高效节能型静电除尘器系统设计.doc

济南大学毕业设计1 前言随着环境保护事业的发展，电除尘器的应用日益增多。利用静电吸引微细尘粒现象可以追溯到十七世纪。电除尘在工业中的应用却晚得多，1885年Lodge在炼铅厂建造了第一台电除尘器，然而由于对铅烟尘了解不足以及整流供电设备的局限，该设备未能成功地运行。直到1907年Cottrell才成功地将电除尘技术用于工业气体净化。随着工业的发展，特别是整流供电设备的发展，电除尘技术也得到相应的发展，在工业中的应用也日益广泛。目前电除尘器已经成为高效除尘的主要设备之一，在处理高温大烟气量的场合，更显示出突出的优越性，因而在建材、冶金、水泥、电站锅炉以及化工、轻工等行业中得到了广泛应用。1.1国内外研究现状静电除尘器是一种高效除尘器。静电除尘器在我国的应用始于20世纪30年代，随着工业水平的提高和电除尘技术的发展，国内一些环保企业引进了具有国际先进水平的电收尘器技术和袋收尘器技术。现在研究的新型静电除尘器可以分成三类：（1）电除尘器结构形式的改变。新型结构的电除尘器：超高压宽间距电除尘器 这种除尘器与传统的结构相类似，不同的是将板间距加宽，达4001000mm，电压提高到80200kV以上。在超高压宽间距电除尘器中，荷电尘粒除了受库仑力外，更多的是受高电压下产生的电风的作用。超高压宽间距电除尘器在电晕极附近产生的电风速度比传统的电除尘器高，而在收尘极附近的电风速度比传统的低。前者可以提高尘粒的有效驱进速度，减轻反电晕造成的影响，后者可以减少二次扬尘，使除尘效率得到提高。横向极板电除尘器 通常的电除尘器，气流流向与收尘极板的设置是平行的，而横向极板电除尘器采用与气流方向垂直的极板布置方式，试验表明比常规电除尘器的除尘效率高。还有一种横向极板除尘器，在除尘器内连续设多孔板。各板间隔地施加高压和接地，板与板间造成静电场。由于这种静电除尘器采用了涡流增强静电沉降和静电截留机理，故能有效捕集普通电除尘器未能捕集的粉尘。原式电除尘器 这是日本提出的一种新型结构电除尘器。收尘极为一系列圆管排列组成，放电极为鱼骨形，同时在放电极轴线上设辅助电极，由35根圆管组成。鱼骨的刺不是垂直于收尘极，而是在放电极平面内。对辅助电极施加与电晕极极性相同的电压，可以产生高电场强度和低电流密度，这样既有利于防止反电晕，又可捕集由于反电晕而产生的荷正电的粉尘，从而提高对高比电阻粉尘的收集效率。双区电除尘器 一般（单区）电除尘器，粉尘的荷电与沉积是在同一电场中进行，而双区电除尘器，则是在两个区段中进行，即粉尘的荷电区荷电后，在沉积区内被捕集。双区电除尘器具有以下特点：电晕极采用正电晕；荷电区电压是沉积区的2倍；在供电电压低于火花放电电压时，没有电晕电流。三极预荷电器 这种预荷电器是在简单的线-板式电极基础上，增设多孔屏极，屏极与极板平行。电晕极放电时产生的电流一部分流至屏极，一部分流至极板，电流大小依各电极的相对电位而定。对三极预荷电器的试验研究表明，即使粉尘比电阻在10121013cm范围内，尘粒仍能达到良好的荷电。一般是与下游的以高电场强度和低电流密度运行的电除尘器结合使用。（2）与其它除尘机理联合，即将电的作用加到其他除尘器中，以提高其效率或降低阻力。电袋一体化除尘器是将电除尘与布袋结合使用，即在布袋前加多级电场使粉尘荷电，大颗粒粉尘被电场吸附，未吸附的粉尘进入布袋除尘器。高比电阻粉尘及未被电场吸附的粉尘经高压电场改变粉尘特性后，更有利于布袋的过滤及清灰。还有用静电强化的颗粒层除尘器，静电强化的湿式除尘器，静电强化的旋风除尘器。（3）改变供电方式：脉冲供电和微机控制供电。1.2我国与国外差距与展望我国电除尘技术与国外先进水平相比，还存在一些差距。例如一些基础研究设施上不配套或完善；科研力量还相对薄弱分散；测试仪器和科学手段比较落后；电除尘器电源仍大可改善；数据库还没有完全形成，选型设计水平较低，电除尘设计效率与实测效率偏离较大；各生产厂家还没有形成自己的特点或特色，产品一般化；影响电除尘的重要物性参数尚不能定量计算。装备水平、节电的中央控制尚在起步。在管理体制上，试验研究、设计选型和生产制造三个环节还不能高效地协调工作等。对电除尘器行业而言，产品特点为品种多，小批量，必须推行先进的设计方法，提高生产效率和管理水平。虽然若干企业在模块化设计、成套技术、计算机辅助设计等方面做出突出成绩，但仍要针对市场变化和需要更新技术。另一方面，我国环境保护工作不断加强，为满足日益严格的排放标准，不仅新建企业要加强废气净化设施，老的企业也要及时更新，因而电除尘器的应用将日益广泛，必然会推动电除尘技术的进一步发展，可以断言，我国电除尘技术的发展正处于方兴未艾的势头下，部分应用技术将很快地迈进国际先进水平行列。 2静电除尘器的基本知识 电除尘是属于物理学研究范畴，确切地说是属于电物理学。电除尘器则设计到许多其他学科，如机械工程学、空气工程学、电气工程学、电化学、电子学、气溶胶工艺学、振动力学、化学工程学和公用工程等。电除尘器的结构设计主要应用机械工程学来解决问题。2.1 静电除尘器的工作原理电除尘器是利用高压电场使尘粒荷电，在电场力（主要是静电力）的作用下使粉尘从气体中分离出来并沉积在电极上的除尘装置。静电除尘器的工作原理（如图2.1所示）是利用高压直流不均匀电场使烟气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗从而使烟气得到净化。图2.1静电除尘器的工作原理电除尘器的工作过程可分为以下阶段：电晕放电和气体电离，粉尘荷电，粉尘沉积，清灰。2.1.1 电晕放电和气体电离气体中通常只含有极其微量的自由电子和离子，被视为绝缘体。当气体进入到非均匀场强的电场时，则会发生改变。非均匀电场距离放电极表面越近，电场强度越大。而当非均匀电场电位差增大到一定值时，放电极附近气体中的自由电子具有了足够的能量和速度，与气体中性分子发生碰撞并使其离子化，结果又产生了大量电子和正离子，失去能量的电子与其他中性气体分子结合成负离子，这种现象称为气体电离。该过程在极短的时间内即可产生大量的自由电子和正负离子，通常也称为雪崩过程，在这时可以看到淡蓝色的光点或光环，也能听到轻微的气体爆裂声，这现象称为电晕放电现象，开始发生放电的电压称为起晕电压。电晕放电首先发生在放电极，因此放电极也称为电晕极。如果在电晕极上加的时负电压，则产生的是负电晕；反之时正电晕。出现电晕后，在电场内形成两个不同的区域，围绕放电极约23mm的小区域称为电晕区，而电场内的其他区域称为电晕外区。发生电晕放电后，如果非均匀电场的电位差继续增大，电晕区也将随之扩大，最终致使电极间产生火花放电和电弧放电，即电场中气体全部被击穿，造成短路，电极间的电压将急剧下降。电除尘运行时，应经常保持电场内气体处于不完全被击穿的电晕放电状态，尽量避免短路现象。气体电离后，产生大量自由电子和正负离子向异向极运动，因此在电晕外区空间内充满了自由电子和负离子。2.1.2 粉尘荷电粉尘荷电是电除尘过程的第一步，粒子的荷电量越大越容易被捕集。粉尘荷电是通过自由电子、离子和粉尘粒子的碰撞，并附着于粉尘粒子上而完成的。在除尘器电晕电场中存在两种截然不同的粉尘荷电机理。一种是气体离子在静电力作用下做定向运动，与粉尘碰撞使其荷电称为电场荷电或碰撞荷电；另一种是离子的扩散现象导致粉尘荷电过程，称为扩散荷电。影响尘粒荷电的重要因素，对于粒子特性时粒径dp和介电常数；对于电晕电场则为电场强度E0和离子密度N0；对dp0.5m的尘粒，以电场荷电为主；对dp0.2m的尘粒，则以扩散荷电为主；dp介于0.20.5m的尘粒两者兼而有之。在工业电除尘器则以电场荷电为主。在电场荷电时，通过离子于粉尘的碰撞使其荷电，随着尘粒上电荷的增加，在尘粒周围形成一个于加外电场相反的电场，电场则会越来越强，最后导致离子无法到达尘粒表面。这时，尘粒上的电荷已达到饱和。2.1.3 粉尘沉积气体电离后，产生大量自由电子和正负离子向异向极运动，如图2.2表示粉尘移动的示意图。以负电晕为例，正离子很快向负（电晕）极移动，只有负离子才会进入电晕外区，向阳极移动。含尘气体通过电除尘器时，由于电晕区的范围很小，只有少量的尘粒在电晕区通过而获得正电荷，沉积于电晕极上。大多数尘粒在电晕外区通过而获得负电荷，在电场力的驱动下向阳极板运动，到达极板失去电荷后，最后沉积在阳极板上，这也就是阳极板称为集尘极或收尘极的原因。图2.2尘粒移动示意图2.1.4 清灰电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘层厚度可以为几mm，甚至几十mm。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕放电，也会影响电晕电流的大小和均匀性；集尘极上粉尘过多会影响荷电离子的驱进速度，还会导致火花，电压降低，电晕电流减小，对于高比电阻的粉尘还会引起反电晕。集尘极表面上的粉尘沉积到一定厚度后，可以采用振打方法将其清除掉，使粉尘落入下部灰斗中。电晕极也会负着少量粉尘，隔一段时间需进行清灰。当粒子为液态时，如焦油或硫酸雾，被捕集粒子会发生凝集并滴入下部容器内。2.2 静电除尘器的类型电除尘器一般由除尘器本体和供电装置两大部分组成。除尘器本体包括电晕电极、集尘电极、振打机构（干式静电除尘器）、气流分布装置、高压绝缘装置、外壳（及灰斗）等。静电除尘器可以根据不同的特点，分成不同的类型。2.2.1 根据集尘极的形式可分为管式电除尘器和板式电除尘器管式电除尘器（如图2.3 a图所示）的集尘极可以为圆管、蜂窝管、多段喇叭管、扁管等。这种电除尘器是在圆管的中心放置电晕极，而圆管的内壁成为集尘的表面。管径通常为150300mm，长为25m。由于单根管的通过的烟气量很小，通常采用多排管并列而成。在工业上，为了能充分利用空间可以采用六角形（即蜂窝状）的管子来代替圆管。有时也采用多个同心圆的形式，在各个同心圆之间布置电晕极。管式电除尘器一般适用于处理气体量较小的情况，通常都采用湿式清灰。由于含尘气体从管的下方进入管内，往上运动，因此仅适用于立式电除尘器。板式电除尘器（如图2.3 b图所示）的集尘极由平板组成的。这种电除尘器是由多块一定形状的钢板组合成集尘极，在平行的集尘极之间均匀设置电晕极。极板间距一般为200400mm，通道数由几个到几十个，甚至上百个，高度为212m，甚至达到15m。除尘器的长度根据对除尘效率的要求来确定的。板式电除尘器的几何尺寸很灵活，根据工艺要求和净化程度，可设计成大小不同的各种规格。电除尘器进口有效断面积来表示，小的可以为几个m2，而大的可以达到100 m2以上，国外甚至高达500 m2以上。板式电除尘器可以采用湿式清灰，但绝大多数情况下都采用干式清灰。板式电除尘器的电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装比较容易。板式电除尘器是工业中应用最广泛的形式。 （a）管式 （b）板式图2.3 管式和板式静电除尘器示意图2.2.2 根据气流流动的形式可分为立式电除尘器和卧式电除尘器立式电除尘器（如图2.4 a图所示）内，含尘气流通常是由下到上垂直流动的过程中完成净化的，通常作成管式的，但也可以采用板式的。立式电除尘器由于高度较高，可以从其上部将净化后的气体直接排入大气（不需要另设烟囱），除尘器一般为正压运行。在某些情况下，将抽风机设于其顶部时，除尘器也可以采用负压运行。卧式电除尘器（如图2.4 b图所示）内，气流在沿水平方向运动中完成净化的。根据结构及供电的要求，通常每隔3m左右（有效长度）划分成单独电场，常采用24个电场，除尘效率要求很高时，就要采用多到4个以上的电场。立式电除尘器由于受到高度的限制，在要求除尘效率高时而希望增加电场（立式电除尘器相应地增加高度）时，就没有卧式灵活。此外在检修方面，卧式电除尘器也比立式的方便灵活。由于立式电除尘器是往高度方向发展，因而占地面积少。当烟气或粉尘有爆炸危险时，可以考虑采用立式电除尘器。在几乎同等条件下，立式电除尘器的效率不如卧式的。因此除在特殊情况下（如占地面积受限），一般优先选用卧式电除尘器。 (a)立式 （b）卧式图2.4立式和卧式静电除尘器示意图2.2.3 根据电晕极的极性可分为正电晕除尘器和负电晕除尘器正电晕即在电晕极上施加正极高压，而集尘极为负极接地。负电晕则相反，在电晕极施加的是负极高压。正电晕的击穿电压低，在工作时没有负电晕稳定。但负电晕产生大量对人体有害的臭氧及氮氧化合物，因此用作净化送风的空气时只能采用正电晕，而作为工业排出气体的除尘时绝大多数都采用负电晕。2.2.4 根据粉尘的荷电及分离区的空间布置可分为单区和双区电除尘器双区电除尘器（如图2.5所示）即粉尘首先在荷电区荷电后再进入分离区，而单区电除尘器则荷电及分离区均在同一区内进行的。单区电除尘器是工业排气除尘中最常见的一种形式，而双区则一般用于送风空气的净化。图2.5 双区电除尘器2.2.5 根据集尘极的清灰方式可分为湿式电除尘器和干式电除尘器湿式电除尘器是用喷雾或淋水、溢流等方式在集尘极表面形成水膜将粘附于其上的粉尘带走，由于水膜的作用避免了产生二次扬尘，除尘效率很高；同时没有振打的设备，工作也很稳定。但是产生大量的泥浆，如不加以适当处理，将造成二次污染。适用于气体净化或收集无经济价值的粉尘。干式电除尘器是通过振打或者用刷子清扫而使粉尘落于灰斗中。由于这种方式回收下来的粉尘处理简单，便于综合利用，因而也是一种常见的方式。但由于振打时使沉积与集尘极上的粉尘有可能再次扬起进入气流中，致使效率降低。通常用于收集经济价值较高的粉尘。2.3 静电除尘器的优缺点2.3.1 电除尘器的主要优点电除尘器在收集工业粉尘方面有一些明显的优点：除尘效率高，理论上可达到100%的任何效率；可以适应处理大的烟气量；所收集粉尘颗粒的范围大，对于小到0.1微米的粉尘仍有较高的效率；可以适用于高温烟气或强腐蚀性气体；压力损失小，一般为200300Pa；消耗的电能少，因而可以减少运行的费用；自动化程度高，因而可以远距离操作。2.3.1 电除尘器的主要缺点虽然电除尘器有很多优点，但也存在着一些缺点：一次性投资高，钢材消耗量也较大；电除尘器对粉尘的敏感大，最适宜的范围是比电阻为10451010 ；对电除尘器的制造、安装、运行要求较严格，否则不能维持必需的电压，除尘效率降低；占地面积较大。2.4静电除尘器除尘效率和主要参数2.4.1 电除尘器的除尘效率电除尘器的除尘效率可以用下式表示： （2.1）式中 除尘效率，%； 除尘器入口含尘浓度，mg/m3； 除尘器出口含尘浓度，mg/m3；电除尘器的除尘效率的理论计算公式： （2.2）式中 除尘效率，%； A/Q比集尘极板面积，m2/(m2/s)； A集尘极板表面积，m2； Q通过电除尘器的气体量，m3/s； 粉尘的驱进速度（粉尘向集尘移动的速度），m/s。2.4.2 电除尘器的主要参数电除尘器的主要参数包括：电场风速、集尘极板间距、电晕线线距和粉尘的驱进速度等。（1）电场风速电场风速是指电除尘器在单位时间内处理的烟气量于电场断面的比值，可以用下式表示： ,m/s； （2.3）式中 Q被处理的烟气量，m3/h； F电场断面积，m2；对于具有一定面积的除尘器，电场风速过高，会使电除尘器的电场长度加长，而且还会引起粉尘的二次飞扬；而当电场风速过低，则电场断面积增加，气流分布很难达到均匀。电场风速决定于电除尘器的规格、结构型式、被处理烟气的特性以及粉尘粒度分布和米对等因素。电场风速一般在0.52.5m/s。（2）集尘极板的间距从式（2.2）的效率公式可以看出，在处理烟气量Q一定时，A值最大时，电除尘器的效率最高。A是极板间距的函数，存在一个最佳的极间距，在250300mm时，是最佳极间距值。目前工业电除尘器的间距为200450mm。（3）电晕线线距当电晕线间距很近时，会由于电屏幕作用（负电场的抑制作用）使导线单位电流值降低，甚至降到0。但线距也不宜过大，过大会减少电晕线的数量，使空间电流密度降低，进而影响除尘器的除尘效率。设计过程中要尽量选取最佳线距，最佳线距与电晕线的形式和外加电源有关，一般以0.60.65倍通道宽度为宜。（4）粉尘的驱进速度粉尘的驱进速度是电除尘器设计的重要参数，在电除尘过程中驱进速度受到粉尘粒径、电场数量、电极间距、粉尘比电阻、供电系统等多因素的影响，根据粉尘在电场受到的电场力及运动时受到的阻力的关系，粉尘驱进速度的计算公式为： （2.4）因为要考虑工业粉尘的粒径dp主要在1m以上，离子荷电以饱和荷电带入，可得： （2.5）式中 Ep集尘极处的电场强度，V/m； q粉尘粒子的荷电量，C； Eo荷电区的电场强度，通常为两电极间的平均电场强度，V/m； p粉尘粒子的相对介电常数； 石英硫磺p =4，石膏p =5，金属氧化物p =1218，金属p。 o真空介电常数，=8.851012C/(Vm)； dp粉尘粒子的粒径，m。粉尘的有效驱进速度的一般范围为220m/s。2.5 影响电除尘器性能的主要因素影响电除尘器的因素很多，有粉尘特性、含尘气体特性、结构因素、操作因素、火花放电频率和清灰等。其中粉尘的比电阻和气体含尘浓度对电除尘器性能的影响最大。2.5.1 粉尘特性粉尘特性对电除尘器性能的影响主要表现为：粉尘的粒径分散度、真密度、堆积密度、粘附性和比电阻等，其中最主要的是粉尘的比电阻。由于尘粒在除尘器中的驱进速度与粒径大小成正比，粒径分布对电除尘器效率的影响是显而易见的。粉尘比电阻是对于面积为1cm2、高为1cm的自然堆积圆柱形粉尘层，沿其高度方向所测得的电阻。粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标，通常按电阻值的不同将粉尘分为低比电阻（104（cm）、中比电阻（10451010（cm），当粉尘的比电阻在10451010（cm）时最适合采用电除尘。比电阻过低的粉尘，当沉积到集尘板与阳极接触后，不仅容易释放负电荷，而且也容易带上正电荷，因两种电荷相排斥，结果有可能重新返回气流中，被带出除尘器。而当比电阻过高时，尘粒到达集尘极后，电荷释放不畅，随着粉尘越积越厚，极板和粉尘层间形成越来越强的电场，将会产生“反电晕放电”，正离子被排斥到除尘空间，中和了驱向极板的带负电的粉尘，也就是使粉尘的二次飞扬严重，导致除尘效率降低。所以当比电阻过高过低时，若采用电除尘需要进行预处理，对于高比电阻粉尘可采用调质和高温除尘进行降低粉尘比电阻，也可以采用脉冲供电系统来改善电除尘的性能。2.5.2 含尘气体特性含尘气体特性主要包括烟气温度、湿度、压力、成分、含尘浓度、断面气流速度和分布等，其影响主要体现在电除尘器的伏安特性上，其中含尘浓度影响较大。（1）含尘浓度在除尘电场中，荷电粉尘形成的空间会对电晕极产生屏蔽作用，从而抑制了电晕放电。随着含尘浓度的提高，电晕电流逐渐减少，这种现象被称为电晕阻止效应。当含尘浓度增加到某一数值时，电晕电流基本上为0，这种现象被称为电晕闭塞。这时，除尘器就失去了除尘能力。一般为了避免产生电晕闭塞，进入电除尘器的气体含尘浓度要小于30g/m3。当气体含尘浓度过高时，除了选用曲率大的芒刺型放电极外，还可以在电除器前串接除尘效率低的其他除尘器，采用多级除尘。（2）气体的温度和湿度含尘气体的温度对除尘效率的影响主要表现在对粉尘比电阻的影响。随着温度的升高，粉尘的比电阻会降低。当温度低于露点时，气体的湿度会严重影响除尘器的除尘效率。因为捕集到的粉尘结块在集尘极上，振打困难，从而除尘效率下降。而温度高于露点时，随着湿度的增加，不仅会使击穿电压增高，而且部分粉尘的比电阻会降低，进而使除尘效率提高。（3）断面气流速度气流速度也称为电场风速，是指电除尘器在单位时间内处理的烟气量Q与电场断面面积A的比值。从电除尘器的工作原理可知，除尘器的断面气流速度越低，粉尘荷电的机会越多，除尘效率就会提高。在实际生产中，断面的气流速度一般为0.61.5m/s。（4）断面气流速度分布断面气流速度分布是否均匀对除尘效率的影响很大的。如果断面气流速度分布不均匀，在流速低的区域，就会存在局部气流停滞，造成集尘极局部积灰过多，而使运行电压变低；在流速高的区域，容易造成二次扬尘。因此断面气流速度的差异越大，除尘效率越低。一般在除尘器的入口或在出入口同时设置气流分布装置就是为了解决除尘器气流分布问题的。2.5.3 结构因素 结构因素主要包括电晕线的直径、几何形状、数量和线间距；集尘极的形式、极板的断面形状、极板面积、极间距、电场数、电场长度等；供电方式、振打方式（方向、周期、强度）、气流分布装置、外壳严密程度、灰斗形式等。极板间距和电晕线间距存在一个最佳值；电晕半径小则需要的起晕电压低。电除尘器的气流分布不均匀对总除尘效率的影响很大，要在结构设计时，加以重视。2.5.4 操作因素操作因素主要包括伏安特性、漏风率、气流短路、粉尘的二次飞扬和电晕线肥大。在电除尘器运行过程中，电晕电流与电压之间的关系称为伏安特性，其中最主要的是电晕极和集尘极的几何形状、温度、压力、烟气成分和粉尘性质等。电场的平均电压和平均电晕电流的乘积即是电晕功率，它是投入到电除尘器的有效功率，电晕功率越大，除尘效率就越高。2.5.5 火花放电频率 为了获得最佳除尘效率，通常用控制电晕极和集尘极之间火花频率的方法，要做到既维持较高的运行电压，又避免火花放电转变为弧光放电。这时的火花频率被称为最佳火花频率，其值与粉尘的性质和浓度、气体的成分、温度和湿度有关，一般取30150次/min。2.5.6 清灰在电除尘器工作过程中，随着集尘极和电晕极上堆积粉尘厚度的不断增加，运行电压会逐渐下降，使除尘效率降低。所以必须通过清灰装置使粉尘剥落下来，以保持高的除尘效率。3静电除尘器的设计内容3.1设计内容随着社会的进步，环境保护成为人们关注的焦点，为了减少工业废气对大气的污染，发展和改进电除尘器具有积极的意义。循环硫化床锅炉是热电厂污染的主要源头，为净化环境，特设计高效节能型宽间距静电除尘器。静电除尘器的除尘效率，是设计和制造电除尘器时，不可缺少的参数之一。保持电除尘器高效稳定的除尘效率是一个系统工程，其中除尘系统设计是高效节能型宽间距静电除尘器的设计关键。该课题主要设计内容为：静电除尘器选型、静电除尘系统的设计计算（收尘面积计算、通道计算和电场划分）、收尘极板（阳极板）形状结构设计和收尘极板振打系统设计，放电极（阴极或电晕极）形状结构设计、放电极振打系统设计。3.2设计要求某热电厂50吨循环硫化床锅炉所配静电除尘器：(1)、处理含尘气体性质：处理烟气量：1.12105m3/h炉气温度：150粉尘入口浓度：3036g/m3炉气粘度：2.0510-5pa.s粉尘成份表3.1 粉尘成份及百分数粉尘成份S02Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其它百分含量(%)41.6826.634.183.851.030.2525.38粉尘粒度分布表3.2 粉尘粒度分布及百分数粒径(um)5-1010-2020-4040百分含量(%)2517231718粉尘比电阻：6.410109.61011cm,媒质含硫量：0.4%1.45%要求除尘效率：99.5%3.3设计是相关数据进口压力 1.52103pa 当地气象条件出口压力 1.67103pa 年最高气温：40 最低气温：15漏风率 5% 大气压：9.95104pa3.4预期结果设计的是高效节能型静电除尘器系统设计，按照国家标准设计，绘制装备图及相关零件图。手绘和计算机绘的图折合不少于3A0的图纸。预期结果是最终设计的电除尘器除尘效率不小于99.5%。4静电除尘器的设计计算4.1静电除尘器的选型由设计内容中的要求和电除尘器的类型综合考虑，设计的电除尘器型式为集尘电极采用板式的，气流流动采用水平流动（卧式的），放电电极采用负电晕，粉尘的荷电采用单区式，清灰方式采用干式的。4.2电晕极（放电极）系统设计 电晕极系统包括电晕线、电晕极框架、框架吊杆、支撑绝缘套管及电晕极振打装置等4.2.1电晕极的形式电晕极是产生电晕放电的主要部件，其性能的好坏直接影响除尘器的性能。良好的电晕极的基本要求：放电性能好、起晕电压低、击穿电压要高，对烟气条件变化的适应性能强；放电强度强、电晕电流高；较高的机械强度和耐腐蚀性能，清灰性能好；制造容易，重量轻，成本低。电晕极的形状对它的放电性能和机械强度都有较大的影响。电晕电极的形式很多，目前常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线、锯齿线和芒刺线等，其中芒刺线又可分为三角芒刺、角钢芒刺、波形芒刺、扁钢芒刺、锯形芒刺、针形芒刺、条形芒刺和R-S管状芒刺等，如图4.1电晕线的结构形式。（a）圆形线 （b）针刺线 （c）角钢芒刺 （d）锯齿线 （e）扭麻花星形线（f）R-S线图4.1电晕线的结构形式最简单的是圆形导线，直径为1.53mm多采用耐热合金钢（如镍铬线、不绣钢丝）制作。圆形电晕线的放电强度与直径成反比，即直径越小，起晕电压越低、放电强度越高，但机械强度也较低，振打时容易损坏，因此圆形电晕线不宜过细。适用于含尘浓度较低的场合，且常采用重锤悬吊式或者框架式结构星形电晕线是用直径46mm的普通碳素钢材经冷拉而成的，材料易得，价格便宜，易于制造。它利用四个尖角边放电，放电性能好，机械强度高。多采用框架方式固定，适用于含尘浓度较低的场合。芒刺形和锯齿形电晕电极都属于尖端放电，放电强度高。在正常情况下比星形电晕电极产生的电晕电流大一倍，起晕电压比其他的形式低。由于芒刺或锯齿尖端放电产生的电子流和离子流特别集中，在尖端伸出方向，增强了电风，这对减弱和防止因烟气含尘浓度高时出现的电晕闭塞现象是有利的。因此芒刺和锯齿电晕电极适合于含尘浓度高的场合。4.2.2电晕线的固定电晕线的固定方式与电除尘器的高效稳定运行有密切的联系。良好的固定方式应具备以下要求：电除尘器运行时电晕线不易晃动，不变形，也不因电蚀等原因断线；要具有良好的振打加速度传递性能，使极线清灰效果较好；固定电晕线的材料少，安装维修方便，极间距的精度要容易保证；对电晕线的性能影响小。电晕线的固定方式通常有三种方式：重锤悬吊式、框架式、桅杆式。一般多采用重锤悬吊式和框架式，我国大都采用框架式。（1）重锤悬吊式：电晕线在上部固定，下部用小锤拉紧，以保持电晕线处于平衡的伸直状态，通过设于下部的固定导向装置，防止电晕线摆动，保持电晕极与集尘极之间的距离。（2）框架式：用细钢管作成框架，电晕线绷设于框架上。每隔大约0.61.5m设一横杆，以缩短单根电晕线的长度。当电场强度很高时，可作成双层框架，各自采用独立的支架和振打机构。这种方式工作可靠，断线少，采用较多。（3）桅杆式：通过中间的主立杆作为支撑，在两侧各绷以12根电晕线。在高度方向，通过横杆分隔成1.5m长的间隔。该方式与框架式相似，但能节省金属材料。电晕线与框架横杆的连接固定牢固，不能晃动，否则在这些点容易产生局部火花和电弧，形成电腐蚀，使电晕线很快烧损，造成断线。这是电晕极最常见的故障之一。4.2.3电晕线的选取通过比较各个形状的放电极优缺点，以及设计内容的要求，所要设计的电除尘器电晕极的形式选择为RS管状芒刺形，固定方式为框架式。设计内容中粉尘入口浓度为3036 g/m3，含尘浓度比较高，因此要选择锯齿形和芒刺形。我国现在大多生产的电除尘器多采用RS管状芒刺形作为电晕线。电晕线的优劣最终通过极配形式表现出来的，因为电除尘器的本体核心是板线结构及其配置，板线配置同电场、流场有密切关系，极配直接决定了电场、流场，并通过其影响粉尘的荷电，沉降和消除。综合考虑，最终选择了RS管状芒刺形（如图4.1.f图）作为本次设计的电除尘器的电晕极形式。图4.2电晕极的固定方式相邻电晕极之间的距离对放电强度影响很大。间距太大会减弱电场强度，间距过小会因屏蔽作用降低放电强度。实验表明间距处于200300mm之间。还有就是与收尘极板的间距也要相对应。4.2.4电晕极振打装置沉积在电晕极上的粉尘必须通过振打或其他方式及时清除。电晕极上积灰过多，会影响电晕放电。为了避免电晕闭塞现象，需要设置电晕极的振打装置。因此，及时清灰是维持电晕极正常放电的重要条件。电晕极振打装置的形式有水平转轴挠臂锤击装置、摆线针轮传动机构和凸轮提升振打机构。使用较多的是水平轴挠臂锤击装置和提升振打机构。本次设计采用水平轴挠臂锤击装置作为电晕极振打装置。在电晕极的侧架上安装一根水平轴，轴上安装一些副振打锤（重23kg），每个振打锤要对准每个单元框架，当轴转动时，锤子随其转动被背起，当锤子落下时打击到安装在单位框架的砧子上。电除尘器在工作过程中，电晕极是带有负电高压的，故框架的锤打装置也是带负电高压的，因此锤打装置的转轴与安装与外壳的传动装置连接时，必须有一瓷绝缘连杆进行绝缘，转轴穿出壳体时要注意留有足够的击穿距离。电瓷轴两端装有方向联轴节，用以补偿振打轴的中心与链轮轴中心的偏差。转轴穿入电场处装有绝缘性能良好的密封板，密封板采用5mm厚的聚四氟乙烯板制作。密封板与转轴结合处应有一密封填料函，以防止粉尘从密封板与转轴的间隙处漏出。传递扭矩的瓷连杆要能承受80kV的直流电压及大于800Nm的扭矩。在实践中，这种结构运行可靠，维修工作量小，框架和电晕线上都能获得足够的震动加速度。因瓷连杆不能承受太大的扭矩，水平振打轴不宜过长，当电除尘器宽度大于5m时，应在除尘器的两侧各设置一套振打装置；电除尘器高度大于5m时，应上下各设置两套振打装置；当电场大于5m时，应在框架的两侧振打。电晕极振打时，转轴的转速范围为0.250.3r/min，电机的相应功率为0.20.4kW。振打轴可用普通碳素钢制成。中间联轴器除了与瓷连杆连接的一段采用刚性联轴器外，其余应选用允许径向位移的柱销联轴器。4.2.5绝缘套管电晕极框架是借助于吊杆悬吊于壳体顶部的绝缘套管上，通过绝缘套管、瓷管或石英管，使之与顶板绝缘的。绝缘套管可以由以下三种材质制成：石英质绝缘套管：由不透明的石英玻璃制成的，壁厚为2025mm，直径为400mm，高度为500700mm，适用于烟气温度为120800的电除尘器上，石英套管的绝缘性能大于10kVmin，抗压强度不小于40Mpa，但石英套管的抗冲击强度较差，一般小于0.083 Mpa。瓷质绝缘套管：壁厚为3035mm，高度不低于400mm，其易于制造，价格便宜，适用于工作温度在120以下的电除尘器。安装时最好采用稳定性和密封性都比较好的机械卡装。刚玉瓷质套管：具有良好的抗冲击强度（700770 Mpa），且耐高温，被广泛采用。4.3集尘极（收尘极）系统设计集尘极系统设计主要是对集尘极板、极板悬挂构件和清灰装置的设计。所要设计的电除尘器为板式的，因此集尘极是极板式的。集尘极的结构形式直接影响到电除尘器的除尘效率、金属消耗量和造价，应精心设计。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：易于荷电粉尘的沉积，具有良好的防止粉尘的二次扬尘性能；单位收尘面积消耗金属量低；气流通过极板空间的阻力要小；机械强度好（主要是刚度）、耐高温和耐腐蚀； 振打时易于清灰，造价低。4.3.1集尘极的型式和设计板式集尘极分为平板式和异形板式两种，异形板的形式有很多种，如C形、波纹形、CW形、ZT形、Z形、工字形、大C形等，如图4.2所示。平板形极板对防止二次扬尘和使极板保持足够刚度的性能较差。异形板式极板是将极板加工成沟槽的形状。当气流通过时，紧贴极板表面处会形成一层涡流区，该处的流速较主气流流速要小，因而当粉尘进入该区时易沉积在收尘极表面。同时由于板面不直接受主气流冲刷，粉尘重返的可能性以及振打清灰时产生的二次扬尘都较少，有利于提高除尘效率。 平板形 Z形 C形 波浪形 曲折形图4.3集尘极板的结构形式极板的材料，通常用普通碳素钢的三号镇静钢制作。用于净化腐蚀性气体时，应用不锈钢，对水泥磨和生料磨用的电除尘器，其极板需选用不含硅的优质结构钢。二次扬尘的控制：为要在极板面附近形成宽度34mm的死流区，抑制粉尘二次飞扬，流体流速为1m/s左右时，防风沟宽度与板宽之比控制为1:10。极板之间的间距，对电场性能和除尘效率影响较大。通常采用的6070kV变压器的情况下，极板间距一般取200400mm。收尘极和电晕极的制作和安装对电除尘器的性能影响很大。在安装之前，极板、极线必须调直，安装时要严格控制极距，安装偏差要控制在5%以内。4.3.2集尘极的选取通过分析比较各极板的优缺点，C形极板在满足集尘极板的基本要求下，性能比较优异。其板面上的电场强度及电流密度分布均匀，火花电压高，收尘效果好，能有效地防止二次扬尘，并且其机械性能较好，不易变形，容易清灰，且比其他的异形极板易加工制造。4.3.3集尘极的悬挂极板通常被悬吊在固定于壳体顶梁的小梁上。其联接点有铰接和固接两种，不同的联接方法，其板面振动加速度不同。上下两端采用固接方式可获得较大的板面振动加速度。但上下均采用固接形式，当各条极板受热不均匀时，则会造成某些极板弯曲，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。在实践中发现，极板两端的联接板与极板的联接容易脱开，目前新设计的电除尘器，上部将极板直接用螺栓与悬吊梁联接，下部将极板与撞击杆相联。4.3.4集尘极的布置方式集尘极的布置方式采用极板异向布置，如图4.3所示。图4.4集尘极板的布置方式这种布置方法是每个通道两侧板面形状与该通道中心平面对称。当电晕