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。由于作用在粒子上的靜電力相對較大,所以電除塵器也能有效地捕集亞微米級粒子。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。
除塵效率一般可大于99%,對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。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,此外對制造、安裝質(zhì)量要求高。
一、靜分類和特點
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,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強(qiáng)度很大,而在集塵電極附近的電場強(qiáng)度相對很小,因此兩極之間的電場是不均勻強(qiáng)電場。
1、按集塵電極的結(jié)構(gòu)形式分類
(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,管長為3-5m。放電極線(電暈線)用重錘懸吊在集塵極園管的中心。管式電場強(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。版式電場強(qiáng)度變化不均勻,清灰方便,制作安裝容易。
2、按氣流流動方式分類
(1)立式
一般管式為立式,含塵氣流自下而上流過。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完成除塵過程的稱為臥式,又可分為電場供電,容易實現(xiàn)對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
(1)單區(qū)
集塵級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)分別裝在兩個不同區(qū)域內(nèi),前區(qū)安裝電暈極稱電暈區(qū),粉塵粒子在前區(qū)荷電;后區(qū)安裝集塵極稱為收塵區(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
(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為干式。有利于回收經(jīng)濟(jì)價值的粉塵,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。濕式除塵器無二次揚(yáng)塵,效率高,但清灰水需要處理,對設(shè)備有腐蝕。
二、 靜的工作原理
在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上,通以高壓直流電,維持一個足以使氣體電離的靜電場。含塵氣體在電暈極周圍強(qiáng)電場作用下發(fā)生電離,形成氣體離子和電子使粒子荷電。荷電粒子在電場力作用下向集塵極運(yùn)動并在集塵極上沉積,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,借助振打機(jī)構(gòu)使粉塵落入下部灰斗??梢姡墓ぷ髟戆姇灧烹?、氣體電離、粒子荷電、荷電粒子的遷移和捕集,以及清灰等過程。
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,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,只是在放電極周圍很薄的一氣層中出現(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)電電流幾乎沒有變化,說明沒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能。
cd段:當(dāng)電壓升高到c’點時,由于氣體中的電子已獲得足夠的動能,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)電子在電場中獲得足夠大的動能后,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”似地按等比級數(shù)增加。這就是所謂的氣體電離中的電子雪崩,此時在放電電極周圍的電離區(qū),可以看見淡藍(lán)色的光點或光環(huán),也能聽見咝咝聲和噼啪的爆裂聲,這一現(xiàn)象稱為電暈放電。
離開放電電極一定距離,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。
開始發(fā)生電暈現(xiàn)象的電壓c’稱為起始電暈電壓,曲線cd稱為電暈放電段,在電暈放電區(qū),通過氣體的電離電流,稱為電暈電流。
如果兩極間的電壓升到e’點,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)火花或電弧說明極間氣體全部擊穿。火花放電時,極間電壓急劇下降,同時在極短的時間內(nèi)通過大量電流。出現(xiàn)火花放電的電壓稱為火花放電電壓。運(yùn)行時應(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。在放電極表面電場強(qiáng)度大,距放電極愈遠(yuǎn)電場強(qiáng)度愈小。
在電暈區(qū)的陽離子向放電極(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中粒子荷電的來源。實驗證實電場中離子的遷移速度與電場強(qiáng)度成正比:
可見,在一定的電場強(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,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力的作用下做定向運(yùn)動與粉塵粒子碰撞,使其荷電,這種荷電稱為電場荷電,dp>1.0m m。
另一種是氣體離子作不規(guī)則熱運(yùn)動時與粉塵粒子碰撞,使其荷電,這種荷電稱為擴(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)電場荷電
在電場中氣體離子沿電力線運(yùn)動時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,結(jié)果使附近的電力線向外偏轉(zhuǎn),于是減少了離子向粉塵粒子運(yùn)動的機(jī)會,直至后*偏離粉塵粒子,這時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)動引起,不存在飽和荷電量。與離子熱運(yùn)動強(qiáng)度、碰撞幾率、運(yùn)動速度、粉塵粒子的大小和在電場里的停留時間等有關(guān)。
(3)電場荷電和擴(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受到的介質(zhì)阻力)
同樣,對于滑動區(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強(qiáng)度,V/m;m --氣體介質(zhì)的動力粘度,Pa.s; dp --粉塵粒子的粒徑,m; w --荷電粉塵粒子在電場中的驅(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方向上每單位長度的集塵版面積為a,總集塵板面積為A;電場長度為L,氣體流動截面積為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時間內(nèi)于長度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效率方程。
4、被捕集粉塵的清除
電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積,粉塵厚度為幾mm,甚至幾cm。
對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,隨水膜流下,從而達(dá)到清灰的目的。濕法清灰的主要優(yōu)點是粉塵重新進(jìn)入量小,改進(jìn)了的操作,同時也凈化部分有害氣體,如SO2、HF等,缺點是極板腐蝕和污泥處理。
干法是由機(jī)械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動清除。大都采用電磁振打或錘式振打。
三.結(jié)構(gòu)
1、電暈電極
電暈極又稱放電電極,型式很多,目前常采用直徑為3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等。
電暈線固定方式有重錘懸吊,重錘重量10kg;另一種為管框繃線式。
電暈線固定方式有重錘懸吊,重錘重量10kg;另一種為管框繃線式。
2、集塵電極
管式集塵極 小型為直徑為15cm、長3m左右的園管;大型為直徑為40cm、長6m。每臺除塵器的集塵極數(shù)目少則幾個,多則100個以上。
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,對的電場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
迄今,的選擇和設(shè)計仍然采用經(jīng)驗和類比的方法。
*步:比集塵表面積(A/Q)的確定
根據(jù)運(yùn)行和設(shè)計經(jīng)驗,確定有效驅(qū)進(jìn)速度we
第二步:長高比的的確定
集塵板有效長度與高度之比,當(dāng)要求除塵效率大于99%,除塵器的長高比至少要1.0-1.5
第三步:氣流速度的確定
由處理煙氣量和過流斷面積計算煙氣的平均流速。
15101169516