大气污染控制工程0. 绪论1. 燃烧与大气污染2. 颗粒污染物及其性质3. 3. 除尘技术与设备除尘技术与设备4. 5. 第4章 除尘技术与设备（4.3）电电除除尘尘器器由由放放电电极极、集集尘尘极极、清清灰灰装装置及电源组成；置及电源组成；工工作作原原理理可可分分为为粒粒子子荷荷电电、粒粒子子捕捕集集和粒子清除三个阶段；和粒子清除三个阶段；电除尘器的特点电除尘器的特点1.除尘效率高除尘效率高，对微细粉尘对微细粉尘亦然；亦然；2.适应处理大烟气量适应处理大烟气量，例如，例如105 m3/h；3. 运行费用低，阻力约运行费用低，阻力约200-300 Pa；4. 可高温应用；自动化程度高；可高温应用；自动化程度高；5. 一一次次投投资资高高；对对粉粉尘尘性性质质有有要要求求；制造、安装、运行要求严格。制造、安装、运行要求严格。4.3 电除尘器电除尘器电除尘器利用静利用静电力（力（库仑力）力）实现粒子与气流分离粒子与气流分离沉降的除沉降的除尘装置。装置。电晕放电原理电晕放电原理电晕放放电发生在生在细金属金属电晕线和集和集尘板之板之间。在在电晕区区，自自由由电子子被被电场加加速速，通通过碰碰撞撞使使其其它它气气体体分分子子电离离，形成正离子和新的自由形成正离子和新的自由电子。子。雪崩雪崩现象：象：碰撞碰撞电离离导致致电子以指数子以指数级数增加的数增加的过程；程；再生再生过程：程：正离子正离子撞到撞到极极线上上，产生新生新的自由的自由电子子。4.3.1 电晕放电4.3 电除尘器电晕放电原理电晕放电原理电晕放放电需要很需要很强强的的电场强强度，通常采用非均匀度，通常采用非均匀电场；电晕区一般只限于距放区一般只限于距放电极表面极表面2 3 mm范范围内。内。空间电荷的产生空间电荷的产生在在电晕外区，大量外区，大量电子及子及负离子向集离子向集尘极运极运动；电子会被子会被电负性性强强的气体分子俘的气体分子俘获并并产生生负离子。离子。4.3.1 电晕放电4.3 电除尘器正、负电晕正、负电晕当当电晕电极极施施加加负电压时，产生生负电晕，生生成成的的负离离子子向向接接地地极极运运动。反之，称正。反之，称正电晕。通通常常负离离子子的的迁迁移移率率较正正离离子子高高，产生生的的电晕电流流也也高高，与与分分子子及粉及粉尘的碰撞机会的碰撞机会较多，多，对粉粉尘荷荷电有利。有利。负电晕的的击穿穿电压也也较高。高。负电晕在碰撞在碰撞电离离过程中会程中会产生生较 多的多的O3和和NOX。工工业电除除尘中几乎都是采用中几乎都是采用负电晕 工作。工作。4.3.1 电晕放电4.3 电除尘器起始电晕电压起始电晕电压开始开始电晕放放电时的最低的最低电压，又称，又称临界界电压；所所对应的的电场强强度称度称临界界场强强。对无限无限长管式管式电极，任一点的极，任一点的场强强由高斯定理得出：由高斯定理得出：Peek 提出了提出了计算算临界界场强强的半径的半径验公式：公式：由此可推出由此可推出临界界电压公式：公式：4.3.1 电晕放电4.3 电除尘器影响电晕特性的因素影响电晕特性的因素电极的几何尺寸、形状：极的几何尺寸、形状：电晕线越越细，Vc越低。越低。带芒刺芒刺电极的起极的起晕电压比比较低。低。气体气体组成：成：O2、SO2等等电负性气体性气体对形成形成负离子起决定性作用；离子起决定性作用；H2、N2、Ar 等无等无电子子亲和性，不能捕和性，不能捕获电子；子；H2O、CO2与与电子碰撞，能子碰撞，能 离解出氧原子，离解出氧原子，进而形成而形成负 离子。离子。温度和温度和压力：力：既改既改变起始起始电晕电压又改又改变 电压-电流关系。流关系。4.3.1 电晕放电4.3 电除尘器两种荷电机理两种荷电机理电场荷荷电：离离子子在在电场力力作作用用下下做做定向运定向运动与粒子相撞的与粒子相撞的结果。果。粉粉尘粒粒径径大大于于0.5 m时，以以电场荷荷电为主主；t 时间内粒子内粒子获得的得的电荷量荷量为：当当t 时，粉，粉尘获得得饱和和电荷：荷：4.3.2 粒子荷电4.3 电除尘器两种荷电机理两种荷电机理扩散散荷荷电：由由于于离离子子的的无无规则热运运动使使其其与与尘粒粒相相撞撞，并并粘粘附附其其上使其荷上使其荷电；粒径小于粒径小于0.2 m时，扩散荷散荷电起主要作用起主要作用；根据分子运根据分子运动论可可导出出扩散荷散荷电的理的理论方程：方程：近似公式：近似公式：对粒粒径径处于于中中间范范围（0.2 0.5 m）的的粒粒子子，需需同同时考考虑两两种种荷荷电作用。作用。4.3.2 粒子荷电4.3 电除尘器粒子的驱进速度粒子的驱进速度粉粉尘荷荷电后，在后，在电场的作用下向集的作用下向集尘极方向运极方向运动。驱进速度：速度：粉粉尘垂直于极板的运垂直于极板的运动速度；速度；根据分子运根据分子运动论可可导出出扩散荷散荷电的理的理论方程：方程：计算公式：算公式：当当 t大于大于5 m时，可以，可以认为速度速度 已已经达到了粉达到了粉尘运运动的的终末速度。末速度。对50 m以下的粒子，以下的粒子， m比比较小，在小，在10-3秒左右，于是秒左右，于是4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器粒子的驱进速度粒子的驱进速度对于于较大粒子，以大粒子，以电场荷荷电为主：主：带入式中，得：入式中，得：对于小于于小于0.2 m的粒子，以的粒子，以扩散荷散荷电为主，同主，同时需要考需要考虑Cunningham 修正修正4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器捕集效率公式捕集效率公式假定：假定：1. 粉粉尘一一进入除入除尘器，立即完成荷器，立即完成荷电过程程；2. 紊流与紊流与扩散使任何断面上的粉散使任何断面上的粉尘浓度都均匀分布度都均匀分布；3. 通通过除除尘器的气流速度在各点上均匀分布器的气流速度在各点上均匀分布；4. 不考不考虑二次二次扬尘、冲刷、反、冲刷、反电晕、凝并等影响。、凝并等影响。Deutsch公式：公式：该公公式式描描述述了了效效率率 与与集集尘极极面面积A、气气体体流流量量Q和和粒粒子子驱进速速度度 之之间的关系。的关系。4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器捕集效率公式捕集效率公式Deutsch公式推公式推导：设：a为x方向方向单位位长度集度集尘板的面板的面积；A为集集尘板的板的总面面积；L为电场长度；度；F为除除尘器在气流方向上的横截面器在气流方向上的横截面积。在在dt 时间内，被捕集的粉内，被捕集的粉尘的的质量：量：在在x到到x + dx，粉，粉尘浓度从度从C到到C + dC，则 4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器捕集效率公式捕集效率公式即：即：整理整理： 积分：分：而而 Fu = Q；aL = A，得：，得：4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器捕集效率公式捕集效率公式理理论公式公式误差差较大，需要考大，需要考虑以下因素以下因素：1. 整个断面粉整个断面粉尘浓度分布不均匀；度分布不均匀；2. 气流气流扰动和二次和二次扬尘；3. 电风的影响；的影响；4. 整个断面气流分布不均匀。整个断面气流分布不均匀。影响影响Deutsch公式精确性的，主要是关于公式精确性的，主要是关于驱进速度的速度的计算。算。有效驱进速度有效驱进速度 p：工程设计工程设计中采用的实测的驱进速度中采用的实测的驱进速度。 p 的的物物理理意意义不不仅反反映映尘粒粒向向极极板板的的运运动速速度度（理理论驱进速速度度），同同时包含包含诸如二次如二次扬尘、气流不均、气流不均、电风等影响因素等影响因素。4.3.3 粒子的捕集4.3 电除尘器气流速度气流速度由由Deutsch公式得：公式得：气流速度与气流速度与电除除尘器的有效器的有效长度度 密切相关。密切相关。另外，气流速度的增加会引起二次另外，气流速度的增加会引起二次扬尘量的大大增加。量的大大增加。当当气气流流速速度度由由1.5 m/s增增加加到到3 m/s时，由由于于气气流流的的冲冲刷刷及及振振打打而而引引起起的的二次二次扬尘量会增加量会增加7 9倍。倍。采用型板式收采用型板式收尘极板的除极板的除尘器，气流速度在器，气流速度在 l.5 1.7 m/s左右。左右。4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器气流分布板气流分布板为使使气气流流速速度度在在除除尘器器断断面面上上能能均均匀匀分分布布，在在除除尘器器入入口口渐扩管管段内要段内要设置一置一块或数或数块气流分布板。气流分布板。常用均方根差法或速度常用均方根差法或速度场不均匀系数法不均匀系数法评定气流分布均匀性。定气流分布均匀性。设除除尘器器横横断断面面在在横横向向和和纵向向分分别取取n及及m点点，构构成成网网格格。则气气流流分分布布均匀性可由均方根差均匀性可由均方根差 表示：表示：对于于工工业电除除尘器器，10%：气气流流分分布布很很好好；15%：较好好；25% ：可以可以；25%：不允不允许。4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器电气参数电气参数为了了保保持持电除除尘器器的的高高效效率率，应使使施施加加在在电除除尘器器上上的的电压尽尽可可能高。能高。影响影响电压高低的因素：高低的因素：放放电电极与收极与收尘电极之极之间的的距离；距离；电除除尘器器的制造和安装的制造和安装质量；量；含含尘气流的气流的性性质；供供电设备性能。性能。常常规电除除尘器器，收收尘极极板板之之间的的间距距为300 mm时，工工作作电压约45 60 kV，此，此时平均平均电场强强度度为3 4 kV/cm；极极间距距为600 mm的的宽间距距电除除尘器，工作器，工作电压要求达要求达90120 kV。4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器粉尘的浓度和密度粉尘的浓度和密度当入口含当入口含尘浓度很高度很高时，会，会严重影响重影响电晕放放电。电晕闭塞塞：含含尘浓度度很很高高时，导致致电晕放放电消消失失的的现象象。此此时尘粒在粒在电场中根本得不到中根本得不到电荷，荷，电晕电流几乎小到零。流几乎小到零。为了了防防止止电晕闭塞塞，常常规电除除尘器器入入口口含含尘浓度度通通常常不不应超超过 30 40 g/m3。芒刺放芒刺放电极极对防止防止电晕闭塞有塞有较好的效果好的效果。尘粒直径粒直径为0.2 0.4 m的粉的粉尘是是电除除尘器最器最难捕集的捕集的4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器粉尘的比电阻粉尘的比电阻根据粉根据粉尘比比电阻的不同，粉阻的不同，粉尘可分成三可分成三类：低比低比电阻粉阻粉尘（ 104 cm）；）；中等比中等比电阻粉阻粉尘（104 5 1010 cm ）；）；高比高比电阻粉阻粉尘（ 5 1010 cm ）电除除尘器最适宜捕集的粉器最适宜捕集的粉尘为中等比中等比电阻粉阻粉尘。反反电晕：高高比比电阻阻粉粉尘在在粉粉尘层内内部部形形成成附附加加电场，强强度度达达到到击穿穿电场强强度度时，就就会会发生生击穿穿，产生生与与原原来来放放电极极放放电的的方方向向相相反的反向放反的反向放电。解决措施解决措施：烟气烟气调质，以降低比，以降低比电阻阻值；改善改善除除尘器的器的电极极结构；构；改改变供供电设备。4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器烟气调质烟气调质烟烟气气的的某某些些化化学学成成分分、温温度度和和湿湿度度对粉粉尘比比电阻阻有有着着明明显的的影影响响。可以可以通通过烟气烟气调质提高除提高除尘效率。效率。4.3.4 电除尘器的运行条件4.3 电除尘器电除尘器的分类电除尘器的分类依依据据电除除尘器器的的不不同同结构构特特点点，可可以以产生生不同的分不同的分类方式。方式。按集按集尘极形式：极形式：板式和管式。板式和管式。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器通道通道宽度度200 400 mm；极板高度极板高度2 12 m。管径管径150 300 mm；极板高度极板高度2 5 m。电除尘器的分类电除尘器的分类依据依据电除除尘器的不同器的不同结构特点，可以构特点，可以产生不同的分生不同的分类方式。方式。集集尘极形式极形式板式和管式板式和管式板板式式电除除尘器器是是在在一一系系列列平平行行的的集集尘电极极板板构构成成的的通通道道之之间设置置放放电电极。极。气流方向气流方向立式和卧式立式和卧式立式立式电除除尘器气流由下而上器气流由下而上，通常作成管式，也有采用板式的；通常作成管式，也有采用板式的；卧式卧式电除除尘器的气流水平通器的气流水平通过，一般，一般优先先选用。用。荷荷电方式方式单区和双区区和双区双区双区电除除尘器器将将荷荷电区与分区与分离区离区分开。分开。清灰方式清灰方式湿式与干式湿式与干式湿湿式式电除除尘器器使使用用喷雾、淋淋水水或或溢溢流流等等方方式式在在收收尘极极表表面面形形成成一一流流动水膜，将粉水膜，将粉尘带走。走。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器电晕电极电晕电极常用的常用的电晕电极极有有圆形形电极极、星形星形电极极、锯齿电极极、芒刺芒刺电极极等。等。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器电晕电极电晕电极电晕电极极的的固固定定方方式式主主要要有有垂垂锤悬吊吊、框框架架式式、桅桅杆杆式式三三种种。最最佳佳线间距一般在距一般在200 300 mm之之间。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器集尘电极集尘电极平板式平板式电极：有网状极：有网状电极、棒极、棒帏式式电极等。极等。箱式箱式电极：包括极：包括鱼鳞板式、袋式板式、袋式电极等。极等。型板式型板式电极：用极：用1.2 3.0 mm钢板制成一定断面形状的板制成一定断面形状的电极。极。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器集尘电极集尘电极平板式平板式电极：有网状极：有网状电极、棒极、棒帏式式电极等。极等。箱式箱式电极：包括极：包括鱼鳞板式、袋式板式、袋式电极等。极等。型板式型板式电极：用极：用1.2 3.0 mm钢板制成一定断板制成一定断面形状的面形状的电极。极。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器集尘电极集尘电极平板式平板式电极：有网状极：有网状电极、棒极、棒帏式式电极等。极等。箱式箱式电极：包括极：包括鱼鳞板式、袋式板式、袋式电极等。极等。型板式型板式电极：用极：用1.2 3.0 mm钢板制成一定断面形状的板制成一定断面形状的电极。极。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器集尘电极集尘电极板板间距距（通通道道宽度度）：一一般般为 200 350 mm ，宽间距距电除除尘器器可可达达 400 1000 mm 。极板高度：由早期的极板高度：由早期的6 m增加到增加到现在的在的12 m或更高。或更高。集集尘电极的极的设计应考考虑如下因素：如下因素：消耗金属消耗金属少少防止二次扬防止二次扬尘尘振打振打性能好性能好电场分布电场分布均匀均匀机械强度和制造安装精度机械强度和制造安装精度4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器电极清灰装置电极清灰装置集集尘板上板上积灰灰10mm时，有效，有效驱进速度只有粉速度只有粉尘厚厚1mm时的的60%。清灰方式有两种：湿式清灰和干式清灰。清灰方式有两种：湿式清灰和干式清灰。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器气流分布装置气流分布装置仅仅由于改善气流分布，除由于改善气流分布，除尘效率可由效率可由80%或或90%提高到提高到99%。一一般般是是在在除除尘器器电场之之前前设1 3道道气气流流分分布布板板。有有时在在出出口口也也设一道分布板。一道分布板。还可以采用其他整流方式。可以采用其他整流方式。4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器外壳外壳外壳外壳结构主要有箱体、灰斗、构主要有箱体、灰斗、进出口出口风箱及框架等箱及框架等组成。成。对外壳的要求：外壳的要求：4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器严密密，漏漏风率率控控制制在在2 3 %左右；左右；保保温温，保保证烟烟气气温温度度高高于于露露点点15 20 C；防防腐腐，如如对硫硫酸酸雾烟烟气气需需用用铅板作壳体。板作壳体。供电设备供电设备4.3.4 电除尘器的结构形式4.3 电除尘器