3 三乙胺 N C2H5 3 水雾等添加剂对提高粉尘的导电性 降低粉尘的比电阻均有明显的效果 例如奥地利乌恩奇电站 煤的含硫量为0 5 在烟气中喷入10 5SO3后 除尘效率由原来的65 提高到98 二次扬尘 二次扬尘是粉尘沉降在收尘极表面后 又重新返回气流 降低了除尘效率 引起二次扬尘的原因 主要是气流直接对粉尘层的冲刷 以及在清灰振打的粉尘重新进入气流 试验结果表明 1 不含尘的气流冲刷收尘极时 当气流速度小于3m s时不易产生二次扬尘 但如果气流中含有粉尘 则其中的大颗粒粉尘将会撞击到粉尘层表面上 即使在气流速度较低时 也会引起二次扬尘 2 采用合理的振打周期可以提高除尘效率 在许多情况下 间断振打比连续振打可减少二次扬尘1 2 2 3 3 当收尘极高度增加时 二次扬尘量增加 降低除尘效果 为此 必须增加电场长度 对于工业电除尘器电极有效高度与有效电场长度 可采用下列数据 电极有效高度 m4 66 7 59 12有效电场长度 m4 5 7 57 5 1012 18 式中Q 进入电除尘器的烟气量 m3 s C0 进入电除尘器的入口含尘浓度 g m3 电除尘器的除尘效率 Sn 粉尘层表面积 m2 电晕闭塞 是指在电除尘器内 如果含尘浓度很高 则电晕电场受到抑制 导致电晕电流显著减少 以致尘粒不能正常荷电的现象 一般认为气体含尘浓度在40 60g m3以下时 不会造成电晕闭塞 越细小的尘粒 即使质量浓度不高也可能造成电晕闭塞 而相反 对于粗颗粒粉尘可以允许入口含尘浓度较高一些 防止电晕闭塞的措施主要如下 1 提高电除尘器的工作电压 以加快电晕速度 2 采用放电强度强的电晕极 如芒刺形电极 3 增设预净化设备 当入口气体含尘浓度超过40g m3时 应使含尘气体先进入其他除尘器 如重力沉降室 旋风除尘器 进行初净化 然后再进入电除尘器 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 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 Q 2 比集尘表面积的确定 1 有效驱进速度的确定 在设计时实际应用的 e值 一般都是根据中间试验和现场测定结果得到的有效值 影响有效驱进速度的因素有以下 a 粒径dp 在除尘效率一定时 粒径较大 则所需比集尘极板面积 A Q 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 则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 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 一般在0 5 2 5m s范围内 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 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 4 气流速度的确定 3 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 湿式除尘设备 10g m3袋式除尘设备 1 2 10g m3电除尘设备 30g m3 5 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 6 集尘极板间距 常规 250 350mm 宽间距电除尘器的极板间距一般为400 600mm 7 电晕线线距 极线间距通常取0 50 0 65倍的通道宽度 最佳 150 250mm 对常规电除尘器可取160 200mm 芒刺式的间距一般为50 100mm 电除尘器的辅助设计因素 平板式电除尘器的设计 根据求出A 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 集尘极数 通道数 n Ac 2hL通道横截面积 Ac 2bhn处理气量 处理停留时间 于是平板型除尘器的效率公式为 3 袋式除尘器处理常温含石灰石的气体量为1000m3 h 初始含尘浓度9g m3 捕集效率99 清洁滤布的阻力损失为120Pa 粉尘层的平均阻力系数为4 10