电除尘器设计说明书文档格式.docx
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第四，外型应美观等要求。
1.1.6.本设计的指导思想
（1）依据招标书的要求及国家相关标准进行设计。
（2）按照“高效、安全、可靠、方便、经济”的目标即除尘效率高、使用安全、运行可靠、操作方便、运行维护经济的原则进行优化设计。
1.2.国内外研究现状
1972年以前的探索时期，主要特征是仿造和试用，极板大多是棒帖式.电晕极为细圆，技术水平较低。
我国最早使用的一台电除尘器，是解放前1936年安装在本溪工农兵水泥厂，其断面积为36m²
。
动控制技术，计算机技术、化学反应技术的发展和融通，全新的脉冲放电技术应运而生。
这一技术把含氮、硫的烟气变成化肥回收，单片微机和计算机智能控制系统的使用和推广使得电除尘器工作精确、高效，操作和维护也变得十分简单。
这种脉冲荷电的特点是针对改善高比电阻灰尘的集尘特性而考虑的它是一种有效的荷电方式，脉冲供电方式正在当今世界范围内进行研究开发，有一部分己达到实用化。
国外甚至已经把高压逆变电源用在电除尘器上。
近年来我国还研究开发了不少新型电极电除尘器，例如邹永平等研制了横向极板电除尘器；
刘林茂等研制了加装横向百叶窗式的电除尘器，陈学构等提出了静电透镜电场电除尘器；
即在两平板电容器之间平行插入一个带圆孔的薄板所形成的结构；
谭天佑等提出了横向工字形极板电除尘器，在I型板排中，插入了顺气流装置的带负电的平板辅助电极；
张国权等研制了冲击式电除尘器，即在横向中心窗口处布置电晕线，烟气流过窗口后面横放收尘板上而被捕集。
1.3.电除尘器存在的问题
1.3.1.基本问题
（1）高比电阻粉尘
（2）烟尘的返流损失
（3）气流状态不良
（4）振打设备能力不足
（5）电极系统的设计不完善
（6）高压供电设备不足
（7）电除尘中高压电场分组数不够
（8）电除尘设备容量太小
（9）高压电气设备不稳定（对火花放电太敏感等）
1.3.2.机械问题
（1）电极配置不良
（2）电晕电极振动或摇摆
（3）收尘电极变形
（4）电极上积尘太多
（5）灰斗存灰太满或烟尘溢出
（6）灰斗、外壳或烟道漏风
（7）烟道接头处烟尘堆积
（8）通过灰斗或在收尘区周围有烟气溢出
1.3.3.操作问题
（1）电气设备调整不当
（2）通过电除尘烟量太大
（3）烟气含尘浓度太大
（4）工艺过程不正常（燃烧状况不良等）
（5）振打强度或频率的调节不适当
2.电除尘器设计方案论证
2.1.引言
我国发电装机容量中火电装机容量占80%左右，火电机组又以燃煤机组为主，是大气污染的主要来源之一。
随着国际国内对环境保护要求日益严格，我国也对大气排放标准不断制定新的标准。
随着环境保护意识的增强，烟气治理技术的应用已越来越受到人们的重视。
电除尘器以其除尘效率高、运行管理方便和适应性强等特点，已在各工业领域含烟气治理中得到了广泛的应用。
作为电除尘器重要组成部分的本体，其设计的优化和日常维护对除尘效率起着举足轻重的作用。
2.2.电除尘器除尘机理
2.2.1.捕集效率
电除尘器的捕集效率与粒子性质、电场强度、气流性质及除尘器结构等因素有关。
从理论上严格的推导捕集效率公式是困难的，所以需要做一定的假设。
德意希在1922年推导出除尘效率与集尘板面积、气体流量和粒子驱进速度之间的关系式（即德意希公式）时，做了以下假设：
电除尘器内含尘气流为紊流；
通过垂直与集尘极表面的任一断面的粉尘浓度和气流分布均匀；
粉尘粒子进入电除尘器后就认为完全荷电；
忽略电风、气流分布不均匀及捕集粒子重新进入气流等的影响。
德意希公式（formulaofDertsch）为：
=1-
[
]
式中：
——电除尘器集尘板总面积，m²
——电除尘器的处理气量，m³
/s
——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s。
2.2.2.粉尘在电场内的迁移和捕集
在电除尘技术中，粉尘的捕集主要是利用在电晕电场中粉尘荷电后移向异性电极而从气流中分离出来的原理，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表面上清除等三个基本过程，它主要分为四个阶段：
（1）施加电场
在一对电极之间施加电压，就可以建立起电场，它的作用是：
（a）在高压放电极附近的场强很强，造成气体的电离，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）气体的电离（电晕放电）
电除尘器中能够形成电晕放电的基本条件是，在正负电极间的电位差，应保证形成使气体电离发生电晕放电的非均匀电场。
在放电极表面电场强度最大，距放电极愈远电场强度愈小。
电晕放电原理如图2-1所示。
电子和阴离子是电场中粒子荷电的来源。
实验证实电场中离子的迁移速度与电场强度成正比，可用下式表示：
=
×
式中
——离子的迁移速度，m/s；
——电场强度，V/m；
——离子迁移率，m²
/（V·
m）。
图2.1：
电晕放电原理图
（3）尘粒荷电
尘粒荷电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：
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0.5μm的尘粒，电场荷电起主导作用。
扩散荷电是扩散荷电是由离子的热运动引起的。
对半径小于0.2μm的尘粒，则为扩散荷电起主导作用。
而半径在0.2-0.5μm之间的尘粒，两者均起作用。
图2.2：
板式电除尘器工作原理图
（4）收尘
板式电除尘器的工作原理如图2.2所示。
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。
2.2.3.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
/（
）
——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s
——粉尘粒子荷电量，C
——粉尘粒子所处位置的电场强度，V/m
——气体黏度，Pa∙s
——粉尘粒子的直径，μm
——肯宁汉修正系数，这里可以近似估算为
=1+
在一般电除尘器中，荷电电场强度
和集尘区电场强度
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。
2.2.4.振打清灰
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。
2.3.静电除尘器分类和特点
2.3.1.按气流方向分
（1）立式电除尘器
气体在电除尘器内，从下往上垂直流动。
它占地面积小，但高度较大，维护和检修不方便，气体分布不易均匀，对捕集粒径细的粉尘容易产生再飞扬。
气体出口可设在顶部。
通常规格较小，处理气量少，适宜在粉尘性质易被静电捕集的情况下使用。
（2）卧式电除尘器
气体在电除尘器内沿水平方向流动，可按生产需要适当增加或减少电场数目。
其特点是可实现分电场供电，避免各电场间相互干扰，以利于提高除尘效率；
便于分别回收不同成分、不同粒径的粉尘，达到分类富集的作用；
容易做到气体沿电场断面均匀分布；
由于粉尘下落方向与气体运动方向垂直，粉尘二次飞扬比立式电除尘器少；
设备高度较低，安装、维护方便；
适宜于负压操作，对风机使用寿命和劳动条件十分有利。
但占地面积较大，基建投资费用较高。
2.3.2.按清灰方式分
（1）干式除尘器
收下来的粉尘呈干燥状态。
操作温度一般要求高于处理气体露点20-30º
C，使用温度可达350-45º
C，甚至更高。
通常采用机械、电磁、压缩空气等振打装置清灰。
常用于收集经济价值较高的粉尘。
（2）湿式除尘器
收下来的粉尘为泥浆状。
操作温度较低，对于一般含尘气体都需要进行降温处理，在温度降至40-70º
C再进入电除尘器。
设备需采取防腐蚀措施。
通常采用连续供水清洗沉尘极，定期供水清洗电晕极。
这样，一方面可降低粉尘比电阻，使除尘容易进行。
另一方面，因无粉尘再飞扬，所以除尘效率很高，因此，湿式电除尘器适用于气体净化或收集无经济价值的粉尘。
另外，还由于水对处理气体有冷却作用，使气量减少，设备规格则相应减少。
若气体含一氧化碳等易爆气体，采用湿式电除尘器可减少或防止爆炸危险。
（3）电除雾器
气体中的酸雾、焦油液滴等以液体状除去。
采用定期供水或蒸汽清洗沉尘极和电晕极，操作温度小于50º
C，电极等钢构件必须采取防腐措施。
2.3.3.按集尘电极的结构形式分
（1）管式除尘器
单管电除尘器结构如图所示。
集尘极为F150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。
放电极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极园管的中心。
管式电除尘器电场强度高且变化均匀，但清灰比较困难。
常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。
（2）板式除尘器
集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。
放电极（电晕极）均布在两平行集尘极间。
两平行集尘极的距离一般为200-400mm，极板高度2-5mm。
版式电除尘器电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装容易。
2.3.4.按电极在除尘器内的布置形式分
（1）单区电除尘器
集尘级和电晕极装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。
（2）双区电除尘器
收尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；
后区安装集尘极称为收尘区，荷电粉尘粒子在收尘区被捕集。
双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。
2.4.方案选择
综合考虑采用卧式的板式电除尘器。
卧式静电除尘器的收尘极板由若甘块平板组成，为了减少粉尘的二次飞扬和增强极板的刚度，极板一般要轧制成各种不同的断面形状，电晕极安装在收尘极板构成的通道中间。
卧式静电除尘器之气体在静电除尘器内沿水平方向运动，与立式静电除尘器相比有以下特点：
（1）各个电场可以施加相同电压，也可以分别施加不同的电压，分别施加不同的电压以便充分提高除尘效率。
沿气流方向可分别为若干电场；
（2）根据所要求的除尘效率，可任意增加电场长度，但太长会增加费用，而效果却不十分理想；
（3）在处理较大的烟气量时，能保证气流沿电场断面均匀分布，清灰比较方便；
（4）各个电场可以分别捕集不同粒度的粉尘，这有利于粉尘的捕集回收；
（5）静电除尘器的电场强度不够均匀。
3.电除尘器的结构设计
电除尘器的结构设计主要包括有集尘极系统、电晕极系统、气体分布装置、壳体结构以及排灰装置等。
3.1.集尘极系统
电除尘器的集尘极也可称为除尘极、集尘极或阳板等。
集尘极系统包括集尘极板、极板悬挂构件和清灰装置。
对集尘极系统的设计主要是对集尘极板、集尘悬挂构件和清灰装置的设计。
3.1.1.集尘极的设计原则
（1）具有良好的电性能，极板电流密度分布要均匀
（2）具有良好的振动加速度分布性能
（3）具有良好的防止粉尘二次飞扬性能
（4）钢材耗量少，强度大，不易变形
3.1.2.集尘极的形式
立式电除尘器的极板常见的有圆管状（直径250mm-300mm）和郁金花状两种。
郁金花状因有防止粉尘二次飞扬的特点，应用较多；
卧式电除尘器的极板形式有“Z”型、“C”型、波纹型、工字型等。
C型极板由于极板的阻流宽度大，不能充分利用电场空间；
Z型板由于有较好的电性能以及振动力、速度均匀的性能，重量也较轻，因而使用较普遍，但由于两端的防风沟朝向相反，极板在悬吊侯容易出现扭曲；
C型板克服了Z型的这种缺点，ZT型极板则既具有良好的电性能、制造也较容易。
3.1.3.集尘板的设计
极板的材料，通常用普通碳素钢的三号镇静钢制作。
用于净化腐蚀性气体时，应用不锈钢，对水泥磨和生料磨用的电除尘器，其极板需选用不含硅的优质结构钢。
二次扬尘的控制：
为要在极板面附近形成宽度3-4mm的死流区，抑制粉尘二次飞扬，流体流速为1m/s左右时，防风沟宽度b与板宽B之比控制为1：
10。
3.1.4.极板的悬挂
极板通常被悬挂在固定于壳体顶梁的小梁上。
其联接点有铰接和固接两种，不同的联接方法，其板面振动加速度不同。
上下两端采用固接方式可获得较大的板面振动加速度。
但是，上下均采用固接形式，当各条极板受热不均匀时，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。
上端固接的悬吊方法也可以采用极板的一段焊接一块厚为6-8mm的联接板，悬吊梁用单根或双根角钢组成（由极板长度及极板块数定）并焊于壳体顶梁下平面，极板用螺栓紧固于悬吊梁上。
单点偏心悬挂方式是一种自由悬挂方式。
当撞击杆被敲击时冲击力通过挡块传给联接板及极板，使极板产生振动，且使极板沿悬吊的销轴回转产生位移。
采用这种悬吊方式的极板，获得振动加速度较小，安装调试也较为麻烦。
在实践中发现，极板两端的联接板与极板的联接容易脱开，目前新设计的电除尘器，上部将极板直接用螺栓与悬吊梁联接，下部将极板与撞击杆相联（铰接或固接）。
3.1.5.极板清灰装置的设计
集尘极极板表面上的粉尘清除，靠对极板进行周期性振打，并使板面产生一定的振打加速度实现。
振打周期、频率和强度与含尘气体、粉尘性质、电除尘器的结构形式等很多因素有关。
设计中应留用较大的调整余地，以便在运转中逐步调整确定出合适的振打制度。
集尘极一般采用间歇振打，振打频率为每分钟4-8次，振打周期随气体含尘浓度而定。
单电场除尘器的集尘极一般2-8小时振打一次，一次振打5分钟。
多电场的除尘器，可根据实际情况确定各电场板的振打周期。
敲打极板方式中平行于板面的振打方式比垂直于板面的振打方式要好，它既可保证极板间距在振打过程中变化不大，又可使粉尘和板面间在振打时，产生一定惯性切力，使黏附在板面上的粉尘更容易脱落。
集尘极的振打机构有捶打机构、弹簧—凸轮机构、电磁振打等结构形式。
弹簧—凸轮机构因结构复杂，动力消耗较大，基本上不再采用。
电磁振打装置由于结构复杂，目前工业上也已很少用。
挠臂锤击机构具有结构简单，运转可靠的优点，被国内外的电除尘器广泛采用。
根据经验，锤重可取5-12kg。
连杆长度取150-225mm，曲柄长度取100mm左右。
该锤击机构在使用过程中锤头与连杆的联接柱销因长时间磨损而引起掉锤故障，因而许多设计者将锤头和连杆制成一整体锤。
3.1.6.锤击装置的传动系统设计
传动装置系统：
通常，一个电场的各排集尘极板的振打锤均装在一根轴上，相邻的两副锤子错开一定角度（一般为150°
），以减少振打时粉尘的二次飞扬。
振打轴支承在两个滑动轴承上，当电除尘器宽度尺寸较大时，可将振打轴分成若干段，每段应支承在两个轴承上，每段长度不大于3m。
每段轴间宜用允许较大径向位移的联接轴。
振打轴的轴承宜采用不加润滑剂的滑动轴承结构，轴承的轴瓦面应不易沉积粉尘，而且与轴有较大的间隙，以免受热时，发生抱轴故障。
3.2.电晕极系统
电晕极是电除尘器的放电极亦即阴极。
电晕极必须要有良好的放电性能和便于粉尘的振落；
应有良好的机械强度，能耐一定的温度和含尘气体的腐蚀。
电晕极系统包括电晕线、电晕极框架、框架吊杆、支承套管及电晕极振打装置等。
3.2.1.电晕线
电晕线越细，其起晕电压越低，然而电晕线又应具有良好的机械强度。
3.2.2.设计电晕线的要求
（1）放电性能好，起晕电压低，击穿电压高，伏安特性好，对烟气条件变化的适应性能强；
（2）放电强度大，电晕电流高；
（3）机械强度好，不断线或少断线，耐腐蚀，耐高温，清灰效果好；
（4）制造容易，重量轻，成本低。
3.2.3.电晕线的形式
圆线：
直径1.5-2.5mm，多采用耐热合金钢制作。
星形线：
材质采用普通碳素钢冷轧而成，材料易得，价格便宜，易于制造；
但在使用时容易因吸附粉尘而肥大。
适用于含尘浓度低的情况。
螺旋线：
采用直径2.5mm的弹簧钢丝制成，有较好的使粉尘振落和电晕极线拉紧的性能。
制作麻烦，适用于框架式电晕极，使用时拉伸挂在框架上。
芒刺状电晕极线：
极线采用A3钢，在电晕线的主干上焊上若干个长为7-11mm的芒刺，电晕线工作时，在刺尖上能产生强烈的电晕放电。
3.2.4.电晕线的固定
电晕线的固定方式通常有三种：
重锤悬吊式、框架式、桅杆式。
3.2.5.电晕极的振打装置
为了避免电晕闭塞，需设置电晕极的振打装置。
电晕极振打装置的形式有水平转轴挠臂锤击装置、摆线针传动机构、凸轮提升振打机构。
其中使用较多的是水平转轴挠臂锤击装置和提升振打装置。
在电晕极的侧架上安装一根水平轴，轴上安装若干副振打锤，锤重2-3kg，每一个振打锤对准每一个单元框架，当轴转动时，锤子被背起，锤的运动类似集尘极的挠臂锤，当锤子落下时打击到安装在单元框架上的砧子上，在电除尘器工作时电晕极是带高压电的，故框架的捶打装置也是带高压电的，这样，捶打装置的转轴与安装于外壳的传动装置联接时，必须有一瓷绝缘连杆进行绝缘，转轴穿出壳体时要注意留有足够的击穿距离。
电瓷轴两端装有方向联轴节，以补偿振打轴的中心与链轮轴中心的偏差。
瓷连杆外部设置有保温箱，箱内有加热器和恒温控制器，以保持室内温度高于烟气露点30º
C。
保温箱上应设置检查门和清扫灰孔，以定期检查瓷轴的工作情况和打扫箱内积灰。
转轴穿入电场处装设绝缘性能良好的密闭板，密闭板采用5mm厚的聚四氟乙烯制作。
密闭板与转轴结合处应有一密封填料函，以防止粉尘从转轴与密封板的间隙处漏入。
3.2.6.绝缘套管
绝缘套管可由三种材质制成：
石英质、瓷质、刚玉瓷质套管。
3.2.7.保温箱
为保证绝缘装置不致因周围的温度过低或局部漏气，在其表面出现冷凝酸液和水汽，而使绝缘装置出现爬电（短路）现象，破坏绝缘性能使工作电压上不去，需在绝缘装置周围设置保温箱。
为保证绝缘有一定的温度，可在保温箱内加热，使其温度升高且高于露点20-30º
C.加热方式有电阻丝、蒸汽盘管、通入预热气体等。
保温箱内应设温度控制器，以控制加热温度。
保温箱的壳体保温层可采用100mm厚的矿渣棉。
3.3.气流分布装置
3.3.1.气流分布板的设计
气流分布板的结构形式有很多种：
格板式、多孔式、垂直偏转板、锯齿形、X型孔板和垂直折板式等。
中心进气的气箱，目前使用最多的是结构简单、易于制造的多孔板。
（1）分布板层数的确定
根据实验，多孔板的层数可由工作室截面积Fk与进风管面积F0的比值近似的确定：
当
≤6时，n=1
6<
≤20，n=2
20<
<
50，n=3
（2）分布板的开孔率
为保证气体流速分布均匀，常需使多孔板有合适的阻力系数，即
ξ=N0（
-1
式中ξ——阻力系数
N0——气流在入口处按气流动量计算的速度场系数，对于直管或带有导向板的弯头N0=1.2
（3）相邻两层多孔板的距离
L2≥0.2Dr
式中Dr——Fk断面上的水力直径，Dr=
；
nk——Fk断面上的周长
（4）进气管出口到第一层多空板的距离
Hp≥0.8Dr′
式中Dr′——进气管的水力直径。
多孔板的孔径为40-50mm的圆孔，多孔板可由3mm厚的钢板弯成槽型制成。
弯边为20-25mm。
孔板宽400mm左右，长度按进气箱确定。
上、下焊以联接板，上部用螺栓悬吊于上部梁上，下部与撞击杆相连，板与板之间，可用扁钢和螺栓固定。
3.3.2.槽型板的设计
为提高电
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