《電除塵器》PPT課件

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1、n第六章第六章 電除塵器電除塵器nElectrostatic Precipitators(ESP)n6-1 概述概述n6-2 電暈放電電暈放電n6-3 電場電場 n6-4 粉塵荷電粉塵荷電 n6-5 粉塵的遷移和收集粉塵的遷移和收集 n6-6 電除塵器的結構電除塵器的結構 n6-7 粉塵比電阻粉塵比電阻 n6-8 電除塵器的選擇和設計電除塵器的選擇和設計 6-1概述概述n一、電除塵的性能特點一、電除塵的性能特點n氣體除塵從廣義上來說可以分為機械方法和電氣方法兩大類。機械的方法包括基本上依靠慣性力和機械力回收粒子的一切方法在內，如重力沉降法、離心分離法、氣體洗滌法、介質過濾法等等。電氣的方法就是

2、電除塵。它與一切機械方法的區別在于作用在懸浮粒子上的使粒子與氣體分離的力。n特點：特點：n1分離的作用力直接施于粒子本身，這種力是由電場中粉塵荷電引起的庫侖力，而機械方法大多把作用力作用在整個氣體。n2直接作用的結果使得電除塵器比其它除塵器所需功率最少，氣流阻力最小。處理1000m3/h的氣體，耗電度，P=1001000Pa。n3它既不象重力沉降法或慣性法那樣只限于回收粗粒子，也不象介質過濾法或洗滌法那樣受到氣體運動阻力的限制，能回收微型范圍的細小粒子。（1m左右的）n4除塵效率高，一般在95-99%。處理量大，可應用于高溫、高壓，具有克服氣體和粒子腐蝕的能力。連續操作并可自動化，故應用廣泛。

3、n5.主要缺點是設備龐大，消耗鋼材多，初投資大，要求安裝和運行管理技術較高。n二、電除塵發展簡介二、電除塵發展簡介 早在公元前早在公元前600年，希臘人就知道被摩擦過的琥珀對年，希臘人就知道被摩擦過的琥珀對細粒子和纖維的靜電吸引作用，庫侖發現的平方反比定細粒子和纖維的靜電吸引作用，庫侖發現的平方反比定律成為靜電學的科學基礎，它也是電除塵理論的出發點。律成為靜電學的科學基礎，它也是電除塵理論的出發點。威廉描述到：電能吸引由熄滅的火花產生的煙。威廉描述到：電能吸引由熄滅的火花產生的煙。1745年，年，富蘭克林）富蘭克林）(1706-1790)開始研究尖端放電，他似乎是首開始研究尖端放電，他似乎是首

4、先研究我們現在所涉及到的電暈放電。最早有關煙塵電先研究我們現在所涉及到的電暈放電。最早有關煙塵電力吸引的文學敘述出自英國的宮廷內科醫生威廉吉伯特，力吸引的文學敘述出自英國的宮廷內科醫生威廉吉伯特，時間是時間是1600年。年。1772年，貝卡利亞對于大量煙霧的氣體年，貝卡利亞對于大量煙霧的氣體中的放電、電風現象進行了試驗以后，中的放電、電風現象進行了試驗以后，1824-1908年，年，一些人做了一些有關凈化過程中煙霧、煙草中的煙等試一些人做了一些有關凈化過程中煙霧、煙草中的煙等試驗。驗。1908年，柯特雷爾發表了他的第一個專利，并在賽年，柯特雷爾發表了他的第一個專利，并在賽爾拜冶煉廠電除塵成功地

5、回收了過去很難處理的硫酸霧。爾拜冶煉廠電除塵成功地回收了過去很難處理的硫酸霧。后來在他的學生施密特協助下又進行了發展，為在冶金后來在他的學生施密特協助下又進行了發展，為在冶金和水泥工業中迅速廣泛地采用電除塵，控制空氣污染奠和水泥工業中迅速廣泛地采用電除塵，控制空氣污染奠定了基礎，從上世紀二十年代到四十年代開始應用于其定了基礎，從上世紀二十年代到四十年代開始應用于其它工業。它工業。本杰明本杰明富蘭克林名言：富蘭克林名言：n懶惰象生銹一樣，比操勞更能消耗身體；經常用的懶惰象生銹一樣，比操勞更能消耗身體；經常用的鑰匙，總是亮閃閃的。鑰匙，總是亮閃閃的。n切勿坐耗時光，須知每時每刻都有無窮的利息；日切

6、勿坐耗時光，須知每時每刻都有無窮的利息；日計不足，歲計有余。計不足，歲計有余。n時間是一味能治百病的良藥。時間是一味能治百病的良藥。n勤勉。不浪費時間，每時每刻做些有用的事，戒掉勤勉。不浪費時間，每時每刻做些有用的事，戒掉一切不必要的行動。一切不必要的行動。n不勞苦，無所得。不勞苦，無所得。n時間不可空過，惟用之于有益的工作；一切無益的時間不可空過，惟用之于有益的工作；一切無益的行動，應該完全制止。行動，應該完全制止。n讀書是我惟一的娛樂，我不把時間浪費于酒店、賭讀書是我惟一的娛樂，我不把時間浪費于酒店、賭博或任何一種惡劣的游戲。博或任何一種惡劣的游戲。n懶惰行走得那么慢，以至貧窮很快趕上了它

7、。懶惰行走得那么慢，以至貧窮很快趕上了它。本杰明本杰明富蘭克林名言富蘭克林名言(續續)：n沒有任何動物比螞蟻更勤奮，然而它卻最沉默寡言。沒有任何動物比螞蟻更勤奮，然而它卻最沉默寡言。n你熱愛生命嗎？那么別浪費時間，因為時間是構成你熱愛生命嗎？那么別浪費時間，因為時間是構成生命的材料。生命的材料。n如果有什么需要明天做的事，最好現在就開始。如果有什么需要明天做的事，最好現在就開始。n誠實和勤勉應該成為你永久的伴侶。誠實和勤勉應該成為你永久的伴侶。n絕望毀掉了一些人，而傲慢則毀掉了許多人。絕望毀掉了一些人，而傲慢則毀掉了許多人。n驕傲者憎恨他人驕傲。驕傲者憎恨他人驕傲。n失足，你可能馬上復站立；失

8、信，你也許永難挽回。失足，你可能馬上復站立；失信，你也許永難挽回。n懿行美德遠勝于貌美。懿行美德遠勝于貌美。n要強迫自己工作，不要等到工作來強迫你。要強迫自己工作，不要等到工作來強迫你。n把別人對你的詆毀放在塵土中；而把別人對你的恩把別人對你的詆毀放在塵土中；而把別人對你的恩惠刻在大理石上?；菘淘诖罄硎?。n如果你懂得量入為出，那你就可以致富了。如果你懂得量入為出，那你就可以致富了。電除塵器n三、電除塵的除塵過程三、電除塵的除塵過程n電除塵是何種裝置呢？概括而言，電除塵是利用強電場使氣體發生電離，氣體中的粉塵荷電在電場力的作用下，使氣體中的懸浮粒子分離出來的裝置。n用電除塵的方法分離氣體中的懸

9、浮離子，需四個步驟：氣體電離；粉塵荷電；粉塵沉集;清灰。Dust-collection plateLHigh voltage wire for corona dischargeClean gashDirty gasCorona discharge along the length of wireCollected dust on plateDust removed from plates to hoppers2H電除塵器的工作原理電除塵器的工作原理n單區和雙區電除塵器雙區電除塵器雙區電除塵器單區電除塵器單區電除塵器四、除塵器的分類四、除塵器的分類n按結構不同可作不同的分類，現從4個方面介紹：n

10、（1）按集塵電極型式可分為管式和板式電除塵器）按集塵電極型式可分為管式和板式電除塵器n管式：極線沿著垂直的管狀集塵電極的中心懸掛，適用于氣體量較小的情況，一般采用濕式清灰方式。n板式：在互相平行的板式收塵電極的中間懸掛垂直的極線。板式可采用濕式清灰方式，但絕大多數采用干式清灰方式。n（2)按氣流流動方式分為立式和臥式電除塵器按氣流流動方式分為立式和臥式電除塵器n在工業廢氣除塵中，臥式板式電除塵器是應用最廣泛的一種，我國1972年提出的系列化設計SHWB型就屬此類。n（3）按粉塵荷電區和分離區的空間布置不同分為單區和雙區電除塵器）按粉塵荷電區和分離區的空間布置不同分為單區和雙區電除塵器n單區：粉

11、塵荷電和分離沉降都在同一空間區域內進行。n雙區：先有一組電極使粉塵荷電，然后另一組電極供給靜電力，使帶電粒子沉降。典型的雙區除塵器多用于空調方面。國外有將它應用于工業廢氣凈化方面的。n（4）按沉集粉塵的清灰方式可分為濕式和干式電除塵器按沉集粉塵的清灰方式可分為濕式和干式電除塵器6-2 6-2 電暈放電電暈放電 Corona dischargeCorona dischargen一、氣體的導電n二、電暈的形成n一、氣體的導電n電暈是氣體中電傳導的若干形式之一，因此，在介紹電暈放電時，需要先簡單說一說關于氣體導電的基本現象。n問題:n氣體導電、液體導電、固體導電的區別?n電擊穿或氣體放電電擊穿或氣體

12、放電當電極之間的電位差提高到某一點時，氣體的電離電離和電導電導性就大大增加，于是從絕緣狀態絕緣狀態轉變為傳導狀態，這種導電現象稱為氣體放電。n電暈放電電暈放電只是在放電極的一小段距離內氣體有強烈的電擊穿，放電時在電極周圍的空氣電離。n火花放電火花放電是在放電極和集塵極之間有若干狹窄的電擊穿，放電時電極間的空氣電離。n在電暈中產生離子的主要機制在電暈中產生離子的主要機制是由于氣體中的是由于氣體中的自由電子從電場中獲得能量，和氣體分子激烈自由電子從電場中獲得能量，和氣體分子激烈碰撞，使電子脫離氣體分子，結果產生帶陽電碰撞，使電子脫離氣體分子，結果產生帶陽電荷的氣體離子并增加了自由電子，這種現象稱荷

13、的氣體離子并增加了自由電子，這種現象稱為為電離電離。要產生電離，碰撞電子必須具有一定的最小能量，成為電離能量，其數值根據被撞出的分子或原子來決定。n電子除了有強大的電離能力外，還具有可以附著在許多中性分子和原子上形成陰離子的性質。顯然，在任一距離內凈剩的電子數是由電離所任一距離內凈剩的電子數是由電離所造成的電子數和因附著而損失的電子數之差造成的電子數和因附著而損失的電子數之差。n電子附著電子附著對保持穩定的陰電暈是很重要的。因為氣體的遷移速度是自由電子的1/100，如沒有電子附著而形成的大量陰離子，則遷移速度高的自由電子就會迅速流至陽極，這樣便不能在電極之間形成穩定的空間電荷。差不多在達到電暈

14、始發電壓時就會發生火花放電。在沒有電子附著的情況下，如某些氣體在沒有電子附著的情況下，如某些氣體N2、H2等，在等，在很純的情況下，完全不能由電子附著形成陰離子，就很純的情況下，完全不能由電子附著形成陰離子，就只能采用陽電暈。因為陽電暈中的電流載體是速度比只能采用陽電暈。因為陽電暈中的電流載體是速度比較小的陽離子較小的陽離子。n氣體放電可分為自持的和非自持的兩類氣體放電可分為自持的和非自持的兩類。自持的是指放電僅靠電位來維持，不需要外來的電離方法。電暈放電是自持的一種。非自持的則受外界電離劑的作用。n二、電暈的形成二、電暈的形成n如果在曲率很大的表面（如一尖端或一根細線）和一根管子或一塊板之間

15、有電位差，當電位差增大到一定值時，如達到一個臨界值,則能形成非均勻電場而產生電暈放電。雖然交流電壓也能產生電暈，但交流電暈使荷電粒子產生擺動運動，而直流電暈則產生把離子驅向收塵電極的穩定的力，所以電除塵通常都是單極放電單極放電。電除塵中所采用的單極性電暈是在放電電極和收塵電極間形成的穩定的自發發生的氣體放電，電離過程局限在放電電極鄰近的強電場中的輝光區或鄰近輝光區的地方，如下圖所示：陰離子空間電荷區管電暈線電暈輝光n電暈分類電暈分類:根據電極極性的不同，電暈有陽電暈與陰陽電暈與陰電暈電暈之分。當放電電極和高壓直流電源的陰極連接時，就產生陰電暈。n陽電暈或陰電暈的存在有兩個主要條件：陽電暈或陰電

16、暈的存在有兩個主要條件：n1）在電暈電極附近必須有充足的電離源；2)在電離區發射出的離子必須能在電暈外區生成有效的空間電荷。n(一一)電暈形成機理電暈形成機理n1 陰電暈形成機理陰電暈形成機理n在電暈線周圍，發生“電子雪崩”的積累過程，在強電場區域以外，電子逐漸減慢到小于碰撞電離所必需的速度，并附著在氣體分子上形成氣體離子。n陰電暈：陰電暈：只是在很大的電子親和力的氣體或混和氣體中有可能形成。n外觀外觀：在放電電極周圍有一連串光點或刷毛狀輝光。n2.陽電暈形成機制陽電暈形成機制n靠近陽極的放電極線的強電場空間內，自由電子和氣體分子碰撞形成電子雪崩過程。這些電子向著極線運動電子向著極線運動，而氣

17、體陽離子則離開極線向強度逐步降低的電場運動，成為電暈外區空間內的全部電流。n外觀外觀：比較光滑，均勻的藍色的亮光包著整個放電電極表面，這種電離過程有擴散性質。n(二)電暈起始電壓1.定義2.電暈起始電壓計算公式3.影響因素(1)電暈起始電壓隨電極的幾何形狀而變化(2)氣體組成的影響(3)溫度和壓力的影響n(二)電暈起始電壓n1.1.定義定義:電暈起始電壓指開始發生電暈放電電暈起始電壓指開始發生電暈放電時的電壓，也稱臨界電壓時的電壓，也稱臨界電壓，與之相應的場強稱為電暈起始場強或臨界場強。n在電除塵器中，影響電暈起始電壓的各因素和電暈放電時的電壓電流關系具有重要的意義，而電除塵器的電壓電流關系取

18、決于電極的幾何形狀、氣體的組成和狀態、已沉降的粉塵層厚度和性質及懸浮粉塵的濃度和粒徑等。n2.電暈起始電壓計算公式電暈起始電壓計算公式n現在推導管式電除塵器中電壓與場強的數學關系。近似把電暈線看成無限長的均勻帶電直線，電荷線密度為（庫侖/米），假想兩電極間沒有電暈電流，即不存在空間電荷，由高斯定理可知，在管式電除塵器中距電暈線距離為r處的場強為n-（6-1）n0為真空中的介電系數，0=8.8510-12庫侖2/牛頓米2rEr02n而任一點的場強等于該點的電位梯度的負值，即n-（6-2）n通過積分變換得：nn-（6-3）n上式為任一點場強與電壓的關系。任一點場強與電壓的關系。n式中：V電壓；nr

19、半徑（距電暈線中心的距離）；na電暈線半徑；b集塵管半徑。n（6-3）式表明，在電暈開始發生之前，管式電除塵器中任一點的場強Er隨極間電壓V的升高而增大，隨電暈線的距離的減小而增大。當r=a在電暈線表面上時，Er達最大。drdVErabrVErlnn電暈開始發生所需的場強取決于幾何因素及氣體的性質。皮克（peek）通過大量實驗研究，提出了計算在空氣中電暈起始場強的經驗公式：nnn（V/m）（6-4）nP0、T0為標況下的大氣壓（1atm）和溫度（298K）；nT、P為運行狀況的溫度和空氣壓力；nf 為導線光滑修正系數，一般0.5f1，清潔的光滑導線f=1，實際中所遇到的導線可取f；n式中正負號

20、視電暈極性而定，正電暈取正號，負電暈取負號。aTPPTTPPTfEr0000603.0103n當r=a時，由（6-3）式得n代入（6-4）得電暈起始電壓計算式（線管式）：（6-5）abaTPPTaTPPTfaVnnnncln03.01036abaEVcclnn板式電除塵器：n式中：c兩個電暈極之間的半徑，m；na電暈極半徑，m；b電暈極到集塵極的距離。時當；時當式中26.04ln2cbecdcbbdadaEVcbcc正、負電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線n電暈區范圍逐漸擴大致使極間空氣電暈區范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離全部電離電場擊穿電場擊穿；相應的電；相應的電壓壓擊穿電壓擊穿電壓。n在

21、相同電壓下通常負電暈電極產生在相同電壓下通常負電暈電極產生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多。多。n工業氣體凈化傾向于采用穩定性強、工業氣體凈化傾向于采用穩定性強、操作電壓和電流高的負電暈極。操作電壓和電流高的負電暈極。n空氣調節系統采用正電暈極，好處空氣調節系統采用正電暈極，好處在于其產生臭氧和氮氧化物的量低。在于其產生臭氧和氮氧化物的量低。n3.影響因素n(1)電暈起始電壓隨電極的幾何形狀而變化，線愈細，電暈起始電壓愈低。n(2)氣體組成的影響氣體組成決定著電荷載體的分子種類。不同的氣體，電子附著形成負離子的過程是不同的。電負性氣體：能吸附電子的氣體，如電負

22、性氣體：能吸附電子的氣體，如O2，Cl2，SO2，若無電負性氣體，則只能采用，若無電負性氣體，則只能采用正電暈。正電暈。n氣體組成對電壓電流特性的影響是由于混合氣體中每種組分俘獲電子的概率和遷移率不同而致。n工業廢氣主要是混合氣體，電子附著取決于每次碰撞的概率和各組分的濃度，混合氣體對電子的親合力總和可利用其中各組分碰撞次數來表示。同時可以利用混合氣體各組分的遷移率來確定氣體混合物的當量遷移率。在這里說明一下，離子活度（濃度）高，離子速度大，電暈電流也就較大。n由于其它因素的抵消影響，這些關系并不直接成比例，雖然針對氣體組成施加一些措施（如高電壓等）對除塵器的性能改善有利，但在工業中很很少采用

23、改變氣體組成的方法少采用改變氣體組成的方法，而常用控制放電極尺寸或其它幾何特性的方法改變電壓電流曲線。n(3)溫度和壓力的影響n氣體的溫度和壓力既能改變電暈起始電壓，又能改變電壓電流關系。氣體的溫度和壓力的第一第一種影響：種影響：改變氣體密度，使電子平均自由程改變，也就改變為使電子加速到電離所需的速度時所必需的場強。實驗表明，壓力升高，溫度降低，氣體密度增加，電暈起始場強增高，電暈起始電壓增高。n第二種影響：第二種影響：改變電荷載體的有效遷移率，從而改變電壓電流特性。以下三種方式均可使有效遷移率增大：na.溫度、場強不變，減小氣體密度；nb.氣體密度、場強不變，提高溫度；nc.溫度、氣體密度不

24、變，增大場強。6-3 電電 場場n電除塵器的電場是由于在一對電極間施加了高電壓和在兩電極的空間區域中存在由離子和荷電粒子構成的空間電荷而引起的。若沒有電暈電流，則電場僅取決于供電壓部分和除塵器的幾何尺寸。電場影響著所要捕集的塵粒的荷電和作用在已荷電的塵粒上的力的大小，故在除塵過程中起重要作用。n在上一節由理論推導出了管式電除塵器在任一點的場強（6-3式）：n（該式是在假定電暈電流為0時推導出來的）abrVErlnn有電暈電流時的場強計算n任一點場強E(r)的表達式：nn正負號視電暈極極性而定（正電暈取正）n一般皆用負電暈，故取負。02202021KirrrrEEcrn有電暈電流時的電壓計算n一

25、般情況下，電除塵器的捕集效率隨電暈電流的增大而提高，這主要是由于它影響場強的緣故，在粉塵荷電過程中起重要作用的電場是電暈外區空間中的平均場強E0。而集塵電極附近的場強（集塵電場強度Ep）影響著已荷電粒子的捕集效率?？臻g平均場強和集塵電場強度之積E0Ep在電暈線尺寸和集塵電極直徑已定時，隨電暈電流增大而增大。drKirrrrEdrEVbacbar022020216-4 粉塵荷電粉塵荷電電除塵過程的基本要求就是：相同條件下荷電速度快，荷電量大。n在電除塵器中粒子荷電是由于氣體離子和氣溶膠粒子碰撞，離子附著在粒子上而形成。有兩種作用機制：n（1)離子在電場作用下沿電力線作有規則運動，與粒子碰撞使粒子

26、荷電，稱之為電場荷電電場荷電。n（2）由于離子的不規則熱運動而與粒子碰撞以致粒子荷電，稱之為擴散荷電擴散荷電。n兩種荷電同時起作用，就大部分實用的電除塵器中處理的粒度范圍來看，電場荷電較重要。n當顆粒粒徑當顆粒粒徑dp時，以時，以電場荷電為主。電場荷電為主。n當顆粒粒徑當顆粒粒徑dp時，以時，以擴散荷電為主。擴散荷電為主。n當顆粒粒徑當顆粒粒徑0.15 dp時，都起作用。時，都起作用。1.電場荷電電場荷電 粒子上累積的電荷增加，由電荷產生的電場越來越強，達到飽和時，粒子上累積的電荷增加，由電荷產生的電場越來越強，達到飽和時，氣體離子不能再達到粒子表面，此時的電荷稱為氣體離子不能再達到粒子表面，此時的電荷稱為粒子飽和電荷粒子飽和電荷。