第六章 除塵裝置

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1、第六章 除塵裝置 §6-１機(jī)械除塵器 重點(diǎn)：１.重力沉降室的設(shè)計(jì) 　 2．旋風(fēng)除塵器的工作原理 　　 3．旋風(fēng)除塵器的壓力損失結(jié)構(gòu)及影響除塵效率的因素 機(jī)械力除塵裝置是相對(duì)電除塵器而言。除重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器外，還包括濕式除塵器和袋式除塵器等,其除塵機(jī)理可概括為五個(gè)方面： 1．重力沉降：氣流中的塵粒依靠重力自然沉降,從氣流中分離出來(lái)。主要適用于粒徑較大的塵粒,沉降速度V較小。 ２.離心碰撞：含塵氣流作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),在慣性離心力作用下，塵粒和氣流產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),使塵粒從氣流中分離。主要適用于１０μm以上的塵粒。 ３．慣性碰撞：含塵氣流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物（

2、如擋板、水滴等)時(shí)，氣流會(huì)改變方向而繞流,細(xì)小的塵粒會(huì)隨氣流一起流動(dòng),而較大的塵粒慣性較大，則脫離流線保持自身的慣性運(yùn)動(dòng)，于是塵粒就和物體發(fā)生了碰撞。見(jiàn)圖5-1（ａ）. ４．滯留：細(xì)小的塵粒隨氣流繞流時(shí)，如流線和物體表面靠得很近,有些塵粒就和物體表面接觸,從氣流中分離出來(lái).見(jiàn)圖5—２(b）。 5．?dāng)U散：小于1μm的微小粒子在氣流中會(huì)和氣體一樣作不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng) 隨粒徑減小而增大。若作布朗運(yùn)動(dòng)的塵粒和物體表面接觸，就可能從氣流中分離,這種分離機(jī)理稱為擴(kuò)散。見(jiàn)圖5－１（ｃ）。 除此之外，還涉及篩濾、靜電力和聲波凝聚作用等. 一、重力沉降室 重力沉降室是通過(guò)重力從氣流中分離塵粒

3、的。其結(jié)構(gòu)如圖所示. 沉降室可能是所有空氣污染控制裝置中最簡(jiǎn)單和最粗糙的裝置。就其本身的特點(diǎn)而論,有廣泛的用途。能用于分離顆粒分布中的大顆粒，在某些情況下，其本身就是能進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈廴究刂?，它的主要用途是?duì)更有效的控制裝置作為一種初篩選裝置。在大顆粒特別多的地方,沉降室能除掉顆粒分布中的大量大顆粒，這些顆粒如不除掉，就要堵塞其它控制裝置。 （一） 原理：利用含塵氣體中的顆粒受重力作用而自然沉降的原理.含塵氣流進(jìn)入沉降室后，引流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速迅速下降，氣流為層流，塵粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降. a．沉降速度 由第三章可知，懸浮在空氣中的塵粒在重力作用下降落時(shí)，起初作加速運(yùn)動(dòng),但當(dāng)

4、空氣的阻力增大到使塵粒所受的合力為零時(shí)，它就開(kāi)始作勻速下降,塵粒的降落速度達(dá)到最大恒定速度,該速度即為沉降速度us。 層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep≤1,對(duì)球形粒子而言： 　 　 　 　 　 （6－2） 當(dāng)介質(zhì)為空氣時(shí)ρp〉>ρ則有： 　 　 　(6-3) 由上式可見(jiàn)Ｖt，若dp小,則Vｔ就小,故小顆粒就難分離。 若將雷諾數(shù)Ｒeｐ=1代入,可求出塵粒沉降時(shí)的臨界粒徑dc。 　 　 　得 　 代入(６—2)得: 　 　 　 　 　 　 　(6—４） 一般說(shuō)來(lái)方程式6-3應(yīng)用于粒徑小于５０μｍ的球形塵粒，小于100μｍ得塵粒誤差也不

5、大.工業(yè)粉塵粒徑大致為1-1０0μm，粒徑小于5μｍ的塵粒實(shí)際沉降速度要比Sｔoｃｋｓ定律預(yù)示的大,需修正。故dp≤５μm的塵粒:uｓ＝c·ｕｓ·Stockｓ ｃ為修正系數(shù),在空氣中溫度為2０℃，壓強(qiáng)為１atｍ時(shí), ｄp為μm。 在其它溫度下，Ｋc值就變化, （二） 重力沉降室的設(shè)計(jì) 假設(shè)通過(guò)重力沉降室斷面的水平氣流的速度V分布式均勻的，呈層流狀態(tài);入口斷面上粉塵分布均勻（即每個(gè)顆粒以自己的沉降末端速度沉降，互不影響）；在氣流流動(dòng)方向上塵粒和氣流速度相等，就可得到除塵設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單模式。 1．沉降時(shí)間和（最小粒徑時(shí)的）沉降速度 塵粒的沉降速度為Vt，沉降室的長(zhǎng)、寬、高分別為Ｌ、W、H

6、,要使沉降速度為Vt的塵粒在沉降室內(nèi)全部去除,氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間 t（）應(yīng)大于或等于塵粒從頂部沉降到灰斗的時(shí)間(），即： 將 　代入上式，可求出沉降室能１０0％捕集的最小粒徑dmin 上式是在理想狀況下得到的,實(shí)際中常出現(xiàn)反混現(xiàn)象,工程上常用3６代替式中的18,這樣理論和實(shí)踐更接近。室內(nèi)的氣流速度u應(yīng)根據(jù)塵粒的密度和粒徑確定.常取0.3-0.5m/s，一般取0.2—2m/ｓ. 沉降室的設(shè)計(jì):概括1．沉降時(shí)間,2。沉降速度（按要求沉降的最小顆粒) 2。沉降室尺寸 先按算出捕集塵粒的沉降速度ｕs，在假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流速度Ｖ和沉降室高度H(或?qū)挾龋祝笄蟪两凳业拈L(zhǎng)度

7、和寬度（或高度)。 Q=WＨV=WLVt 沉降室長(zhǎng)度: 沉降室寬度： 　 ?。褳樘幚須饬髁?m3/s （三）沉降室的結(jié)構(gòu) 重力除塵一般是讓氣流慢慢地通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而體積較大的除塵室，這樣可為顆粒提供落入底部灰斗的機(jī)會(huì).顆粒需要降落的距離可通過(guò)在除塵室中放置一些水平隔板而縮短。 類(lèi)型:重力沉降室可放置導(dǎo)流板,以改變氣流的方向,以產(chǎn)生慣性作用，也可利用魚(yú)鱗板、百葉窗以產(chǎn)生慣性作用.有單層沉降室，有多層沉降式（平行的放置一些隔板)。折流板式沉降室(垂直的折流板安裝在沉降室的頂部,慣性作用力會(huì)增強(qiáng)顆粒的重力作用。當(dāng)氣流被繞過(guò)折流板底部的時(shí)候，由于氣流路徑上這段彎曲部分的慣性作用

8、,顆粒被分離下來(lái)。 四、實(shí)際性能和測(cè)試 沉降式的實(shí)際性能幾乎從不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或測(cè)試，在最好的情況下，這種裝置也只能作為氣體的初級(jí)凈化，除去最大和最重的顆粒。沉降室的除塵效率約為４0—70％，僅用于分離dp>50μm的塵粒。穿過(guò)沉降室的顆粒物必須用其它的裝置繼續(xù)捕集。 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易維護(hù)管理、壓損?。?0—１３０Pa). 缺點(diǎn):占地面積大、除塵效率低。 1．設(shè)計(jì)要求 （１)。保證粉塵能沉降,Ｌ足夠長(zhǎng)； （2)．氣流在沉降室的停留時(shí)間要大于塵粒沉降所需的時(shí)間. （3)．能100%沉降的最小粒徑 　 2．設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 根據(jù)粒徑dp算出1)Ｖt；2)初始確定：

9、Ｖ、H,，根據(jù)求長(zhǎng)度L。 3)根據(jù)進(jìn)氣量Q求寬度B，Q=VＢＨ． 二、旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的，用來(lái)分離粒徑大于５—10μm以上的的顆粒物。工業(yè)上已有100多年的歷史. 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失中等,動(dòng)力消耗不大,可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。 優(yōu)點(diǎn):效率80%左右，捕集<5μm顆粒的效率不高，一般作預(yù)除塵用。 (一)工作原理 1．旋風(fēng)器內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng) 氣流運(yùn)動(dòng):從宏觀上看,可歸結(jié)為三個(gè)運(yùn)動(dòng)：外渦流、內(nèi)渦流、上渦流。 普通旋風(fēng)器由筒體、錐體、排出管等部分組

10、成，見(jiàn)圖7—８Ｐ２89。含塵氣流由進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入除塵器后，沿器壁由上而下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股旋轉(zhuǎn)向下的氣流稱為外渦旋（外渦流）,外渦旋到達(dá)錐體底部轉(zhuǎn)而沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)渦旋（內(nèi)渦流）。外渦旋和內(nèi)渦旋的旋轉(zhuǎn)方向相同，含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),塵粒在慣性離心力推動(dòng)下移向外壁,到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。 　　 　 　　 　　　 氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部壓力下降，一部分氣流會(huì)帶著細(xì)塵粒沿外壁面旋轉(zhuǎn)向上,到達(dá)頂部后，在沿排出管旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股旋轉(zhuǎn)向上的氣流稱為上渦旋. 旋風(fēng)分離器內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)是很復(fù)雜的,

11、除切向和軸向運(yùn)動(dòng)外，還有徑向運(yùn)動(dòng).在這里，上渦旋不利于除塵. 如何減少上渦旋，降低底部的二次夾帶及出口室氣流旋轉(zhuǎn)所消耗的動(dòng)力，成為當(dāng)前改進(jìn)旋風(fēng)器的主要問(wèn)題。V出＝1５-30m/ｓ 對(duì)同樣流量的氣流而言，旋風(fēng)分離器比重力沉降室小得多，但動(dòng)力消耗多。 2．氣流的速度 為方便，常把內(nèi)外旋流氣體的運(yùn)動(dòng)分解為三個(gè)速度分量：切向速度Vθ、徑向速度Vr、軸向速度Ｖｚ. 1）切向速度 切向速度時(shí)決定氣流合速度大小的主要速度分量，也是決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力和顆粒捕集效率的主要因素。切向速度的分布見(jiàn)書(shū)P２90。 切向速度分布規(guī)律： 外渦流：Ｖθ隨半徑r的減小而增大， ｎ＝0。5,有 內(nèi)渦流：Ｖθ隨半

12、徑r的減小而增大,n＝—1, 有 內(nèi)外渦流交界面:n=0，有Vθ最大，交界面半徑 2）.徑向速度：Vr 假設(shè)內(nèi)外渦旋的交界面是圓柱面,外渦旋均勻通過(guò)該柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋,那麼認(rèn)為氣流通過(guò)此圓柱面時(shí)的平均速度就是外渦旋氣流的平均徑向速度Vｒ。 Q——處理氣體量; F-—假想圓柱面表面積。 （到底部才由外轉(zhuǎn)為內(nèi),這種假設(shè)值得驗(yàn)證) 3．降壓器內(nèi)的壓力分布 壓力分布見(jiàn)Ｐ29０圖7-9 全壓和靜壓在徑向變化非常顯著，由外壁向軸心逐漸降低，軸心處為負(fù)值。 （二）旋風(fēng)除塵器內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)及分離過(guò)程 旋風(fēng)器內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及分離過(guò)程見(jiàn)圖: 現(xiàn)跟蹤進(jìn)入旋風(fēng)器的五個(gè)顆

13、粒的運(yùn)動(dòng)。設(shè)2、4號(hào)粒徑較大,3、５號(hào)粒徑較小，1號(hào)為不同粒徑的顆粒。 １號(hào) 幾乎是直線軌跡隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)器，在１a位置上與器壁相碰撞，由于其入射角非常小，碰撞后沿器壁滑動(dòng),受重力下落進(jìn)入收塵室，完成與氣流的分離過(guò)程,代表的分離過(guò)程為一次分離,氣流中的多數(shù)粒子是按此方式分離. 3、5號(hào) 與器壁碰撞于3a、5ａ點(diǎn)之后被反彈回來(lái)，在碰撞點(diǎn)顆粒將動(dòng)能傳給內(nèi)壁,由于dp很小,其速度和離心力都大大減小。這些小顆粒在徑向氣流摩擦力的強(qiáng)烈影響下,返回到氣流中不再與器壁碰撞,并在點(diǎn)3b、5ｂ處被氣流帶入出口管逸出.3、5號(hào)代表那些不能從氣流中分離出來(lái)的部分顆粒（小粒子). 2、4號(hào)　 進(jìn)入后與器壁碰

14、撞于點(diǎn)2a、4a,由于入射角較大，不能沿壁滑動(dòng)而反彈到2b點(diǎn)。2號(hào)因其ｄp較大,在一次碰撞后所剩動(dòng)能足以使它與器壁產(chǎn)生二次碰撞于2b點(diǎn),在此獲得分離，此種分離稱為二次分離。4號(hào)顆粒在反彈后于４b處由三種去向： a． 被氣流帶到4d處出排出管; b． 由4ｂ到4c發(fā)生二次分離； c． 由４b到4ｃ'到4ｃ’’沿螺旋線最終得到分離。 一次分離發(fā)生在圓筒形進(jìn)氣室,且?guī)缀跛腥肷漭^小的顆粒,只要與器壁碰撞都可能發(fā)生一次分離. 二次分離發(fā)生在漩渦室，且只有一定粒徑的顆粒才發(fā)生二次分離，入射角很大的小顆粒則很易發(fā)生返回被氣流從出口管代處.所以設(shè)計(jì)氣流入口時(shí)應(yīng)注意減小顆粒的入射角。 （三)旋風(fēng)除

15、塵器分離性能 1.顆粒的分離直徑 旋風(fēng)除塵器的除塵效率與顆粒的直徑有關(guān)，直徑愈大，效率愈高。當(dāng)ｄp達(dá)到某一值時(shí)，其除塵效率可達(dá)１00％，此時(shí)的顆粒直徑為全分離直徑ｄc１0０(臨界直徑）,同樣，η為50％時(shí)的顆粒直徑為半分離直徑dc50(切割直徑)。 分離直徑越小,除塵其性能越好。 半分離直徑的求法： ①．拉波爾經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式：適用于切線、螺旋、蝸殼式入口旋風(fēng)器。 　 H、B-—?dú)饬魅肟诘膶挾扰c高度； L1、L2——圓筒與圓錐的高度。 ②．根據(jù)假想圓筒理論求dc５0 塵粒在旋風(fēng)器中受到兩個(gè)力的作用: 離心力fｔ： 向心力(徑向氣流阻力）fｄ：　 　　　 　

16、 （Rep≤1時(shí)） 在交界面上塵粒有三種情況： ①ft>fｄ 移向外壁 ②fd>ft 移向內(nèi)壁 ③ｆt=fd 　 　進(jìn)去50％,出來(lái)50％,即除塵效率為5０％。 　 ft=fd 　得: 　 　　 　 當(dāng)處理氣量為Q(ｍ３/s)時(shí)，則 代入上式得:　　 　 2。捕集效率 ①．經(jīng)驗(yàn)式：水田木村典夫 　　　 　 D--旋風(fēng)器的直徑 ②．由的關(guān)系圖查取 ③． （四）影響效率的因素 １．工作條件 １)進(jìn)口速度VＩ，VＩ增大，則切向速度Vθ增大，dcp減小,效率增大。但不能過(guò)大，過(guò)大會(huì)影響氣流運(yùn)動(dòng)的方向（劇烈、方向混亂），破壞了正常的渦流運(yùn)動(dòng)

17、，另外阻力會(huì)加大，故常選用V２=１2—25ｍ／s。 2）.除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸 一般而言，直徑越小，F(xiàn)t越大，則效率越小,過(guò)小易逃逸。出口管直徑減小,則r0減小,減少了內(nèi)渦旋,則效率增大。但dpp減小阻力會(huì)增大，故不能太小。 筒體長(zhǎng)度增大,則效率增大,但過(guò)大阻力會(huì)增大，所以,筒體長(zhǎng)度不大于5倍筒體直徑。另外,希望錐體長(zhǎng)度大一點(diǎn),這樣會(huì)使切向速度大和距器壁短。 旋風(fēng)器斜放對(duì)效率影響不大. 2．流體性質(zhì) 對(duì)于氣體而言，μ增大對(duì)除塵不利，dcp增大，效率減小。溫度增大，則μ增大，溫度高或μ增大都會(huì)使效率減小。 粉塵粒徑與密度:離心力跟粒徑的三次方成正比，向心力跟粒徑的一次 方成正比.綜合

18、來(lái)說(shuō),dp增大則效率增大,又因?yàn)樗?，ρｐ小，難分離 ,影響捕集效率。 3.分離器的氣密性 漏風(fēng)率:０%　、 ５％ 、　15％ η： 9０%、 50%、 0 要求保證旋風(fēng)器的嚴(yán)密性。 旋風(fēng)器一般:①用于粒子較大（>1０μm）的場(chǎng)合； 　 　　 　 　 ②除塵效率不太高; 　 　 　③濃度較高時(shí)作為初級(jí)處理； 　 　　 　 ④可串聯(lián)使用。 （五）旋風(fēng)除塵器的分類(lèi)及選型 （一）旋風(fēng)除塵器的分類(lèi) 1．按氣體流動(dòng)狀況分： 切流返轉(zhuǎn)式旋風(fēng)除塵器:常用的型式為直入式和螺殼式。含塵氣體由筒體沿側(cè)面沿切線方向?qū)搿? 軸流式旋轉(zhuǎn)除塵器：軸流直流式和軸流反

19、旋式。 ２．按結(jié)構(gòu)形式分：圓筒體、長(zhǎng)錐體、旁通式、擴(kuò)散式。 (二)旋風(fēng)除塵器的選型 旋風(fēng)除塵器的選型一般選用計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法。 計(jì)算法：①由入口濃度c0，出口濃度ce(或排放標(biāo)準(zhǔn))計(jì)算除塵效率η; 　　　　 　②選結(jié)構(gòu)型式； 　 　③根據(jù)選用的除塵器的分級(jí)效率ηd（分級(jí)效率曲線）和凈化粉塵的粒徑頻度分布f０，計(jì)算ηＴ，若ηT＞η，即滿足要求，否則按要求重新計(jì)算。 　 ④確定型號(hào)規(guī)格 　　 　 ⑤計(jì)算壓力損失. 經(jīng)驗(yàn)法:①計(jì)算所要求的除塵效率η； ②選定除塵器的結(jié)構(gòu)型式; ③根據(jù)選用的除塵器的η—Ｖi實(shí)驗(yàn)曲線，確

20、定入口風(fēng)速Vｉ； ④根據(jù)氣量Ｑ，入口風(fēng)速Vi計(jì)算進(jìn)口面積A; 　　 ⑤由旋風(fēng)器的類(lèi)型系數(shù)求除塵器筒體直徑D，然后便從手冊(cè)中查到所需的型號(hào)規(guī)格. （六)旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì) 步驟：尺寸比例確定；旋風(fēng)除塵器的壓力降；效率。 尺寸比例 1。筒體直徑Ｄ：Ｄ愈小，愈能分離細(xì)小顆粒，但過(guò)小易引起堵塞。為此，有人用作為限制指標(biāo)。D:１50－2０0mm~800－１100ｍｍ 若處理氣量大，可并聯(lián)使用或采用多管式旋風(fēng)器. 2。入口尺寸(圓形和矩形） 為減小顆粒的入射角，一般采用矩形（長(zhǎng)Ｈ、寬B、面積A、) 　　 類(lèi)型系數(shù)k一般取0.０7－0.３,蝸殼型入口的k較大，D較小,處理氣

21、量Q大,H/Ｂ為２-4。 3。排氣管:多為圓形，且與筒體同心，一般d＝（0。4-0。6）D０。 深度h：切線式h小,則壓損小，但效率降低。經(jīng)驗(yàn)?。琛?Dｅ或稍低于入口管底部. 4。筒體L1，錐體L2:L1=（1.４－2.0）D 　 　　 　 　 L2=（2.0－３．0）Ｄ L1+　L２≤5D≈（3-4)Ｄ 　 　 　　 L１／ L2≈1。5/2.5較宜。 5。圓錐角α：一般取20?—30? 6.排塵口直徑Dc：Dc=(0．25－0。5)D0,一般Dc≥７０ｍm，表７。２列出了一般除塵器與高效旋風(fēng)除塵器各部件的尺寸比例,多

22、數(shù)情況都符合此比例. 旋風(fēng)除塵器的壓力降 旋風(fēng)除塵器的壓力損失與其結(jié)構(gòu)型時(shí),運(yùn)行條件等因素有關(guān)。據(jù)實(shí)驗(yàn)，旋風(fēng)器的壓力降與進(jìn)口速度的平方成正比。 　　　 　　ξ——旋風(fēng)器的阻力系數(shù) ξ的求法：1）Ｓhｅpherd—Lａｐpｌe式， 　 　2）Louis—Thodoｒe式， 　 第　11　次課 　　 ?。? 　 學(xué)時(shí) 上次課復(fù)習(xí)： １、重力沉降室和旋風(fēng)除塵器的工作原理; 2、影響旋風(fēng)除塵器除塵效率的因素； ３、旋風(fēng)除塵器的壓力損失、結(jié)構(gòu)。 本次課題（或教材章節(jié)題目）： 第八章 電除塵器 第一節(jié) 電除塵器的的分類(lèi)和特點(diǎn) 第二節(jié) 點(diǎn)除塵器的

23、工作原理 教學(xué)要求：1、理解并掌握電除塵器的工作過(guò)程及原理; ２、掌握影響電除塵器電暈放電機(jī)理。 重 　 　點(diǎn): 1. 電除塵器的工作原理; 2。 電除塵器的分類(lèi); ３．　電暈放電 難　　 點(diǎn)：電除塵器工作原理 教學(xué)手段及教具：多媒體 講授內(nèi)容及時(shí)間分配: 　 1．電除塵器的分類(lèi)和特點(diǎn) 2．電除塵器的工作原理 講課時(shí)間：2學(xué)時(shí) 課后作業(yè) Ｐ229 ８。12 ?。?1３ 參考資料 第二節(jié) 電除塵器 §２-1概述 一、電除塵的性能特點(diǎn) 氣體除塵從廣義上來(lái)說(shuō)可以分為機(jī)械方法和電氣方法兩大類(lèi)。機(jī)械的方法包括基本上依靠慣性力和機(jī)械力回收

24、粒子的一切方法在內(nèi)，如重力沉降法、離心分離法、氣體洗滌法、介質(zhì)過(guò)濾法等等。電氣的方法就是電除塵.它與一切機(jī)械方法的區(qū)別在于作用在懸浮粒子上的使粒子與氣體分離的力。 特點(diǎn): 1． 分離的作用力直接施之于粒子本身，這種力是由電場(chǎng)中粉塵荷電引起的庫(kù)侖力，而機(jī)械方法大多把作用力作用在整個(gè)氣體。 2． 直接作用的結(jié)果使得電除塵器比其它除塵器所需功率最少,氣流阻力最小。處理1０00m３/h的氣體，耗電0。1-0。8度，ΔＰ＝１００~10０0Pa. 3． 它既不象重力沉降法或慣性法那樣只限于回收粗粒子，也不象介質(zhì)過(guò)濾法或洗滌法那樣受到氣體運(yùn)動(dòng)阻力的限制,能回收微型范圍的細(xì)小粒子。(1μm左右的)

25、4． 除塵效率高，一般在95－99%.處理氣量大，可應(yīng)用于高溫、高壓，具有克服氣體和粒子腐蝕的能力。連續(xù)操作并可自動(dòng)化，故廣泛應(yīng)用于許多方面.（國(guó)外) 冶金領(lǐng)域:銅、鉛、鋅冶煉廠,貴金屬回收(回收金）;鋼鐵工業(yè)方面；水泥生產(chǎn)方面;化學(xué)工業(yè)和工藝過(guò)程方面；燃料煤氣的脫焦；煤煙的除塵;炭黑的回收；造紙廠中的應(yīng)用；電力生產(chǎn)中的應(yīng)用；電子工業(yè)的空氣凈化等等. 由于除塵器的主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大,消耗鋼材多，初投資大,要求安裝和運(yùn)行管理技術(shù)較高，故目前我國(guó)電除塵的應(yīng)用還不太普遍. 二、電除塵發(fā)展簡(jiǎn)介 早在公元前600年,希臘人就知道被摩擦過(guò)的琥珀對(duì)細(xì)粒子和纖維的靜電吸引作用,庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)的平方反比定律稱

26、為靜電學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ),它也是電除塵理論的出發(fā)點(diǎn)。威廉描述到：電能吸引由熄滅的火花產(chǎn)生的煙.1745年,富蘭克林開(kāi)始研究尖端放電，他似乎是首先研究我們現(xiàn)在所涉及到的發(fā)電尖端的電暈放電.最早有關(guān)煙塵電力吸引的文學(xué)敘述出自英國(guó)的宮廷內(nèi)科醫(yī)生威廉吉伯特,時(shí)間是160０年.177２年，貝卡利亞對(duì)于大量煙霧的氣體中的放電、電風(fēng)現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)以后，1824－190８年，一些人做了一些有關(guān)凈化過(guò)程中煙霧、煙草中的煙等試驗(yàn)。1908年,柯特雷爾發(fā)表了他的第一個(gè)專(zhuān)利,并在賽爾拜冶煉廠電除塵成功地回收了過(guò)去很難處理的硫酸霧。后來(lái)在他的學(xué)生施密特協(xié)助下又進(jìn)行了發(fā)展,為在冶金和水泥工業(yè)中迅速?gòu)V泛地采用電除塵,成功地控制空

27、氣污染奠定了基礎(chǔ)，從本世紀(jì)二十年代到四十年代開(kāi)始應(yīng)用于其它工業(yè)。 三、電除塵的除塵過(guò)程 電除塵是何種裝置呢?概括而言,電除塵是利用強(qiáng)電場(chǎng)使氣體發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電在電場(chǎng)力的作用下,使氣體中的懸浮粒子分離出來(lái)的裝置。 這種裝置由許多不同的型式，但最基本的組成部分都是一對(duì)電極（高電位的放電電極和接地的收塵電極)，簡(jiǎn)單模式見(jiàn)書(shū)Ｐ6—2。除塵過(guò)程大致就是這樣一過(guò)程,兩電極間加一電壓.一對(duì)電極的電位差必須大得使放電極周?chē)a(chǎn)生電暈（常常加直流），高電壓使含塵氣體通過(guò)這對(duì)電極之間時(shí)，形成氣體離子(正離子、負(fù)離子）這些負(fù)離子迅速向集塵極運(yùn)動(dòng),并且由于同粒子相撞而把電荷轉(zhuǎn)移給它們粉塵荷電,然后與粒子

28、上的電荷互相作用的電場(chǎng)就使它們向收塵電極漂移，并沉積在集塵電極上，形成灰塵層。當(dāng)集塵電極表面粉塵沉集到一定厚度后,用機(jī)械振打等方法將沉集的粉塵層清除掉落入灰斗中. 用電除塵的方法分離氣體中的懸浮離子，需四個(gè)步驟:氣體電離;粉塵荷電；粉塵沉集;清灰。 四、除塵器的分類(lèi) 按結(jié)構(gòu)不同可作不同的分類(lèi),現(xiàn)從４個(gè)方面介紹： （1） 按集塵電極型式可分為管式和板式電除塵器 管式:極線沿著垂直的管狀集塵電極的中心線懸掛，適用于氣體量較小的情況,一般采用濕式清灰方式。 板式：在互相平行的板式收塵電極的中間懸掛垂直的極線。板式可采用濕式清灰方式，但絕大多數(shù)采用干式清灰方式。 （2） 按氣流流動(dòng)方式分

29、為立式和臥式電除塵器 　 在工業(yè)廢氣除塵中，臥式板式電除塵器是應(yīng)用最廣泛的一種,我國(guó)１９72年提出的系列化設(shè)計(jì)ＳHWB型就屬此類(lèi). （3） 按粉塵荷電區(qū)和分離區(qū)的空間布置不同分為單區(qū)和雙區(qū)電除塵 單區(qū):粉塵荷電和分離沉降都在同一空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。 雙區(qū)：現(xiàn)有一組電極使粉塵荷電，然后另一組電極供給靜電力,使帶電粒子沉降。典型的雙區(qū)除塵器多用于空調(diào)方面。國(guó)外有將它應(yīng)用于工業(yè)廢氣凈化方面的。 （4） 按沉集粉塵的清灰方式可分為濕式和干式電除塵器 §2—2 電暈放電 一、氣體的導(dǎo)電 電暈是氣體中電傳導(dǎo)的若干形式之一，因此，在介紹電暈放電時(shí)，需要先簡(jiǎn)單說(shuō)一說(shuō)關(guān)于氣體導(dǎo)電的基本現(xiàn)象.

30、在通常的空氣或用除塵氣處理的排氣中,存在著因宇宙線或放射線等等而電離的電子和離子,如在這樣的氣體中設(shè)置電極，并保持低的或中等的電位差，則在電極之間只有不可能測(cè)定的微弱電流流動(dòng)。對(duì)這種情況可以說(shuō)在電極間存在的氣體是絕緣狀態(tài)。但當(dāng)電極之間的電位差提高到某一點(diǎn)時(shí)，氣體的電離和電導(dǎo)性就大大增加，于是從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)狀態(tài),這種導(dǎo)電現(xiàn)象稱為電擊穿或氣體放電。氣體放電有不同的形式，如火花放電、電暈放電等。 電暈實(shí)際上是一種不完全的電擊穿。電暈放電和火花放電的不同之處在于前者只是在放電極的一小段距離內(nèi)氣體有強(qiáng)烈的電擊穿,而后者則是在放電極和集塵極之間有若干狹窄的電擊穿。前者放電時(shí)在電極周?chē)目諝馔耆婋x

31、;后者放電時(shí)電極間的空氣完全電離。 在電暈中產(chǎn)生離子的主要機(jī)制是由于氣體中的自由電子從電場(chǎng)中獲得能量，和氣體分子激烈碰撞，是電子脫離氣體分子，結(jié)果產(chǎn)生帶陽(yáng)電荷的氣體離子并增加了自由電子，這種現(xiàn)象稱為電離。要產(chǎn)生電離，碰撞電子必須具有一定的最小能量，成為電離能量,其數(shù)值根據(jù)被撞出的分子或原子來(lái)決定. 電子除了有強(qiáng)大的電離能力外，還具有可以附著在許多中分子和原子上形成陰離子的性質(zhì)。對(duì)于元素周期表中右上方的那些原子、電子最能附著,因?yàn)檫@些元素(鹵、氧、硫）的外電子層缺乏電子,有大的電子親合勢(shì)，它們稱為陰電元素。當(dāng)存在陰電性氣體時(shí)，即使是少量的，也能大大減弱電子電離，抑制氣體放電。顯然,在任一距離

32、內(nèi)凈剩的電子數(shù)是由電離所造成的電子數(shù)和因附著而損失的電子數(shù)之差。 空氣中陰電暈產(chǎn)生電子是這種情況的一個(gè)代表.在電暈極限的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)釋放出來(lái)的電子又產(chǎn)生許多新的電子，這是新生的數(shù)量大，附著的數(shù)量少，但離開(kāi)極線較遠(yuǎn)則電場(chǎng)較弱,電子附著占優(yōu)勢(shì)，于是電子數(shù)減少，最終由于都附著于氣體分子形成陰離子而消失. 電子附著對(duì)保持穩(wěn)定的陰電暈是很重要的.因?yàn)闅怏w的遷移速度是自由電子的1/１０0,如沒(méi)有電子附著而形成的大量陰離子，則遷移速度高的自由電子就會(huì)迅速流至陽(yáng)極，這樣便不能在電極之間形成穩(wěn)定的空間電荷。差不多在達(dá)到電暈始發(fā)電壓時(shí)就會(huì)發(fā)生火花放電.在沒(méi)有電子附著的情況下，如某些氣體N2、Ｈ2等，在很純的情

33、況下,完全不能由電子附著形成陰離子，就只能采用陽(yáng)電暈。因?yàn)殛?yáng)電暈中的電流載體是速度比較小的陽(yáng)離子。 氣體放電可分為自持的和非自持的兩類(lèi).自持的是指放電僅靠電位來(lái)維持，不需要外來(lái)的電離方法。電暈放電是自持的一種.非自持的則受外界電離劑的作用。 氣體導(dǎo)電與固體或液體的導(dǎo)電有著本質(zhì)上的區(qū)別。固體和液體的導(dǎo)電是由于自由電子或離子的存在，在外加電場(chǎng)的作用下，它們通過(guò)介質(zhì)移動(dòng)而形成電流,例如，在金屬中攜帶電荷的載體是自由電子，它們通過(guò)金屬的晶格結(jié)構(gòu),在移動(dòng)中幾乎不受到任何阻力。在半導(dǎo)體中，攜帶電荷的載體為電子和所謂的“空穴”.至于像水或鹽的溶液，其電荷的載體為自由的電解離子.氣體中的導(dǎo)電則不然，與固體

34、和液體相反,氣體中不存在自發(fā)的離子，它必須依靠外力,依靠電離過(guò)程才能產(chǎn)生離子。 電暈放電的電暈區(qū)和電暈外區(qū)示意圖 二、電暈的形成 如果在兩塊平行板之間建立電位差，則形成的是均勻電場(chǎng)。當(dāng)電位差增大到一定值時(shí)，電場(chǎng)中任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)也均增大到某一定值。如達(dá)到一個(gè)臨界值,整個(gè)電場(chǎng)就都發(fā)生電擊穿，在板之間產(chǎn)生火花放電.此時(shí),雖然極板間通過(guò)的電流大,但只限于在狹條通道中產(chǎn)生氣體離子,這種情況還能使塵粒有效地荷電,而且火花會(huì)擾動(dòng)收塵電極上的灰塵層,從而減低收塵效率。如果在曲率很大的表面(如一尖端或一根細(xì)線)和一根管子或一塊板之間有電位差,則能形成非均勻電場(chǎng)而產(chǎn)生電暈放電.雖然交流電壓也能產(chǎn)生電暈,但

35、交流電暈使荷電粒子產(chǎn)生擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而直流電暈則產(chǎn)生把離子驅(qū)向收塵電極的穩(wěn)定的力，所以電除塵通常都是單極放電。電除塵中所采用的單極性電暈是在放電電極和收塵電極間形成的穩(wěn)定的自發(fā)發(fā)生的氣體放電,電離過(guò)程局限在放電電極鄰近的強(qiáng)電場(chǎng)中的輝光區(qū)或鄰近輝光區(qū)的地方，如下圖所示: 陽(yáng)電暈或陰電暈的存在有兩個(gè)主要條件： 1） 在電暈電極附近必須有充足的電離源； 2） 在電離區(qū)發(fā)射出的離子必須能在電暈外區(qū)生成有效的空間電荷。 在密度很大的氣體中采用細(xì)金屬線（或其它具有銳邊或尖點(diǎn)的材料)作為電暈電極就可滿足第一條件。 根據(jù)電極極性的不同，電暈有陽(yáng)電暈與陰電暈之分。當(dāng)放電電極和高壓直流電源的陰極連接時(shí),就產(chǎn)

36、生陰電暈。 1． 陰電暈形成機(jī)理 概括一下，由于自然界的放射性、宇宙線、紫外線等的作用,氣體通常是包含一些被電離的分子和自由電子的。在達(dá)到一定電位差的非均勻電場(chǎng)中，靠近陰極線的強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)，自由電子從電場(chǎng)獲得能量（足夠),由于和氣體分子碰撞而產(chǎn)生陽(yáng)離子和新的電子，這些新電子又被加速而產(chǎn)生進(jìn)一步的電離,于是形成被稱為“電子雪崩”的積累過(guò)程。陽(yáng)離子被加速引向陰極線，使陰極表面釋放出維持放電所必需的二次電子，同時(shí)，來(lái)自電暈區(qū)域的紫外線光子也使極線釋放電子或使周?chē)鷼怏w光化電離。在強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域以外,電子逐漸減慢到小于碰撞電離所必需的速度，并附著在氣體分子上形成氣體離子。這些氣體離子向集塵極運(yùn)動(dòng),其速

37、度和它們的電荷及電場(chǎng)強(qiáng)度成比例,這些離子構(gòu)成電暈區(qū)以外整個(gè)空間的唯一電流。 陰電暈:形成只是在很大的電子親和力的氣體或混和氣體中有可能。 外觀：在放電電極周?chē)幸贿B串光點(diǎn)或刷毛狀輝光. 陽(yáng)電暈的形成機(jī)制與陰電暈顯著不同，在陽(yáng)電暈情況下，靠近陽(yáng)極的放電極線的強(qiáng)電場(chǎng)空間內(nèi)，自由電子和氣體分子碰撞形成電子雪崩過(guò)程。這些電子向著極線運(yùn)動(dòng),而氣體陽(yáng)離子則離開(kāi)極線向強(qiáng)度逐步降低的電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，成為電暈外區(qū)空間內(nèi)的全部電流。 陽(yáng)電暈：外觀：比較光滑,均勻的,藍(lán)色的亮光包著整個(gè)放電電極表面,這種電離過(guò)程有擴(kuò)散性質(zhì). 2． 電暈起始電壓 電暈起始電壓指開(kāi)始發(fā)生電暈放電時(shí)的電壓，也稱臨界電壓,與之相應(yīng)的場(chǎng)

38、強(qiáng)稱為電暈起始場(chǎng)強(qiáng)或臨界場(chǎng)強(qiáng)。 3． 電暈起始電壓 電暈起始電壓指開(kāi)始發(fā)生電暈放電時(shí)的電壓,也稱臨界電壓，與之相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)稱為電暈起始場(chǎng)強(qiáng)或臨界場(chǎng)強(qiáng). ξ０為真空中的介電系數(shù)，ξ0=8．85×1０-1２庫(kù)侖2／牛頓·米２ 而任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于該點(diǎn)的電位梯度的負(fù)值，即 ?。?———－－-－——-－-—（8-2) 通過(guò)積分變換（見(jiàn)書(shū)）得： 　--－—————－—－—-－-—-——-（8－3） 此時(shí)為任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)與電壓的關(guān)系,式中: Ｖ-—電壓;r——半徑（距電暈線的距離r）；a—-電暈線半徑;b——集塵管半徑. （8－３)式表明在電暈開(kāi)始發(fā)生之前，管式電除塵器中任一點(diǎn)的場(chǎng)

39、強(qiáng)Er隨極間電壓V的升高，據(jù)電暈線的距離的減小而增大。當(dāng)r＝a在電暈線表面上時(shí),Ｅr達(dá)最大。 電暈開(kāi)始發(fā)生所需的場(chǎng)強(qiáng)取決于幾何因素及氣體的性質(zhì)。皮克(peｅk）通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究,提出了計(jì)算在空氣中電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式： 　 （V/ｍ)————-－-－-——--－---（8—4) P0、T0為標(biāo)況下的大氣壓（１atm）和溫度（2９８K)； T、P為運(yùn)行狀況的溫度和空氣壓力； f為導(dǎo)線光滑修正系數(shù)，一般0。５〈ｆ≤1，清潔的光滑導(dǎo)線f=1，實(shí)際中所遇到的導(dǎo)線可取f=0。6－0.７; 式中正負(fù)號(hào)視電暈極性而定,正電暈取正號(hào),負(fù)電暈取負(fù)號(hào)。 當(dāng)r=a時(shí)，由（8—3)式得 代入(8—

40、4）得電暈起始電壓計(jì)算式（線管式): 　 　 ?。ǚ?—－--－——－—－-—－（８—5） 電暈起始電壓隨電極的幾何形狀而變化，線愈細(xì)，電暈起始電壓愈低。 板式電除塵氣： 式中:c——兩個(gè)電暈極之間的半徑，ｍ;a--電暈極半徑，m；b——電暈極到集塵極的距離。 4． 氣體組成的影響 氣體組成決定著電荷載體的分子種類(lèi)。不同的氣體，電子附著形成負(fù)離子的過(guò)程是不同的。前面已講過(guò)，氫、氮和氬等對(duì)電子沒(méi)有親合力，不能使電子附著形成負(fù)離子，而在很多工業(yè)廢氣中存在的氧、二氧化硫等卻能很快俘獲電子，形成穩(wěn)定的負(fù)離子.另外一些氣體，最明顯的是二氧化碳、水蒸汽對(duì)電子無(wú)親合力,電子的附著

41、決定于這種氣體的分解。各種氣體捕捉電子的能力是不一樣的，因此其電壓—電流特性也不一樣，會(huì)顯著地影響其陰電暈特性.書(shū)上圖６—4給出了懷特繪出的二氧化硫和氮不同混合比時(shí)的電壓-電流特性曲線,由圖可以看出,氣體組成不同，電壓—電流特性曲線有明顯不同. 電壓—電流特性曲線： 正電暈:運(yùn)行電壓寬，Vc低,擊穿電位高，除塵中應(yīng)用廣泛。 負(fù)電暈：小型，空調(diào)用 　 　 氣體組成對(duì)電壓—電流特性的影響時(shí)由于混合氣體中每種組分俘獲電子的概率和遷移率不同而至，也就是氣體捕捉電子的能力不一樣造成的。 某一氣體離子的遷移率Ki按下式定義: ｕ0——該離子的平均運(yùn)動(dòng)速度，m/s；Ｅ——場(chǎng)強(qiáng)，V/ｍ。

42、 純凈氣體的正負(fù)離子遷移率及電子附著所需的碰撞次數(shù)分別在書(shū)P178—179表5－1，５-２中給出,工業(yè)廢氣主要是混合氣體，電子附著取決于每次碰撞的概率合各組分的濃度,混合氣體對(duì)電子的親合力總和可利用其中各組分碰撞次數(shù)來(lái)表示.同時(shí)可以利用混合氣體各組分的遷移率來(lái)確定氣體混合物的當(dāng)量遷移率。在這里說(shuō)明一下，離子活度（濃度）高，離子速度大，電暈電流也就較大。 由于其它因素的抵消影響,這些關(guān)系并不直接成比例，雖然可以針對(duì)氣體組成施加一些措施（如高電壓等）對(duì)除塵器的性能改善有利，但在工業(yè)中很少采用改變氣體組成的方法，而常用控制放電極尺寸或其它幾何特性的方法改變電壓—電流曲線。 5． 溫度和壓力的影

43、響 氣體的溫度和壓力既能改變電暈起始電壓，又能改變電壓—電流關(guān)系。氣體 的溫度和壓力的第一種影響:改變氣體密度，使電子平均自由程改變，也就改變?yōu)槭闺娮蛹铀俚诫婋x所需的速度時(shí)所必需的場(chǎng)強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明，壓力升高，溫度降低,氣體密度增加，電暈起始場(chǎng)強(qiáng)增高，電暈起始電壓增高. 第二種影響:改變電荷載體的有效遷移率,從而改變電壓—電流特性。以下三種方式均可使有效遷移率增大： （1） 溫度，場(chǎng)強(qiáng)不變，減小氣體密度； （2） 氣體密度，場(chǎng)強(qiáng)不變，提高溫度； （3） 溫度，氣體密度不變，增大場(chǎng)強(qiáng)。 第 12 次課 ２ 　 　學(xué)時(shí) 上次課復(fù)習(xí)： 1、電除塵器的工作原理 2、電除塵器

44、的分類(lèi) 3、電暈放電 本次課題（或教材章節(jié)題目)：第八章 電除塵器 第三節(jié) 電除塵效率的影響因素 教學(xué)要求：1、理解并掌握粒子荷電的工作原理； 2、掌握電除塵器效率計(jì)算公式。 重 點(diǎn):1?！‰妶?chǎng)荷電 　 2． 擴(kuò)散荷電 　 　　 3． 多依奇效率計(jì)算方程 難　　 點(diǎn):　電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電、荷電粉塵的運(yùn)動(dòng)和捕集 教學(xué)手段及教具:多媒體 講授內(nèi)容及時(shí)間分配： 　　 一、電場(chǎng) 　 　　　 　 　　 　二、粒子荷電 　 　　　 　 　　　 　 　　三、荷電粉塵的運(yùn)動(dòng)和捕集 講課時(shí)間

45、：2學(xué)時(shí) 課后作業(yè) P2２9 　　8．15 　 參考資料 §2—3電場(chǎng) 電除塵器的電場(chǎng)是由于在一對(duì)電極間施加了高電壓和在兩電極的空間區(qū)域中存在由離子和荷電粒子構(gòu)成的空間電荷而引起的.若沒(méi)有電暈電流，則電場(chǎng)僅取決于供電壓部分和除塵器的幾何尺寸。電場(chǎng)影響著所要捕集的塵粒的荷電荷作用在已荷電的塵粒上的力的大小，故在除塵過(guò)程中起重要作用。 在上一節(jié)由理論推導(dǎo)出了管式電除塵器在任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)（8—3式): 　　 （該式在假定電暈電流為0時(shí)推導(dǎo)出來(lái)的) 由于空間電荷引起電暈電流的存在,總影響使電場(chǎng)改變，繪制成圖（場(chǎng)強(qiáng)與距離的關(guān)系)就得出如圖所示的曲線Ａ、B。 當(dāng)供電

46、電壓超過(guò)電暈起始電壓時(shí),兩極間存在的空間電荷就會(huì)使電場(chǎng)分布改變。在集塵極附近的負(fù)電荷因空間電荷的斥力,加上靜電場(chǎng)的作用會(huì)被加速,使集塵極附近的電場(chǎng)增加。電暈極附近的負(fù)離子或電子會(huì)被空間電荷排斥回來(lái)，因而,在電暈極附近電場(chǎng)消失。 下面我們推導(dǎo)一下有電暈電流時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)及電壓計(jì)算: 在數(shù)學(xué)上電場(chǎng)的分布用泊松方程式描述。對(duì)管式電除塵器,以距電暈線的徑向距離為r的場(chǎng)強(qiáng)E（r）表示的泊松方程式: （柱坐標(biāo)) 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 ① 由于管式電除塵器空間電荷的對(duì)稱性,距電暈線的距離為r處每米長(zhǎng)柱面上的電流密度為： 　 i為電流的線密度即每米

47、長(zhǎng)電暈線上的電流（A/m) ② 　 空間電荷的密度用電荷載體的數(shù)密度及遷移率來(lái)表示，電流的面密度： 　 　 　 　 ③ 式中:ρi、ρp—-空間中離子荷和電粒子的體電荷密度， 庫(kù)侖／m3； 　　 Ｋi、Kp——粒子和荷電粒子的遷移率, 　 　m2/s·V； 　 　 E——極間任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，　 　　　 　　 V/m。 廢氣中存在電負(fù)性氣體，幾乎所有自由電子都很快附著在氣體分子上形成負(fù)離子，所以可以忽略自由電子形成的空間電荷，式③括號(hào)中的兩項(xiàng)用一包含所有空間電荷的所謂當(dāng)量遷移率K表示：j=ρＫ

48、Ｅ 　　 ρ=ρi+ρp 代入②得: 代入①得: 積分得：　 c為常數(shù)。當(dāng)電暈區(qū)邊界r＝r0時(shí)，電暈起始場(chǎng)強(qiáng)為Eｃ： 　 　代入上式得到任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)Ｅ（r)的表達(dá)是: 正負(fù)號(hào)式電暈極極性而定（正電暈取正）,一般皆用負(fù)電暈。故取負(fù)。 在集塵電極表面ｒ=b時(shí), 管式電除塵器，從電暈線表面(r=a)到集塵極表面（ｒ=b）積分得: r０近似于ａ，故用a代替上式中的r０,并利用邊界條件積分則得到電流較小時(shí)的電壓（電暈電壓）: 中等，高電流時(shí)（對(duì)數(shù)項(xiàng)較小去掉）： 一般情況下,電除塵器的捕集效率隨電暈電流的增大而提高，這主要是由于它影響場(chǎng)強(qiáng)的緣故，在

49、粉塵荷電過(guò)程中起重要作用的電場(chǎng)是電暈外區(qū)空間中的平均場(chǎng)強(qiáng)E0.而集塵電極附近的場(chǎng)強(qiáng)（集塵電場(chǎng)強(qiáng)度Ｅp）影響著已荷電粒子的捕集效率?？臻g平均場(chǎng)強(qiáng)和集塵電場(chǎng)強(qiáng)度之積Ｅ0Eｐ在電暈線尺寸和集塵電極直徑已定時(shí)，隨電暈電流增大而增大，與粉塵荷電有關(guān)的其它因素將在后面討論. §2－４粉塵荷電 電除塵過(guò)程的基本要求就是：相同條件下荷電速度快，荷電量大. 雖然由許多方法能使粒子荷電,但是大部分方法產(chǎn)生的電荷量不高，因?yàn)樵陔姵龎m器中作用于粒子的主要是庫(kù)侖力(粒子直徑不同，作用于其上的庫(kù)侖力不同)ｆ=qE,若電荷加倍,分離力也要加倍。其它因素相同，除塵器的尺寸就可以減半。所以,從經(jīng)濟(jì)上考慮應(yīng)使粒子的電荷盡可

50、能的大。長(zhǎng)期理論和實(shí)踐證明：?jiǎn)螛O高壓電暈放電為優(yōu)越,可使粒子荷電達(dá)到很高程度,廣泛應(yīng)用。 在電除塵器中粒子荷電是由于氣體離子和氣溶膠粒子碰撞，離子附著在粒子上而形成。有兩種作用機(jī)制: （1） 離子在電場(chǎng)作用下沿電力線作有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞使粒子荷電,稱之為電場(chǎng)荷電. （2） 由于離子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而與粒子碰撞以致粒子荷電，稱之為擴(kuò)散荷電. 兩種荷電同時(shí)起作用，就大部分實(shí)用的電除塵器中處理的粒度范圍來(lái)看,電場(chǎng)荷電較重要，現(xiàn)分別討論。 1．電場(chǎng)荷電 (a） (ｂ）自由電場(chǎng)　 （c）部分電荷　 　 （d)電荷飽和 荷電發(fā)生的主要機(jī)理隨粒子大

51、小不同而異.粒子的電場(chǎng)荷電過(guò)程大體上是這樣的：當(dāng)一個(gè)粒子進(jìn)入靜電場(chǎng)后，就使電力線集中在其附近而增加粒子表面的電場(chǎng)強(qiáng)度(a）。如果粒子是導(dǎo)電的,電場(chǎng)就會(huì)變大;如果粒子是介電的,則隨著介電常數(shù)一起減小。圖中的點(diǎn)劃線代表通過(guò)球形粒子的電場(chǎng)極限，沿著放電電極和收塵電極之間的電力線運(yùn)動(dòng)的氣體離子，如果是在這些極限之內(nèi)就會(huì)和未荷電的粒子碰撞，被粒子俘獲，使粉塵荷電。荷電塵粒產(chǎn)生的電場(chǎng)如圖(b）所示，這一電場(chǎng)疊加在外加電場(chǎng)上產(chǎn)生了如圖(c）所示的合成電場(chǎng)。此時(shí)粒子所帶的電荷使附近的電力線變形,從而減小了荷電率。圖(ｃ)可以看出，粒子只從電場(chǎng)的較小部分接受電荷,荷電率相應(yīng)減小。粒子繼續(xù)荷電后,在面向流過(guò)來(lái)的離

52、子的一側(cè)進(jìn)入粒子的電力線繼續(xù)減少，最終荷電粒子本身產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)正好平衡，這是粒子上的電荷達(dá)飽和狀態(tài)(稱飽和電荷、極限電荷、最大電荷)，荷電即告終止。以上荷電方式稱為電場(chǎng)荷電. 電場(chǎng)荷電成飽和電荷或極限電荷的大小，在假定粒子是球形，相鄰粒子的電場(chǎng)間不相互作用,電場(chǎng)強(qiáng)度是常數(shù)時(shí),可以估算出每個(gè)粒子所獲得的飽和電荷值為： 　 (庫(kù)侖） 式中：ξ0——真空介電常數(shù),ξ0=8。85×１0—12庫(kù)侖２/牛頓·米2； 　 　 ξｐ—-粉塵的相對(duì)介電場(chǎng)數(shù)，無(wú)因次; 　 dp-—塵粒直徑，m； 　　 　 E0——兩電極間的平均場(chǎng)強(qiáng),V／m。 補(bǔ)充一下各物質(zhì)的ξp值： 空

53、氣 　H２　 S 　石膏 　 石英 　 金屬氧化 金屬 純水　 ξp為 1.0　 １．0 ?。础＃病　?5 　 5—１0　　 12—18 　 　 ∞　 81。5 飽和電荷的值主要取決于粉塵粒徑和隨粉塵的介電系數(shù)而變化的場(chǎng)強(qiáng)的大小。公式中，飽和電荷值與粒徑平方成正比，所以粉塵大小是影響粉塵電荷值的主要因素。圖5-11顯示了不同場(chǎng)強(qiáng)下電除塵器內(nèi)可能出現(xiàn)的各種粒徑的粉塵飽和電荷值。由圖看出電場(chǎng)強(qiáng)度和粉塵粒徑的增加都會(huì)使飽和電荷值增加。使粉塵達(dá)到飽和電荷所需的時(shí)間隨荷電發(fā)生區(qū)域中的離子密度而變化。在離子的數(shù)密度（每立方米空間中的自由粒子個(gè)數(shù)）為Ｎ

54、0的電場(chǎng)，一顆塵粒的荷電量: 　 式中 　 　 　　 Ｋi——離子遷移率,m2／Ｖ·s；ｔ-—荷電時(shí)間（塵粒在荷電區(qū)中的停留時(shí)間），m； e-—電子的電量，1．60×１0—１9庫(kù)侖；τ——時(shí)間常數(shù)（塵粒達(dá)飽和電荷值的50%時(shí)所需的時(shí)間. 影響荷電時(shí)間的因素： （1） 電暈電流增加則荷電時(shí)間變短； （2） 電場(chǎng)隨時(shí)間的變化：由于是經(jīng)整流的不平滑變電壓（未達(dá)穩(wěn)定)故在部分周期內(nèi)荷電間斷，粉塵上的電荷過(guò)剩,增長(zhǎng)了荷電時(shí)間，降低了除塵效率。 ２．?dāng)U散荷電 離子的粒度變小，電場(chǎng)荷電作用就減少,擴(kuò)散荷電作用就增加，氣體中的離子和氣體分子一樣也有熱運(yùn)動(dòng)。除了沿電力線定向運(yùn)

55、動(dòng)的離子碰撞的電場(chǎng)荷電方式外，不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起離子附著而使粒子荷電,這種方式稱為擴(kuò)散荷電。 影響擴(kuò)散荷電的因素:離子的熱能、粒子的粒(密）度、有效作用時(shí)間、氣體的性能。擴(kuò)散荷電中不存在理論上的飽和電荷或極限電荷.懷特給出了計(jì)算擴(kuò)散荷電量的公式見(jiàn)(８-２0），Ｐ１68，8.13，８。1４。 3.場(chǎng)電荷和擴(kuò)散電荷的綜合作用 大多數(shù)工業(yè)粉塵含有各種粒徑范圍，場(chǎng)荷電、擴(kuò)散荷電都很重要。大粒子（＞1μm）以場(chǎng)荷電為主，而擴(kuò)散荷電相對(duì)較小可以忽略。很小的粒子（＜0．2μm）場(chǎng)荷電的電荷值很小，只需考慮擴(kuò)散荷電。中間粒子（0。２~１0μm）兩者都需考慮。荷電量為兩者總和。當(dāng)場(chǎng)荷電達(dá)飽和后，只有擴(kuò)散荷電

56、。由于粒子的電荷和荷電速率相互關(guān)聯(lián),所以在兩種荷電都重要時(shí)計(jì)算就比較復(fù)雜.見(jiàn)書(shū)P１6,例2，例３。 §2—5粉塵的遷移和收集 一、 驅(qū)進(jìn)速度 在電場(chǎng)中粉塵的運(yùn)動(dòng)主要受靜電力和空氣動(dòng)力支配. 靜電力 　 　Eｐ——粒子所處位置的集塵電場(chǎng)強(qiáng)度,V/m 空氣動(dòng)力主要是由于粉塵和氣體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的阻力按斯托克斯公式計(jì)算: 二力相等時(shí)，即Ｆ1=F2時(shí)，塵粒就達(dá)到一個(gè)極限速度或終末速度： 　 　 ω稱為塵粒的驅(qū)進(jìn)速度。從式中可看出,驅(qū)進(jìn)速度ω與塵粒的荷電量、粒徑、電場(chǎng)強(qiáng)度及氣體的粘性有關(guān),其方向與電場(chǎng)方向一致，垂直于集塵電極表面。因塵粒的荷電量取決于兩種荷電機(jī)制，故可根

57、據(jù)粒徑大小確定以哪種荷電方式為主,可得以下驅(qū)進(jìn)速度公式： 較大塵粒:　 （場(chǎng)荷電的飽和電荷值代入即得） 小于0.２μm的塵粒以擴(kuò)散荷電方式為主，按懷特公式計(jì)算掂量，但這時(shí)的空氣阻力Fa因分子減產(chǎn)生滑移而減小，需用肯寧輸-斯托克斯修正系數(shù)ｃ加以修正，得下式： 按此式計(jì)算的驅(qū)進(jìn)速度僅是塵粒的平均驅(qū)進(jìn)速度的近似值，因?yàn)殡妶?chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)并不相同,荷電量的計(jì)算值是近似的，此外,氣流、粉塵特性等的影響也未考慮進(jìn)去。 二、 捕集效率方程式(多依奇方程式） 電除塵器捕集效率與粉塵性質(zhì)、場(chǎng)強(qiáng)、氣流速度、氣體性質(zhì)及除塵器結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),所以嚴(yán)格地從理論上推導(dǎo)捕集效率方程式是困難的，必須作一

58、定的假設(shè)。關(guān)于捕集效率方程式由許多專(zhuān)家從理論上進(jìn)行了研究,并推導(dǎo)出了計(jì)算式，下面我們介紹兩個(gè)： 1． 多依奇（Dｅutsｃh)方程式: 于1922年提出,他在推導(dǎo)過(guò)程中作了一系列假設(shè),主要有: ① 電除塵器中的氣流為紊流狀態(tài)，通過(guò)除塵器任一橫斷面的粉塵濃度是均勻分布的; ② 進(jìn)入除塵器的粉塵立刻達(dá)到了飽和荷電； ③ 忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻、二次揚(yáng)塵等的影響. 在此介紹一下紊流狀態(tài)：在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的電除塵器皆處于紊流區(qū)域內(nèi).在紊流狀態(tài)下,較小塵粒運(yùn)動(dòng)主要取決于空氣動(dòng)力特性。它們的運(yùn)動(dòng)軌道無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，但在集塵極板附近的邊界層中，由于摩擦使紊流減弱了，每一塵粒都有一垂直于集塵極板的

59、速度分量ω，其大小與氣流速度v具有相同的數(shù)量集，因而在時(shí)間間隔t內(nèi),在離極板為ωt的氣流層內(nèi)的粉塵皆能塵降到長(zhǎng)度為L(zhǎng)的集塵極表面上。 推導(dǎo)過(guò)程如下: 設(shè)氣體流向?yàn)閤,氣體和粒子的流速皆為v（m/s）,氣體流量Ｑ（ｍ３/ｓ）,粒子濃度為c(ｇ/m3）,流動(dòng)方向上每單位長(zhǎng)度的集塵板面積a（m2/m）,總集塵極板面積Ac（m2)，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)（ｍ)，流動(dòng)方向上的橫截面積為Ａ（m2），粒子驅(qū)進(jìn)速度為ω(m/s)，則在dt時(shí)間內(nèi)于dx空間捕集的粒子質(zhì)量為: 　由于vｄt＝dx ，代入上式得: 　將其從除塵器入口（濃度為Ｃi)到出口(濃度為Ｃ0）進(jìn)行積分，并考慮Ｆv＝Q ，對(duì)上式積分，

60、則得到理論捕集方程式: 　 　 　 因?yàn)? Fｖ=Q ， aL=A,代入上式得: 多依奇方程式： 線板式電除塵器： 　 　 　 　 　 　 L--電場(chǎng)長(zhǎng)度； S—-電暈線與集塵板距離; 　 　 ?。帧?dú)饬魉俣取? 對(duì)半徑為b的圓管式電除塵器： 多依奇方程式概括地描述了效率與集塵極板表面積,氣體流量和粉塵驅(qū)進(jìn)速度之間的關(guān)系,指明了提高電除塵器捕集效率的途徑，因而被廣泛應(yīng)用在電除塵器的性能分析和設(shè)計(jì)中 2． 安德遜方程式 1919年根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)提出了紊流狀況下的除塵效率的經(jīng)驗(yàn)方程式：

61、 ｔ——粉塵在除塵器的停留時(shí)間； 　 　 　 　 Ｋt--經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取決于具體除塵器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。 三、 影響粉塵捕集的理論因素 1． 有效驅(qū)進(jìn)速度 由于各種因素的影響，使得按理論多依奇方程式計(jì)算的效率比實(shí)際值大得多.實(shí)際中根據(jù)在一定的除塵器結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行條件下測(cè)得的捕集效率代入多依奇方程式中反算出的驅(qū)進(jìn)速度值稱為有效驅(qū)進(jìn)速度.據(jù)估計(jì),理論驅(qū)進(jìn)速度比實(shí)測(cè)有效驅(qū)進(jìn)速度大2-10倍,所以常以有效驅(qū)進(jìn)速度來(lái)描述除塵器的性能，并作為確定除塵器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).計(jì)算時(shí),將按有效驅(qū)進(jìn)速度來(lái)表達(dá)，稱為安德遜-多依奇方程式。 　書(shū)中圖5—1５給出這一方程的線算圖,應(yīng)用

62、很方便。 2． 除塵效率的影響因素 (1)粉塵粒徑dp(見(jiàn)書(shū)P２1,圖6-9) 不同粒徑的粉塵荷電方式不同，所以有效驅(qū)進(jìn)速度與粉塵粒徑有關(guān): ①ｄp>1μｍ 　 粒徑增加,驅(qū)進(jìn)速度增加,效率增加，以場(chǎng)荷電為主； ②dｐ＜0．2μm 粒徑增加，驅(qū)進(jìn)速度降低,效率降低，以擴(kuò)散荷電為主； ③0。２μｍ ＜dp〈1μｍ 　　 粒徑影響很小，兩種荷電都重要. (2)氣流速度ｖ 在粒徑分布不變時(shí)，氣流速度增加，則效率降低，見(jiàn)圖５-17。速度的選擇要考慮到粉塵性質(zhì)、除塵器結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性等。一般建議為0.5—2．５ｍ/ｓ；板式電除塵器的氣流速度為 1.0－1。5m/s。 40 / 40

63、 第　13　次課 　 2 　 學(xué)時(shí) 上次課復(fù)習(xí): 1、電場(chǎng)荷電 2、擴(kuò)散荷電 3、多依奇效率計(jì)算方程 4、影響除塵效率的因素 本次課題（或教材章節(jié)題目）：第八章 電除塵器 　 1 電除塵器的結(jié)構(gòu) 2?！》蹓m比電阻 3． 電除塵器的供電 4.　電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 教學(xué)要求：1、了解并掌握電除塵器結(jié)構(gòu)特征； 2、掌握粉塵比電阻最佳運(yùn)行范圍，過(guò)高過(guò)低對(duì)電除塵器的影響 ３、學(xué)會(huì)初步進(jìn)行電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 重 點(diǎn)：1. 粉塵比電阻最佳運(yùn)行范圍，過(guò)高過(guò)低對(duì)電除塵器的影響 2. 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 難 　 　點(diǎn)：　電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 教學(xué)手段及教具

64、：多媒體 講授內(nèi)容及時(shí)間分配: 1. 電除塵器的結(jié)構(gòu) 2. 粉塵比電阻 3。 電除塵器的選擇和設(shè)計(jì) 　 　 講課時(shí)間:２學(xué)時(shí) 課后作業(yè) P229 　8.15 　 參考資料 §2-6電除塵器的結(jié)構(gòu) 主要部分見(jiàn)書(shū)p190～p19４，自學(xué)。 §２—7粉塵比電阻 一、 比電阻 各種物質(zhì)的電阻與其長(zhǎng)度成正比，與其橫截面積成反比，并和溫度有關(guān)： 　Rs——比電阻；L——長(zhǎng)度;A-—橫截面積。 定義：由此可知，一種物質(zhì)的比電阻是其長(zhǎng)度和橫截面積各為一單位時(shí)的電阻,比電阻的倒數(shù)稱為電阻率。 粒子塵積在電除塵器的收塵極表面上，必須具有一些導(dǎo)電性才能傳

65、導(dǎo)從電暈放電到大地的離子流。據(jù)理論和實(shí)踐得知，需要的最小電導(dǎo)率為10—10（Ω·cｍ）－1。和普通金屬相比,這只是微弱的電導(dǎo)率，但它比良好絕緣體的電導(dǎo)率要大得多,電導(dǎo)率小于臨界值1０—1０的粒子稱為高比電阻粒子。在工業(yè)電除塵器中處理的灰塵比電阻有低達(dá)10—3(Ω·cm）的炭黑,也有高達(dá)10１4(Ω·cｍ）的95℃干石灰?guī)r粉塵.比電阻不同，除塵效率也不同。 二、 粉塵層的導(dǎo)電機(jī)制 工業(yè)粉塵導(dǎo)電方式有兩種，取決于粉塵和氣體的溫度及組成.在高溫時(shí)(約大于２00℃)，導(dǎo)電主要通過(guò)粉塵本體內(nèi)部的電子或離子進(jìn)行.在本體導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的溫度范圍內(nèi),粉塵比電阻稱為容積比電阻;在較低溫度下，氣體中存在的水分或其

66、它化學(xué)調(diào)節(jié)劑被塵粒表面吸附,因而導(dǎo)電主要是沿塵粒表面所吸附的水分和化學(xué)膜進(jìn)行的,在導(dǎo)電沿塵粒表面進(jìn)行的溫度范圍內(nèi),粉塵比電阻稱為表面比電阻。書(shū)P195圖6—28為一典型的溫度—比電阻曲線，表明了容積比電阻、表面比電阻占優(yōu)勢(shì)的范圍。 一般在高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻取決于物質(zhì)的化學(xué)組成。在低溫范圍內(nèi)，比電阻與煙氣中存在的水蒸汽或其它化學(xué)調(diào)節(jié)劑有關(guān),是一種離子遷移現(xiàn)象。燃燒鍋爐飛灰的比電阻主要與煙氣中的SＯ3和水蒸汽含量成反比關(guān)系,高硫煤產(chǎn)生的飛灰比電阻比低硫煤的低。煙氣溫度低時(shí)SO3的吸附率較高，因此可通過(guò)改變煙氣溫度的方法是飛灰比電阻控制在某一范圍。對(duì)于其它工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,如水泥窯和冶金爐煙塵，在煙氣含水量較高和溫度較低時(shí),粉塵的比電阻較低。 三、 比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行的影響 沉積在集塵電極上的灰塵的比電阻對(duì)電除塵器能否有效地運(yùn)行有顯著的影響,比電阻過(guò)高或過(guò)低都會(huì)大大降低電除塵器的除塵效率，適宜的范圍是從103～１04Ω·cm～２×101０Ω·cｍ。 1． 比電阻過(guò)低 前已述及，沉積在集塵電極上的灰塵因?yàn)橄嗷フ掣侥杉象w，所以振打電極后,它們能在重力作用下自由降落到灰斗