东南大大气污染控制工程教案08电除尘器.docx

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1、第11次课2学时上次课复习：1、重力沉降室和旋风除尘器的工作原理；2、影响旋风除尘器除尘效率的因素；3、旋风除尘器的压力损失、结构。本次课题（或教材章节题目）：第八章电除尘器第一节电除尘器概述第二节电除尘器的工作原理电晕放电教学要求：1、理解并掌握电除尘器的工作过程及原理；2、掌握影响电除尘器电晕放电机理。重点：1 .电除尘器的工作原理；2 .电除尘器的分类；3 .电晕放电难点：电除尘器工作原理教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配：1 .电除尘器概述2 .电除尘器的工作原理一一电晕放电讲课时间：2学时课后作业P2298.128.13参考资料第八章电除尘器第一节电除尘器概述一、电除尘器的性能

2、特点气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和电气方法两大类。机械的方法包括基本上依靠惯性力和机械力回收粒子的一切方法在内，如重力沉降法、离心分离法、气体洗涤法、介质过滤法等等。电气的方法就是电除尘。它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒子上的使粒子与气体分离的力。特点：1 .分离的作用力直接施之于粒子本身，这种力是由电场中粉尘荷电引起的库仑力，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。2 .直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率最少,气流阻力最小。处理IOOOnrVh的气体,耗电0.1-0.8度，AP=100IOooPa。3 .它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子，也不象介质过滤法

3、或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制，能回收微型范Ia的细小粒子。（lm左右的）4 .除尘效率高，一般在95-99%。处理气量大，可应用于高温、高压，具有克服气体和粒子腐蚀的能力。连续操作并可自动化，故广泛应用于许多方面。（国外）冶金领域：铜、铅、锌冶炼厂，贵金属回收（回收金）；钢铁工业方面；水泥生产方面；化学工业和工艺过程方面；燃料煤气的脱焦；煤烟的除尘；炭黑的回收；造纸厂中的应用；电力生产中的应用；电子工业的空气净化等等。由于除尘器的主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高，故目前我国电除尘的应用还不太普遍。二、电除尘发展简介早在公元前600年，希腊人就知道被摩擦

4、过的琥珀对细粒子和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律称为静电学的科学基础，它也是电除尘理论的出发点。威廉描述到：电能吸引由熄灭的火花产生的烟。1745年，富兰克林开始研究尖端放电，他似乎是首先研究我们现在所涉及到的发电尖端的电晕放电。最早有关烟尘电力吸引的文学叙述出自英国的宫廷内科医生威廉吉伯特，时间是1600年。1772年,贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电、电风现象进行了试验以后，1824-1908年,一些人做了一些有关净化过程中烟雾、烟草中的烟等试验。1908年，柯特雷尔发表了他的第一个专利，并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回收了过去很难处理的硫酸雾。后来在他的学生施密特协助下又进行

5、了发展，为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用电除尘，成功地控制空气污染奠定了基础，从本世纪二十年代到四十年代开始应用于其它工业。三、电除尘的除尘过程电除尘是何种装置呢？概括而言，电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。这种装置由许多不同的型式，但最基本的组成部分都是一对电极（高电位的放电电极和接地的收尘电极），简单模式见书P6-2。除尘过程大致就是这样一过程，两电极间加一电压。一对电极的电位差必须大得使放电极周围产生电晕（常常加直流），高电压使含尘气体通过这对电极之间时，形成气体离子（正离子、负离子）这些负离子迅速向集尘极运动，并且由

6、于同粒子相撞而把电荷转移给它们粉尘荷电，然后与粒子上的电荷互相作用的电场就使它们向收尘电极漂移，并沉积在集尘电极上，形成灰尘层。当集尘电极表面粉尘沉集到一定厚度后，用机械振打等方法将沉集的粉尘层清除掉落入灰斗中。用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需四个步骤：气体电离；粉尘荷电；粉尘沉集；清灰。四、除尘器的分类按结构不同可作不同的分类，现从4个方面介绍：（1） 按集尘电极型式可分为管式和板式电除尘器管式：极线沿着垂直的管状集尘电极的中心线悬挂，适用于气体量较小的情况，一般采用湿式清灰方式。板式：在互相平行的板式收尘电极的中间悬挂垂直的极线。板式可采用湿式清灰方式，但绝大多数采用干式清灰方式。（

7、2） 按气流流动方式分为立式和卧式电除尘器在工业废气除尘中，卧式板式电除尘器是应用最广泛的一种，我国1972年提出的系列化设计SHWB型就属此类。（3） 按粉尘荷电区和分离区的空间布置不同分为单区和双区电除尘单区：粉尘荷电和分离沉降都在同一空间区域内进行。双区：现有一组电极使粉尘荷电，然后另一组电极供给静电力，使带电粒子沉降。典型的双区除尘器多用于空调方面。国外有将它应用于工业废气净化方面的。（4） 按沉集粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器第二节电除尘器的工作原理电晕放电一、气体的导电电晕是气体中电传导的若干形式之一,因此，在介绍电晕放电时.，需要先简单说一说关于气体导电的基本现象。在通常

8、的空气或用除尘气处理的排气中，存在着因宇宙线或放射线等等而电离的电子和离子，如在这样的气体中设置电极，并保持低的或中等的电位差，则在电极之间只有不可能测定的微弱电流流动。对这种情况可以说在电极间存在的气体是绝缘状态。但当电极之间的电位差提高到某一点时，气体的电离和电导性就大大增加，于是从绝缘状态转变为传导状态，这种导电现象称为电击穿或气体放电。气体放电有不同的形式，如火花放电、电晕放电等。电晕实际上是一种不完全的电击穿。电晕放电和火花放电的不同之处在于前者只是在放电极的一小段距离内气体有强烈的电击穿，而后者则是在放电极和集尘极之间有若干狭窄的电击穿。前者放电时在电极周围的空气完全电离；后者放电

9、时电极间的空气完全电离。在电晕中产生离子的主要机制是由于气体中的自由电子从电场中获得能量，和气体分子激烈碰撞，是电子脱离气体分子，结果产生带阳电荷的气体离子并增加了自由电子，这种现象称为电离。要产生电离，碰撞电子必须具有一定的最小能量，成为电离能量，其数值根据被撞出的分子或原子来决定。电子除了有强大的电离能力外，还具有可以附着在许多中分子和原子上形成阴离子的性质。对于元素周期表中右上方的那些原子、电子最能附着，因为这些元素（卤、氧、硫）的外电子层缺乏电子,有大的电子亲合势，它们称为阴电元素。当存在阴电性气体时，即使是少量的，也能大大减弱电子电离，抑制气体放电。显然，在任一距离内净剩的电子数是由

10、电离所造成的电子数和因附着而损失的电子数之差。空气中阴电晕产生电子是这种情况的一个代表。在电晕极限的强电场区域内释放出来的电子又产生许多新的电子，这是新生的数量大，附着的数量少，但离开极线较远则电场较弱，电子附着占优势，于是电子数减少，最终由于都附着于气体分子形成阴离子而消失。电子附着对保持稳定的阴电晕是很重要的。因为气体的迁移速度是自由电子的1/100,如没有电子附着而形成的大量阴离子，则迁移速度高的自由电子就会迅速流至阳极，这样便不能在电极之间形成稳定的空间电荷。差不多在达到电晕始发电压时就会发生火花放电。在没有电子附着的情况下，如某些气体N2、H2等，在很纯的情况下，完全不能由电子附着形

11、成阴离子，就只能采用阳电晕。因为阳电晕中的电流载体是速度比较小的阳离子。气体放电可分为自持的和非自持的两类。自持的是指放电仅靠电位来维持，不需要外来的电离方法。电晕放电是自持的一种。非自持的则受外界电离剂的作用。气体导电与固体或液体的导电有着本质上的区别。固体和液体的导电是由于自由电子或离子的存在，在外加电场的作用下，它们通过介质移动而形成电流，例如，在金属中携带电荷的载体是自由电子，它们通过金属的晶格结构，在移动中几乎不受到任何阻力。在半导体中，携带电荷的载体为电子和所谓的“空穴至于像水或盐的溶液，其电荷的载体为自由的电解离子。气体中的导电则不然，与固体和液体相反，气体中不存在自发的离子，它

12、必须依靠外力，依靠电离过程才能产生离子。电晕放电的电晕区和电晕外区示意图二、电晕的形成如果在两块平行板之间建立电位差，则形成的是均匀电场。当电位差增大到一定值时，电场中任一点的场强也均增大到某一定值。如达到一个临界值，整个电场就都发生电击穿，在板之间产生火花放电。此时，虽然极板间通过的电流大，但只限于在狭条通道中产生气体离子，这种情况还能使尘粒有效地荷电，而且火花会扰动收尘电极上的灰尘层，从而减低收尘效率。如果在曲率很大的表面（如一尖端或一根细线）和一根管子或一块板之间有电位差，则能形成非均匀电场而产生电晕放电。虽然交流电压也能产生电晕，但交流电晕使荷电粒子产生摆动运动，而直流电晕则产生把离子

13、驱向收尘电极的稳定的力，所以电除尘通常都是单极放电。电除尘中所采用的单极性电晕是在放电电极和收尘电极间形成的稳定的自发发生的气体放电，电离过程局限在放电电极邻近的强电场中的辉光区或邻近辉光区的地方，如下图所示：阳电晕或阴电晕的存在有两个主要条件：1）在电晕电极附近必须有充足的电离源；2）在电离区发射出的离子必须能在电晕外区生成有效的空间电荷。在密度很大的气体中采用细金属线（或其它具有锐边或尖点的材料）作为电晕电极就可满足第一条件。根据电极极性的不同，电晕有阳电晕与阴电晕之分。当放电电极和高压直流电源的阴极连接时，就产生阴电晕。1 .阴电晕形成机理概括一下，由于自然界的放射性、宇宙线、紫外线等的

14、作用，气体通常是包含一些被电离的分子和自由电子的。在达到一定电位差的非均匀电场中，靠近阴极线的强电场强区域内，自由电子从电场获得能量（足够），由于和气体分子碰撞而产生阳离子和新的电子，这些新电子又被加速而产生进一步的电离，于是形成被称为“电子雪崩”的积累过程。阳离子被加速引向阴极线，使阴极表面释放出维持放电所必需的二次电子，同时，来自电晕区域的紫外线光子也使极线释放电子或使周围气体光化电离。在强电场区域以外，电子逐渐减慢到小于碰撞电离所必需的速度，并附着在气体分子上形成气体离子。这些气体离子向集尘极运动，其速度和它们的电荷及电场强度成比例，这些离子构成电晕区以外整个空间的唯一电流。阴电晕：形成

15、只是在很大的电子亲和力的气体或混和气体中有可能。外观：在放电电极周围有一连串光点或刷毛状辉光。阳电晕的形成机制与阴电晕显著不同，在阳电晕情况下，靠近阳极的放电极线的强电场空间内，自由电子和气体分子碰撞形成电子雪崩过程。这些电子向着极线运动，而气体阳离子则离开极线向强度逐步降低的电场运动，成为电晕外区空间内的全部电流。阳电晕：外观：比较光滑，均匀的，蓝色的亮光包着整个放电电极表面，这种电离过程有扩散性质。2 .电晕起始电压电晕起始电压指开始发生电晕放电时的电压，也称临界电压，与之相应的场强称为电晕起始场强或临界场强。3 .电晕起始电压电晕起始电压指开始发生电晕放电时的电压，也称临界电压，与之相应的场强称为电晕起始场强或临界场强。Er=上一o为真空中的介电系数，o=8.85X10T2库仑2/牛顿.米22祐Or而任一点的场强等于该点的电位梯度的负值，即Er=-4上(8-2)drV通过积分变换(见书)得：Er=t-(8-3)rln%此时为任一点场强与电压的关系，式中：V电压；I半径(距电晕线的距离r)；a电晕线半径；b集尘管半径。(83)式表明在电晕开始发生之前，管式电除尘器中任一点的场强Er随极间电压V的升高，据电晕线的距离的减小而增大。当r=a在电晕线表面上时，Er达最大。电晕开始发生所需的场强取决于几何因素及气体的性质。皮克(peek)通过大量实验研究，提出了计算在空