电除尘器基础知识课件.pptx
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- 电除尘器 基础知识 课件
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1、电除尘器基础知识21.1 ESP简介内容1.2 ESP除尘原理1.3 电场工作特性1.4 影响ESP性能的主要因素3 电除尘器外观图4 电除尘器模型图除尘器控制室收尘极绝缘支持气流分布板阳极振打阴极框架阴极振打51.1 ESP简介理论研究1772年,贝卡利亚,试验成功早期试验工业应用创新发展1908年至今1745年,富兰克林研究尖端放电湿式ESP;膜式ESP;旋转电极式ESP1.1.1 电除尘器的发展61.1 ESP简介 1.1.2 电除尘器的适用范围 u 比电阻:104cm1011cm;u 烟气温度:400(250为高温型);u 同极间距:250 mm600 mm;u 承受许用压力:-4.0
2、104 Pa +2.0104 Pa(其中 -1.0104 Pa 0 Pa为常规型);u 标准状态下入口烟气含尘浓度:1000 g/m3。71.1 ESP简介造纸黑色冶金有色冶金建材 燃煤 电厂化工1.1.3 ESP应用领域890%日本中国欧盟(德)美国电除尘技术仍是低排放下粉尘控制的主流技术结论约约100%80%85%1.1 ESP简介1.1.4 电除尘器的应用概况91.1.5 50mg/Nm3 粉尘排放标准下的电除尘器适应性研究结论除尘难易性k值占统计项目总数量百分比/%占统计煤种总数量百分比%电除尘器电场数量个个电除尘器推荐比集尘面积m2/(m3/s)适应性结论容易k5515.9413.1
3、186.064100适应性好(首推电除尘器较容易45k5540.5740.164110一般40k4516.6720.49512035k4012.3212.30较难25k3511.6011.4811.486140适应性一般(可以使用电除尘器建议采用旋转电极、微粒聚合器等新技术)难k252.902.462.466170适应性较差(推荐使用电袋)注:1.“占统计项目总数量百分比”、“占统计煤种总数量百分比”均为参考值。 2.国家火电厂大气污染物排放标准中的烟尘排放值为烟囱出口烟尘浓度。1.1 ESP简介101.1.6 30mg/Nm3 粉尘排放标准下的电除尘器适应性研究结论1.1 ESP简介除尘难易
4、性k值占统计项目总数量百分比/%占统计煤种总数量百分比/%电除尘器推荐电场数量个电除尘器推荐比集尘面积m2/(m3/s)适应性结论容易k5515.9413.1173.764110适应性好(首推电除尘器)较容易45k5540.5740.165130一般40k4516.6720.49614035k4012.3212.307170适应性一般(可以使用电除尘器建议采用旋转电极、微粒聚合器等新技术)较难25k3511.6011.48/适应性较差(推荐使用电袋)难k252.90 2.46/注:1.“占统计项目总数量百分比”、“占统计煤种总数量百分比”均为参考值。 2.国家火电厂大气污染物排放标准中的烟尘排
5、放值为烟囱出口烟尘浓度。 111.1.7 20mg/Nm3 粉尘排放标准下的电除尘器适应性研究结论1.1 ESP简介除尘难易性k值占统计项目总数量百分比/%占统计煤种总数量百分比%电除尘器电场数量个电除尘器推荐比集尘面积m2/(m3/s)适应性结论容易k5515.9413.1153.275130适应性好(首推电除尘器)较容易45k5540.5740.166140一般40k4516.6720.497170适应性一般(可以使用电除尘器建议采用旋转电极、微粒聚合器等新技术)较难35k4012.3212.30/适应性较差(推荐使用电袋)难k3514.513.94/注:1.“占统计项目总数量百分比”、“
6、占统计煤种总数量百分比”均为参考值。 2.国家火电厂大气污染物排放标准中的烟尘排放值为烟囱出口烟尘浓度。12u 从整机寿命30年来看,电除尘器(包括5电场、6电场)的经济性最好;u 运行时间越长,电除尘器技术经济性越显著。050001000015000200002500030000051015202530总费用(万元)电除尘器(5电场)电除尘器(6电场)袋式除尘器一体式电袋分体式电袋注:总费用=设备费用(一次性投资费用)+ 运行费用(电耗费用+维修费用)时间(年)1.1 ESP简介各种除尘设备总费用比较1.1.81.1.8131.1 ESP简介1.1.9 电除尘器的优缺点优点5124除尘效率较
7、高压力损失小运行费用较低6使用方便且无二次污染对烟气温度及成分不敏感3适用范围广1对粉尘特性较敏感,即除尘效率受煤、灰成分和比电阻影响缺点2占地面积较大14 反电晕效应 二次扬尘 PM2.5除尘效率低 20%的排放量是由二次扬尘引起对PM2.5除尘效率小于90% 高比电阻粉尘易产生反电晕1.1 ESP简介1.1.10 电除尘器的瓶颈和挑战瓶颈151.1.11 电除尘器的瓶颈和挑战排放标准提高粉尘排放标准将会不断提高,部分地方已经制订了更为严格的标准 。挑战2挑战3挑战4煤种多变 很多火电厂使用的燃煤在不断变化,设计煤种成为一句空话。燃煤灰分大 我国许多燃煤的灰分大,相对增加了粉尘排放值。瓶颈存
8、在 常规电除尘器无法完全避免存在的三个瓶颈,但可通过技术改进使之最小化。挑战1面临的挑战1.1 ESP简介16 除尘原理 利用高压电场对荷电粉尘的吸附作用,把粉尘从含尘气体中分离出来。u 在高压电场内,使悬浮于含尘气体中的粉尘受到气 体电离的作用而荷电;u 荷电粉尘在电场力的作用下,向相反的电极运动;u 粉尘通过振打或冲刷,同时受重力作用,落入灰斗。1.2 ESP除尘原理17绝缘子高压隔离开关“收尘极板”锅炉烟气阴极“螺旋线”阳极接地整流变压器高压控制柜1.2 ESP除尘原理181.2 ESP除尘原理1.2.1气体电离1.2.2粉尘荷电1.2.4清灰1.2.3粉尘捕集ESP除尘除尘过程过程19
9、u 物质的原子由带正电荷的质子、不带电的中子及带 负电的电子组成,对外不显电性;u 在一定能量作用下,中性气体分子分离为正离子和负 离子(包括自由电子) 的现象,称为气体的电离 ;u 气体的电离是电除尘工作原理的一个重要组成部分。1.2.1 气体电离一、气体电离定义20二、气体电离过程1.2.1 气体电离u OA阶段,在较低的外加电压下,少量自 由电子做定向运动,形成小电流,随着 电压升高,电流逐渐变大。u AB阶段,自由电子数目不变,电压升 高,但电流基本保持不变,当电压超过B 时,气体开始电离。u BC阶段,随着电场强度的增加,导电粒 子越来越多,电流急剧增大;随着电压的 升高,C时开始产
10、生电晕。u CD阶段为电晕放电段,从临界电晕放电 到临界击穿电压的电压范围为电除尘器 的电压工作带。u DE阶段为自持放电阶段,此时气体介质 局部电离击穿,电流急剧增加,电场电 压下 降;电除尘器运行时需避免。 211.2.1 气体电离三、气体的放电特性 电除尘器是利用两电极间的电晕放电进行工作的,电除尘器中的电晕过程,可以看作是一种气体的导电现象。产生这种现象,必须保持稳定的电晕放电。 电晕放电极性效应电晕起始电场强度22电晕放电u 金属丝放出的电子迅速向正极移动,与气体分子撞击使之离子化;u 气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程;u 远离金属丝,电场强度降低,气体离子化过程结束,电子
11、被气体分子捕获;u 气体离子化区域电晕区u 自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源。电晕放电过程23极性效应正、负放电特性差异u 负电晕火花放电电压比正电晕火花放电电压高的多,保持电晕放电状态的电压范围广,且能形成较大的电晕电流;u 正电晕的电晕放电很容易转变为火花放电,火花放电电压较低,且形成电晕电流较小。因此,工业电除尘器几乎都采用负电晕工作24电晕起始电场强度 在放电极和收尘极之间加上电压,并逐渐提高电压,则在放电极周围就会出现电晕。此时的电压和电场强度称为电晕起始电压和电晕起始电场强度。管式电除尘器板式电除尘器时)(当时)(当)(2c/becd6.0c/b4bda/dalnVE2cb
12、)(a/balnVE r-距电晕线中心的距离a-电晕线半径b-管式电除尘器的半径V-施加电压 a-电晕极半径b-电晕极到集尘极的距离c-两个电晕极之间的半径 251.2.2 粉尘荷电 粉尘荷电是电除尘基本过程之一粉尘荷电是电除尘基本过程之一,目的使烟气中的,目的使烟气中的粉尘荷电,为下一步将烟气中的粉尘分离创造条件。粉尘荷电,为下一步将烟气中的粉尘分离创造条件。 离子在电场中得到一定动能并与尘粒碰撞使其荷电,称为粉尘的电场荷电。 存在荷电饱和性,其初始荷电很快,随着荷电量的增加,荷电速度越来越慢。扩散荷电扩散荷电电场荷电电场荷电两种荷电形式两种荷电形式 离子作不规则热运动而与尘粒碰撞使其荷电,
13、称为扩散荷电。 不存在饱和问题,其荷电速度取决于离子的热能,尘粒的大小和尘粒在电场中停留时间等。26式中:qs:粒子表面的饱和电量;:粒子的相对介电常数;a:粒子半径;E0:未受干扰时的电场强度;0:自由空间的电容率。 020sEa212l4q)(1.2.2 粉尘荷电电场荷电的饱和电荷电场荷电的饱和电荷 电场荷电时间常数:电场荷电时间常数: 电场荷电时间电场荷电时间ebN400N N0 0:荷电区离子浓度;荷电区离子浓度;e e:电子电量;:电子电量;b b:离子迁移率离子迁移率;ststq/q1q/qt粉尘荷电时间粉尘荷电时间: q qt t:荷电区离子浓度;荷电区离子浓度;q qs s:电
14、子电量;:电子电量;b b:离子迁移率离子迁移率;u当t=10时,可以达到饱和荷电的91%;u电除尘器中,一般为10-2s10-3s;u荷电时间为0.01s0.1s可获得饱和荷电的91%;u荷电时间为0.1s1s可获得饱和荷电的99%。27式中: K: 玻耳兹曼常数,1.3810-23; T: 绝对温度,K; u: 离子的均方根速度扩散荷电量计算扩散荷电量计算1.2.2 粉尘荷电)(1tKT4uqNrlnqKTr4q0200u 粉尘所能获得的电荷数随时间的增加而增加;u 扩散荷电不存在饱和荷电;u 粉尘经过电场荷电作用的时间很多,所以粉尘由扩散荷 电得到的电荷是有限的;28粒径(m)荷电机理荷
15、电机理0.10.1扩散荷电为主扩散荷电为主0.10.11 1扩散荷电与电场荷电都重要扩散荷电与电场荷电都重要1 1电场荷电为主电场荷电为主1.2.2 粉尘荷电对于工业电除尘器来说,电场荷电与扩散荷电同时起作用,而以电场荷电更显突出,粒径的大小在这里起了关键作用。粒径与荷电机理的关系粒径与荷电机理的关系29粒径粒径(mm)电场荷电电场荷电获得的电荷量(获得的电荷量(nene)扩散荷电扩散荷电获得的荷电量(获得的荷电量(nene)荷电时间(荷电时间(s s)荷电时间(荷电时间(s s)0.010.010.10.11.01.00.0010.0010.010.010.10.11 10.10.11.01
16、.010.010.00.70.77272720072002 220020020000200002.42.424424424400244002.52.525025025000250003 37070110011007 7110110150015001111150150190019001515190190230023001.2.2 粉尘荷电两种荷电机理的比较301.2.2 粉尘荷电当电场中的烟尘浓度(或空间电荷强度)达到某一极值时,在静电屏蔽作用下使电晕电流几乎降到零的现象。反电晕反电晕电晕闭塞电晕闭塞粉尘荷电的异常现象粉尘荷电的异常现象沉积在集尘极表面的高比电阻粉尘内部的局部放电现象。u 高比电
17、阻粉尘易形成反电晕;u 始发的反电晕导致火花放电电 压的降低;u 严重的反电晕能使集尘极板上 产生大量的正离子放电,与来 自电晕极的负离子尘粒中和, 收尘效率消失殆尽。31荷电粉尘向集尘极驱进,并沉积其上。1.2.3 粉尘捕集 集尘极集尘极 放电极放电极粉粉尘尘高压 烟烟气气库仑库仑力力粉粉尘尘层层32荷电粉尘运动规律荷电粉尘运动规律6PcEpE 荷电粒子在电场力作用下向阳极板表面运动的速度称为驱进速度。电除尘器中,粉尘离子的运动主要取决于库仑引力和气体摩擦力。在受力平衡的条件下,推导出: p:与粉尘的介电常数有关的数值; Ep:收尘极电场强度; Ec:荷电电场强度; :粉尘半径; :气体粘度
18、。u 电除尘器性能进行比较和评价的重要参数;u 电除尘器设计的关键数据。1.2.3 粉尘捕集33除尘效率公式除尘效率公式 驱进速度越高驱进速度越高、粉尘被捕捉得越快,其随气流被、粉尘被捕捉得越快,其随气流被带出现场的可能性越小,其形成的空间电荷对电晕电带出现场的可能性越小,其形成的空间电荷对电晕电离的影响亦越小,离的影响亦越小,除尘效率就越高除尘效率就越高,著名的,著名的多依奇多依奇安德森效率公式安德森效率公式揭示了二者之间的关系:揭示了二者之间的关系:除尘效率(%) Q:烟气量(m3/s) A:收尘极板面积(m2):驱进速度(m/s)%100)e1 (QA1.2.3 粉尘捕集341.2.4
19、清 灰 粉尘被电极吸附后,通过振打(或其他形式)使其落入灰斗中。 目前常见的振打型式有:顶部传动挠臂锤式振打、侧向传动挠臂锤式振打、顶部机械振打及顶部电磁振打结构。新型清灰方式:清灰刷清灰、声波辅助清灰等351.3 电场的工作特性 电除尘器的电场由两部分电场叠加而成,一个是由在电场作用下在电极表面形成的电荷建立起来的静电场,一个是由电子、离子和荷电尘粒等空间分布电荷建立的电场,后者是在电晕电离发生后建立的。 在电场强度计算中,因空间分布电荷存在而产生的场强计算要比静电场复杂得多,由于实际情况复杂,甚至无法进行准确的理论计算,目前更多的是进行定性分析与实验室测试。1.3.1 电场与电场强度36
20、电场中电场中电压与电流的函数关系电压与电流的函数关系,称为电场的,称为电场的伏伏安安(VIVI)特性)特性,按照该特性描绘的曲线称为电场,按照该特性描绘的曲线称为电场VIVI特性曲线。特性曲线。 运用运用VIVI特性曲线特性曲线,可,可直观、形象地体现直观、形象地体现各种因各种因素下素下电流和电压的变化规律电流和电压的变化规律。1.3.2 电场的伏安特性1.3 电场的工作特性37电极尺寸;极间距;极性;电场集尘面积;2 烟气性质气体压力、温度;湿度变化;气体成分改变;粉尘浓度改变;粉尘比电阻;3 粉尘特性4 操作因素振打效果;炉窑燃烧情况;漏风与偏流1.3 电场的工作特性1 结构因素影响电场工
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