电除尘器设计 - 大气污染控制工程设计

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

1

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

2

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

3

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)

4

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。

5

引风机的寿命较长。本设计由于烟气量大。电场多，分段供电等，因此采用卧式电除尘器。

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。 2.2.3 、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。

2.2.4 、按沉集粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器

湿式：是用喷雾或淋水、溢流等方式在集尘极表面形成水膜将粘附于其上的粉尘带走，由于水膜的作用避免了产生二次扬尘，除尘效率很高；同时没有振打的设备，工作也很稳定。但是产生大量泥浆，如不加以适当处理，将造成二次污染。

干式：是通过振打或者用刷子清扫而使粉尘落于灰斗中。由于这种方式回收下来的粉尘处理简单，便于综合利用，因而也是一种常见的方式。但由于振打时使沉积于集尘极上的粉尘有可能再次扬起进入气流中，致使效率降低。

2.2.5 、根据电极的大小分为常规电除尘器和宽间距电除尘器

同极距在400mm以上的称为宽间距电除尘，它在本体结构上与常规电除尘没有根本区别。但由于间距加大，供电机组电压的提高，有效电场强度大，板电流密度均匀，驱进速度提高，有利于净化高比电阻粉尘，因此本设计采用宽间距电除尘器。[5]

2.3 、电除尘器方案选择

综合考虑，本设计选用卧式、板式、单区、单室、干式清灰、宽间距的电除尘，卧式电除尘器之气体在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。

3、 电除尘器机械结构设计

3.1、集尘极系统

6

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。集尘极的设计原则： 具有良好的电性能；极板电流密度分布要均匀；具有良好的振动加速度分布性能；具有良好的防止粉尘二次飞扬性能；钢材耗量少，强度大，不易变形。 3.1.1、集尘极的型式

本设计采用卧式电除尘器,采用C型极板。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，极板在悬吊后容易出现扭曲；C型极板克服了Z型极板的这种缺点。

图2 极板形式

3.1.2、集尘板的设计

极板的材料，通常用普通碳素钢的三号镇静（A3）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钢结构（08Al）。

二次扬尘的控制：为要在极板面附近形成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。

3.1.3、极板的悬挂

本次设计极板的悬吊方式为固定在壳体顶梁的小梁上，联接点采用固接。采用固接方式可获得较大的极板振动加速度。但是，上下均采用固接型式，当各条极板受热不均匀时，则会造成某些极板弯曲，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。

7

上端固接的悬吊方法：极板的一端焊接一块厚为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。 3.1.4、极板清灰装置的设计

集尘板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。真大周期、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5min。多电场的除尘器，可根据实际情况确定各电场极板的振打周期。

本次设计敲打极板方式采用平行于板面的振打方式，它即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，产生一定的贯切力，使粘附在板面上的粉尘更易脱落。

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，基本上不采用。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。 3.1.5、振打装置设计

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1500），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。每段轴间宜用用允许较大径向位移的连接轴。

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。 振打系统传动装置的设计要求考虑到设备的可靠性和使用维修的可能性。电机-蜗轮减速器-链传动方案，由于运行可靠，维修方便，是采用的比较多的一种形式。振打机构所需功率一般是很小的，进口设备多为0.12-0.4kW的电机，国内多为0.4-1kW电机。

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。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。

3.2.1设计电晕线的要求

8

（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。 3.2.2 电晕线的形式

电晕线有多种形式，主要形式有以下几种： 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。 3.2.3 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。 3.2.4 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30oC。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。 3.2.5 绝缘套管

9

绝缘套管可由三种材质制成：石英质、瓷质、刚玉瓷质套管。 3.2.6、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20-30 oC.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[9]。

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[10]。

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

Fk≤6时，n=1 F06＜

Fk≤20，n=2 F0Fk＜50,n=3 F020＜

（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(

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

10

Fk)-1 F02n

式中Dr——Fk断面上的水力直径，Dr=2Fk/nk；

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[11]

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、分布板的振打装置

电动机通过联轴节与一台二级蜗轮减速器相连，蜗轮减速器的低速轴有两端出轴，分别在两端安装两套挠臂锤击装置，使第一、第二两层分布板得到振打。当除尘器宽度大于6m时，也可采用与除尘极类似的振打方法。 3.3.3、槽型板

为提高电除尘器对微细粉尘（小于5微米）的收集，在除尘器的出气箱前平行安装两排槽型板。槽型板可用3mm厚的钢板制成。每块槽型板宽100mm，翼缘25-30mm，两槽型板的气流间隙取50mm左右，两排槽用两条扁钢、钢管、螺栓、螺母固定联成一组[12]。当槽型板的高大于5m时，槽型板需上、下各设一道固定板。

槽型板装置同样应设置振打装置。

3.4、壳体结构及其尺寸

电除尘器的壳体结构主要由箱体、灰斗、进风口风箱及框架等组成。 为了保证电除尘器正常运行，壳体要有足够的刚度、强度、稳定性和密封性。箱体的构造形式和使用材料要根据被处理烟气性质和实际情况确定。一般多采用钢结构。 3.4.1、尺寸设计

（1）箱体断面积F′的确定

F′=Q/v

式中 Q——被处理的烟气量，m3/s

v——电场风速，m/s

（2）极板高度h

当F′≤80m2

11

h≈（F）1/2

当F′＞80 m2

h≈(F/2)1/2

即当F′＞80 m2时，电除尘器要设双进风口，计算后的h值应进行调整。 （3）电除尘器的通道数N

N= F′/2Sh

（4）电除尘器的内壁宽B

B=2SN

（5）过流断面积F

F=Bh

3.4.2 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸

（1）电场总长度L

L=vt

式中 t——气体在电场内的停留时间，s

t值可以爱3-10s范围内选择，净化效率要求高时，停留时间可选的长些。 （2）Le1、Le2、C的取值

电晕极吊杆至进气箱大端面距离为

Le1=400-500mm

集尘极一侧距电晕极吊杆的距离为

Le2=450-500mm

两电极框架吊杆间距为

C≥380-440mm

（3）除尘器壳体内壁长度为

Lh=n(L+2 Le2+C)+2 Le1-C

3.4.3 进出气箱的形状及尺寸

（1）水平进气箱进气口尺寸：进气箱的进气方式有水平进气和上进气两种，一般情况下多采用水平进气式。

F0=Q/v0

式中 F0——进气口的面积，m2

v0——进气口处的风速，m/s。该值越小对电除尘越有利，v0一般取13-15m/s。 （2）进气箱长度Lz

12

Lz=(0.55～0.56)(a1-a2)+250

式中 a1、a2——分别为Fk及F0处的最大边长，m Fk——进气箱大端面积，m2

进气箱内有导流装置时，式中系数可降到0.35。 （3）进气箱有灰斗时的上沿宽度

LE=(0.6～0.65)Lz

前端灰口下口长LM，一般取400mm

（4）出气箱有关尺寸：出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，以降低粉尘的二次飞扬。 出气箱小端面积：F0′=F0 出气箱长度：Lw≥0.8Lz

3.5、排灰装置

四棱台灰斗：电除尘器每一个区下面设置一个灰斗，灰斗的斜壁与水平夹角大于60°。电除尘器的排灰装置根据灰斗的形式和卸灰方式而异。但都要求密闭性能好，工作可靠，满足排灰能力。常用的有螺旋输送机、仓式泵、回转下料器、链式输送机等。

4、 设计参数选择及数据运算

4.1、烟气进口浓度及出口浓度

η=

由η=93%，Ci=29g/m3 得Co=2.03 g/m3

Ci-Co Ci4.2、有效驱进速度的确定

ωe=9.62kS0.625

式中 ωe——有效驱进速度，cm/s

S——煤的含硫量，%( 电厂用煤含硫量在1%左右) K——平均粒度影响系数

13

查《大气污染控制工程》[13]，可知飞灰ωp一般在0.10～0.14m/s的范围内，而在中国气体分离设备商务网上查得，有效驱进速度为0.08—0.122m/s，设计取ωp=0.12m/s。

4.3、集尘板面积

由

η=1-exp（-得

A=(Q/ωe)·ln[1/(1-η)]=(80/0.12) ×ln(1/(1-0.93))=1772.8m2≈2000m2 式中 η——除尘效率

A——集尘板面积，m2 Q——烟气总量，m3/s

A·ωp） Q4.4、电除尘器箱体横断面各部分尺寸

4.4.1 电场断面积F′

F′=Q/v=80/1.2=66.67 m2≈70 m2

[14]

《工业电除尘器应用技术》中，电场内气体流速普遍低于2.0m/s，《大气污染控制工程》中为1.5-2.0m/s，而v与除尘效率有关，对火电厂来说，本设计采用v=1.2m/s。

验证比集尘板表面积A/v A/v=（1/ωe）ln（1/（1-η））

=（1/0.12）×ln（1/（1-0.93）））=22.16m2(m3/s) A/v在20-402(m3/s)内，符合设计要求。 4.4.2 电场高度h

由于F′<80m2

h=(F)1/2=(70)1/2=8.36m，设计取9m。

电除尘器要设置单进风口。

14

4.4.3 电除尘器通道数N

N= F′/(2S)h=70/（0.4×9）=29.16 （个）

故取通道数为30个 4.4.4 除尘器两内壁间宽度B

B=2[(n1-1)b+c]=2×[(31-1) ×0.2+0.1]=12.2m

B——两内壁间宽度，m n1——收尘极排数

b——收尘极与电晕极的中心距，m

c——最外层一排集尘极中心线与内壁表面的距离，m，一般取0.05—

0.1m，本设计取0.1m 4.4.5 顶梁底面至灰斗上端面距离

H1=h+h1+h2 =9+0.05+0.15=9.2m

H1——顶梁底面至灰斗上端面距离，mm h——收尘极板有效高度，本设计为9m，

h1——收尘极下端至撞击杆中心距离，一般取35mm—50mm，本设计取50mm， h2——撞击杆中心至灰斗上端距离，按热膨胀要求计算，一般取150mm—300mm，本设计150mm

4.4.6 灰斗上端至立柱基础面距离H2 H2一般取800——1200mm 4.4.7 过流断面面积F

F=B·h=12×9=108m2

4.5、烟气沿气流方向内壁有关尺寸

4.5.1 电场长度l

A=2000/（2×（30-1）×9×5）=1.2m，设计取2m，

2?(N?1)?h?n15

l=

取电场数为5，故电场总长为10m。 4.5.2 验证实际效率η1

A·ωp)=1-exp(（-80/0.12）×0.12)=95.02%>93% Qη1=1-exp(-符合设计标准。

4.5.3 电晕极吊杆至进气箱大端面距离为

Le1=500mm

集尘极一侧距电晕极吊杆的距离为

Le2=500mm

两电极框架吊杆间距为

C=400mm

4.5.4 除尘器壳体内壁长度

Lh=n(L+2 Le2+C)+2 Le1-C=5×（1.2+2×0.5+0.4）+2×0.5-0.4=13.6m， 设计取14m。

4.5.5 检验实际除尘面积A′

A′=hL(N/2+1)×2×2=6×10×(30/2+1)×2×2=3840m2＞2000m2

4.5.6 每个电场电晕线的有效长度

L1=

LNh=10×30×6/（0.2×5）=1800m 0.2n4.6、进出气烟箱的尺寸

4.6.1 水平进气箱进气口尺寸：采用水平进气式

进气口小端面积

F0=Q/v0= 80/18=4.44m2

本设计V0=18m/s，为使烟尘不再管道内沉积，主机排放的烟气经过主管道流速为15-18m/s，

取小端面积面积为4.44m2，长2.1m。宽2.1m，画图时分别都取2.5m。

16

进气口大端面积

Fk=（h-0.35-0.6）×B=(9-0.35-0.6)×8/2=32.2m2

因此，a1=9-0.35-0.6=8.05m，a2=（F0）1/2=2.1m， n0=14m，nk=42.5m

4.6.2 进气箱长度Lz(进气烟箱内有导流装置时)

Lz=0.35(a1-a2)+0.25=0.35×（8.05-2.1）+0.25=2.33m，设计取2.4m

a1，a2——分别为FK及F0处的最大边长，m；

FK——进气箱大端面积，m2。

4.6.3 进气箱有灰斗时的上沿宽度

LE=0.6Lz=0.6×2.33=1.4m

前端灰口下口长LM，一般取0.4m 4.6.4 出气箱有关尺寸：

出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，以降低粉尘的二次飞

扬。

出气箱小端面积：F0′=F0=4.4m2 长2.1m，宽2.1m

出气箱长度：Lw=0.8Lz=0.8×2.33=1.86m，设计取2.0m。 出气箱大端高度h3=0.8a1＋0.2a2＋0.17=7.03m，设计取7.5m， 烟箱底端距出气箱大端底端高度h4=9－0.35－7.5=1.15m 烟箱上端距出气箱大端上端高度h5=0.35m

4.7、灰斗尺寸

采用四棱台形灰斗，沿气流方向设5个灰斗。与气流垂直的方向也设4个灰斗。灰斗的排灰量G0

G0（t/h）=

3Qq?=3×80×29×10-6×0.93×3600／5=4.67t/h n所以取灰斗下口为200×200mm，斗壁斜度最小为600，

17

式中 n——沿除尘器长度方向的斗数，取n=5，灰度长度取为

14/5=2.8m；

LH——纵向内壁间距离，为10m。

4.7.1 灰斗的排灰量取5t/h，所以灰斗的下口宽200×200mm2 4.7.2 宽度方向取灰斗个数4个：灰斗的宽度为12/4=3m 4.7.3 灰斗的斜壁与水平夹角取60°。 4.7.4 灰斗的高为h2

解三角形得

h2=（（3-0.2）/2）×cot30o=2.42m,设计取2.5m。

为保证与烟气垂直方向上灰斗的斜壁与水平夹角满足设计要求，当设计

h2=2.5m时，灰斗四面斜壁方向与水平夹角大于60度，满足与烟气垂直方向上灰斗的斜壁与水平夹角为55o,符合设计要求[15]。

4.8、气流分布板尺寸

4.8.1 气流分布板的层数

Fk=108/4.44=24.3， F0由于

Fk>20时，n=3 F04.8.2 开孔率ξ

ξ=N0(

Fk)-1=1.2×24.32/3-1=9.1 F02n4.8.3 相邻两层多孔板的距离：

Lz≧0.2Dr≈1m

18

式中 Dr———Fk断面上的水力直径，Dr=2Fk/nk=2×8.05×12/40.1=4.82 nk———Fk断面上的周长nk=12×2＋8.05×2=40.1m 4.8.4 进气管出口到第一层多空板的距离HP

Dr’=F0/n0=2.5×2.5/10=0.625 Hp≧0.8 Dr’=0.5m,设计取0.5m。

4.8.5 进气箱灰斗

对带前端灰斗的进气箱，进气箱顶板斜度一般大于70°（与水平线夹角），前端灰斗下口长LM应大于400mm，其灰斗上沿宽为：

LE=(0.60～0.65)·LZ=1m

式中 LE——灰斗上灰口尺寸，mm 灰斗高h1： h1=tanθ(LE-LM)/2 =tan70o×(1.4-0.4)/2=1.4m 由上述验证可知，灰斗高2.0m。

式中 ?——灰斗的安息角，本设计选用70?

LM——灰斗下灰口尺寸，mm，本设计选用的为200mm

4.9、槽形板

在除尘器的出气箱前平行安装两排槽型板，槽型板可用3mm厚的钢板

制成。

5、 工程图纸

附图一：电除尘器结构图[16] 附图二：电除尘器横剖面图 附图三：电除尘器纵剖面图

19

附图四：电除尘器左视图 附图五：电除尘器右视图 附图六：灰斗三视图 附图七：进气烟箱结构图

6、 设计总结

通过本次电除尘器的设计，让我对电除尘器的除尘机理，结构和各部分的功能和设计要点有了比较深入的了解，把总结参观实习的观察和实践应用到本次设计中，通过广泛查阅各种文献资料和同学之间的讨论，解决设计中遇到的各种问题，让我对电除尘器机械构造有了深入了解，这次设计是一次通过学习、消化、吸收、再创新的过程，通过此次设计，我不仅对电除尘器结构功能有了深入了解，而且对电除尘器历史发展及目前面临的主要问题也有了较清楚的认识。电除尘器因其除尘效率高,消耗电能少,具有高温除尘等突出的优越性,被广泛应用在冶金、水泥、电站锅炉以及化工、轻工等行业,具有广泛的市场前景，学习好电除尘器的设计对以后的工作会打下良好的基础。

参考文献：

[1] 陈丽艳，谢小杰，廖增安,等. 电除尘器如何满足低排放的研究. 电力科技与环保，2011, 2（1）:14-18

[2] XU Guosheng, XU Libo. Five Stages Electrostatic Precipitator Principles and Application. 11th International Conference on Electrostatic Precipitation, 2010, 70-72

[3] LIN Youwen, LIU Weiping. Development of Chinese Electrostatic Precipitator Technology. Development of Chinese Electrostatic Precipitator Technology, 3-5

[4] Roger Gale. Electrostatic Precipitator: The Next Generation. 11th International Conference on Electrostatic Precipitation, 2010, 62-64

[5] 马寨璞，张子生，李庆，等. 国内外电除尘器研究发展现状及思路. 军械工程学院学报，2006，9（18）96-102

[6] 唐敬麟，张禄虎 编. 除尘装置系统及设备系统选用手册. 化学工业出版社，2004, 534

[7] 李连山主编.大气污染控制工程.武汉：武汉理工大学出版社，2004 [8] 张殿印，王纯主编. 除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社, 2003

20

[9] 王绍文，杨景玲. 环保设备材料手册. 北京：冶金工业出版社，2000 [10] 王玉彬. 大气环境工程师实用手册. 中国环境科学出版社， 2003 [11] 郑铭主编.环保设备—原理·设计·应用. 北京：化学工业出版社，2002

[12] Rodney John Truce,Wade Reibelt. New technology improves electrostatic precipitator performance. Nology reduces dust emission from electrostatic precipitators. 2008(11)

[13] 郝吉明，马广大，王玉肖. 大气污染控制工程(第三版). 高等教育出版社，2010

[14] 唐国山. 工业电除尘器应用技术. 北京：化学工业出版社，2006 [15] 唐敬麟主编. 破碎与筛分机械设计选用手册. 北京:化学工业出版社， 2001

[16] 戴海金. 大型电除尘器结构改进设计. 机电技术. 2009(2), 63-65

21

[9] 王绍文，杨景玲. 环保设备材料手册. 北京：冶金工业出版社，2000 [10] 王玉彬. 大气环境工程师实用手册. 中国环境科学出版社， 2003 [11] 郑铭主编.环保设备—原理·设计·应用. 北京：化学工业出版社，2002

[12] Rodney John Truce,Wade Reibelt. New technology improves electrostatic precipitator performance. Nology reduces dust emission from electrostatic precipitators. 2008(11)

[13] 郝吉明，马广大，王玉肖. 大气污染控制工程(第三版). 高等教育出版社，2010

[14] 唐国山. 工业电除尘器应用技术. 北京：化学工业出版社，2006 [15] 唐敬麟主编. 破碎与筛分机械设计选用手册. 北京:化学工业出版社， 2001

[16] 戴海金. 大型电除尘器结构改进设计. 机电技术. 2009(2), 63-65

21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wgd6.html