气溶胶净化设备的原理与研究进展PPT学习教案.pptx

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1、会计学1气溶胶净化气溶胶净化(jnghu)设备的原理与研究进设备的原理与研究进展展第一页，共39页。第一节第一节 （静）电除尘器（静）电除尘器Electrostatic precipitatorElectrostatic precipitatorElectrostatic precipitatorElectrostatic precipitator（ESPESPESPESP）（静）电除尘(chchn)器含尘气体在经过高压电场时被电离而产生自由电子，使尘粒荷电，并在电场力作用之下，沉积在集尘极，而从气体中分离出来的一种除尘(chchn)设备。尘粒荷电后和气体离子在电场力作用下，要产生微小电流，并

2、不是真正意义上的静电，但习惯上将高电压(diny)、低电流的现象包括在静电范围内，故仍称为静电除尘器。第1页/共39页第二页，共39页。+-w 粉尘颗粒在静电场中被荷电以后，在静电力FE的作用之下向正极运动，同时受到气流阻力FD的作用。当二个力达到平衡(pnghng)时，粒子的运动速度u称作为终末电力沉降速度，习惯上称之为驱进速度，以W表示。在stokes区域(qy)：工程(gngchng)上常以cm/s表示a粒子半径。静电除尘器工作示意图阳极板阴极线注意“滑动”区域的修正第2页/共39页第三页，共39页。特点特点特点特点(tdin)(tdin)(tdin)(tdin)：分离力（静电力）直接作

3、用于粒子(lz)上，而不是整个气流；运行时，气体阻力(zl)损失小，能耗低；处理烟气量大，耐高温、耐腐蚀；对亚微粒子()能有效地捕集，属高效除尘器。静电除尘器被广泛应用于火电厂、建材、钢铁、冶金等多个工业领域。第3页/共39页第四页，共39页。一、电除尘器的类型一、电除尘器的类型一、电除尘器的类型一、电除尘器的类型(lixng)(lixng)(lixng)(lixng)和结构和结构和结构和结构按清灰方式(fngsh)划分：干式ESP在干燥条件(tiojin)下捕集粉尘，集尘板粉尘借助机械方式清除。湿式ESP集尘板粉尘用水膜去除（减少二次飞扬，但造成泥浆污染）半湿式ESP干、湿清灰分式结合。按气

4、体运动方向划分：立式气体由下而上做垂直运动。卧式气体沿水平方向运动。第4页/共39页第五页，共39页。按收尘极型式(xn sh)划分：管式收尘极为园形、方形或六角形管子(gun zi)（处理气量小）。板式收尘极为若干块平板(pngbn)构成（处理气量大）。阴极线（电晕极）阳极板（收尘极）+-+第5页/共39页第六页，共39页。按集尘极和电晕按集尘极和电晕按集尘极和电晕按集尘极和电晕(din yn)(din yn)(din yn)(din yn)极的不同配置划分：极的不同配置划分：极的不同配置划分：极的不同配置划分：单区收尘极、电晕极在同一(tngy)区域，荷电和捕集在同一(tngy)区域。双区

5、收尘极、电晕(din yn)极在不同区域，荷电和捕集在不同区域。单区板式电除尘器双区板式电除尘器工程应用比较多的是：干式、卧式、板式、单区静电除尘器。+第6页/共39页第七页，共39页。三电场(din chng)板式电除尘器 平面、立面图第7页/共39页第八页，共39页。第8页/共39页第九页，共39页。第9页/共39页第十页，共39页。第10页/共39页第十一页，共39页。二、二、二、二、静电除尘器的工作静电除尘器的工作静电除尘器的工作静电除尘器的工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 静电除尘器的工作原理主要包括如下四个复杂而又相互有关的物理(wl)过程：气体(qt)电离悬浮尘粒

6、荷电荷电尘粒向电极运动荷电尘粒在电极沉降+-w静电除尘器工作示意图阳极板阴极线第11页/共39页第十二页，共39页。三、三、三、三、电晕放电（气体电晕放电（气体电晕放电（气体电晕放电（气体(qt)(qt)(qt)(qt)电离）电离）电离）电离）气体(qt)电离的种类：非自发性电离在外界能量（X光、紫外线、辐射线等）作用下产生的电离，外界能量一旦停止，气体(qt)中电荷随之消失，气体(qt)仍为绝缘体。自发性电离在高压电场作用下产生的电离（无需外加能量）。这是电除尘器工作的原理。1.气体的电离和导电过程气体导电的种类：低电压导电借放电极产生的电子或离子传递电流，气体本身不传送电流。高电压导电由气

7、体电离产生的离子来传送电流。这是电除尘器工作的原理。第12页/共39页第十三页，共39页。通常情况下，空气中存在通常情况下，空气中存在通常情况下，空气中存在通常情况下，空气中存在(cnzi)(cnzi)着少量的非自发性着少量的非自发性着少量的非自发性着少量的非自发性电离产生的自由电子和离子。但产生的电流很微弱，因此，电离产生的自由电子和离子。但产生的电流很微弱，因此，电离产生的自由电子和离子。但产生的电流很微弱，因此，电离产生的自由电子和离子。但产生的电流很微弱，因此，空气是绝缘体。空气是绝缘体。空气是绝缘体。空气是绝缘体。2.电晕(din yn)放电机理 电晕放电现象-在高压非均匀电场中，放

8、电极周围的空气被电离(dinl)，而产生大量自由电子的现象。在一根细金属线（电晕极）和金属（管）（收尘极）之间施加直流高压电时（60KV-100KV），在两极之间产生高压非均匀电场，使得放电极周围的气体产生电离（气体中原有的自由电子被加速与中性气体分子撞击发生电离）。在黑暗中可观察到电离区内淡兰色的光点，并伴之噼啪的爆裂声，这就是电晕放电现象（类似于尖端放电）。放电极金属管收尘极电晕区(放电极表面2-3mm)电晕外区含负离子区电晕放电示意图第13页/共39页第十四页，共39页。电子电子电子电子(dinz)(dinz)(dinz)(dinz)雪崩雪崩雪崩雪崩 当一个电子从放电极（阴极）向收尘极（

9、阳极(yngj)）运动时，若电场强度足够大，则电子被加速，在运动过程中碰撞气体中性分子，发生碰撞电离，产生新的自由电子，新的自由电子继续发生碰撞电离。由碰撞电离而使得空间电子数量象雪崩似的增加，这种现象称为电子雪崩。在非均匀电场中，离放电极越远，电场强度衰减很快，电子运动(yndng)速度也下降很快。因此，电子雪崩主要发生在电晕区附近，在电晕外区主要存在负离子和极少量的自由电子，负离子由电负性气体俘获电子而形成，是尘粒荷电的电荷来源。+SO2电子负离子电子雪崩过程H2OO2气体中性分子荷电尘粒+放电极收尘极第14页/共39页第十五页，共39页。电子雪崩产生的正离子高速撞击放电极，产生新的电子，

10、电子雪崩产生的正离子高速撞击放电极，产生新的电子，电子雪崩产生的正离子高速撞击放电极，产生新的电子，电子雪崩产生的正离子高速撞击放电极，产生新的电子，该过程是维系电晕过程持续该过程是维系电晕过程持续该过程是维系电晕过程持续该过程是维系电晕过程持续(chx)(chx)进行的条件之一。进行的条件之一。进行的条件之一。进行的条件之一。粒子荷电一般尘粒通过(tnggu)电晕电场自由电子的强烈轰击，在0.01秒内可获得大量的电荷，如的粒子可获得30000电子单位电荷。电晕(din yn)放电机理可理解为在高压非均匀电场中，放电极附近气体被电离（碰撞电离）而产生大量自由电子的过程。第15页/共39页第十六

11、页，共39页。3.3.3.3.电晕电晕电晕电晕(din(din(din(din yn)yn)yn)yn)的形成的形成的形成的形成A 电流(dinli)（mA）BCDEBCDE电压(diny)（KV）由气体导电过程的V-A特性曲线分析:AB段：气体导电仅由少量的自由电子完成；BC段：电流不再增加；CD段：电压由B增加至C时，电子已获得足够的动能，使气体发生电离，产生新的离子。C电压称为临界电离电压气体开始电离的电压；DE段：电压升至D时，发生电晕，形成“电子雪崩”。D电压起始（临界）电晕电压，开始产生电晕电流时的电压。电压升至E时，电晕区扩大，气体全部电离电场击穿，气体成为导体使电极间短路。E电

12、压火花放电电压（击穿电压）。气体导电过程操作电压区间第16页/共39页第十七页，共39页。电晕形成电晕形成电晕形成电晕形成(xngchng)(xngchng)(xngchng)(xngchng)对电极的对电极的对电极的对电极的要求：要求：要求：要求：能产生(chnshng)非均匀电场；符合(fh)这种条件的电极是：导线和板状电极、导线和园桶形电极，在工程上应用的就是：板式、管式电除尘器。电晕极周围有最大的电场强度，距离电极越远，电场强度衰减很快。第17页/共39页第十八页，共39页。4.4.4.4.影响影响影响影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)电晕电晕

13、电晕电晕特性的因素特性的因素特性的因素特性的因素惰性气体(duxng q t)：对电子没有亲和力。H2、N2、Ar。气体组成(z chn)（电子附着作用）对电晕的影响机理：负离子迁移速度低于电子，有利于与尘粒碰撞荷电；迁移速度慢的负离子降低了电极间电流，提高了电晕电压范围，避免产生火花放电和电场击穿。电负性气体：易捕获电子形成负离子。O2、SO2、CO2、H2O。第18页/共39页第十九页，共39页。气体的温度气体的温度气体的温度气体的温度(wnd)(wnd)(wnd)(wnd)和压力和压力和压力和压力影响(yngxing)机理：温度和压力会改变气体密度(md)，改变电子平均自由程，从而改变加

14、速电子至气体碰撞电离所需要的场强。温度和压力变化会改变离子迁移率，从而改变伏安特性曲线。第19页/共39页第二十页，共39页。粉尘浓度粉尘浓度粉尘浓度粉尘浓度(nngd)(nngd)(nngd)(nngd)和比电阻和比电阻和比电阻和比电阻 反电晕(din yn)集尘板上产生的电晕放电现象。对于高比电阻粉尘 ，到达收尘极后释放电荷缓慢，当沉积粉尘层变厚以后(yhu)，在粉尘层与极板之间造成很大的电压降，使尘粒空隙间的气体发生电离，发生电晕放电。+VE+荷电尘粒反电晕产生的正离子反电晕电场电晕极阳极板 反电晕产生的正离子向电晕极移动，削弱了荷电电场强度，中和、减少了空间电荷数量，降低了捕集效率。第

15、20页/共39页第二十一页，共39页。电晕电晕电晕电晕(din yn)(din yn)(din yn)(din yn)闭塞闭塞闭塞闭塞由于含尘粒子浓度太高，电晕极周围包围一层粉尘层，电晕电流(dinli)难以发出，电场中空间电荷骤减，电晕现象消失，从而失去除尘功能。+荷电尘粒电晕(din yn)极 电除尘器内存在二种空间电荷：气体离子电荷，移动速度60-100m/s；荷电尘粒，移动速度6cm/s。含尘浓度高，尘粒空间电荷高，电晕电流下降，严重时，导致无电晕电流发生，形成电晕闭塞。电晕闭塞现象第21页/共39页第二十二页，共39页。低比电阻低比电阻低比电阻低比电阻(dinz)(dinz)(din

16、z)(dinz)粉尘对粉尘对粉尘对粉尘对 的影响的影响的影响的影响ESP运行的最佳(zu ji)比电阻范围：荷电粒子到达收尘极后，立即放电并感应(gnyng)正电荷，静电力大于粘附力时，重新返回气流，又被荷电。周而复始，粒子在极板表面“跳跃前进”，最后随气流排出除尘器而逃逸。对于低比电阻粉尘：+第22页/共39页第二十三页，共39页。四、粒子四、粒子四、粒子四、粒子(lz)(lz)(lz)(lz)荷电荷电荷电荷电 尘粒荷电是电除尘过程中非常重要(zhngyo)的阶段，荷电量大小取决于尘粒粒径dP、荷电电场强度E、在电场的停留时间。荷电量的大小直接影响尘粒在电场中受到的静电力，从而影响到除尘效率

17、的高低。一般认为(rnwi)尘粒荷电有二个主要机理：1.电场（碰撞）荷电负离子与尘粒碰撞荷电。对 粒子而言。2.扩散荷电负离子扩散而导致尘粒荷电。对 粒子而言。对于 的粒子，二种荷电机理同时存在。第23页/共39页第二十四页，共39页。电场荷电量电场荷电量电场荷电量电场荷电量(dinling)(dinling)(dinling)(dinling)的计算：的计算：的计算：的计算：1923年Rohmann导出了电场(din chng)荷电的理论计算公式t0-荷电时间(shjin)常数（粒子荷电率 时所需的时间(shjin)），实际运行中，当t=10t0时（约0.1-1秒），。尘粒饱和电荷量：时间t

18、内尘粒获得的电荷量：第24页/共39页第二十五页，共39页。荷电时间常数荷电时间常数荷电时间常数荷电时间常数(sh(sh(sh(sh jin chn sh)jin chn sh)jin chn sh)jin chn sh)：上述(shngsh)式中：粒子相对(xingdu)介电常数真空介电常数电场强度离子迁移率离子密度电子电量第25页/共39页第二十六页，共39页。扩散扩散扩散扩散(kusn)(kusn)(kusn)(kusn)荷电量的计算荷电量的计算荷电量的计算荷电量的计算 1926年Arendt首先(shuxin)提出了扩散荷电计算公式 1951年White重新(chngxn)推导了扩散荷

19、电理论方程分子热运动理论波尔兹曼常数气体温度气体离子的算术平均速度电子电量粒子总荷电量=电场荷电+扩散荷电第26页/共39页第二十七页，共39页。电场荷电和扩散荷电的综合电场荷电和扩散荷电的综合电场荷电和扩散荷电的综合电场荷电和扩散荷电的综合(zngh)(zngh)(zngh)(zngh)作用作用作用作用 在讨论(toln)电场荷电时忽略了扩散荷电的作用；同样在讨论(toln)扩散荷电时，忽略了电场荷电的作用。事实上，这二种荷电机理同时存在。电场(din chng)荷电 解此微分方程，可得总荷电量。但此微分方程是非线性的，无解析解，只能求取近似解。描述二种荷电机理同时作用的微分方程：扩散荷电第

20、27页/共39页第二十八页，共39页。五、荷电尘粒的运动五、荷电尘粒的运动五、荷电尘粒的运动五、荷电尘粒的运动(yndng)(yndng)(yndng)(yndng)和捕集和捕集和捕集和捕集1.驱进速度(sd)荷电尘粒在电场(din chng)中向收尘极做静电沉降运动时的速度。是设计静电除尘器重要参数。荷电尘粒在电场中的尘降运动含尘气体uw+放电极受尘极 在静电力作用下的加速运动：驱进速度第28页/共39页第二十九页，共39页。假设假设假设假设(jish)(jish)(jish)(jish)在在在在StokesStokesStokesStokes区域：区域：区域：区域：在电场(din chng

21、)中，荷电尘粒的驱进速度：非常(fichng)小，可忽略不计。集尘区域电场强度在“滑动”区域，要进行修正。实际运行的电除尘器，影响因素非常复杂，很难由理论计算得到驱进速度。第29页/共39页第三十页，共39页。2.2.2.2.粒子的捕集效率粒子的捕集效率粒子的捕集效率粒子的捕集效率(xio l)(xio l)(xio l)(xio l)DeutschDeutschDeutschDeutsch公式公式公式公式 影响静电除尘器捕集效率的机理非常复杂，严格地从理论上推导非常困难，需要做一定(ydng)的假设。1919年，安德森（Anderson）通过现场(xinchng)试验分析，发现其规律。192

22、2年，多依奇（Deutsch）推导了捕集效率方程。假设：尘粒一进入电除尘器，立即完成荷电；除尘器中气流为紊流状态，气流流速不影响趋进速度；在任何断面尘粒浓度和气流分布是均匀的；忽略冲刷、二次扬尘、气流分布不均引起的干扰。第30页/共39页第三十一页，共39页。DeutschDeutschDeutschDeutsch公式公式公式公式(gngsh)(gngsh)(gngsh)(gngsh)的推导的推导的推导的推导:取dX长度集尘板，对于粒径为dPi的粉尘，在dt时间(shjin)内在dX长度集尘板上收下的粉尘量：C1iC2iCiCi+dCiWiWidXX+dXX0LdX=Vdt集尘极X向单位长度(

23、chngd)集尘板面积；进入X断面dPi粉尘的浓度。X+dX断面，尘粒量的变化：F气流流动截面积 第31页/共39页第三十二页，共39页。收下的粉尘(fnchn)量粉尘(fnchn)的减少量将：代入：由进口（C1i）到出口(ch ku)（C2i）,从0-L积分，有：总集尘板面积气体流量理论分级效率：Deutsch方程，同样适用于总除尘效率。第32页/共39页第三十三页，共39页。3.3.3.3.影响影响影响影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)捕集效率的因素捕集效率的因素捕集效率的因素捕集效率的因素有效(yuxio)驱进速度在Stokes区域，理论(lln

24、)驱进速度：Deutsch方程是在一定的假设理想条件下获得的，在实际工况操作中，影响驱进速度、除尘效率的机理和因素非常复杂。根据Deutsch方程，当A、Q一定时，除尘效率与驱进速度有着直接关系。Deutsch方程：为了能够使用Deutsch方程进行方便地计算，引入有效驱进速度We的概念。第33页/共39页第三十四页，共39页。有效有效有效有效(yuxio)(yuxio)(yuxio)(yuxio)驱进速度驱进速度驱进速度驱进速度We:We:We:We:根据在一定(ydng)的除尘器结构型式和运行条件下测得的实际总捕集效率值，代入Deutsch方程反算出来的相应的驱进速度值。利用(lyng)有

25、效驱进速度We，可设计类似的新的电除尘器：DeutschAnderson方程不同的影响因素，We值不同。W 比 We 值大2-10倍。第34页/共39页第三十五页，共39页。六、六、六、六、提高提高提高提高(t go)(t go)(t go)(t go)捕集效率的途径捕集效率的途径捕集效率的途径捕集效率的途径 改进(gijn)电场性能（供电电压、电流、电源）.降低(jingd)起晕电压Ec；.维持、提高火花（击穿）电压；.提高电流密度；.高压供电设备的自动化稳定程度（控制火花率、自动控制电压、电流）、脉冲供电。改善气流及粉尘性质.改善气流均布条件，减少涡流造成的二次扬尘；.进行烟气调质，向烟气

26、中加入SO3、NH3及Na2CO3，增加湿度，使粒子导电性增加。第35页/共39页第三十六页，共39页。烟气调质改善比电阻烟气调质改善比电阻烟气调质改善比电阻烟气调质改善比电阻(dinz)(dinz)(dinz)(dinz)（克服高比（克服高比（克服高比（克服高比电阻电阻电阻电阻(dinz)(dinz)(dinz)(dinz)）.改变烟气(yn q)温度，采用“高温电除尘器”。烟气(yn q)温度高于200时，粉尘以体积导电为主，比电阻能有效降低。常用烟气(yn q)温度为300-400，缺点是烟气(yn q)量增大约1倍。.用水分(shufn)调质。采用喷淋器给烟气增加水分(shufn)。.

27、用SO3、NH3、Na2CO3或硫酸雾进行烟气调质。粉尘表面吸附这些物质能使比电阻有效降低。第36页/共39页第三十七页，共39页。改善除尘器本体结构改善除尘器本体结构改善除尘器本体结构改善除尘器本体结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)型式型式型式型式.改善气流(qli)均布装置，设置气流(qli)均布板；.改善阴、阳极结构型式，有利于电晕(din yn)形成；.改善振打、清灰装置。电除尘器内的气流分布对除尘效率影响较大，要求任何一点的流速不得超过该断面平均流速的40%；气流通过的任意一个断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差25%。第37页/共39页第三十八页，共39页。七、七、七、七、静电除尘器研究进展静电除尘器研究进展静电除尘器研究进展静电除尘器研究进展静电除尘器的研究分为(fn wi)理论和结构二个方面1.理论(lln)方面.电除尘器效率理论(lln)公式Leonard模型、Cooperman模型。2.结构方面.高电压、宽极距电除尘器.电旋风、电布袋.泛比电阻电除尘技术.移动电极电除尘技术.薄膜电极电除尘技术.层流电凝聚技术、声波清灰技术第38页/共39页第三十九页，共39页。