电除尘器设计报告
中文摘要：本次电除尘器的设计遵循设计要求，全面了解电除尘器的除尘机理，总结了近10年来国内外电除尘器研究、发展情况，全面掌握电除尘器的结构，根据所学习知识和实践所得，设计出结构合理，数据准确，符合设计要求并有所创新的电除尘器。
Abstract:The design of electrostatic precipitator to follow Follow the design requirements, Summarizes the electrostatic precipitator at home and abroad in the past 10 years of research and development. Comprehensive knowledge structure of ESP, derived from the knowledge and practice based learning, design a reasonable structure, accurate data, meet the design requirements and innovations of electrostatic precipitators.
关键词：除尘器结构; 设计；计算
Keywords： electrostatic precipitator structure；Design；Calculate
1、 前言
电除尘器已有100 多年的发展历史，由于其具有处理烟气量大、除尘效率高、设备阻力低、适应烟温范围宽、全钢结构、使用简单可靠、运行维护费用较低、且无二次污染等优点，已成为火电和很多行业除尘设备的首选[1]
。我国以燃煤为主的能源结构将较长期维持，煤炭燃烧是我国粉尘污染的主要来源之一，我国燃煤锅炉用煤量2010 年达到16亿t，2020 年达到 19.5亿 t，我国燃煤锅炉粉尘污染治理任重道远。
1.1、 选题背景
随着工业的不断发展，人类环保意识的逐渐增强，空气质量也逐渐被人们重视。目前人们对大气污染的关注已由局地的或区域的污染扩至全球气候变化；关注的污染物也不仅只是常规的一次污染物，人们越来越关注二次污染物和一些微量的有毒有害物质对环境和人体健康的影响；大气污染控制技术也成为以清洁生产为中心的全过程控制。所以电除尘器作为高效除尘设备在世界各国都得到广泛的重视。
1.2、 国内外研究现状分析
ESP 是工业的主要设备之一炉烟气治理，由于以其先进的机制，节能、 高性能、 运行可靠、 简单维护和运行成本低[2]。到目前为止，我国已投产燃煤电厂绝大部分采用电除尘器，约占火电装机容量的90% ～95%[1]。但是由于历史原因，我国设计的电除尘器比集尘面积普遍偏小，即使是2003 年国家新排放标准发布后，大部分比集尘面积极在 80 ～110m2/( m3/s) 之间[3]
。而由于我国燃煤资源紧缺，电厂实际燃用煤种偏离设计值的情况十分突出，所以部分电厂的电除尘器出口粉尘浓度超标，造成了各界对电除尘器技
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术能否达到新标准的怀疑。在电除尘器技术创新方面，针对当前燃煤电厂电除尘器面临的新排放标准、煤种复杂多变、反电晕。等问题，国内研究人员做了大量的工作，成功开发烟气调质技术、新型双区或多区电除尘技术、电凝聚技术、新型电晕线、高频电源、脉冲电源、断电振打等新技术，为新形势下燃煤锅炉粉尘治理应用电除尘器实现高效率低能耗运行提供了可以自由选择的、有多种组合的、灵活的技术方案。
美国、日本和欧盟等发达国家均对新建电厂提出了严格的要求，排放限值一般在30mg/m3 以下。美国应用电除尘器比例约占80%，欧盟约占85%，在日本则绝大部分采用电除尘器[5]。欧美等西方国家经电除尘器处理后烟尘排放浓度均小于30mg/m3。即使是像印度这样的发展中国家，NTPC Talcher 项
目4 ×500MW机组配套电除尘器，其性能测试出口排放浓度为 12mg/m3。欧洲暖通空调协会联盟组织认为:“干式电除尘器的排放在10 ～20mg/m3 是比较平常的事情，而且还可以保证降到5mg/m3 的极限值。当前国际先进国家电除尘器技术研究的方向，主要是围绕提高后级电场除尘效率、捕集细微粉尘、克服反电晕、达到极低排放要求的本体创新和新型电源开发[1]。
1.3、 目前电除尘器存在的主要问题
1.3.1、一般问题
粉尘比电阻太高； 极板二次扬尘； 气流分布不均；
振打不当或振打力偏小。 1.3.2、机械问题
电极未对中； 阴极线扭曲或偏窄； 电晕线晃动；
电晕线或集尘板积尘太多； 灰斗、外壳或管道漏风； 导流叶片气流分布板积灰。 1.3.3、运行问题
灰斗内装灰太满； 电场短路、断线等； 气流量太大，超负荷运行；
粉尘浓度太高或排放浓度超过排放标准[6]。
1.4、 选题的目的及意义
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本课题主要为了进一步理解电除尘器的除尘原理以及主要部分，利用所学的知识设计出一个较合理、实用的电除尘器，从而达到所需要的除尘效率，是烟气得到净化。
在设计的过程中对电除尘器有一个宏观的了解，从而将知识应用到实践中以及通过设计出一个理想的电除尘器，使工业排出的烟气含量达标，从而净化大气，减少烟气对环境的危害。
1.5、 设计要求及要解决的问题
设计除尘效率93%，电场数为5，烟气入口浓度为29g/m3，设计所选择烟气流量为80m3/s, 所设计的电除尘器首先性能要稳定，满足除尘效率的要求；耗电少,运行经济；机械性能高，噪声小。设计要掌握电除尘器的基本原理和主要结构的原理、选型以及有关参数的选择，从而使所设计的电除尘器达到所需要的除尘效率，使烟气达标排放。
2、 电除尘器设计方案论证
2.1 、电除尘器基本原理
电除尘器是一种烟气净化设备，它的工作原理是：烟气中灰尘尘粒通过高压静电场时，与电极间的正负离子和电子发生碰撞而荷电(或在离子扩散运动中荷电)，带上电子和离子的尘粒在电场力的作用下向异性电极运动并积附在异性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化，达到保护大气，保护环境的目的。
电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行分离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。其原理涉及悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘板表面清除等三个基本过程。它主要分为四个阶段[7]： 2.1.1、施加电场
在一对电极之间施加电压就可以建立电场，它的作用是：(a)在高压放电极附近的场强很强，造成气体电离，产生大量离子，形成电晕放电的必要条件；（b）电场促使离子与尘粒碰撞，使尘粒荷电；（c）驱动荷电尘粒向收尘极移动。 2.1.2、气体电离
电晕极与收尘极之间施加足够高的直流电压，当非均匀电场的电位差增加到一定值时气体中的大量自由电子有了足够能量与气体中性分子发生碰撞并使之离子化结果又产生大量电子和正离子，失去能量的电子与其他中性气体分子结合成负离子，这就是气体电离。电子带负电, 受电场力作用下迅速向阳极运动, 而正离子向阴极运动撞击阴极使阴极释放出二次电子, 因此
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在电晕区内就产生放电条件, 形成电晕。电场中离子的迁移速度与电场强度成正比：
u0 =Ki E
式中：u0—离子的迁移速度，m/s ;E—电场强度，V/m;Ki—离子迁移率，m2/（V.m）
集尘板气体分子电晕线电晕区
图1 电晕放电原理图
2.1.3、粉尘的荷电
粒子荷电是通过自由电子、粒子与粉尘离子碰撞，并附着于粉尘粒子之上而完成的。尘粒荷电量的大小与尘粒粒径，电场强度及停留时间等因素有关，通常认为尘粒荷电有两个主要机理[8]：电场荷电和扩散荷电。电场荷电是在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。对半径大于0.5微米的尘粒，电场荷电起主导作用。扩散荷电是由离子的热运动引起的。对半径小于0.2微米的尘粒，则为扩散荷电起主导作用。而半径在0.2-0.5微米之间的尘粒，两者均起作用。 2.1.4、收尘
荷电粉尘在电场中受电场力的作用被驱往收尘板，经过一定时间后达到收尘极表面，放出所带电荷而沉集其上。收尘极表面上的粉尘沉集到一定厚度后，用机械振打等方法将其清除掉，使之落入下部灰斗中。 2.1.5、尘粒的运动和捕集
（1） 尘粒所受的力及运动规律
处于集尘板和电晕极之间的荷电尘粒，受到四种力的作用：重力、静电力、惯性力、介质的阻力。
粒子的驱进速度为
ω=qEp/(3πμdp)
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在一般电除尘器中，荷电电场强度E和集尘区电场强度Ep是近似相等的。
（2） 荷电尘粒的捕集
在电除尘器中，尘粒的捕集与许多因素有关，如尘粒的比电阻、介电常数和密度、气流速度、温度和湿度以及集尘板的表面状态等。
提高电除尘器捕集效率有许多途径，其典型例子为“德意希公式”，其做出的假定为：除尘器中气流为湍流状态：在垂直与集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的。粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程：忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响。此公式概括了分级除尘效率和集尘板面积。
气流流量和颗粒驱进速度之间的关系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。 2.1.6、振打清灰装置
粉尘荷电后，在电场作用下，各自按其所带电荷的极性不同，向极性相反的电极运动，并沉积于其上。从集尘板清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流。粉尘重新进入气流可能产生于气流把粉尘从集尘板表面直接吹起，振打电极使粉尘重新弥散与气流，或者把捕集的粉尘从灰斗卷起。
在干式电除尘器中一般使用电极振打的方式清灰。振打系统必须高度可靠。既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率。两种主要的常用振打器是电磁型和挠臂锤型。粉尘荷电后，在电场作用下，各自按其所带电荷的极性不同，向极性相反的电极运动，并沉积于其上。
2.2 、电除尘器分类及特征
2.2.1 、按集尘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。 2.2.2 、按气流流动方式分为立式和卧式电除尘器
立式电除尘器中的气流是自下而上垂直运动，一般用于烟气流量较小，除尘效率不太高的场合。立式电除尘器较高，气体通常直接排入大气，所以在正压下进行。它的主要优点是占地面积小。
卧式电除尘器内的气流是沿水平方向流动。它的优点是按照不同除尘效率的要求，可任意增加电场长度和电场个数；能分段供电；适合于负压操作。
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