技術(shù)文章
Technical articles電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子(塵?;蛞旱危┑难b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。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、靜分類(lèi)和特點(diǎn)
靜主要由放電電極和集塵電極組成。
放電電極(電暈極)是一根曲率半徑很小的纖細(xì)裸露電線(xiàn),上端與直流電源的一極相連,下端由吊錘固定位置,集塵電極是具有一定面積的管和板,它與電源的另一極相連。若在兩極施加高壓,則在放電電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度很大,而在集塵電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)很小,因此兩極之間的電場(chǎng)是不均勻強(qiáng)電場(chǎng)。
1、按集塵電極的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)
(1)管式
單管結(jié)構(gòu)如圖所示。集塵極為F 150-300mm的圓形金屬管,管長(zhǎng)為3-5m。放電極線(xiàn)(電暈線(xiàn))用重錘懸吊在集塵極園管的中心。管式電場(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
集塵極由多塊一定形狀的鋼板組合而成。放電極(電暈極)均布在兩平行集塵極間。兩平行集塵極的距離一般為200-400mm,極板高度2-5mm。版式電場(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
一般管式為立式,含塵氣流自下而上流過(guò)。立式占地面積小,捕集效率高。
(2)臥式
含塵氣流沿水平方向流過(guò)完成除塵過(guò)程的稱(chēng)為臥式,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、按電極在除塵器內(nèi)的布置分類(lèi)
(1)單區(qū)
集塵級(jí)和電暈極裝在同一區(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)
收塵極系統(tǒng)和電暈極系統(tǒng)分別裝在兩個(gè)不同區(qū)域內(nèi),前區(qū)安裝電暈極稱(chēng)電暈區(qū),粉塵粒子在前區(qū)荷電;后區(qū)安裝集塵極稱(chēng)為收塵區(qū),荷電粉塵粒子在收塵區(qū)被捕集。雙區(qū)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
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極上粉塵的稱(chēng)為干式。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
用水噴淋或用溢流水在集塵極表面形成一層水膜,使沉積在集塵極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、 靜的工作原理
在兩個(gè)曲率半徑相差較大的金屬陽(yáng)極和陰極上,通以高壓直流電,維持一個(gè)足以使氣體電離的靜電場(chǎng)。含塵氣體在電暈極周?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)力作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)并在集塵極上沉積,從而達(dá)到粉塵和氣體分離的目的。當(dāng)集塵極上粉塵達(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??梢?jiàn),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
通常氣體中只含有極其微量的自由電子和氣體離子,可視為絕緣體。在中,當(dāng)兩電極之間的電壓達(dá)到一定值時(shí),兩電極間的氣體將發(fā)生電離由絕緣狀態(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*的電擊穿,只是在放電極周?chē)鼙〉囊粴鈱又谐霈F(xiàn)電擊穿,兩電極間的電流很小。而火花放電則是在放電極到收塵極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’,極間導(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)在放電電極周?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)放電電極一定距離,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(xiàn)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。
如果兩極間的電壓升到e’點(diǎn),由于電暈區(qū)擴(kuò)大,致使電極間產(chǎn)生火花或電弧。電極間出現(xiàn)火花或電弧說(shuō)明極間氣體全部擊穿?;鸹ǚ烹姇r(shí),極間電壓急劇下降,同時(shí)在極短的時(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。運(yùn)行時(shí)應(yīng)經(jīng)常保持在兩極間的氣體處于不*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
中能夠形成電暈放電的基本條件是: 在正負(fù)電極間的電位差,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)。在放電極表面電場(chǎng)強(qiáng)度大,距放電極愈遠(yuǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度愈小。
在電暈區(qū)的陽(yáng)離子向放電極(陰極)表面遷移,而電子和陰離子向集塵極遷移。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(xiàn)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(xiàn)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*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 (粉塵粒子向集塵極遷移時(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
電暈極和集塵極上都會(huì)有粉塵沉積,粉塵厚度為幾mm,甚至幾cm。
對(duì)電暈極一般采用振打清灰方式,使電暈極上的粉塵很快被振打干凈。
集塵極清灰方法有濕法和干法。
濕法使用水沖洗集塵極板,使極板表面經(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)了的操作,同時(shí)也凈化部分有害氣體,如SO2、HF等,缺點(diǎn)是極板腐蝕和污泥處理。
干法是由機(jī)械撞擊或電極振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)清除。大都采用電磁振打或錘式振打。
三.結(jié)構(gòu)
1、電暈電極
電暈極又稱(chēng)放電電極,型式很多,目前常采用直徑為3mm左右的圓形線(xiàn)、星形線(xiàn)及鋸齒線(xiàn)、芒刺線(xiàn)等。
電暈線(xiàn)固定方式有重錘懸吊,重錘重量10kg;另一種為管框繃線(xiàn)式。
電暈線(xiàn)固定方式有重錘懸吊,重錘重量10kg;另一種為管框繃線(xiàn)式。
2、集塵電極
管式集塵極 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)除塵器的集塵極數(shù)目少則幾個(gè),多則100個(gè)以上。
板式集塵極 極板二側(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極板的表面,產(chǎn)生二次楊塵。極板之間的間距,對(duì)的電場(chǎng)性能和除塵效率影響較大。間距太?。?/span><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)極板間距一般取200-350mm。
3、電極清灰裝置
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。大型常常采用6個(gè)或更多的供電機(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??讖綖?/span>30-50mm,分布板層數(shù)為2-3層。
四、的選擇和設(shè)計(jì)
迄今,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
由處理煙氣量和過(guò)流斷面積計(jì)算煙氣的平均流速。
15101169516