電除塵器

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電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子（塵粒或液滴）的裝置，與其他除塵器的根本區(qū)別在于：除塵過(guò)程的分離力（主要是靜電力）直接作用在粒子上，而不是作用在整個(gè)氣流上，因此電除塵器具有分離粒子能耗低、氣流阻力小的特點(diǎn)。由于作用在粒子上的靜電力相對(duì)較大，所以電除塵器也能有效地捕集亞微米級(jí)粒子。電除塵器還具有處理氣流量大，能連續(xù)操作，可在高溫或腐蝕性條件下工作等優(yōu)點(diǎn)。

除塵效率一般可大于99%，對(duì)微小塵粒也有足夠的捕集效率。處理量大，能連續(xù)操作，可用于高溫、高壓，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、能源、材料、紡織等工業(yè)部門(mén)。但靜電除塵器設(shè)備龐大，占地面積大，一次性投資費(fèi)用高，應(yīng)用范圍受粉塵比電阻限制，難以適應(yīng)操作條件的變化，此外對(duì)制造、安裝質(zhì)量要求高。

一、靜電除塵器分類(lèi)和特點(diǎn)

靜電除塵器主要由放電電和集塵電組成。

放電電（電暈）是一根曲率半徑很小的纖細(xì)裸露電線，上端與直流電源的一相連，下端由吊錘固定位置，集塵電是具有一定面積的管和板，它與電源的另一相連。若在兩施加高壓，則在放電電附近的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，而在集塵電附近的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)很小，因此兩之間的電場(chǎng)是不均勻強(qiáng)電場(chǎng)。

1、按集塵電的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

（1）管式電除塵器

單管電除塵器結(jié)構(gòu)如圖所示。集塵為F 150-300mm的圓形金屬管，管長(zhǎng)為3-5m。放電線（電暈線）用重錘懸吊在集塵園管的中心。管式電除塵器電場(chǎng)強(qiáng)度高且變化均勻，但清灰比較困難。常用于處理含塵氣體量小或含霧滴的氣體。

（2）版式電除塵器

集塵由多塊一定形狀的鋼板組合而成。放電（電暈）均布在兩平行集塵間。兩平行集塵的距離一般為200-400mm，板高度2-5mm。版式電除塵器電場(chǎng)強(qiáng)度變化不均勻，清灰方便，制作安裝容易。

2、按氣流流動(dòng)方式分類(lèi)
（1）立式電除塵器
一般管式電除塵器為立式電除塵器，含塵氣流自下而上流過(guò)。立式電除塵器占地面積小，捕集效率高。
（2）臥式電除塵器
含塵氣流沿水平方向流過(guò)完成除塵過(guò)程的電除塵器稱(chēng)為臥式電除塵器，又可分為電場(chǎng)供電，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒徑粉塵的分離，有利于提高總除塵效率。安裝高度比立式低，操作和維修方便。

3、按電在除塵器內(nèi)的布置分類(lèi)

(1)單區(qū)電除塵器

集塵級(jí)和電暈裝在同一區(qū)域內(nèi)，顆粒荷電和捕集在同一區(qū)域內(nèi)完成。

(2)雙區(qū)電除塵器

收塵系統(tǒng)和電暈系統(tǒng)分別裝在兩個(gè)不同區(qū)域內(nèi)，前區(qū)安裝電暈稱(chēng)電暈區(qū)，粉塵粒子在前區(qū)荷電；后區(qū)安裝集塵稱(chēng)為收塵區(qū)，荷電粉塵粒子在收塵區(qū)被捕集。雙區(qū)電除塵器主要用于空調(diào)的空氣凈化方面。

4、按清灰方式分類(lèi)

(1)干式電除塵器

干燥狀態(tài)下采用機(jī)械振打、電磁振打和壓縮空氣等方法清除集塵上粉塵的電除塵器稱(chēng)為干式電除塵器。有利于回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值的粉塵，但容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。

(2)濕式電除塵器

用水噴淋或用溢流水在集塵表面形成一層水膜，使沉積在集塵上的粉塵和水一起流到除塵器下部排出。濕式除塵器無(wú)二次揚(yáng)塵，效率高，但清灰水需要處理，對(duì)設(shè)備有腐蝕。

二、 靜電除塵器的工作原理

在兩個(gè)曲率半徑相差較大的金屬陽(yáng)和陰上，通以高壓直流電，維持一個(gè)足以使氣體電離的靜電場(chǎng)。含塵氣體在電暈周?chē)鷱?qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生電離，形成氣體離子和電子使粒子荷電。荷電粒子在電場(chǎng)力作用下向集塵運(yùn)動(dòng)并在集塵上沉積，從而達(dá)到粉塵和氣體分離的目的。當(dāng)集塵上粉塵達(dá)到一定厚度時(shí)，借助振打機(jī)構(gòu)使粉塵落入下部灰斗。可見(jiàn)，電除塵器的工作原理包括電暈放電、氣體電離、粒子荷電、荷電粒子的遷移和捕集，以及清灰等過(guò)程。

1.氣體電離和電暈放電

通常氣體中只含有其微量的自由電子和氣體離子，可視為緣體。在電除塵器中，當(dāng)兩電之間的電壓達(dá)到一定值時(shí)，兩電間的氣體將發(fā)生電離由緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)狀態(tài)，即產(chǎn)生氣體電離或電擊穿，如電暈放電、輝光放電、火花放電及電弧放電。

（1）電暈放電

電暈放電是一種不完全的電擊穿，只是在放電周?chē)鼙〉囊粴鈱又谐霈F(xiàn)電擊穿，兩電間的電流很小。而火花放電則是在放電到收塵之間有多條火花電擊穿，傳導(dǎo)電流較大。

ab段:氣體導(dǎo)電僅借助于氣體中原有少量自由電子，電流隨電壓升高而增大，但電流的值不高。
bc段：電壓由b’升到c’，間導(dǎo)電電流幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明沒(méi)有新電離出的電子和離子參與導(dǎo)電，增加的電壓主要是提高了原有自由電子的動(dòng)能。
cd段：當(dāng)電壓升高到c’點(diǎn)時(shí)，由于氣體中的電子已獲得足夠的動(dòng)能，足以使與之碰撞的氣體中性分子發(fā)生電離，產(chǎn)生新的電子和陽(yáng)離子。失去能量的電子可與其他中性氣體分子結(jié)合成為陰離子。新的電子和離子參與導(dǎo)電。當(dāng)電子在電場(chǎng)中獲得足夠大的動(dòng)能后，又與其他中性氣體碰撞使其電離。新產(chǎn)生的電子數(shù)和離子數(shù)像“雪崩”似地按等比級(jí)數(shù)增加。這就是所謂的氣體電離中的電子雪崩，此時(shí)在放電電周?chē)碾婋x區(qū)，可以看見(jiàn)淡藍(lán)色的光點(diǎn)或光環(huán)，也能聽(tīng)見(jiàn)咝咝聲和噼啪的爆裂聲，這一現(xiàn)象稱(chēng)為電暈放電。

離開(kāi)放電電一定距離，經(jīng)多次碰撞已經(jīng)失去能量，由于電場(chǎng)強(qiáng)度下降不足以使電子獲得足夠的能量再電離中性氣體分子，電暈現(xiàn)象隨之消失。
開(kāi)始發(fā)生電暈現(xiàn)象的電壓c’稱(chēng)為起始電暈電壓，曲線cd稱(chēng)為電暈放電段，在電暈放電區(qū)，通過(guò)氣體的電離電流，稱(chēng)為電暈電流。

如果兩間的電壓升到e’點(diǎn)，由于電暈區(qū)擴(kuò)大，致使電間產(chǎn)生火花或電弧。電間出現(xiàn)火花或電弧說(shuō)明間氣體全部擊穿。火花放電時(shí)，間電壓急劇下降，同時(shí)在短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)大量電流。出現(xiàn)火花放電的電壓稱(chēng)為火花放電電壓。電除塵器運(yùn)行時(shí)應(yīng)經(jīng)常保持在兩間的氣體處于不完全被擊穿的電暈狀態(tài)，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

(2)電暈的形成及離子遷移率

電除塵器中能夠形成電暈放電的基本條件是: 在正負(fù)電間的電位差，應(yīng)保證形成使氣體電離發(fā)生電暈放電的非均勻電場(chǎng)。在放電表面電場(chǎng)強(qiáng)度大，距放電愈遠(yuǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度愈小。

在電暈區(qū)的陽(yáng)離子向放電(陰）表面遷移，而電子和陰離子向集塵遷移。電子和陰離子是電場(chǎng)中粒子荷電的來(lái)源。實(shí)驗(yàn)證實(shí)電場(chǎng)中離子的遷移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比：

可見(jiàn)，在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下，離子的遷移率愈大，其遷移速度愈快，電暈電流愈大。離子遷移率的大小與氣體的種類(lèi)，氣體的電負(fù)性、壓力、溫度和氣體組成有關(guān)。

2、粉塵粒子荷電

在電除塵器中，粉塵粒子主要是借助電場(chǎng)力作用而被捕集。粉塵粒子荷電量愈大，被捕集的效果就愈大。理論和實(shí)踐都證明單高壓電暈可使粉塵粒子荷電量較大。氣體離子與粉塵粒子碰撞，能使離子附著在粒子上而荷電。

兩種荷電機(jī)制：一種是氣體離子在電場(chǎng)力的作用下做定向運(yùn)動(dòng)與粉塵粒子碰撞，使其荷電，這種荷電稱(chēng)為電場(chǎng)荷電，dp>1.0m m。

另一種是氣體離子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)與粉塵粒子碰撞，使其荷電，這種荷電稱(chēng)為擴(kuò)散荷電，dp<0.2m m。粒子介于0.2-1.0m m的粒子，兩種荷電機(jī)制均存在。

（1）電場(chǎng)荷電

在電場(chǎng)中氣體離子沿電力線運(yùn)動(dòng)時(shí)與粉塵粒子碰撞使其荷電。隨著粉塵粒子荷電量的增加，粉塵粒子自身將產(chǎn)生局部電場(chǎng)，結(jié)果使附近的電力線向外偏轉(zhuǎn)，于是減少了離子向粉塵粒子運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)，直至后完全偏離粉塵粒子，這時(shí)粉塵粒子的電荷不再增加，達(dá)到飽和。

（2）擴(kuò)散荷電

由離子的熱運(yùn)動(dòng)引起，不存在飽和荷電量。與離子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、碰撞幾率、運(yùn)動(dòng)速度、粉塵粒子的大小和在電場(chǎng)里的停留時(shí)間等有關(guān)。

（3）電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電聯(lián)合作用

dp>1 m m的粉塵粒子主要靠電場(chǎng)荷電，而擴(kuò)散荷電電量很小，可忽略；dp>0.2 m m的粉塵粒子主要靠擴(kuò)散荷電，而電場(chǎng)荷電甚微。粒徑在0.2-1.0 m m間的粉塵粒子，兩種荷電機(jī)理獲得的電荷數(shù)量級(jí)大致相同。

3、荷電粒子的遷移和捕集

（1）驅(qū)進(jìn)速度

qE(電場(chǎng)作用在荷電粉塵粒子上的靜電力）=

3mpdpw (粉塵粒子向集塵遷移時(shí)受到的介質(zhì)阻力）

同樣，對(duì)于滑動(dòng)區(qū)的顆粒，還應(yīng)乘以系數(shù)C。

q--粉塵顆粒的荷電量，C; E--粉塵顆粒所出位置的電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m；m --氣體介質(zhì)的動(dòng)力粘度,Pa.s； dp --粉塵粒子的粒徑，m; w --荷電粉塵粒子在電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度（終末沉降速度），m/s。

（2）捕集效率

德意希假設(shè)：除塵器中氣流為湍流狀態(tài)，在垂直于集塵表面的任一斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的。粒子進(jìn)入除塵器后立即完成了荷電過(guò)程；忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻，被捕集粒子重新進(jìn)入氣流等影響。

氣體流向x，氣體和粉塵在x方向的流速皆為u，氣體流量為Q;x方向上每單位長(zhǎng)度的集塵版面積為a，總集塵板面積為A；電場(chǎng)長(zhǎng)度為L，氣體流動(dòng)截面積為F；直徑為dpi的顆粒，其驅(qū)進(jìn)速度w，在氣體中的濃度r。

在dt時(shí)間內(nèi)于長(zhǎng)度dx的空間所捕集的粉塵量為：

dn=a(dx)wi ri(dt)=-Fdx dri (dt=dx/dt)

→ → →

此即為德意希的理論分級(jí)效率方程。

4、被捕集粉塵的清除

電暈和集塵上都會(huì)有粉塵沉積，粉塵厚度為幾mm，甚至幾cm。

對(duì)電暈一般采用振打清灰方式，使電暈上的粉塵很快被振打干凈。

集塵清灰方法有濕法和干法。

濕法使用水沖洗集塵板，使板表面經(jīng)常保持著一層水膜，粉塵降落在水膜上時(shí)，隨水膜流下，從而達(dá)到清灰的目的。濕法清灰的主要優(yōu)點(diǎn)是粉塵重新進(jìn)入量小，改進(jìn)了電除塵器的操作，同時(shí)也凈化部分有害氣體，如SO2、HF等，缺點(diǎn)是板腐蝕和污泥處理。

干法是由機(jī)械撞擊或電振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)清除。大都采用電磁振打或錘式振打。

三.電除塵器結(jié)構(gòu)

1、電暈電

電暈又稱(chēng)放電電，型式很多，目前常采用直徑為3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等。

電暈線固定方式有重錘懸吊，重錘重量10kg；另一種為管框繃線式。

2、集塵電

管式集塵小型為直徑為15cm、長(zhǎng)3m左右的園管；大型為直徑為40cm、長(zhǎng)6m。每臺(tái)除塵器的集塵數(shù)目少則幾個(gè)，多則100個(gè)以上。

板式集塵板二側(cè)通常設(shè)有溝槽和擋板，既能加強(qiáng)板的剛性，又能防止氣流直接沖刷板的表面，產(chǎn)生二次楊塵。板之間的間距，對(duì)電除塵器的電場(chǎng)性能和除塵效率影響較大。間距太小（<200mm)電壓升不高，間距太大又受供電設(shè)備允許電壓的限制。采用60-72kV變壓器時(shí)板間距一般取200-350mm。

3、電清灰裝置

4、高壓供電設(shè)備

高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場(chǎng)強(qiáng)和電暈電流。通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70-100kV，電流為100-2000mA。

為使除塵器能在高壓下操作，避免過(guò)大的火花損失，高壓電源不能太大，必須分組供電。大型電除塵器常常采用6個(gè)或多的供電機(jī)組。

5、氣流分布板

為了減少渦旋，保證氣流分布均勻，在進(jìn)口處應(yīng)設(shè)變經(jīng)管道，進(jìn)口變經(jīng)管內(nèi)應(yīng)設(shè)氣流分布板。常見(jiàn)的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽型鋼式和欄桿型分布等，而以多孔板使用廣泛。通常采用厚度為3-3.5mm的鋼板。孔徑為30-50mm，分布板層數(shù)為2-3層。

四、電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)

迄今，電除塵器的選擇和設(shè)計(jì)仍然采用經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比的方法。

步：比集塵表面積（A/Q)的確定

根據(jù)運(yùn)行和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定有效驅(qū)進(jìn)速度we

第二步：長(zhǎng)高比的的確定

集塵板有效長(zhǎng)度與高度之比，當(dāng)要求除塵效率大于99%，除塵器的長(zhǎng)高比至少要1.0-1.5

第三步：氣流速度的確定

由處理煙氣量和電除塵器過(guò)流斷面積計(jì)算煙氣的平均流速。

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