电除尘器 电除尘器工作原理

电除尘器是利用静电分离原理使粉尘从气体中分离的装置。它能分离粒径为lμm左右的细尘粒,除尘效率高(>99%),阻力小(200~500Pa),处理烟气量大(30~300m3/s),适用于高温或腐蚀性气体,所以广泛地应用在各种工业部门。电除尘器的除尘过程分为高压电场的电晕放电,尘粒与电子和自由碰撞后的粒子荷电,粒子在电场力的作用下向集尘极运动的粒子沉降,以及粒子清除4个阶段,其分离机理前面已经讨论过。
按集尘极的形状,电除尘器可分为管式和板式2种,如图4-13所示。管式电除尘器的集尘极一般为多根并列的金属圆管或六角形管,适用于气体量较小的情况。板式电除尘器采用各种断面形状的平行钢板作集尘极,可从几平方米到几百平方米,极间均布电晕线,处理气体量很大。根据粒子荷电和集尘的空间位置,电除尘器有单区和双区两种布置方式,如图4-14所示。单区电除尘器是荷电和集尘在同一空间区域,多用于锅炉及其他工业除尘;双区电除尘器则是荷电和集尘先后在两个电场空间内进行,常用于空气调节等粉尘浓度很低的空气净化,而且使用阳极电晕。
电晕放电效果与电压有关。当电压较低时,不足以使自由电子获得高速运动的能量,因此难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。当达到起晕电压U0后,一般为20kV,产生电晕放电,电晕电流I呈抛物线上升。随着电压的增大,空气电离即电晕放电的范围逐渐扩大。若电压高到一定值,一般高于60kV,达到击穿电压Us后,I急剧上升,会使两极间的空气全部电离,整个电”换鞔⑸」夥诺纾缏范搪罚栈档缂蚬┑缟璞浮5绯酒鞯牡缭蔚缌饔氲缪沟墓叵等缤纪4-15所示。实践表明,负电晕电流高于同一电压下的正电晕电流,而且负电晕击穿电压高于正电晕,因此负电晕稳定性好,对除尘有利。影响电晕放电的因素有气体的成分、温度、压力和电极的形状、尺寸、积灰状况,以及粉尘特性等。
电除尘器除尘效率通常按德意希(Deutch)捕集效率方程计算。该方程可由理论导出,推导时作了一些假定:除尘器中为的气流为湍流;通过除尘器任一横断面上的气流和尘粒浓度均匀分布;进入除尘器的尘粒即刻荷电完毕;集尘极附近所有尘粒的驱进速度相同,与气流速度相比是很小的;忽略尘粒重返气流的影响。若集尘极面积为A(m2),气体总流量为Q(m3/s),德意希捕集效率方程为:
(4-28)
式中,vp称为有效驱进速度,并不是式(4-16)中的驱进速度ves。因为德意希理论推导和ves计算式中没有考虑各种实际因素的影响,实际值低于用式(4-28)计算的捕集效率,据估计ves=(2~10)vp,因此引入有效驱进速度的概念。vp是实际中对一定结构和运行条件的电除尘器实测η、A和Q的值后,反算出相应的驱进速度,用作设计新除尘器的基础。德意希效率公式指明了提高捕集效率的途径,在电除尘器设计和分析中被广泛应用。
影响电除尘器捕集效率的因素,主要有气体的性质和状态、粉尘特性、电极形状和尺寸及供电参数等。
(1)气体性质。对电子亲和力高的负电性气体如O2和SO2,以及与高速电子碰撞时易电离出一个氧原子的气体如CO2和HO2(蒸汽),能很快俘获电子,形成稳定的负离子。而非负电性气体如N2,不能形成负离子。此外,电场中迁移速率较低的离子,如SO2气体离子,具有较高的击穿电压。因此,气体中有负电性和低离子迁移率的气体存在,可施加更高的电压,即更强的电场,则提高尘粒的驱进速度,即提高捕集效率。
(2)气体的工作状态。气体的压力降低或温度升高,气体密度小,分子平均自由程增大,有利于电子加速到气体电离的速度,可降低起晕电压,改善除尘器的工作性能。
(3)粉尘比电阻。粉尘正常工作的比电阻范围一般为104~2×1010Ω·cm。粉尘到达集尘极之后,会以适当的速度放出电荷。若比电阻小于104Ω·cm,带负电的尘粒到达集尘极后,会立刻放出电荷,失去极板对其产生的吸引力,容易产生粉尘的二次飞扬。若比电阻大于2×1010Ω·cm,粉尘沉积到集尘极表面后,不能完全释放电荷,易形成与集尘极电性相反的带负电的粉尘层,排斥随后到来的带电尘粒,阻止其沉积。此外,若带电粉尘层出现裂缝时,该处还会形成局部的高场强电场,使裂缝内的空气电离,产生局部电晕放电,即反电晕。电离产生的正离子要向负极(电晕极)移动,运动时与荷负电尘粒碰撞中和,使除尘效率大为降低。
气体温度与湿度对微粒比电阻有重要的影响。如锅炉飞灰,温度小于250℃范围,粉尘的比电阻随温度的升高而增加。因为低温时尘粒吸附的水蒸气多,导电性能好,故比电阻低。温度升高后,尘粒吸附的水蒸气蒸发,比电阻逐渐增加。同理,烟气含湿量增加,粉尘的比电阻下降,当温度大于250℃后,比电阻基本不受烟气含湿量的影响。
(4)粒径。dp>1.0μm以后,随着粒径增大,荷电量q显著增加,q的增幅大于dp的增大,因此驱进速度提高,除尘效率迅速增加。
(5)粉尘浓度。进口气体含尘浓度较低时,捕集效率随粉尘浓度增加会有所提高。但进口浓度过高,电场中的气体离子大量沉积到尘粒上,由于荷电尘粒的运动速度远比气体离子运动速度小,所以电流减弱,除尘效率下降。
(6)供电参数。通常,随着极间电压升高,电晕功率和电流急剧增大,因此除尘效率随电晕功率而增加。
电除尘器主要由放电极、集尘极、气流分布装置、清灰装置、供电设备等组成。放电极应有起晕电压低、电晕电流大等良好的放电性能,足够的机械强度和耐腐蚀性,且容易清灰。电晕线有多种形状,常见的有圆形、星形、芒刺形等,如图4-16所示。集尘极要有利于尘粒沉积,清灰方便,振打时再次飞扬少,有足够的刚性,金属消耗低(占金属总消耗量的30%~50%),制造方便等。板式集尘极的形式如图4-17所示,一般有平板式、箱式和型板式,平板式刚度较差,清灰时二次飞扬严重;箱式目前已很少采用;型板两侧设有沟槽或档板以增大刚度,同时避免直接冲刷板面,防止二次扬尘,目前应用最多。极板的厚度为1.2~2.0mm,板间距为220~300mm。
电除尘器 电除尘器工作原理
为了提高除尘效率,要求气流均匀进入除尘器电场。一般在除尘器电场之前设置1~3块开有圆孔或方孔的气流分布孔板,也可采用格栅式分布板等。
电极清灰装置是为了避免极板上粉尘沉积较厚时电晕电流的减小,使除尘效率降低。清灰方式有干式和湿式两种。板式电除尘器常采用干式清灰,清灰是用机械撞击(跌落振打或锤击振打)或电极振动使灰尘脱离极板,振打时存在二次扬尘等问题。振打要有合适的振打强度和频率,通常在运行中调节确定。管式电除尘器常采用湿式清灰,它是利用喷雾或溢流水等方式在集尘极表面保持一层水膜,粉尘随水膜流动而冲走,避免了二次飞扬,提高除尘效率。但存在极板腐蚀和污水、污泥处理问题。
电除尘器的供电设备应能提供足够高的电压并具有足够的功率,操作稳定。目前多采用可控硅控制和火花跟踪自动调压的高压硅整流设备,可以把除尘器的功率输入稳定在可能达到的最大值,从而保持高的除尘效率。

  

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