第四章-除塵裝置1

1第四章

除塵裝置

從氣體中去除或捕集固態(tài)或液態(tài)微粒的設(shè)備稱為除塵裝置。根據(jù)主要除塵機(jī)理，目前常用的除塵器可分為：(1)機(jī)械式除塵器；(2)電除塵器；(3)袋式除塵器；(4)濕式除塵器等。2§4-1機(jī)械式除塵器

機(jī)械式除塵器通常指利用質(zhì)量力(重力、慣性力和離心力等)的作用使顆粒物與氣流分離的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。3一、重力沉降室圖4-1簡(jiǎn)單的重力沉降室

4層流式重力沉降室假定：在沉陣室內(nèi)氣流為柱塞流，流速為v0(m/s)；流動(dòng)狀態(tài)保持在層流范圍內(nèi)；顆粒均勻地分布在煙氣中。粒子的運(yùn)動(dòng)由兩種速度組成。在垂直方向，忽略氣體的浮力，僅在重力和氣體阻力的作用下，每個(gè)粒子以其沉降速度us(m/s)獨(dú)立沉降，在煙氣流動(dòng)方向，粒子和氣流具有相同的速度。5圖4-2層流式重力沉降室縱斷面圖usv06設(shè)處理煙氣量為Q(m3/s),氣體在沉降室內(nèi)停留時(shí)間:

沉降速度為us的塵粒,從頂部降落到底部所需的時(shí)間為:為使粉塵能在沉降室內(nèi)沉降下來,含塵氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間t必須大于或等于粉塵的沉降時(shí)間ts.即

7在時(shí)間t內(nèi)，粒徑為dp的粒子的沉降距離為當(dāng)hc＜H時(shí)，粒子的分級(jí)除塵效率：8

因?yàn)?/p>

(m/s)

所以

其中

對(duì)于特定的沉降室及含塵氣體的性質(zhì)和流量，k為常數(shù)，此時(shí)ηi與dp2成正比。但在沉降室結(jié)構(gòu)尺寸、處理含塵氣體性質(zhì)和流量一定時(shí)，則該沉降室可完全沉降的最小粒徑是有一定限度的。

9當(dāng)粒子的沉降運(yùn)動(dòng)處于stokes區(qū)域時(shí)，則重力沉降室能100％捕集的最小粒子直徑為除特殊說明外，以后都采用斯托克斯沉降公式。實(shí)際上，按斯托克斯公式的計(jì)算與試驗(yàn)值比較，在293K和1atm下，對(duì)于顆粒密度、粒徑dp＜100μm的粒子，二者是相當(dāng)一致的。10從式

可以看出提高沉降室除塵效率的主要途徑為：降低沉降室內(nèi)的氣流速度，增加沉降室長(zhǎng)度或降低沉降室高度。氣流流速通常選定以不大于3m為宜，一般為0.3-2.0m/s。降低沉降室高度是一種實(shí)用的方法。此時(shí)沉降室的分級(jí)效率變?yōu)椋?1Howord固定型多層沉降室

1錐形閥

2清灰孔

3隔板

12沉降室也可捕集垂直上升氣流中的粉塵粒子，但在這種沉降室中垂直上升氣流的速度一定要小于可除下最小粒徑粒子的末端沉降速度。如圖（垂直沉降室）13

屋頂時(shí)沉降室14擴(kuò)大煙管式沉降室15

(c)帶有錐形導(dǎo)流器的擴(kuò)大煙管式162.湍流式重力沉降室（自學(xué)）設(shè)計(jì)重力沉降室時(shí)，先要算出欲100%捕集粒子的沉降速度us，并假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流速度和沉降室高度（或?qū)挾龋?，然后求出沉降室的長(zhǎng)度和寬度（或高度）。17例.欲利用重力沉降室捕集粒徑為40μm、密度為2000kg/m3的粒子。假定氣流速度為0.5m/s，氣體狀態(tài)為293K和1atm，沉降室高度為1.5m，試求當(dāng)捕集效率為90%時(shí)的沉降室長(zhǎng)度。18解.在溫度為293K和壓力為1atm的狀態(tài)下，利用stokes定律計(jì)算粒子的沉降速度據(jù)得19重力沉降室的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，壓力損失小(一般為50-130Pa)，維修管理容易。但它的體積大，效率低，因此只能作為高效除塵的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子。20二、慣性除塵器

1．慣性除塵器除塵機(jī)理d2＜d1

d2所受離心力與

成正比

回旋氣流的曲率半徑愈小，愈能分離捕集細(xì)小的粒子

此慣性除塵器，除借助慣性力作用外，還利用了離心力和重力的作用圖4-5慣性除塵器的分離機(jī)理

212．慣性除塵器結(jié)構(gòu)型式可分為沖擊式和反轉(zhuǎn)式圖4-6沖擊式慣性除塵裝置（a）單級(jí)型（b）多級(jí)型22（c）迷宮型23彎管型、百葉窗型反轉(zhuǎn)式除塵裝置和沖擊式慣性除塵裝置都適于煙道除塵，多層隔板的塔式除塵裝置主要用于煙霧的分離。

圖4-7反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置(a)彎管型(b)百葉窗型(c)多層隔板型24

3．慣性除塵器的應(yīng)用用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵。對(duì)粘結(jié)性和纖維性粉塵，則因易堵塞。由于慣性除塵器的凈化效率不高，故一般只用于多級(jí)除塵中的第一級(jí)除塵，捕集10-20μm以上的粗塵粒。壓力損失依型式而定，一般為100-1000Pa。25上節(jié)課小結(jié)重力沉降室優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，壓損小(一般為50-130Pa)，維修管理容易。缺點(diǎn)：體積大，效率低，捕集＞40μm粒子。慣性除塵器：用于凈化金屬或礦物性粉塵，不適用于粘結(jié)性和纖維性粉塵。效率低，捕集10-20μm以上粒子，壓損一般為100-1000Pa。26

三、旋風(fēng)除塵器（CycloneSeparator）

優(yōu)點(diǎn)：

(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；

(2)沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)、修理方便；

(3)可用于高溫含塵煙氣的凈化，用一般碳鋼制造的除塵器可工作于350℃。在內(nèi)壁襯以耐火材料的除塵器可工作在500℃；

(4)可承受內(nèi)、外壓力；

27(5)可干法清灰，可用它回收有價(jià)值的粉塵；(6)除塵器內(nèi)敷設(shè)耐磨、耐腐蝕內(nèi)襯后，可用以凈化含高腐蝕性粉塵的煙氣。缺點(diǎn)：效率80%左右，捕集小于5μm的顆粒效率不高。28

291．旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)普通旋風(fēng)除塵器組成：

進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成。普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流30為研究方便，通常把內(nèi)外渦旋氣體的運(yùn)動(dòng)分解成為三個(gè)速度分量：切向速度，徑向速度和軸向速度。切向速度是決定氣流速度大小的主要速度分量，也是決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小的主要因素。31旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布32根據(jù)“渦流”定律，外渦旋的切向速度反比于旋轉(zhuǎn)半徑R的n次方，即

此處n≤l，常稱為渦流指數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明n值可由下式進(jìn)行估算

式中D——旋風(fēng)除塵器直徑，m；

T——?dú)怏w的絕對(duì)溫度，K。

33內(nèi)渦旋的切向速度正比于旋轉(zhuǎn)半徑R，比例常數(shù)等于氣流的旋轉(zhuǎn)角速度ω，即

在內(nèi)、外渦旋交界圓柱面上，氣流的切向速度最大。實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明，交界圓柱面直徑di=(0.6-1.0)de(de是排氣管直徑)。34徑向速度：近似地認(rèn)為氣流通過這個(gè)圓柱面時(shí)的平均速度就是外渦旋氣流的平均徑向速度vr，即

式中：Q——旋風(fēng)除塵器處理氣量。m3/s；

r0和h0——分別為交界圓柱面的半徑和高度，m。

35關(guān)于軸向速度，與徑向速度類似，視內(nèi)、外渦旋而定。圖4-9給出旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布，全壓和靜壓的徑向變化非常顯著，由外壁向軸心逐漸降低，軸心處?kù)o壓為負(fù)壓，直至錐體底部均處于負(fù)壓狀態(tài)。362．旋風(fēng)除塵器的壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失ΔP一般與氣體入口速度的平方成正比，即ρ——?dú)怏w的密度，kg/m3；v1—?dú)怏w入口速度，m/s；

ξ——局部阻力系數(shù)。37在缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式估算

A---旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積，m2。

上式表明，除塵器相對(duì)尺寸對(duì)壓力損失影響較大，當(dāng)除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時(shí)，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變。旋風(fēng)除塵器操作運(yùn)行中可以接受的壓力損失，一般低于2kPa。

38

3．旋風(fēng)除塵器的除塵效率除塵效率與分割直徑有直接的關(guān)系在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，粒子的沉降主要取決于離心力Fc和向心運(yùn)動(dòng)氣流作用于塵粒上的阻力FD。在內(nèi)、外渦旋界面上：如果Fc＞FD，移向外壁；如果Fc＜FD，進(jìn)入內(nèi)渦旋；如果Fc＝FD，進(jìn)去50%，出來50%。即除塵效率為50％，此時(shí)的粒徑即為除塵器的分割直徑，用dc表示。

39因?yàn)镕c＝FD，對(duì)于球形粒子，由斯托克斯定律得到

式中vT0——交界面處氣流的切向速度，m/s。

vT0可根據(jù)式計(jì)算；

vr可由式估算，則dc愈小，說明除塵效率越高，性能愈好。

40當(dāng)dc確定后，可以根據(jù)雷思一利希特模式計(jì)算其它粒子的分級(jí)效率

其中渦流指數(shù)n可由式計(jì)算。

41例4-2已知XZT-90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1＝13m/s時(shí)，處理氣體量Q＝1.37m3/S。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣(溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3)時(shí)的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時(shí)煙氣的粘度(近似取空氣的值)μ＝2.4×10-5Pa·s。

42解：假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即vl=13m/s，取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0＝0.7de由式得氣流在交界面上的切向速度43所以分割直徑為：徑向速度為：44旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時(shí)煙氣密度可近似取為=547Pa

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4．影響旋風(fēng)除塵器效率的因素

(1)二次效應(yīng)通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)。(2)比例尺寸在相同的切向速度下筒體直徑D愈小，除塵效率愈高，但若筒體直徑過小，粒子容易逃逸，使效率下降。錐體適當(dāng)加長(zhǎng)，對(duì)提高除塵效率有利。排出管直徑愈小分割直徑愈小，即除塵效率愈高。但排出管直徑太小，會(huì)導(dǎo)致壓力降的增加，一般取排出管直徑de＝(0.4-0.65)D。

46從排出管下部至氣流下降的最低點(diǎn)之間的距離稱為旋風(fēng)除塵器的特征長(zhǎng)度，根據(jù)亞歷山大(A1exander)公式注意：特征常度l與氣體的流量無關(guān)實(shí)踐表明，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。

除塵器下部的嚴(yán)密性也是影響除塵效率的一個(gè)重要因素。

4748

(3)煙塵的物理性質(zhì)

被處理氣體的含塵濃度↑，塵粒粒徑↑和密度↑，塵粒越接近于球形，凈化效率↑。49

在流量不變的情況下，下述各式可以用來估算它們的影響。50壓力損失與含塵量之間的關(guān)系可表示為

——隨含塵濃度而變化的壓力損失；

——干凈空氣時(shí)的壓力損失；

C1——入口含塵濃度，g/m3。51(4)旋風(fēng)除塵器入口管氣速的影響提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，使除塵器性能改善。粗略估算，除塵效率和處理氣體量之間的關(guān)系旋風(fēng)除塵器入口管含塵氣體的流速，通常取用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，

u=10-25m/s。在實(shí)際應(yīng)用中，小型旋風(fēng)除塵器多取用偏低的氣速，而大型旋風(fēng)除塵器取用偏高的氣速。

525．旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)型式(1)按進(jìn)氣方式：分為切向進(jìn)入式和軸向進(jìn)入式兩類

切向進(jìn)入式又分為直入式和蝸殼式直入式：進(jìn)氣管外壁與筒體相切，進(jìn)口管設(shè)計(jì)與制造方便，且性能穩(wěn)定。直入切向進(jìn)入式53蝸殼式：進(jìn)氣管內(nèi)壁與筒體相切。進(jìn)氣管外壁采用漸開線形式，漸開角有180°、270°和360°三種。

蝸殼切向進(jìn)入式優(yōu)點(diǎn)：易于增大進(jìn)口面積，減小塵粒向器壁的沉降距離；減少了進(jìn)氣流與內(nèi)渦旋氣流的相互干擾，使進(jìn)口壓力降減小。54軸向進(jìn)入式：

在相同的壓力損失下，能夠處理的氣體量大，且氣流分布較均勻，主要用于多管旋風(fēng)除塵器和處理氣體量大的場(chǎng)合。軸向進(jìn)入式55(2)按氣流組織分類：回流式、直流式、平旋式和旋流式等①回流式筒式：阻力較小，除塵效率低，對(duì)于10μm左右的粒子的分離效率一般低于60-70％

旁路式：進(jìn)氣管上緣距頂蓋有一段距離，180°蝸殼式入口，排出管的插入深度可以較淺，筒體上具有螺旋線形的灰塵隔離室。

擴(kuò)散式：反射屏中心孔徑在(0.05-0.1)D(D為筒體直徑)時(shí)效率較高。56圖4-13旁路式旋風(fēng)除塵器圖4-14擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器57②直流式旋風(fēng)除塵器除塵器內(nèi)沒有上升的內(nèi)旋氣流，減少返混和二次飛揚(yáng)，壓力損失較小，但效率有所下降。(3)多管旋風(fēng)除塵器由多個(gè)相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器(又叫旋風(fēng)子)組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組。處理煙氣量大。能夠有效地捕集5-10μm的粉塵，用耐磨鑄鐵鑄成，可處理含塵濃度較高的(100g/m3)氣體。5859圖4-15回流式多管旋風(fēng)除塵器60多管旋風(fēng)除塵器具有效率高，處理氣量大，有利于布置和煙道連接方便等特點(diǎn)。對(duì)旋風(fēng)子制造、安裝和裝配的質(zhì)量要求較高。目前國(guó)內(nèi)定型生產(chǎn)的多管除塵器的旋風(fēng)子筒體直徑有150和250mm兩種，管數(shù)有9、12和16三種。

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6．旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)選型。多用經(jīng)驗(yàn)法來選擇除塵器的型號(hào)規(guī)格，其基本步驟如下：

(1)根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素全面分析，合理地選擇旋風(fēng)除塵器的型式。

62常用除塵器型式：

XLP/A(或B):入口速度10m/s＜v＜20m/s;η=85%左右；對(duì)5μm的粒子,ηi為20-30%,10μm的粒子,ηi為88%△P=500-900Pa.

XLT:入口速度10m/s＜v＜18m/s；△P=500-700Pa；η=80-85%63(2)根據(jù)使用時(shí)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速v1，若沒有氣速與壓降的數(shù)據(jù)，則根據(jù)允許的壓降計(jì)算進(jìn)口氣速

若沒有提供允許的壓力損失數(shù)據(jù)，一般取進(jìn)口氣速為12-25m/s。

64(3)確定旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口截面A，入口寬度b和高度h。根據(jù)處理氣量由下式?jīng)Q定進(jìn)口截面積A

(4)確定各部分幾何尺寸：由進(jìn)口截面積A和入口寬度b及高度h定出各部分的幾何尺寸。

65X-除塵器，L-離心，T-筒式，P-旁路式，A、B為產(chǎn)品代號(hào)。

66設(shè)計(jì)者可按要求選擇其他的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)遵循以下的原則：①為防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s為排氣管插入深度；②為避免過高的壓力損失，b≤（D-de）/2;③為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，（H+L）≥3D；④為利于粉塵易于滑動(dòng)，錐角=7°-8°;⑤為獲得最大的除塵效率，

de/D≈0.4-0.5,(H+L)/de≈8-10;s/de≈1。67例4-3已知煙氣處理量Q=5000m3/h，煙氣密度ρ=1.2kg/m3，允許壓力損失為900Pa，若選用XLP/B型旋風(fēng)除塵器，試求其主要尺寸。

68解：先求入口氣速：根據(jù)表4-1，ξ=5.8

，所以69D=3.33b=3.33×0.208=0.624m=624mm參考XLP/B產(chǎn)品系列，取D=700mm

L=1.7D=1.7×700=1190mm

70當(dāng)已提供有關(guān)除塵器性能時(shí)，則可根據(jù)處理氣體量和允許的壓力損失，選擇適宜的進(jìn)口氣速，即可查得設(shè)備型號(hào)，從而決定各部分尺寸。上述例題查表取型號(hào)為XLP/B-7.0，其中7.0表示除塵器筒體直徑D的分米數(shù)。

71上節(jié)課小結(jié)：1、重力沉降室2、慣性除塵器3、旋風(fēng)除塵器切向速度、徑向速度的計(jì)算壓力損失的計(jì)算除塵效率的計(jì)算結(jié)構(gòu)型式及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)72§4-2電除塵器(ESP)（ElectrostaticPrecipitators）電除塵器具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1.電除塵器的除塵效率高（對(duì)細(xì)粉塵有很高的捕集效率），可高于99%；

2.處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h；

3.能耗低,約0.2～0.4kwh/1000m3

；

4.壓力損失小，一般為200～500Pa；

5.可凈化溫度較高的或強(qiáng)腐蝕性含塵煙氣。

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電除塵器具有如下缺點(diǎn)：

1.一次投資費(fèi)用高，鋼材消耗量較大。平均每平方米收塵面積所需鋼材大約為3.5-4t；

2．除塵效率受粉塵比電阻影響很大。最適宜捕集比電阻為104～5×1011Ω·cm的粉塵粒子。

3．不適宜直接凈化高濃度含塵氣體；

4．占地面積較大。74電除塵器的工作原理涉及三個(gè)方面：粒子荷電→荷電粒子捕集→清灰三個(gè)基本過程。7576一、電暈放電

1．氣體的導(dǎo)電過程和電暈放電77陰(陽)電暈：當(dāng)放電極和高壓直流電源的陰(陽)極相連時(shí)，就產(chǎn)生陰（陽）電暈；產(chǎn)生電暈的電極稱為電暈極；吸收塵粒使其沉積的電極稱為集塵極；自由電子能引起氣體分子離子化的區(qū)域，常稱為電暈區(qū)；從電暈區(qū)至金屬管表面的空間內(nèi)，負(fù)離子濃度一般為1014-1015個(gè)/m3。78

79對(duì)于工業(yè)氣體凈化，傾向于采用穩(wěn)定性強(qiáng)，可以得到較高操作電壓和電流的負(fù)電暈極.所以對(duì)于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的微粒凈化裝置均采用產(chǎn)生較少臭氧和氮氧化物的正電暈極.80

2．起暈電壓

開始產(chǎn)生電暈的電壓常稱為起暈電壓，相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度稱為起暈場(chǎng)強(qiáng)。管式電除塵器內(nèi)任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可以由下式計(jì)算（V/m）

r——距電暈線中心的距離（m）；

a——電暈線半徑（m）；

b——集塵園管的半徑（m）；

V——施加于電暈線和集式電極之間的電壓（極間電壓V）。81皮克(Peek)提出如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算起始電暈所需電場(chǎng)強(qiáng)度δ—空氣的相對(duì)密度，定義為，其中T0=298K，P0=1.0atm，T和P分別為操作溫度和壓力；m—電暈線表面的粗糙度系數(shù)，0.5<m<1.0。對(duì)于清潔的光滑圓線，m=1；實(shí)際可取0.6-0.7。

82因此，在r=a時(shí)(電暈電極表面上)，起暈電壓起始電暈電壓可以通過調(diào)整電極的幾何尺寸來實(shí)現(xiàn)。電暈線越細(xì)，起始電暈所需要的電壓越小。3.影響電暈特性的因素

1)氣體的組成不同氣體對(duì)電子的親和力不同。負(fù)電性氣體和離子遷離率低的氣體存在，可提高工作電壓，對(duì)改善電除塵器工作性能有利。832)氣體的溫度和壓力氣體溫度降低和壓強(qiáng)升高，會(huì)使起暈電壓升高。氣體溫度和壓強(qiáng)的變化，也會(huì)影響離子遷移率，從而改變伏—安特性。3)電壓波形工業(yè)上廣泛采用全波和半波電壓，直流電只用于特殊情況和實(shí)驗(yàn)室研究8485二、粒子荷電電場(chǎng)荷電:也稱為碰撞荷電擴(kuò)散荷電：這種過程依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場(chǎng)。86粒子的主要荷電過程取決于粒徑：對(duì)于dp>0.5μm的微粒，以電場(chǎng)荷電為主；對(duì)dp<0.15μm的微粒，則以擴(kuò)散荷電為主；對(duì)于粒徑介于0.15—0.5μm的粒子，則需要同時(shí)考慮這兩種過程。871．電場(chǎng)荷電

(1)荷電量的計(jì)算假定條件為:a.

粉塵粒子為球形，塵粒的大小和性質(zhì)是均一的，并在電場(chǎng)內(nèi)呈懸浮狀；b.粉塵粒子的電場(chǎng)不影響其它粉塵粒子周圍的電場(chǎng)；c.所有粉塵粒子均可獲得相同的電量；d.粉塵粒子附近的電場(chǎng)和粒子濃度都是均一的。88根據(jù)推導(dǎo)，電場(chǎng)荷電的飽和荷電量為ε—粒子相對(duì)介電常數(shù)(與真空條件下的介電常數(shù)相比較)；

ε0—真空介電常數(shù)，等于8.85×10-12F/m；

E0—電場(chǎng)強(qiáng)度，V／m。

89

(2)影響電場(chǎng)荷電的因素對(duì)于粒子特性是粒徑dp和介電常數(shù)ε；對(duì)于電暈電場(chǎng)則是電場(chǎng)強(qiáng)度E0和離子密度N0。大多數(shù)工業(yè)電除塵器荷電電場(chǎng)強(qiáng)度為3-6kV/cm；離子密度為1013-1014離子/m3；對(duì)于大多數(shù)材料，1＜ε＜100，導(dǎo)電粒子ε為∞。90對(duì)于中等離子密度(1014個(gè)/m3)，荷電時(shí)間僅為0.1s。這個(gè)時(shí)間相當(dāng)于氣流在除塵器內(nèi)流動(dòng)10-20cm所需要的時(shí)間，所以對(duì)于一般的電除塵器，可以認(rèn)為粒子進(jìn)入除塵器后立刻達(dá)到了飽和電荷。

91

2．?dāng)U散荷電

擴(kuò)散荷電不存在最大極限值。粒子荷電量取決于離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、粒子大小和荷電時(shí)間。對(duì)于粒徑很?。ㄐ∮?.1μm）的粉塵粒子的擴(kuò)散荷電幾乎與外加電場(chǎng)的作用無關(guān)。92利用分子熱運(yùn)動(dòng)理論導(dǎo)出擴(kuò)散荷電的理論方程

k—波爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/K；

T—?dú)怏w溫度，K；

—?dú)怏w離子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度，m/s。

e—電子電量，1.6

×10-19C.93

例如，令N0＝5×1014個(gè)/m3，T＝298K，對(duì)常壓下的空氣＝467m/s．將這些值代入式上式得：

進(jìn)一步假定dp＝2×10-6m和t＝1.0s，那么

943．電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電的綜合作用

95例5-5

利用下列數(shù)據(jù)，決定電場(chǎng)和擴(kuò)散荷電綜合作用下粒子荷電量隨時(shí)間的變化。已知ε=5，Eo＝3×106V/m，T＝300K，N＝2×1015離子/m3；=467m/s，dp＝0.1，0.5和1.0μm。96解：由電場(chǎng)荷電的計(jì)算公式得電場(chǎng)荷電飽和電荷量為：擴(kuò)散荷電過程的核電量隨時(shí)間的變化：則97這三種粒子的飽和荷電量分別是：1.79×10-18、4.48×10-17和1.79×10-16庫(kù)侖。

98上節(jié)課小結(jié)旋風(fēng)除塵器:壓力損失、除塵效率計(jì)算；影響因素、結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)選型電除塵器：優(yōu)缺點(diǎn)、粒子荷電994．異常荷電現(xiàn)象

①反電暈現(xiàn)象：通常當(dāng)比電阻高于2×1010Ω·cm時(shí)，較易發(fā)生火花放電或反電暈②空間電荷大：微小粒子濃度高，空間電荷大，除塵效率降低，尤其是粒徑在1μm左右的數(shù)量越多，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。③電暈閉塞：

100三、荷電粒子的捕集

1．驅(qū)進(jìn)速度

球形粒子在層流情況下，僅受電場(chǎng)力和氣體阻力的作用，得：

101102

2．粒子的捕集效率德意希在推導(dǎo)時(shí)做了如下假定：①除塵器中氣流為紊流狀態(tài)；②在垂直于集塵表面的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的。③粒子進(jìn)入除塵器后立即完成了荷電過程；④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。103由此假設(shè)推出理論分級(jí)捕集效率為：ωi—直徑為dpi的塵粒其驅(qū)進(jìn)速度(m/s)。只有當(dāng)粒子的粒徑相同且驅(qū)進(jìn)速度不超過氣流速度的10%-20%時(shí)這個(gè)方程在理論上才是成立的。

德意希分級(jí)效率方程修正的德意希方程K：指數(shù)，一般取0.5104

3．有效驅(qū)進(jìn)速度（ωe

）對(duì)于工業(yè)電除塵器，有效驅(qū)進(jìn)速度范圍:0.02-2m/s。

105實(shí)際測(cè)量表明，對(duì)于粒徑在微米區(qū)間的粒子，除塵效率有增大的趨勢(shì)。例如粒徑為1μm粒子的捕集效率為90-95％，對(duì)粒徑0.1μm的粒子，捕集效率可能上升到99％或更高，這說明電除塵過程是去除微小粒子的有效辦法。測(cè)量表明，在許多情況下最低捕集效率發(fā)生在0.1-0.5μm的粒徑區(qū)間。

106四、被捕集粉塵的清除（清灰）濕法清灰：粉塵重新進(jìn)入量小，改進(jìn)了電除塵器的操作，同時(shí)也可凈化部分有害氣體，如S02、HF等。濕式清灰的主要問題是極板腐蝕和污泥處理。干法清灰：由機(jī)械撞擊或電極振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力清除的。常用的振打器是電磁型和撓臂錘型。107108五、電除塵器分類(1)按集塵電極的型式：管式和板式管式電除塵器：管徑為15-30cm，管長(zhǎng)為3-5m，放電極極線(電暈線)用重錘懸吊在集塵極圓管中心。單管電除塵器多用于凈化氣量較小的含塵氣體。在工業(yè)上，為了凈化氣量較大含塵氣體，常采用呈六角形蜂窩狀和多個(gè)同心圓管狀排列的多管管式電除塵器。109110111板式電除塵器

板式電除塵器兩平行集塵極極板間的距離一般為20—40cm，極板高度為2—15m，極板總長(zhǎng)可根據(jù)要求的除塵效率高低來確定。板式電除塵器可以根據(jù)工藝要求和凈化程度設(shè)計(jì)出多種大小不同規(guī)格的電除塵器。112113(2)按含塵氣流在電除塵器中流動(dòng)方式：

立式電除塵器：如管式電除塵器

臥式電除塵器臥式電除塵器與立式電除塵器相比有如下特點(diǎn)：

①沿氣流方向臥式電除塵器可設(shè)計(jì)成若干個(gè)電場(chǎng)，每個(gè)電場(chǎng)可根據(jù)捕集粉塵要求的不同施加不同的電壓，從而提高電除塵器的總除塵效率；114

②當(dāng)需要增大集塵面積、提高除塵效率時(shí)，比較容易加長(zhǎng)電場(chǎng)的長(zhǎng)度，而立式電除塵器的電場(chǎng)不宜太高；

③在處理較大煙氣量時(shí)，臥式電除塵器比較容易保證氣流沿電場(chǎng)斷面均勻分布；

④

臥式電除塵器的安裝高度比立式電除塵器低，設(shè)備的操作和維修比較方便；

⑤負(fù)壓運(yùn)行的電除塵器，可延長(zhǎng)排風(fēng)機(jī)的使用壽命；

⑥臥式電除塵器占地面積比立式電除塵器大。當(dāng)需要增大集塵面積設(shè)備改造時(shí)，往往會(huì)受到場(chǎng)地的限制。115(3)按集塵極和電暈極在除塵器空間配置不同：分單區(qū)電除塵器和雙區(qū)電除塵器。1)單區(qū)電除塵器：集塵極和電暈極都裝在同一區(qū)域內(nèi)，粉塵粒子荷電和捕集在一區(qū)域內(nèi)完成。單區(qū)電除塵器是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的一種電除塵器。2)雙區(qū)電除塵器：粉塵粒子的荷電和集塵不是在同一區(qū)域里完成，而是分別在不同區(qū)域里完成。116117118由于雙區(qū)電除塵器的荷電區(qū)與收集區(qū)分開，由此，既可把放電極上的電壓由單區(qū)時(shí)的幾萬伏降到一萬余伏，又可采用多塊收塵極板，增大收塵面積。雙區(qū)電除塵器主要應(yīng)用于空調(diào)空氣凈化方面。

119(4)按收塵極上清灰方式的不同分類干式電除塵器濕式電除塵器半濕式電除塵器120121六、電除塵器主要結(jié)構(gòu)

1．電暈電極常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等（如圖）電暈線固定方式有兩種：重錘懸吊式(如圖)，重錘重量5-10kg；管框繃線式(如圖)。對(duì)電暈線的一般要求是：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距以及易清灰等。122123

124

2．集塵極小型管式除塵器的集塵極為直徑約15cm、長(zhǎng)3m左右的圓管，大型的直徑可加大到40cm，長(zhǎng)6m。板式電除塵器的集塵板垂直安裝，電暈極置于相鄰的兩板之間。集塵極長(zhǎng)一般為10-20m，高10-15m，板間距0.2-0.4m。處理氣量1000m3/s以上，效率高達(dá)99.5％的大型電除塵器含有上百對(duì)極板。

125集塵極結(jié)構(gòu)對(duì)粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量(約占總耗量的40-50％)有很大影響。性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求：

(1)振打時(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少；

(2)單位集塵面積消耗金屬量低；

(3)極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形；

(4)振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低。

1261273．氣流分布板最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板、分布格子等，而以多孔板使用最為廣泛。通常采用厚度為3-3.5mm的鋼板，孔徑為φ30-50mm，分布板層數(shù)為2-3層。開孔率需要通過試驗(yàn)確定。對(duì)氣流分布的具體要求是：

(1)任何一點(diǎn)的流速不得超過該斷面平均流速的±40％；(2)在任何一個(gè)測(cè)定斷面上，85％以上測(cè)點(diǎn)的流速與平均流速不得相差±25％。128129氣流均勻分布時(shí)，除塵器的通過率為Po；氣流分布不均勻時(shí)，通過率約為P0Fv。1304．貯灰出灰裝置在負(fù)壓狀態(tài)下工作時(shí)，排灰口必須保持氣密，以防止外部空氣漏入，使粉塵重新飛揚(yáng)，影響除塵效率?；叶穬?nèi)裝擋板，防止含塵氣體不經(jīng)過電場(chǎng)，而由灰斗短路流出。1315