环保设备教案——第三章-除尘器的设计与应用(二).doc

《环保设备教案——第三章-除尘器的设计与应用(二).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环保设备教案——第三章-除尘器的设计与应用(二).doc（10页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第三章 除尘器的设计与应用(二)【课时安排】3.1电除尘器概述 0.5学时3.2电除尘器的设计与计算 2学时3.3电除尘器的应用与发展 1.5学时总计 4学时【掌握内容】1电除尘器的设计与计算2电除尘器的应用【熟悉内容】1影响电除尘器除尘的主要因素2电除尘器发展前景【教学难点】电除尘器的设计与计算【教学重点】电除尘器的设计与计算【教学目标】掌握常用电除尘装置的结构、除尘机理和设计计算【教学内容】3.1 电除尘器概述【授课时间】0.5学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】一 定义利用静电力将气体中的悬浮粒子（粉尘或液滴）分离出来的一种除尘装置二 电除尘器的工作原理及特点1.工作原理: 含尘气体在通

2、过非均匀高压电场进行电离的过程中,是粒子荷电,并在电场力的作用下是粒子沉积在集尘极上,粒子从气流中分离出来的一种除尘装置2.特点:与其他除尘器的根本区别在于: 分离力直接作用在粒子上，而不是整个气流上具有耗能小、气流阻力小（一般为200500Pa）的特点处理烟气量大，可达105106m3/h能耗低，大约0.20.4kWh/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三 电除尘器的除尘过程需四个步骤：电晕放电和气体电离；粉尘荷电；荷电粒子的运动和捕集；清灰。以管式电除尘器为例:1电晕放电电晕放电过程：a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b气体

3、分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程c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d气体离子化区域电晕区e自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源（1）起始电晕电压开始产生电晕电流所施加的电压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）d一空气的相对密度 m导线光滑修正系数，无因次，0.5m0.5m的微粒，以电场荷电为主dp0.15m的微粒，以扩散荷电为主0.15m dpc，i越大，驱进速度越大，除尘效率越高。对板式电除尘器：电流i加一修正系数 ，当供电不是直流时，i可取电流的时间平均值iav。3.3 电除尘器的应用与发展【

4、授课时间】1.5学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】一 电除尘的选择电除尘选择的技术问题基本上是使电除尘的设计与所需的除尘效率和规范相符合的问题。正确选择电除尘要求了解的烟尘和烟气的基本性质包括： 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； 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。这些性质可用已知的技术和有效的装置进行调试。传统上对于这些性质大都根据其产生的来源和生产过程来假定的。最简单的有的值提出它处理的烟量、除尘效率。二 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，；

5、 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）确定有效驱进速度是衡量电除尘效率和根据现有设备的已知性能进行新除尘器设计的重要参数。在设计时实际应用的值，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

6、）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点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。三 粉尘层的导电机制工业粉尘导电方式有两种，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；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

7、，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。书P22，图6-18为一典型的温度比电阻曲线，表明了容积比电阻、表面比电阻占优势的范围。一般在高温范围内，粉尘比电阻取决于物质的化学组成。在低温范围内，比电阻与烟气中存在的水蒸汽或其它化学调节剂有关，是一种离子迁移现象。燃烧锅炉飞灰的比电阻主要与烟气中的SO3和水蒸汽含量成反比关系，高硫煤产生的飞灰比电阻比低硫煤的低。烟气温度低时SO3的吸附率较高，因此可通过改变烟气温度的方法是飞灰比电阻控制在某一范围。对于其它工业生产过程，如水泥窑和冶金炉烟尘，在烟气含水量较高和温度较低时，粉尘

8、的比电阻较低。四 比电阻对电除尘器运行的影响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，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103104cm21010cm。1 比电阻过低前已述及，沉积在集尘电极上的灰尘因为相互粘附凝集成集合体，所以振打电极后，它们能在重力作用下自由降落到灰斗中去，不致被气流带走，但是，如果灰尘的比电阻小于103104cm，则当它到达集尘表面后不仅立即丧失电荷，而且立即如图A那样由静电感应获得和收尘电极同极性的阳电荷（图中A）。如果阳电荷形成的排斥力大得足以克服灰尘的粘附力，则沉积的灰沉降离开收尘电极而重返气流。可是因为在空间受

9、到离子碰撞，又会重新获得与放电极同极性的阴电荷而向集尘电极运动（图中B），结果就像图a那样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。对这种情况往往可以采取在电除尘气后面串联旋风除尘器的办法来解决。因为携带不同电荷的粒子经过频繁的碰撞可能集成大的颗粒，能过在旋风除尘器中分离下来。例如炭黑就可以用高速电除尘器后面串联旋风除尘器的办法来捕集。另外，会不会出现跳跃现象与粒子的粘附性是有关的。象重油锅炉的炭黑灰尘，其表面附着SO3和焦油，虽然比电阻小，也能在集尘电极上粘附堆积，故一般可以有效的捕集。2 比电阻过高当灰尘的比电

10、阻超过1010cm后，电除尘器的性能就随着比电阻的增加而下降，比电阻超过1010cm，通常设计的电除尘器就难以达到合理的效率。如果比电阻更高超过1012cm，则电除尘器的效率就会降低到大部分场和不能应用的程度。为了帮助理解高比电阻灰尘的影响，可以作这样的分析：设下图中电路内的外电阻器代表有电阻的灰尘层，其单位面积电阻（R）： Rs为比电阻；L为灰尘层厚度。因为由电晕离子构成的电极之间的电流必通过集尘电极上的灰尘层，据欧姆定律，电流通过具有一定电阻的灰尘层的压降j灰尘层中的电晕电流密度，V为： j灰尘层中的电晕电流密度，作用在电极之间的空间的电压Vg为 ，V为外加于电除尘器的电压。上式表明，如果

11、比电阻不太高的话，捕集的灰尘层对空间的电压Vg的影响可忽略不计，但随着比电阻的增加，达到一定程度，其影响就不能忽略，因为这是可能开始发生一个重大的异常现象，即反电晕（或叫逆电离）。反电晕就是在集尘电极上产生电晕放电的现象，主要是由于粉尘的比电阻很高时，到达集尘电极的粉尘释放电荷很慢，并残留部分电荷，这不但会排斥随后而至的带有同性电荷的粉尘，影响其沉降，而且随着粉尘层变厚，两电极间造成一个很大的电压降，以致引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生电晕放电。它与放电电极发生的现象类似，也可以见到亮光，也产生成对的离子和电子。正离子穿过极间区域朝着放电极流动，结果使集尘极附近电场强减弱，粉尘所带的负电荷部

12、分被正离子中和，使粉尘的电荷减少，因而削弱了粉尘的沉降，除尘效率显著下降。若灰尘层的电压降继续增加，最终将使灰尘层的绝缘破坏，沉积粉尘层中的场强超过气体的击穿电场，粉尘层空隙中的气体的电击穿便发生了。书上P215图5-31显示了3种粉尘比电阻情况下的电压电流特性。曲线A代表极板上没有粉尘层存在的情况，除尘器中的直流电压随着电晕电流的增大而增大，直到两极间气体被击穿，这种击穿使负电晕除尘器的阳极表面开始形成火花放电，并波及到电晕电流，它有着确定的最大电晕电流和电压，决定于具体的电极形状、间距和气体的组成。曲线B表示存在着中等比电阻粉尘的沉积，它位于清洁极板的曲线右侧，由于通过粉尘层有电压降，在粉

13、尘层发生电击穿之前，电压亦随电流增大而增大，当粉尘层中发生电击穿时，击穿点周围局部面积上的电阻减小，就会使通过粉尘层的电压即刻施加到粉尘层表面和电晕线之间的空间中，由于这一附加电压的作用，使极间气体的击穿电压变高，电晕电流变小。曲线C表示粉尘比电阻很高的状况，这是当粉尘层中发生电击穿时，供电压不足以使火花蔓延地穿过极间区域，若电极间没有火花放电，则导致粉尘层不断被击穿，不断产生反电晕，火花闪络频繁，高压直流电流不断波动，电流值显著下降，致使除尘效率显著下降，当发生严重的反电晕现象时，由于集尘极电晕电流增大，造成高压电流复又急剧上升，且比较稳定，结果是粉尘重返气流的现象严重，而且大量沉积在放电电

14、极上，除尘效率严重下降。图5-32表示粉尘比电阻与除尘效率的关系，当比电阻在104cm以下的A区时，粉尘导电性太好，到达集尘极后放电太快，而被推回到气流，捕集效率很低；比电阻为1051010cm的B区内，粉尘到达集尘极时，电荷的中和进行得适当，是电除尘器运行最理想的区域，捕集效率较高；比电阻为1011cm左右的C区内，开始发生反电晕现象，捕极效率下降；比电阻在1012cm以上的D区内，呈现了完全的反电晕现象，高压直流急剧上升，捕极效率大幅度下降。3 改变粉尘比电阻的方法当粉尘比电阻较高时，可选用的解决方法： 设计成比正常情况更大的除尘器，以适应较低的沉降率或改变供电方式（包括脉冲电压、较高的高

15、强电场分组、快速打火熄火回路）。 采用新型除尘器结构。 对烟气进行调节，降低比电阻，尽可能使电极保持清洁。这里介绍一下烟气调节的有关方法：（大家先看一下粉尘温度与比电阻的关系，图6-11P24）A调节烟气温度前面已经谈到，大部分工业都有两种导电机制，温度大约高于170200时以内部导电为主，低于大约170150时以表面导电为主，在此两者之间的表面温度下粒子比电阻达最大。当气体很干时没有表面导电，比电阻随着温度的下降直线上升，因此，调节除尘器中的气体温度是减少离子比电阻的一个重要方法。B对烟气进行调理尘粒从气体中吸附了水分和化学物质后其电导率即增加，即比电阻减小。因此，对含尘气体进行加湿调理和化学调理是控制灰尘比电阻的一种有效措施。采取的措施：喷水、喷蒸汽、原料加湿来增加水分；化学调理：加入很少量的化学调理剂来改变比电阻。常用的化学调理剂是SO3和NH3等。如电厂的煤中加入少量的钠足以有效的调节。