各类除尘器设计原理

各类除尘器设计原理一、粉尘特性影响除尘性能的粉尘特性，主要有粉尘的密度、粒径分布、比电阻、吸湿性、爆炸性等。1、密度单位体积粉尘所具有的质量称为粉尘的密度，分为真密度和容积密度。 真密度 粉尘的真密度是指除掉粉尘中所含气体和液体后单位体积粉尘所具有的质量，与粉尘的沉降、输送、净化等特性直接相关。 容积密度 自然状态下单位体积粉尘的质量数称为容积密度，是设计粉尘储存、运输设备的重要参数。 两种密度的关系可用公式表示（2-1）式中粉尘的密积密度，kg/m3；粉尘的真密度，kg/m3；粉尘的空隙率。对于球形尘粒=0.30.4，非球形尘粒的值则大于球形尘粒的值。粉尘越细，越小，比值越大，粉尘愈难捕集，>10 时，粉尘捕集困难。几种工业粉尘的真密度 (kg/m3) 表 2-1粉尘名称真密度容积密度粉尘名称真密度容积密度滑 石 粉 2750590710 烟 尘 21501200石 灰 粉 27001100 锅炉碳末 2100600白云石粉 2800900 碳 黑 185040硅砂粉(105m)26301550 硅砂粉(30m)263014502、粒径分布粉尘的粒径分布是指粉尘中各种粒径尘粒所占的百分数，亦称颗粒的分散度。有按质量计的质量粒径分布/按粒数计的颗粒粒径分布，用表面积表示的表面积粒径分布等多种表示方式。除尘技术中一般使用质量粒径分布。表 2-2 为铸造工厂工艺设备的粉尘质量分布，表 2-3 列出了不同燃烧方式锅炉排出烟尘的粉尘特性。铸造工厂车间工艺设备粉尘质量粒径分布 表 2 -2工艺设备粉尘类型真密度kg/m3 粉尘品质粒径分布（%）/m 中位径m60混砂机(S114)干型砂 2141.444.86.77.06.83.731.08.6落砂机(2×10t)干型砂 2640.446.217.420. 911.52.51.56.1B=600mm 皮带导头干型旧砂 2644.435.36.66.26.53.442.024.03、比表面积粉尘的比表面积为单位质量(或体积)粉尘具有的表面积，一般用 cm2/g 或 cm2/cm3 表示。其大小表示颗粒群总体的细度，它和粉尘的润湿性和粘附性相关。不同燃烧方式锅炉排出烟尘质量粒径分布 表 2 -3工艺设备粉尘质量粒径分布 （%）m 备 注>75607547603047203015201015510 700/min< 1500< 1.5袋式除尘机组200 (资用压力)< 2.0（四）静电除尘器1、静电除尘器的工作原理静电除尘器是利用静电力将气体中粉尘分离的一种除尘设备，简称电除尘器。除尘器由本体及直流高压电源两部分构成。本体中排列有数量众多的、保持一定间距的金属集尘极(又称极板)与电晕极(又称极线)，用以产生电晕、捕集粉尘。设有清除电极上沉积的粉尘的清灰装置、气流均布装置、存输灰装置等。图 2-12 是工作原理图，图 2-13 是目前常用的板式电除尘器示意图。向除尘器送入含尘气体并供电后实现下列除尘过程。 气体电离供电达到足够高压时，在高电场强度的作用下，电晕极周围小范围内(半径仅为数毫米的电晕内区)气体电离，产生大量自由电子及正离子。在离电晕极较远的区域 (电晕外区)电子附着于气体分子上形成大量负离子。正、负离子及电子各向其异极性方向运动形成了电流。该现象称为“电晕放电” ，当电晕极上施加负高压时称负电晕放电，施加正高压时称正电晕放电。 粉尘荷电当含尘气体通过存在大量离子及电子的空间时，离子及电子会附着在粉尘上，附着负离子和电子的粉尘荷负电，附着正离子的粉尘荷正电。显然，由于负离子浓度远大于正离子浓度，所以在极间空间中的大部分粉尘荷负电。 收尘在电场力作用下，荷电粉尘向其极性反方向运动，在负电晕电场中，大量荷负电粉尘移向接地的集尘极(正极)。粉尘向极板方向移动的速度称为驱进速度。含尘气体在电除尘器中运动时的平均速度称为电场风速。 清灰粉尘按其荷电极性分别附着在极板(大量的)和极线(少量的)上，通过清灰使其落入灰斗，通过输灰系统使粉尘排出除尘器。2、静电除尘器的主要类型 按电极清灰方式分类 干式电除尘器干式电除尘器借助机械力槌打、刷扫的方法清除电极上的积尘，优点是粉尘后处理简单，便于综合利用，机械和电磁振打是常用的清灰方式。但清灰时会扬起积尘，或短时间内产生返流，影响除尘效率。 湿式电除尘器湿式电除尘器用淋洗、喷雾、溢流等方式清洗电极表面积尘，清灰时不扬尘，但产生大量泥浆，泥浆需后处理。 半干半湿电除尘器多个电场组合的电除尘器的前面的一、二电场干法清灰，后面的电场湿式清灰，使除尘器获得较好的清灰效果，又减少泥浆处理量。但设备较复杂。 按电除尘器内气流运动方向分类 立式电除尘器立式电除尘器中气体在除尘器内自下而上垂直运动，由于气流与粉尘沉降方向相反，且难形成多电场，检修不方便。这种电除尘器只适用于气流量较小，除尘效率要求不很高，安装场地狭窄的地点。 卧式电除尘器卧式电除尘器内含尘气体沿水平方向运动。由于可分为若干电场，实现分电场供电，以提高除尘效率。除尘器本体呈水平布置，安装、维修方便，是目前电除尘器应用中的主要结构型式。 按集尘极的形式分类管式电除尘器集尘极由圆形或六角形管组成，施加高压电后管内场强均匀，有利于集尘，但只能立式安装，只适用于湿式清灰及小气体量净化。板式电除尘器在多列平行的金属板通道中设置电晕极，通道数可以由几十个至上百个，电极可加工成多种形状及不同尺寸，是目前应用最主要机型。 按集尘极和电晕极配置方法分类 单区电除尘器集尘极和电晕极都安装在同一区域，粉尘荷电和捕集在同一区域完成，是工业烟气除尘目前应用最主要机型。 双区电除尘器除尘器有前后两个区域，前区是电晕发生区，粉尘在该区荷电。后区仍设置电场（不产生电晕放电） ，称收尘区，荷电粉尘主要在该区被捕集。这种除尘器集尘区的外加电压可以较低，且常采用正电晕放电，臭氧产生量少。一般常在空气调节系统中用作进气净化，或用于油雾的净化等，工业除尘中亦有少量应用。 按电除尘原理的应用场合分类电除尘原理除应用于前列各种单一设备外，还可以与其它类型的除尘器结合，应用于复合型除尘装置和多功能净化系统中。 静电复合式电除尘器在其它除尘器中引入静电除尘机理，提高对细微粉尘的捕集性能，目前已有电强化旋风除尘器，电强化袋式除尘器，电强化湿式除尘器和电强化颗粒层除尘器等。一般电强化措施配置适当，均可以提高对微细尘粒捕集效率。 静电尘源抑制技术使尘源点处于高压电场中，抑制粉尘飞扬。这一技术简单、占地少、能耗低，可省去管道、风机等装备。由于这项技术多用于敞开的尘源点，如皮带通廊、敞口料仓、振动筛、局部操作工序，故又称为敞开式电除尘器。3、静电除尘器的主要特点 适用于微粒控制，对粒径 12m 的尘粒，效率可达 98%99%；对于亚微米范围的颗粒物也有很高的分离效率；可根据需要设计达到各种要求的除尘效率。 在电除尘器内，尘粒从气流中分离的能量，不是供给气流，而是直接供给尘粒的；因此，和其它的高效除尘器相比，电除尘器的本体阻力较低，仅为 200300Pa； 可以处理温度相对较高（在 400以下）的气体； 适用于大型烟气或含尘气体净化系统。由于整个系统的阻力低，除尘效率高，所以处理的气体量愈大，其经济效果愈明显。 电除尘器的缺点是：一次投资高，钢材消耗多，管理维护相对复杂，并要求较高的制造安装精度。对净化的粉尘比电阻有一定要求，通常最适宜的范围是 1041011cm。4、主要技术指标 粉尘比电阻粉尘的比电阻是评定粉尘导电性能的一个指针。cm (2-23)式中 比电阻（或称电阻率） ，cm；粉尘层面积，cm2；V施加在粉尘层上的电压，V；I通过粉尘层的电流，mA；粉尘层的厚度，cm。粉尘比电阻对除尘器的有效运行具有显著影响，粉尘比电阻与除尘效率的关系见图 2-14。图 2-14 粉尘比电阻对电晕电流和除尘效率的影响粉尘比电阻低于 104 称为低阻型。这类粉尘有较好的导电能力，荷电尘粉到达集尘极后，会很快放出所带的负电荷，同时由于静电感应获得与集尘极同性的正电荷。如果正电荷形成的斥力大于粉尘的粘附力，沉积的尘粒将离开集尘极重返气流，成为二次扬尘，造成除尘效率下降。粉尘比电阻位于 1041011 的称为正常型。这类粉尘到达集尘极后，会以正常速度放出电荷。电除尘器最适宜捕集的这模拟电阻的粉尘。如锅炉飞灰、水泥尘、高炉粉尘、石灰石粉尘等，电除尘器一般都能获得较好的除尘效率。粉尘比电阻超过 10111012 的称为高阻型。高比电阻粉尘到达集尘极后，当其附着在收尘极表面，不易放出电荷。随着粉尘在收尘极上积聚，粉尘层表面上负电性增强，它将排斥带负电的粉尘附着在其上，导致除尘效率降低。另外，在堆集的粉尘层内部会形成局部电场(粉尘层表面为负极性，极板为正极性)。当这一电场强度随积尘而不断增加，会使粉尘层内部空隙的空气产生电离。因这一过程与电晕极放电方向相反，称之为“反电晕” （或“反电离” ） 。反电晕产生大量正离子进入异极间的空间，破坏了正常电除尘器的工作，会使除尘效率急剧恶化。 粉尘浓度与粒径粉尘浓度和粒径影响粉尘的荷电。当入口含尘浓度高，极间存在着大量的空间电荷(荷电粉尘)，严重影响电晕放电，甚至会形成“电晕闭塞” 。在这方面起决定性作用的是粉尘的计数浓度(单位体积中尘粒的个数)。因此，越细的尘粒，即使质量浓度不高也可能造成电晕闭塞;相反，对于粗颗粒粉尘可以允许的入口浓度相对较高。电晕闭塞的结果是使粉尘未能足够的荷电，从而降低除尘效率。例如，对于锅炉飞灰，为了防止电晕闭塞，入口含尘浓度通常不应超过 3040g/m。即使对一些粒径大、密度大的粉尘，若无特殊措施，除尘器进口粉尘浓度也不宜超过 60g/m。尘粒的荷电机制有两种，一种是在电场力的作用下离子碰撞荷电，称电场荷电（或场荷电） ；另一种是依靠离子扩散使尘粒荷电，称扩散荷电。大于 0.5m 的尘粒以电场荷电为主，小于 0.2m 的尘粒以扩散荷电为主，在 0.20.m 之间的尘粒二者均起作用。在电除尘器中，电场荷电起主要作用。随着尘粒荷电条件不同，粒径为 120m 时，驱进速度随粉尘粒径增加成正比地增高，并使大颗粒在集尘极上的反弹增加，驱进速度增加渐缓慢。直径在 0.1lm 间的粉尘是电除尘器最难捕集的范围，捕集效率最低的是 0.20.4m 的粉尘，原因时电场荷电到扩散荷电在这个粒径区间的作用都较弱，从而使粒子不能充分有效地获得电荷。 粉尘的粘附力粉尘颗粒之间；粉尘与附着的载体之间存在粘附力。附着力使沉积于电极上的粉尘形成紧缩的粉尘层并粘附于电极上。粉尘的粘附力过大难以清除时，需要较强的振打才能使粉尘层剥离下来。粉尘的粘附力过小则沉集在电极上的粉尘层易于受气流冲刷重新回到气流中。清灰时，受振打的作用尘粒易被气流带走。 烟气温度与压力粉尘导电有两种方式，一种是电流通过粉尘内部(体积导电)，这与粉尘的化学成分有关，其电阻值与温度成反比。另一种导电是沿粒子表面(表面导电)，它与烟气成分及表面存在的水分有关，尘粒表面水分随温度变化有较大变化，特别是在 200以内，表面电阻与烟气温度成正比。气体密度与烟气的温度成反比，而气体密度又影响着电除尘器内的电离状况。气体密度小，分子平均自由程增大，电子容易获得较高的速度与动能，增强电离效应，因而降低了电除尘器的操作电压。而温度降低时，气体密度增加，可以适当提高击穿电压，除尘效率也可以相应提高。 烟气湿度烟气湿度高，其露点温度亦高，当烟气温度接近或低于露点温度，水分将凝结在粉尘表面，粉尘比电阻值迅速降低，使除尘性能在一定程度上得到改善。在气体电离过程中，采用适当的含湿量能使电除尘器能运行稳定，收尘状况改善