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静电除尘器的原理与应用
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| 发布时间：
2022/9/20 |
静电除尘器的原理与应用
1.静电除尘器的特点及应用
静电除尘器与其他除尘设备相比，耗能少，除尘效率高，适用于除去烟气中0.01～50弘m的粉尘，而且可用于烟气温度高、压力大的场合。
静电除尘器通过高压整流供电装置在电晕极和集尘极之间施加高压直流电，以维持足以使气体产生电离的电场。此时，电晕极表面附近区域内的气体被电离产生正离子和自由电子，电晕极和集尘极之间形成电晕区。在高电场作用下，这些自由电子移动速度加快，.当它们与中性气体分子碰撞时，其能量足以释放出另外的自由电子，从而产生新的正离子和自由电子(即电子雪崩)，在电子雪崩过程中电晕极周围出现辉光(即电晕)，并在其附近形成“离子化气体区域”。按电场理论，正离子吸附于带负电的电晕极，负离子吸附于带正电的集尘极。所有被电离的正负离子均充满电晕极与集尘极之间的整个空间。
静电除尘器的电源由控制箱、升压变压器和整流器组成。
静电除尘器可分为单区(级)电除尘器和双区(级)除尘器。
(1)单区(级)电除尘器
在单区除尘器，粒子的荷电和集尘过程在同一区域中进行，也就是电晕极和收尘极处于同一区域。
单区电除尘器可分为以下类型。
①按清灰方法可分为湿式电除尘器和干式电除尘器。湿式电除尘器利用喷水、喷雾和溢流等方式，在收尘极上形成水膜，将黏附在极表面上的尘粒带走。于式电除尘器利用振动等方法，使积存在收尘极表面上的尘粒脱落，落人灰斗中被排除。
②根据气流方向，可以分为立式和卧式电除尘器。立式电除尘器一般制成管状，气流由下而上流动，常在正压下操作。卧式电除尘器中气流水平流动，由于分离效率较高，维修方便，工业上一般采用卧式电除尘器。
③根据收尘极的形式可分为管式和板式电除尘器。管式电除尘器是在圆管的中心安入电极，而圆管内壁成为收尘极的表面，并且常用多排管并列面成。板式电除尘器是在一系列平行通道间安装放电极。
④根据结构不同可分为：悬索式静电除雾器和碟片式静电除尘器。
a.圆形管束悬索式静电除雾器(圆列管阳极+不锈钢丝阴极)。这种形式的静电除雾器的钢材耗量较大，但由于具有制造容易、等极间距电场、材料易得和安装调试比较方便等优点，广泛应用于生产能力lt/h以下的三氧化硫磺化等小型装置中。
b.蜂窝悬索式静电除雾器(蜂窝正六边阳极+不锈钢丝阴极一)。蜂窝悬索式与圆形管束悬索式的结构相同，只是将通道截面由圆形改为正六边形。两个相邻的正六边形共用一条边，即靠中间的正六边形的六条边被包围它的六个正六边形所共用，如图8—3所示。用2～3mm的钢板制成的蜂窝板即可满足工艺和机械强度的要求。蜂窝悬索式静电除雾器具有结构紧凑合理、没有电场空穴、有效空间利用率高、(内部空间利用率几乎为100 oA)、重量轻、耗钢材少等优点。
随着设备制造工艺水平的提高，蜂窝悬索式静电除雾器的优点将会越来越受到人们视，必将逐步取代圆形管束悬索式静电除雾器。
c.碟片式静电除尘器：圆列管阳极+蝶片柱式阴极。美国CHEMITHON公司静雾器采用碟片无悬线电晕电极，高强度的电离电极呈碟形，如图4所示，该碟形电极刚性柱支承，该刚性柱又依次被接到一普通支承板上。在每一个电极的周边处会产生电电，电极的几何形状能使静电场得到精确定位。
采用不锈钢管式集尘极，整个电极的支承是刚性的，这样可允许较高的气体流速，气速可达lm/s以上，达到较高的酸雾捕集率，对一定量的气体来说，所需收集管的数以大大减少，而且没有电晕极断裂现象，维修率较低，是新一代静电除雾设备。
(2)双区(级)除尘器
在双区电除尘器中，粒子荷电和沉降收尘分别在两个区域中进行，在第一区域中装组电极是尘粒荷电，在第一区域中装有另一组电极使尘粒沉降集尘。双区除尘器多应用气调节系统。
2.静电除尘器结构组成
静电除尘器的形式多种多样，从其结构看，一般包括以下几个主要部分：电晕电极尘电极、电极清灰装置、气流分布装置、壳体、高压瓷瓶的保温箱、输灰装置及供置等。
(1)电晕电极
电晕电极是电除尘器中使气体产生电晕放电的电极，主要包括电晕线、电晕框架、框悬吊架、悬吊杆和支撑绝缘套管等。
对电晕线的一般要求是：起始电晕电压低；放电强度高；机械强度高，耐腐蚀；能维持准确的极距；易清灰。
电晕线形式很多，目前常用的有光圆线、星形线、螺旋线、芒刺线、锯齿线、麻花线等。电晕线的固定方式有两种：一种是每根电晕线的下端用重锤拉紧电晕线即重锤悬吊式；另一种是多根电晕线按一定的间距固定在框架上即管框绷线式。
(2)集尘电极
集尘电极的结构形式直接影响除尘效率、金属耗量和造价，所以应精心设计。对集尘极的一般要求是：极板表面上的电场强度和电流分布均匀，火花电压高；有利于粉尘在板面上沉积，顺利落入灰斗，二次扬尘少；极面的振打性能好，清灰效果好；形状简单，制作容易；刚度好，在运输、安装、清灰过程中不易变形。
集尘电极形式很多，主要有板式、管式两大类。板式电极可分为平板式、箱式和型板式电极三种。其中平板式电极主要包括网状电极和棒帖式电极；箱式电极包括鱼鳞板式和袋式电极等；型板式电极，是用1.2～2.0mm厚的钢板冷轧加工成一定形状的型板如Z形、C形、CS形、波浪形和槽形等。型板式集尘电极两面皆有轧制的沟槽，目的是增大极板刚度，在极板附近的边界层中形成涡流区，利于粒子沉降，减少二次扬尘。型板式集尘电极在捕集效率、钢耗及振打性能等方面，皆优于平板式和箱式电极。
极板之间的间距(极距)，对静电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小，电压升不高，会影响效率；间距太大，电压升高又受供电设备容许电压的限制。因此，在采用60----72kV变压器的情况下，极板间距一般取0.2～0.35m。极距的大小还与含尘浓度、粉尘比电阻及除尘器规格大小等因素有关，一般情况下含尘浓度高、粉尘比电阻大和大型除尘器极距应宽些。
(3)电极清灰装置
及时清除集尘电极和电晕电极上的积灰，是保证静电除尘器高效运行的重要环节之一。湿式和干式电除尘器的清灰方法不同。
①湿式清灰电除尘器 在液体气溶胶捕集器中，沉降到极板上的液滴凝聚成大液滴，靠重力作用自行流下排掉。对于沉积到极板上的粉尘，一般是用水冲洗集尘电极，使极板表面经常保持一层水膜，当粉尘沉降到水膜上时，便随水膜流下，从而达到清灰目的。形成水膜的方法，有喷雾方式和溢流方式。
湿式清灰的主要优点是二次扬尘量小，不存在粉尘比电阻影响除尘效率的问题，水滴凝聚在小尘粒上更利于捕集，空间电荷增强；不会产生反电晕。此外，湿式除尘器还可净化有害气体，如S02、HF等。其主要缺点是存在腐蚀、结垢及污泥处理等问题。
②干式清灰静电除尘器 静电除尘器集尘极板上粉尘沉积较厚时，将导致火花电压降低，电晕电流减小，有效驱进速度显著减小，除尘效率大大下降。集尘电极极板的清灰方式有多种，如刷子清灰、机械振打、压缩空气振打、电磁振打及电容振打等!目前应用较广的一是挠臂锤振打。
一般对电晕电极上沉积的粉尘采取连续振打清灰方式，使之很快被清除干净。常用的振打方式有提升脱钩振打、中磁振打及气动振打等。
(4)气流分布装置
静电除尘器中气流分布的均匀性对除尘效率影响很大，气流分布均匀程度决定于除尘器断面与其进出口管道断面的比例和形状，以及在扩散管内设置气流分布装置情况。在场地不
受限制时，一般采用水平布置进气管，并通过一条渐扩管与除尘器相连。同时，在含尘气体进入除尘器电场之前，设1～3块气流分布板。
气流分布板的形式多为圆孔板和方孔板。气流分布板的开孔率(开孔面积与分布板总面积之比)约为25%-50%。相邻分布板的间距与入口高度之比为0.5～0.2，若场地受限，采用直角形入口时，在气流转弯处加导流叶片，同时在进入除尘器之前再加一块多孑L分布板。
(5)壳体
静电除尘器外壳必须保持严密，尽量减少漏风。
静电除尘器外壳材料，应根据处理烟气的性质和操作温度来选择。通常使用的材料有普通钢板、不锈钢板、铅板、钢筋混凝土及砖等。
(6)静电除尘器的供电装置
为了充分发挥静电除尘器的作用，供电装置应能提供足够的高压并具有足够的功率。
静电除尘器的供电装置主要包括：升压变压器、整流器和控制装置，此外还有输出高压直流电的高压电缆，通过高压电缆将直流电输入静电除尘器中。对供电装置的基本要求是提供粉尘荷电及收尘所需的高电场强度和电晕电流、工作可靠、使用寿命长、检查及维修量少。
为了提高静电除尘器的效率，必须使供电电压尽可能高。但电压升高到一定值后，将产生火花放电，在一瞬闻极闻电压下降，火花豹扰动使极板上产生二次扬尘。
静电除尘器的供电通常是使用220V或380V的工频交流电经变压器升压和整流后得到的。
目前广泛应用可控硅控制和火花跟踪自动调压的高压硅整流器，使除尘器的火花率不超过一定值而输入功率保持最大的允许值，可大大改善供电装置的运行状况。
3.静电除尘器工作原理
静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘电荷在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流；比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度，会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降，如图所示
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