电除尘器工作机理及性能特点.doc

电除尘器的工作机理和性能特点
随着工业的发展和社会对保护环境治理大气污染的要求日趋严格, 电除尘器以其除尘效率高、阻力低、适应性广等显著特点得到广泛的应用。
电除尘器的发明基于静电效应。第一台成功应用的电除尘器的建造完成于近一百年前。1907年美国加利福尼亚大学教授科特雷尔（F.G.Cottrell）制造一台用于抑制硫酸酸雾的除尘器，这台除尘器采用同步机械整流器输出直流电压供电。此后直到二十世纪五十年代的硒整流器出现和六十年代发明固体硅整流器之后，作为电除尘应用的关键的高压供电技术得到突破，电除尘器开始在各行业获得广泛的应用。

第二节 电除尘器的特点
2.1 除尘器的分类
工业除尘器通常可分为如下几类以及它们的组合：
a、机械除尘器：如沉降室、旋风除尘器、惯性除尘器
b、电除尘器
c、袋式除尘器
d、湿式除尘器
2.2 电除尘器和其它除尘器相比具有如下特点：
a、除尘效率高：通常状态下三个电场可达99%，可按模块组合方式达到要求的收尘效率。
b、运行能耗低：电除尘器阻力小，一般仅有300Pa左右，约为布袋 的1/5。高压供电、加热和振打等能耗占较小的比例。
c、处理风量大：单台除尘器可达每小时数百万立方标米，可用模块方式增加电场数或通道数。
d、适用范围广：电除尘器可应用于各种行业的烟气除尘，并可用于去
除烟气中的水雾、酸雾等。
可捕集粉尘粒径：最小可小于0.1μm.
处理烟气温度：可高达300℃～400℃，较高温度时应增加烟气冷却装置。
粉尘比电阻范围：104Ω.cm～1011Ω.cm
e、一次性投资大：结构较复杂，需要专用的高压电源和电控系统。

第三节 电除尘器的工作机理

3.1 电除尘器的结构特征
各种类型的电除尘器都有一个共同的结构型式---板线结构
3.2 电除尘器的工作过程
电除尘器中粉尘的分离过程如图所示.
电除尘器的收尘过程可分为三个阶段：
a．通过阴极的电晕放电产生大量负离子（自由电子）对粉尘粒子
荷电。
b．在电场力的作用下带负电的粉尘粒子向收尘极板（阳极）迁移
并附着于极板表面。
c．用振动冲击力使极板上的粉尘层成块落下进入灰斗并经卸灰阀
排出。
在一个极不均匀的电场（如针对板形成的电场）中，当两极之间施加的电压足够大时，在针端附近的自由电子获得足够能量并在运动中与气体分子碰撞产生新的自由电子，新产生的自由电子又立刻进入新的碰撞过程，这种称为“雪崩”的碰撞电离过程，在针端附近产生大量的电子，这些电子向阳极方向扩散，这个过程产生的正离子则向阴极加速，撞击阴极产生二次电子，正离子本身被阴极吸收形成电流。碰撞电离的结果在针状电极周围产生电晕，在黑暗中可以看见有辉光现象，这个区域叫电晕区。
电晕区大量的自由电子向阳极迁移，其运动方向同含尘烟气流方向互相垂直。运动过程中自由电子与粉尘粒子相遇便附着在尘粒上，使尘粒成为带负电的离子，这个过程称为粉尘的荷电。荷电后尘粒改变运动方向朝阳极运动，到达阳极后附着于极板表面，负电荷通过极板回到电源正极。
荷电尘粒不断沉淀在极板上形成粉尘层。当粉尘层积累到一定厚度时，用振动，撞击等机械方法使它们成块地从收尘极板上脱落，进入灰斗后经卸灰阀排出，完成整个收尘过程。
经电除尘器的收尘机理分析可知，电除尘器效率受烟气量、粉尘浓度、粉尘荷电量、电场强度和电场分布状态、粉尘性质、气流分布、振打清灰效果等诸多因素的影响。
经研究试验证明，当放电极的极性不同时，空间电荷对电场状态的影响不同，电晕效果也不相同。根据这种极性效应，工业用电除尘器一般采用负极性高压供电，以增强电晕效果并使电场有较高的击穿电压。此外，合理的板线配置，也是提高电晕强度的有效方法。
荷电后的尘粒在电场中主要受两种力的作用：电场力和粘滞阻力，这两个力方向相反。其中F1（电场力）=QE，Q为 带电量，E为电场强度。
经理论推导可得到电除尘器的收尘效率可表示为：
η=1-e-W(A/Q)
这个关系式称为多依奇公式。其中η：收尘效率；A：有效总收尘面积；Q：风量；W：驱进速度，其值主要正比于E2。由此可知，在电除尘器的机械尺寸确定后，放电极和收尘板之间的电场强度越大，收尘效果越好。

第四节 电除尘器的分类

常用的电除尘器大都为板卧型干式电除尘器，电除尘器由于其应用场合不同和处理烟气条件不同，有各种不同的结构方式，大致的分类如下：
一、按气流方向：立式、卧式
二、按集尘板形状：
板式：C型板、E型板
棒帏式：阳极实心圆钢组成帏状----高温、温度变化大的工业应用
管式：阳极为圆管，电晕极在中心位置----多为小容量、立式
三、按功能：
单区：不设独立的电晕区和收尘区
双区：电晕区和收尘区分开
四、按电极清灰方式：干式：用振打方式清灰
湿式：用水冲洗极板----如制酸系统
五、按电场模块结构：单室----N电场
六、按电极间距：窄间距＜150mm(同极距)
宽间距 >500mm(同极距)
七、按特殊功能：防爆式，移动式等
第五节 影响除尘性能的主要因素

影响电除尘器性能的因素较多，主要的可分为三个方面：烟尘性质、设备状况、工况条件
一、 烟尘性质：
烟尘性质主要包括如下方面：
1、粉尘比电阻
适合于电除尘器收集的粉尘的比电阻范围为104Ω.cm～1011Ω.cm.当粉尘比电阻低于104Ω.cm时,粉尘的导电性能好, 当荷电后到达极板时迅速释放电荷并与极板同极性, 产生排斥力,重回气流中且可能被气流带出除尘器，使除尘效果变差。
当粉尘的比电阻高于1011Ω.cm时，荷电粉尘到达极板后表不易将电荷释放，在极板表面的粉尘层中形成一个电场，当这个电场强度达到一定的值时，就在粉尘内发生电晕放电，通常称为反电晕放电，发生反电晕放电后在这个区域产生大量正、负离子，使得这个区域成为一个导电区域，收尘器电场电压下降，电流增大，收尘效率降低。
对于高比电阻的粉尘，可采用烟气调质、应用脉冲电源、加宽极间距等方法来提高收尘效率。
2、烟气温度和湿度
烟气的温度和湿度都对粉尘的比电阻发生影响，增加湿度可降低粉尘比电阻、同时可提高电场击穿电压。
温度对粉尘比电阻的影响较为复杂，通常按如下曲线所示的规律。
干式电除尘器运行时应确保烟气温度不低于露点温度，防止绝缘部件因产生冷凝现象而降低绝缘，常规的除尘器中各大梁上的高压绝缘部件和阴极振打绝缘瓷轴都安装在带加热器的保温箱内。在高温下运行的电除尘器（一般不超过400℃）应考虑结构热膨胀、比电阻变化等各种因素。对于温度偏高的应用中，通常可在进入除尘器前将烟气冷却。
3、烟气成分
烟气成分对负电晕放电特性影响很大，烟气成分不同，在电晕放电中电荷载体的迁移不同。在电场中，电子与中性气体分子相撞而形成负离子的概率在很大程度上取决于烟气成分，不同的气体成分对电除尘器的伏安特性及火花放电电压影响甚大。
4、烟气压力
有经验公式表明，当其他条件确定以后，起晕电压随烟气密度而变化，烟气的温度和压力是影响烟气密度的主要因素。烟气密度对除尘器的放电特性和除尘性能都有一定的影响，如果只考虑烟气压力的影响，则放电电压与气体压力保持一次（正比）关系。
5、粉尘浓度
电除尘器对所净化的气体的含尘浓度有一定的适应范围，如果超过一
定范围，除尘效果会降低，甚至中止除尘过程，因为在电除尘器正常运行
时，电晕电流是由气体离子和荷电尘粒（离子）两部分组成的，但前者的
驱进速度约为后者的数百倍。烟气粉尘浓度越大，尘粒离子也越多，然而
单位体积中的总空间电荷不变，所以粉尘离子越多，气体离子所形成的空
间电荷自然相应减少，于是电场内驱动速度降低，电晕闭塞，除尘效率显
著下降，因此，电除尘器净化烟气时，其气体含尘浓度应有一定的允许界限。
电除尘器允许的最高含尘浓度与粉尘的粒径、质量组成有关，有资料认为粒径为1μm左右的粉尘对电除尘效率的影响尤为严重。
6、粉尘粒径分布
试验证明，带电粉尘向沉淀极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比，粒径
越大，除尘效率越高，再增大粒径，其除尘效率下降。
二、设备状态对电除尘效率的影响
1、设备的安装质量
如果电极线的粗细不匀，则在细线上发生电晕时，粗线上还不能产生电晕，为了使粗线发生电晕而提高电压，又可能导致细线发生击穿。
如果极板（或线）的安装没有对好中心，则在极板之间即使有一个地方
过近，都必然降低电除尘器电压，因此这里有击穿危险。同样，任何偶然的尖刺、不平和卷边等也会产生这种影响。
2、气流分布
气流分布的影响也是重要的，气流分布不均匀会严重影响除尘效果。
三、工况条件对电除尘器效率的影响
1、气流速度
气流速度的大小与所需电除尘器的尺寸成反比关系，气流速度大，粉尘颗粒在除尘器电场内的逗留时间就短；气流速度增大的结果 ，气体紊流度增大，二次扬尘和粉尘外携的几率增大。气流速度对尘粒的驱进速度有一定影响，其相互关系中有一个相应的最佳流速，在最佳流速下，驱进速度最大。在大多数情况下，颗粒在电场有效作用区间逗留8～12s，电除尘器就能得到很好的除尘效果，这种情况的相应气流速度为1.0～1.5m/s。
2、振打清灰。电晕晕线积尘太多会影响其正常功能。
沉淀极板应该有一定的容尘量，而极板上积尘过多或过少都不好，积尘太少或振打方向不对，会发生较大的二次扬尘；而积尘到一定程度，振打合适，所打落的粉尘容易形成团块状而脱落，二次扬尘较少。