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静电除尘盒原理终于被找到了

时间:2017-11-23 10:29    点击量:    标签:

 静电除尘盒是利用电力进行收尘的装置。国外称静电收尘器,实际上静电收尘这个名词并不确切,因为粉尘粒子荷电后和气体离子在电场力作用下,要产生微小的电流,并不是真正的静

  静电除尘盒是利用电力进行收尘的装置。国外称静电收尘器,实际上“静电收尘”这个名词并不确切,因为粉尘粒子荷电后和气体离子在电场力作用下,要产生微小的电流,并不是真正的静电。本书仍沿用国际通用的习惯称做静电除尘盒。

  1907年,科特雷尔(Cottrell)首先将静电收尘技术用于净化工业烟气获得成功。如今,静电除尘盒已经广泛应用于钢铁工业、有色冶金、建材工业、电力工业、化学工业、轻纺工业以及其他工业领域乃至民用领域。统计资料表明,自1955年至到现在,应用静电除尘盒处理工业烟气量大致呈指数增长。随着对环境保护要求的日益严格,可以预计静电除尘盒计数会得到更迅速的提高和发展。

  本章着重介绍静电除尘盒的基本原理、静电收尘的基本理论、收尘过程中的离子风效应、影响静电除尘盒性能的主要因素以及静电除尘的设计及应用。

  6.1静电除尘盒的基本原理与分类

  静电除尘盒是在两个曲率半径相差很大的金属阳极和阴极上,通过高压直流电,在两极间维持一个足以使气体电离的静电场。气体电离后产生的电子,阴离子与阳离子,附着在通过电场的粉尘上,使粉尘带电。荷电粉尘在电场力的作用下,便向极性相反的电极运动而沉降在电极上,从而使粉尘与气体分离。通过清灰过程把附着在电极上的粉尘振落,使其掉入灰斗中。图6.1是管式静电除尘盒工作原理示意图。在金属丝的一端施加负极性高压直流电,该金属丝位于接地的金属圆筒的轴线上。当外加电压达到一定值时,在金属丝的表面上就会出现青蓝色辉光点,并发出嘶嘶声,这种现象称为电晕放电。因此常把放电极线称为电晕极。此时,若从金属圆筒极底部通入含尘气体,粉尘就会在电场中与负离子相碰撞而荷电,并在电场力作用下向圆筒极运动而沉降在圆筒的内壁上,于是粉尘被捕集。

  6.1.1气体的电离

  在静电除尘盒中,使尘粒带有足够大的电量是通过气体的电离实现的。空气通常状态下是不能导电的绝缘体,但是当气体分子获得足够的能量时就能使气体分子中的电子脱离而成为自由电子,这些电子成为输送电流的媒介,气体就具有导电的本领了。使气体具有导电本领的过程称为气体的电离。

  设在空气中有一对电极,其中一极的曲率半径远小于另一极的曲率半径。如一根极线对一个极板,如图6.2所示。由于空气(大气)受到X光、紫外线或其他背景辐射作用产生为数很少的自由电子,这些电子不足以形成电流,因而空气是不导电的。但当施加在极板上的电压升至一定值时,就可使原来空气中存在的少量自由电子获得足够的能量而加速到很高的速度。高速电子与中性的空气分子相碰撞时,可以将分子外层轨道上的电子撞击出来,形成正离子和自由电子。这些电子又被加速,再轰击空气分子又产生更多的新电子和正离子。这个连锁过程发展的极快,使气体得以电离。自由电子快速形成的过程称为电子雪崩。这个过程伴有发光、发生现象,即所谓电晕放电现象。

  出现电晕后,在电场内形成两个不同的区域,如图6.2所示。围绕放电极很小的范围内,约为1mm,称之为电晕区。在这一区内,场强极高使气体电离,产生电量的自由电子和离子。若极线上施加负电压时,产生负电晕,这时所产生的电子向接地极运动。而正离子向电晕极运动。当极线上施加正电压时,为正电晕放电,这时正离子向接地极运动,而电子向电晕极运动。在正电晕区狭小的范围内,电子雪崩现象起始于电晕区边缘,电极线表面场强最大,电子向内运动时,没有机会被空气分子吸收,因而不产生负离子。在电晕区以外称为电晕外区,它占有电极间的大部分空间,此区场强急剧下降,电子的能量小到无法使空气分子电离,电子碰撞到中性空气分子并附着其上形成负离子(负电晕放电情况)。粒子的荷电主要在这一区进行。

  由上述讨论可知,只有在曲率半径很小的电极产生非均匀电场的情况下,才会产生电晕放电现象,均匀电场不发生电晕,但场强高到一定程度会使空气击穿。如果产生的大量电子不能吸附到气体分子上形成负离子,则这些电子将直接奔向接地极,这样就会出现火花击穿,不能产生稳定的电晕。例如惰性气体、氮等能吸收自由电子,难以实现负电晕运转。自由电子与硫的氧化物、氧气、水蒸气及二氧化碳有很好的亲和力。幸运的是在工业烟气中,这类气体都有足够的浓度来维持负电晕的运转。

  6.1.2离子迁移率

  受电场作用的离子在电场中运动时,沿途将与空气分子碰撞而受到阻碍,离子在电场中的运动速度与电场强度成正比,即

  (6.1)

  式中,比例系数(m2/V·s)称离子迁移率。

  离子迁移率主要取决于电场中的温度和压力,朗温(Langvin)给出如下算式

  (6.2)

  式中、——标准状态下绝对温度和压力;

  、——实际情况下的绝对温度和压力;

  ——标准状态下某些气体的离子迁移率,见表6.1;

  ——萨瑟兰德(Surtherland)常数,见表6.2。

  如果在同一烟气中有两种气体,设其中一种气体的离子迁移率为,另一种为,各自浓度分别为、,则混合气体的离子迁移率由布朗克(Blanc)公式计算

  (6.3)

  从表6.1看出负离子的迁移率要高于正离子的迁移率。迁移率越高,离子与粉尘的碰撞频率越大,对粉尘的荷电越有利,所形成的离子电流越大。实践表明,采用负电晕,起晕电压低而击穿电压高,这有利于静电除尘盒的运行,因此,在工业静电除尘盒中更多地采用负电晕工作。由于负电晕在电离过程中产生比正电晕多得多的臭氧(O3)和氮氧化合物,这些气体对人体是有害的,因此作为通风空调应采用正电晕。

  另外,在工业静电除尘盒中,工作场强通常在4kV/cm左右,若为干空气,由式(6.1)可得离子运动速度约为84m/s,可见离子风速是很大的,但实际上,只有在电晕区内,离子才有很高的速度,而在电晕区外,变为离子的气体分子是少数,而大多数是未被离子化的气体分子,这些未被离子化的气体分子阻碍了离子的运动,使其速度迅速衰减。离子风又称电风,它既有积极的作用,也有消极的影响,故研究电风的大小对分析荷电粒子的运动行为和对静电除尘盒性能影响具有重要意义。

  6.1.3静电除尘盒的分类

  静电除尘盒根据不同特点分成不同的类型。

  6.1.3.1根据收尘电极的形状分为管式和板式

  管式静电除尘盒的收尘极是由一根或一组成圆形、六角形或方形的管子组成,管径通常为200~300mm,长2~5m。安装于管中心的电晕线通常呈圆形或星形。含尘气流自下而上从管内通过。

  板式静电除尘盒的收尘极是由若干块平板组成,为减少二次扬尘和增强板极的刚度,板极一般要轧制成断面曲折的型板。电晕线安装在每两排收尘极板构成的通道中间,通道数可以是几个或几十个。极板的高度可以是几米或几十米。除尘器总长度根据除尘效率要求来确定,如图6.3所示。

  6.1.3.2根据气流运动方向分为立式和卧式

  立式静电除尘盒内,含尘气流自下而上做垂直运动。立式静电除尘盒常为管式,适用于小气流量,粉尘容易捕集和安装场地较狭窄的情况。立式静电除尘盒的高度较高,净化后的气体可直接排入大气。

  气流在静电除尘盒内沿水平方向运动的称卧式静电除尘盒,如图6.3所示。卧式静电除尘盒与立式静电除尘盒相比有以下特点:

  1)沿气流方向可分为若干个电场,这样可根据除尘器内的工作情况,对各电场分别施加不同的电压,以提高除尘效率;

  2)根据所要求达到的除尘效率,较方便地增加电场长度;

  3)在处理烟气量较大时,卧式静电除尘盒较容易实现流速在电场断面上的均匀分布;

  4)设备安装高度较立式静电除尘盒低,设备操作维修比较方便;

  5)占地面积比立式静电除尘盒大。

  根据上述特点,除特殊情况(如占地面积受限制),一般都应选用卧式静电除尘盒。

  6.1.3.3根据粒子的荷电区及收集区的空间布局不同分单区和双区

  在单区静电除尘盒中,粒子的荷电和捕集都在同一区内完成,如图6.4所示。单区静电除尘盒在工业应用中较为广泛。

  双区静电除尘盒的粒子荷电部分和收尘部分是分开的。前区安装电晕极,粉尘在此区荷电,后区安装收尘极,粉尘在此区内被捕集。如图6.4所示。近年来,在工业废气净化中采用双区静电除尘盒逐渐增多。其优点是由于荷电区与收尘区分开后,在荷电区可以较灵活地调整电压,通过减小极间距,可以在较低的电压下能使粉尘较充分地荷电,运行也更安全。在收尘区,可大大地提高收尘电极地均匀性,有利于提高除尘效率。

  6.1.3.4根据清灰方式不同分干式和湿式

  湿式静电除尘盒是采用水喷淋或适当地方法在收尘极板表面形成水膜,使沉积在极板上地粉尘顺水一起流到除尘器的下部排出。湿式静电除尘盒二次扬尘很少,除尘效率高,无需振打装置,但产生的大量泥浆,如不适当处理,将导致二次污染。

  虽然静电除尘盒的类型很多,且新型静电除尘盒还在不断出现,但大多数工业窑炉是采用干式、板式、单区卧式静电除尘盒,因此本书对湿式和立式静电除尘盒将不作讨论。

  6.2静电除尘的基本理论

  静电除尘的基本理论主要包括3方面的内容:电场分布数理模型、粒子荷电理论,带电粒子的收集理论。其中任何一个内容都是静电除尘研究的重要课题。

  6.2.1电场分布数理模型

  因为静电除尘是靠作用于荷电粒子上的电场力使颗粒物分离的,这个电场力是场强和粒子荷电量的乘积,同时,粒子荷电量与场强成正比,所以必须知道场强的大小。在工业电除尘器中,通常电场是不均匀的(只有板式双区静电除尘盒的收尘区可近似认为是均匀的)。因此建立电场分布数理模型并给出其解(数值解或分析解)是至关重要的。

  6.2.1.1线-管电极间的电场分布

  静电除尘盒电场分布数理模型是一样的,区别在于电极结构(或称边界条件)不同。管式静电除尘盒的电极结构最简单,因此能得到十分准确的电场分布分析解。

  6.3影响静电除尘盒性能的主要因素

  尽管静电除尘盒是一种高效除尘器,但绝非在任何条件下都能达到最高的除尘效率,而是受许多因素的制约。因此必须弄清影响静电除尘盒效率的主要因素,并加以调整,才能获得满意的净化效果。影响静电除尘盒性能的因素很多,大致可分4个方面:

  (1)粉尘特性,主要包括粉尘的粒径分布、黏附性和比电阻等。

  (2)烟气性质,主要包括烟气温度、压力、湿度和含尘质量浓度等。

  (3)结构因素,主要有静电除尘盒的极配、收尘板的面积、电场长度、电场数、气流分布装置与供电方式等。

  (4)操作因素,包括伏安特性、漏风率、气流短路、二次扬尘、收尘极板积灰和电晕线肥大。

  6.3.1粉尘特性的影响

  6.3.1.1粉尘的粒径分布

  粉尘的粒径分布对电除尘器的除尘效率有很大影响。这是因为分级除尘效率随驱进速度的增加而增大,而驱进速度与粒径的大小成正比。总除尘效率随粉尘中位径的增大而增加,随几何标准偏差的增加而减少,因此在进行静电除尘盒设计或选型计算时,测定粉尘的粒径分布是极其重要的,它是所计算排出的浓度不至于超过排放标准的基本依据。

  6.3.1.2粉尘的黏附性

  粉尘的黏附性对静电除尘盒的运行有很大的影响。如果粉尘的黏附性较强,沉积在收尘极板上的粉尘不易振打下来,使收尘极的导电性大为削弱,导致电晕电流(二次电流)减少。如果黏附在电晕极线上,会使电晕线肥大,降低电晕放电效果,粉尘难以充分荷电,导致效率降低。

  粉尘的黏附性不仅与烟气和粉尘的组成成分有关,而且与粉尘的粒径有关,粒径愈小,黏附性愈强。粉尘的黏附性主要包括分子引力、毛细管黏着力及静电库仑引力。关于这些力的理论计算较复杂,其结果还缺乏可靠性。为此可采用粉尘层的黏附强度作为评定粉尘黏附性的指标。根据粉尘层的黏附强度将粉尘分为4类。见表6.3。表中分类是有条件的,粉尘受潮、烟气湿度较大时,会增加粉尘的黏附力。

  6.3.1.3粉尘的比电阻

  静电除尘盒的性能,很大程度上取决于粉尘的比电阻。图6.13所示为比电阻与静电除尘盒效率的关系。与正常除尘效率相对应的比电阻范围大致在104~5×1010。

  当比电阻小于104时,荷电粉尘一旦到达收尘极表面,便很快失去电荷,并由于静电感应而很快获得与收尘板极性相同的正电荷,若带正电荷的粒子与收尘板之间的排斥力大得足以克服粒子对极板的附着力,尘粒就会从极板上跳回气流中,重返气流中的粉尘再次荷电后被捕集,又再次跳出去,最终可能被气流带出静电除尘盒,导致效率降低。

  相反,如果粉尘的比电阻过高(大于5×1010),沉积在极板上的尘粒释放电荷的速度缓慢,形成很大的电附着力,这样不仅清灰困难,而且随着粉尘层的增厚,造成电荷积累加大,使粉尘层的表面电位增加,当粉尘层的场强大于其临界值时,就在粉尘层的孔隙间产生局部击穿,产生与电晕极极性相反的正离子,所产生的正离子向电晕极运动,中和了带负电荷的粉尘,同时也抵消了大量的电晕电流,使粉尘不能充分荷电,甚至完全不能荷电,这种现象称为反电晕。在反电晕情况下,导致粉尘二次扬尘严重、除尘性能恶化。

  研究解决高比电阻粉尘对静电除尘盒性能影响的可行办法,一直是静电除尘技术领域的一大研究课题。目前降低粉尘比电阻的方法主要有:升温调质,即采用高温静电除尘盒,当温度高于150℃左右,比电阻随温度升高而下降;增湿调质,增湿可提高粉尘的表面导电性,但应保证烟气温度高于露点温度;化学调质,即在烟气中混入适量的SO2、NH3等化学物质,以增强粉尘表面与离子的亲和能力,降低比电阻;采用脉冲高压电源,脉冲供电系统可通过改变脉冲频率使静电除尘盒的电晕电流在很宽的范围内调节,可将电晕电流调整到反电晕的极限,而不降低电压,所以对高比电阻粉尘的收集非常有利。脉冲频率调节范围一般在每秒50~400个脉冲,脉冲宽度为60~120。

  在静电除尘盒的设计或选型时,明确所收集粉尘是否在最有利的比电阻范围内是重要的。为此将主要工业窑炉粉尘在100~200℃时的比电阻范围列于表6.4中供参考。对于温度小于100℃的工业粉尘比电阻还可参考第2章表2.6。

  6.3.2烟气性质的影响

  6.3.2.1烟气温度

  烟气的温度不仅对粉尘比电阻有影响,而且对电晕始发电压(起晕电压)、火花放电电压、烟气量等有影响。图6.14表明,随温度的上升,起晕电压减小、火花电压降低。

  烟气温度上升会导致烟气处理量增大,电场风速提高,引起除尘效率下降。当烟气温度超过300℃时,就需要采用耐高温材料并且要考虑降低除尘器的热膨胀变形问题。电除尘器通常使用的温度范围是100~250℃。

  6.3.2.2烟气湿度

  原料和燃料中含有水分、参与燃烧的空气也含有水分。因此,燃料燃烧的产物及烟气中含有的水蒸气,对静电除尘盒的运行是有利的。在正常工况下,烟气中的水蒸气不会引起极板的腐蚀。但在有孔、门等漏风的地方,由于在这里烟气温度降至露点以下,就会造成酸腐蚀。增湿可以降低比电阻,提高除尘效率。为了防止烟气腐蚀,静电除尘盒外壳应加保温层,使烟气温度都保持在和湿度相对应的露点温度以上。

  6.3.2.3含尘质量浓度

  静电除尘盒对烟尘入口质量浓度有一定的适宜范围,在入口质量浓度过高的情况下需要在静电除尘盒前增设前级除尘器(常见为多管旋风除尘器)。在负电晕情况下,在电场空间的含尘气流中主要有3种粒子:即电子、负气体离子和带负离子的尘粒。所以,电晕电流一部分由电子和负离子运动形成,一部分是由荷电粉尘形成。但由于粉尘的大小和质量远大于气体离子,其运动速度要比气体离子小得多(气体离子平均速度约为100m/s带电粉尘驱进速度一般小于0.60m/s),因此,带电粉尘数量增多,虽然所形成的电晕电流不大,但形成的空间电荷却很大。如果假设单位体积总带电粒子数不变,带电尘粒的增多,气体离子相应减少,导致总电晕电流减少。当含尘质量浓度达到某一极限值,通过电场的电流趋于零,这种现象称为电晕闭塞,除尘效率等于零。

  通常烟气含尘质量浓度(标态)大于200g/m3,就会发生电晕闭塞。一般静电除尘盒入口含尘质量浓度小于40 g/m3,适宜范围为7~30 g/m3。

  6.3.3结构因素的影响

  6.3.3.1电极几何因素的影响

  影响静电除尘盒伏-安特性的几何因素包括电晕线形状、电极间距和收尘极板间距。

  电晕线的形式主要有:圆形、星形、带形、芒刺形等等。从物理上讲,曲率半径越小的电晕线,放电效果越好。但在实际运用中,应使电晕线有一定的起晕电压和足够的机械强度。芒刺形电晕极是比较理想的放电极形式,从而得到较广泛的应用。图6.15所示是不同形式电晕极线的伏-安特性比较。

  电晕线间距对电晕电流的大小有一定的影响,当线距太近时,电晕线之间会由于电场抑制作用使导线的电流值减少。线距过大,虽然单根电晕线的电流值较大,但减少了电场中的电晕线根数,使电晕电流面密度降低。因此存在一最佳线距。怀特(White)试验表明,在如图6.16中所示的几何条件下,当电晕线为5根时,电晕电流最大。在这种情况下,可得线距和板距的关系式为:

  (6.55)

  由于实际电晕线表面可能较粗糙或因拉紧变形粗细不等或由于其断面形状为非圆形以及安装偏差等原因,电晕电流会比表面光滑的圆形线大得多,线距和板距比的取值应小些。一般取线距为通道宽的0.6~0.7倍为宜。例如星形电晕线,当板距(通道宽)为250~300mm时,电晕线间距取160~200mm;对于芒刺电晕极,由于其强烈的放电方向性,其间距可小些,一般取100~150mm。

  极板间距也是影响静电除尘盒伏-安特性的一个重要的几何因素。如图6.17所示,随板间距的增大,对起晕电压稍有提高,但在相同外加电压之下,电晕电流大为降低。板间距加宽,增大了绝缘距离,抑制电场的火花放电,从而可提高外加工作电压,粉尘的驱进速度也相应提高,使得在处理烟气量相同和同样除尘效率的情况下,收尘极板面积减少、电晕线长度也相应减少,从而降低了钢材耗量。当然,极板间距不是无限制的加宽。太宽,由于起晕电流的减少,粉尘难以充分荷电,影响除尘效果。另外,板距加宽还受到高压供电装置的限制。国内生产的供电装置输出电压一般小于90kV,若按电场内工作场强4kV/cm计算,则线板距不超过225mm,即板极距为450mm。目前国内有些厂家可生产100 kV以上的高压电源,从而为宽间距静电除尘盒的应用创造了条件。

  传统的静电除尘盒板间距一般为250mm。当板间距大于350 mm称为宽极距静电除尘盒。最佳极距的选取与粉尘及烟气的性质有关,通常选取范围在2b=350~500 mm之间。目前宽极距静电除尘盒的应用有日益增长的趋势,原因是:极距增大,反电晕影响变小,从而提高了对粉尘比电阻的适应范围(比电阻范围由104~5×1010扩大到103~1012);电晕线肥大影响较小,因极距加宽,运行电压提高,电晕离子流导致的电风增大,荷电粉尘被吹向收尘极的可能性增加,从而使电晕线的积灰减缓;极距加宽,安装精度提高,相对误差减少,火花放电可能性减小,所以运行稳定性提高;极距加宽,耗材少、重量减轻、总设备费降低;极距加宽,维护保养方便。维修工作量减少。

  6.3.3.2气流速度分布的影响

  除尘器断面气流速度分布的均匀性,对除尘效率有很大影响。如果气流速度分布不均匀,则在流速较低的区域,存在局部气流的停滞,造成收尘极局部积灰严重,使运行电压降低。在速度较高的区域,又造成二次扬尘严重。因此,静电除尘盒断面上的气流速度分布越不均匀,除尘效率越低。提高气流速度分布均匀性的方法是在除尘器入口处和出口处设置气流分布板。

  6.3.4操作因素的影响

  6.3.4.1操作电压和电流

  静电除尘盒的效率,主要取决于尘粒的驱进速度,而驱进速度是随着荷电场强和收尘场强的提高而增大的(对于单区静电除尘盒,=)。为实现更高的除尘效率,就要尽可能提高电场强度。由前面关于场强分布的讨论,场强与电晕电流有关,而电晕电流与操作电压成正比。电压和电流的关系称伏-安特性。伏-安特性曲线之所以重要,是因为一旦知道在某一操作电压下的电晕电流(电晕电流线密度或电晕电流面密度)就可以计算场强。从而理论估算静电除尘盒的效率。评估静电除尘盒是否处在正常的电气运行范围可参考标6.5。

  6.3.4.2漏风

  静电除尘盒一般多为负压运行,如果壳体的连接处密闭不严,漏入的冷风会使电场中的风速增大,烟气温度下降而出现结露,引起电晕极肥大、极板清灰困难、电极腐蚀等后果,最终导致除尘效率下降。如果从灰斗或排灰装置漏入空气,将会造成已沉积的粉尘二次扬尘,使除尘效果恶化。因此,静电除尘盒的设计要保证有良好的密闭性,壳体各连接处都应连续焊接,以避免漏风现象。

  6.3.4.3气流旁路

  气流旁路是指静电除尘盒内的气流不通过收尘电场,而是从收尘极板的顶部、底部和左右最外侧极板与壳体内壁之间的间隙中通过。防止气流旁路的一般措施是采用阻流板迫使气流通过收尘电场。如果不设阻流板,只要有5%的气体旁路,除尘效率就不会大于95%。旁路流还会在灰斗上部和内部产生涡流,会使已沉积于灰斗中和振打时下落的粉尘重返气流中。因此,关于气流旁路的问题需给予高度重视。

  6.3.4.4二次扬尘

  所谓二次扬尘是指在干式静电除尘盒中,沉积在收尘板上的粉尘再次被气流带走。产生粉尘二次飞扬的原因主要有以下几个方面:

  1)粉尘的比电阻过低或过高。比电阻过低,会产生反复跳跃现象,比电阻过高,容易产生反电晕,使粉尘二次飞扬;

  2)振打清灰过频。从极板振动脱落的粉尘是靠重力落入灰斗,如果振动频率过高,则从极板上落下的粉尘不能形成较大的片状或块状,而是呈分散的小尘粒凝聚团或单个粒子,很容易被气流重新带出静电除尘盒;

  3)收尘电场流速分布不均或流速过高。紊流和涡流作用将导致粉尘的二次返混。因此要求风速不超过3m/s,并尽可能使气流均匀分布。

  6.4静电除尘盒的设计与选型

  6.4.1设计静电除尘盒所需原始数据

  一般设计1台静电除尘盒需要下列数据:

  1)工作状况下需净化的烟气量;

  2)烟气的温度和湿度;

  3)烟气的成分,即各种气体的体积分数;

  4)烟气的含尘质量浓度;

  5)粉尘的性质,包括粉尘的粒度分布、化学组成、密度、堆积角、比电阻、黏性等;

  6)静电除尘盒出口烟气允许的含尘质量浓度;

  7)静电除尘盒工作时壳体承受的压力;

  8)车间平面图。

  6.4.2静电除尘盒的总体设计

  静电除尘盒的总体设计包括:确定各主要部件的结构型式;确定驱进速度;由设计效率、驱进速度和烟气处理量计算收尘极板总面积;根据已确定的参数确定通道数、电场长度;然后计算除尘器各部分的尺寸并绘制出静电除尘盒的外形图;计算供电装置所需的电流值和电压值,选择供电装置的型号等。

  6.4.2.1确定各主要部件的结构型式

  静电除尘盒的主要部件是电晕极线和收尘极板。电晕极形式很多,常见的电晕线如图6.18所示。芒刺电晕放电效果好,它不仅能产生较强的电晕电流,而且芒刺尖产生的强烈的离子流壳形成每秒数米的电风,促使尘粒向收尘极运动,增大了粒子的驱进速度。另外,芒刺电晕极在浓度较高的情况下,不易出现电晕闭塞,因此在浓度较高的第一、第二电场可选用芒刺电晕极(线)。而在浓度较低的第三、第四电场可选用圆形或星形电晕线,以提高操作电压,加速带电细尘的运动。但在实际静电除尘盒中,多采用一种电晕极形式,以方便设备的设计、制造及维护。

  工业静电除尘盒的收尘极板常为型板。卧式静电除尘盒目前多采用Z形或打C形极板,如图6.19所示。Z形板具有较好的电性能(板电晕电流面密度较均匀),防风(阻流)沟有利于减轻二次扬尘,振打加速度分布较均匀,重量较轻等。但由于两端防风沟朝向相反,极板在悬吊后易出现扭曲变形。大C形板保持了Z形板的良好性能,并克服了Z形板易扭曲的缺点。

  6.4.2.2确定驱进速度

  确定粒子的驱进速度通常有3种方法:理论计算法、经验法和类比法。

  (1)对于粒径≥1,可由式(6.42)计算饱和荷电;对于<1,可由式(6.44)计算场荷电和扩散荷电量之和;对于粒径<0.5,可只用式(6.43)求扩散荷电量。再由式(6.45)计算理论驱进速度。然而,由于在实际条件下,粉尘的形状及其物理化学性质,气体的物理化学性质及流态、静电除尘盒本身的型式等对驱进速度有影响,理论计算值与实测值有较大的差异。如果把这些因素考虑到式(6.53)或式(6.54)的修正系数中去,一旦值确定,则可根据设计总除尘效率和分级效率的关系,进行静电除尘盒的设计。这种理论方法在国内已用于实际辅助设计,称为计算机模拟设计。

  (2)经验法

  由于实际情况的影响因素很多,理论确定驱进速度较困难,目前通常根据现有电除尘器的总除尘效率,代入多依奇公式,反求驱进速度这个驱进速度称为有效驱进速度。显然,把一个分级效率公式(多依奇公式)当总效率来利用是不严格的,这种方法属于经验方法,表6.6列举了一些粉尘的有效驱进速度。

  (3)类比法

  类比法也可称相似方法,这是一种比较可靠的方法。主要有以下3钟形式。

  一是调查同一行业处理同一类烟气静电除尘盒的运行情况来进行本企业的静电除尘盒设计或选型。

  二是中间试验法,即先使用一台与实际静电除尘盒相似的小型静电除尘盒,得出一系列运行数据,然后根据这些运行参数设计制造满足烟气处理量要求的电除尘器,这种方法比较可靠,但需花费一定的资金进行中间试验,

  三是旧有静电除尘盒的改造,改造原因可能是因为生产规模的增大,或是除尘效率难以满足实际要求。这时,可利用旧有静电除尘盒的运行参数(如可利用其有效驱进速度)来进行旧有静电除尘盒的重新改造设计。

  6.5静电除尘盒的工业应用

  6.5.1钢铁工业

  静电除尘盒在钢铁工业中主要用于净化烧结机、炼铁炉、铸铁冲天炉、炼焦炉的废气。其有关电除尘器的典型设计参数列于表6.12中。

  6.5.2燃煤电厂

  燃煤电厂飞灰的静电除尘盒典型设计参数见表6.13。

  6.5.3其他工业

  静电除尘盒在水泥工业中的应用也相当普遍,新建的大中型水泥厂的回转窑和烘干机大都装有电除尘器。水泥磨、煤磨等尘源都可采用电除尘器加以控制。静电除尘盒还广泛用于化学工业中的酸雾回收、有色冶金工业的烟气治理和贵金属颗粒物的回收等。

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