静电除尘器性能测定实验结果

（一）实验目的

（1）了解静电除尘器的电极配置和供电装置。

（2）观察电晕放电的外观形态。

（3）测定板式静电除尘器的除尘效率。

（4）管道中各点流速和气体流量的测定。

（5）板式静电除尘器的压力损失和阻力系数的测定。

（6）测定静电除尘的风压、风速、电压、电流等因素对除尘效率的影响。

（二）原理、用途及特点

电除尘器的除尘原理是使含尘气体的粉尘微粒，在高压静电场中，荷电尘粒在电场的作用下，趋向集尘极和放电极，带负电荷的尘粒与集尘极接触后失去电子，成为中性而粘附于集尘极表面上，为数很少的带电荷尘粒沉积在截面很少的放电极上，然后借助于振打装置使电极抖动，将尘粒脱落到除尘的集灰斗内，达到收尘目的。板式电除尘器模型具有较高的除尘效率，适于教学使用，易于操作，方便演示。其特点：该除尘器气流均布；壳体结构、振打清灰简单；处理烟尘颗粒范围广；对烟气的含尘浓度适应性好；压力损失小；能耗低；耐高温及腐蚀；捕集效率高；容易自动化控制，运行费用低，维护管理方便。

特点如下：

（1）可测定板式静电除尘器除尘效率。

（2）可测定研究处理风量、待处理气体含尘浓度对除尘效率及压力损失的影响。

（3）配有微电脑粉尘浓度检测系统（能在线监测进口处与出口处含尘浓度的变化，并具有数据采集与直接打印输出功能）。

（4）装置配有微电脑风量、风压检测系统（能在线监测各段的风压、风速、风量，并具有数据采集与直接打印输出功能）。

（5）设备带有机械自动发尘装置，发尘量可精确控制调节。

（6）设备配有气尘混合系统，使风管内的粉尘分布均匀、取样检测更精确。

（7）带有机械振打、卸灰的功能，处理风量、进尘浓度等可自行调节。

（8）该装置可在线数据采集，也可用备用数据采集接口，设备系统还在净化设备前后配有人工采样口。

（9）本装置具有高压下无法启动、短路保护等安全措施。

（三）技术条件与指标

（1）电场电压：0～20kV（可调），除尘效率约：95%。

（2）电晕极有效驱进速度：10m/s，电场风速：0.03m/s。

（3）通道数：3个，压力降：＜500Pa。

（4）气流速度：1.0m/s，气体的含尘浓度：＜30g/m³。

（5）电压/功率380V/1600W，环境温度：5～40℃。

（6）电场电流：0～10mA。

（7）装置外形尺寸约：长2500mm×宽600mm×高1500mm。

（8）电源-380V，三相四线制，功率2000W。

（9）带微机接口和在线数据采集功能。

（10）机械振打频率50次/分钟。

（四）实验装置、供电装置和测量仪表

板式高压静电除尘实验设备主要由集尘极、电晕极、高压静电电源、高压变压器、离心风机及机械振打装置等组成。电晕极挂在两块集尘板中间，放电电压可调，集尘板与支架都必须接地。

板式静电除尘器实验装置如图3-4所示，本实验采用质量法测定板式静电除尘器的除尘效率。

配套实验装置包括：

（1）微电脑进气粉尘浓度检测系统1套。

（2）微电脑尾气粉尘浓度检测系统1套。

（3）微电脑在线风量检测系统1套。

（4）微电脑在线风速检测系统1套。

（5）微电脑在线风压检测系统1套。

（6）10英寸液晶显示器1套。

（7）在线温度、湿度检测系统1套。

（8）配套分析处理软件1套（具有能记录保存实验数据、数据变化曲线分析、取样时间设定、工作效率自动换算等功能）。

（9）数据处理分析系统1套。

（10）计算机通信接口1套。

（11）控制检测系统开关电源1套。

（12）高压静电电源1套。

（13）集尘极3块。

图3-4 板式静电除尘器

（14）电晕极14条。

（15）高压电源线1条。

（16）高压指示电压表1个。

（17）高压指示电流表1个。

（18）高压调节电位器1个。

（19）信号指示灯5个。

（20）专用测压软管1套。

（21）气尘混合系统1套。

（22）气体整流板1套。

（23）系统静压测口2个。

（24）透明有机玻璃喇叭形进灰管段1套。

（25）自动粉尘加料装置1套。

（26）卸灰装置1套。

（27）进出口风管1套。

（28）人工取样口2个。

（29）高压离心通风机1台。

（30）风量调节阀1套。

（31）调节电位器1个。

（32）漏电保护开关1个。

（33）指示按钮开关6只。

（34）电源线1批。

（35）工作电压表1个，电流表1个。

（36）金属电器控制箱1台。

（37）不锈钢支架、管道、开关等1套。

设备外形尺寸约：长2200mm×宽550mm×高1550mm

本实验需自行配备以下仪器：

（1）倾斜微压计2台。

（2）U形压差计1个。

（3）皮托管2支。

（4）干湿球温度计1支。

（5）空盒气压计1台。

（6）托盘天平（分度值1g）1台。

（7）秒表2块。

（8）钢卷尺2个。

（五）实验原理

1.气体温度和含湿量的测定

由于除尘系统吸入的是室内空气，所以近似用室内空气的温度和湿度代表管道内气流的温度t_s和湿度y_w。由挂在室内的干湿球温度计测量的干球温度和湿球温度，可查得空气的相对湿度Ф，由干球温度可查得相应的饱和水蒸气压力p_v，则空气所含水蒸气的体积分数：

式中 p_v——饱和水蒸气压力，kPa

p_a——当地大气压力，kPa

2.管道中各点气流速度的测定

本实验用测压管和U形管压力计或倾斜微压计测定管道中各测点的动压p_k和静压p_s。各点的流速按下式计算：

式中 K_p——皮托管的校正系数

p_K——各点气流的动压，Pa

ρ——测定断面上气流的密度，kg/m³

气流的密度可按下式计算：

式中——测定断面上气流的平均静压（绝对压力），，kPa

p_s——气流的平均静压（相对压力），kPa

T_s——气体（即室内气体）温度，K

3.管道中气体流量的测定

根据断面平均流速计算：根据各点流速可求出断面平均流速，则气体流量为

式中 A——管道横断面积，m²(www.xing528.com)

用静压法测定：根据测得的吸气均流管入口处的平均静压的绝对值|p_s|，算出气体流量：

式中|p_s|——均流管处气流平均静压的绝对值，Pa

φ——均流管的流量系数

标准状态下（273.15K 101.33kPa）的干气体流量为：

静电除尘器压力损失和阻力系数的测定：本实验采用静压法测定静电除尘器的压力损失。由于本实验装置中除尘器进、出口接管的断面积相等，气流动压相等，所以除尘器压力损失等于进、出口接管断面静压之差，即

测出静电除尘器的压力损失之后，便可计算出旋风除尘器的阻力系数：

式中 v₁——静电除尘器进口风速，m/s

4.除尘系统中气体含尘浓度的计算

（1）静电除尘器入口前气体含尘浓度的计算

（2）静电除尘器出口气体含尘浓度的计算

式中 C_i、C₀——除尘器进、出口的气体含尘浓度，g/m³

G_f、G_s——发尘量与收尘量

Q_i、Q₀——除尘器进、出口的气体量，m³/s

τ——发尘时间，s

5.除尘效率的测定与计算

（1）质量法 测出同一时段进入除尘器的粉尘质量G_f（g）和除尘捕集的粉尘质量G_s（g），则除尘效率：

（2）浓度法 用等速采样法测出除尘器进口和出口管道中气流含尘浓度C_i和C₀（mg/m³），则除尘效率：

6.除尘器处理气体量和漏风率的计算

处理气体量

漏风率

7.荷电粒子在电场中的驱进速度

荷电粒子（电晕区外）在电场和空气阻力的共同作用下，向集尘器极板运动，其所达到的终末电力沉降速度称为粒子驱进速度，其计算式为：

式中 ω——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s

q——粉尘粒子荷电量，C

E——粉尘粒子所处位置的电场强度，V/m

μ——气体黏度，Pa·s

d_p——粉尘粒子的直径，μm

C——肯宁汉修正系数，这里可以近似估算为8.起晕电压

板式静电除尘器起晕电压的计算公式为：

式中 V_c——起晕电压，V

r_a——电晕极半径，m

δ——空气的相对密度，当大气压力为p（Pa），温度为t（℃）时：

9.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。

德意希公式为：

式中 A——电除尘器集尘板总面积，m²

Q——电除尘器的处理气量，m³/s

ω——荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度，m/s

10.集尘极的比集尘面积

式中 f——比集尘面积

ω——驱进速度

11.有效截面积的计算

式中 F——电除尘器有效截面积，m²

Q——处理气量，m³/s

v——气体速度，m/s

12.集尘极总长度的计算

式中 l——电场总长度

n——气体在电除尘器内的通道数

h——集尘极极板高度，m

（六）实验步骤

（1）测定室内空气干球和湿球温度、大气压力，计算空气湿度。

（2）测量管道直径，确定分环数和测点数，求出各测点距管道内壁的距离，并用胶布标志在皮托管和采样管上。

（3）开起风机，测定各点流速和风量。用测压计测出各点气流的动压和静压，求出气体的密度、各点的气流速度、除尘器前后的风量。

（4）先检查设备是否接地，如未接地请先将接地接好。

（5）检查无误后，将控制器的电流插头插入交流220V插座中。将“电源开关”旋柄旋于“开”的位置。控制器接通电源后，低压绿色信号灯亮。

（6）将电压调节手柄逆时针转到零位，轻轻按动高压“起动”按钮，高压变压器输入端主回路接通电源，这时高压红色信号灯亮，低压信号灯灭。

（7）顺时针缓慢旋转电压调节手柄，使电压慢慢升高。待电压升至5kV时，打开保护开关K，读取并记录u₂、I₂。读完后立即将保护开关闭合，继续升压。以后每升高5kV读取并记录一组数据，读数时操作方法和第一次相同，当开始出现火花时停止升压。

（8）停机时将调压手柄旋回零位，按动停止按钮，则主回路电源切断。这时高压信号灯灭，绿色低压信号灯亮。再将电源“开关”关闭，即切断电源。

（9）断电后，高压部分仍有残留电荷，必须使高压部分与地短路消去残留电荷，再按要求做下一组的实验。

（10）用托盘天平称好一定量的尘样。

（11）测定除尘效率 启动风机后开始发尘，记录发尘时间和发尘量。观察除尘系统中的含尘气流和粉尘浓度的变化情况。关闭风机后，收集静电除尘器灰斗中捕集的粉尘，然后称量，用式（3-20）计算除尘效率。

（12）改变系统风量，重复上述实验，确定静电除尘器在各种工况下的性能。

（13）改变电场电压，重复上述实验，确定静电除尘器在各种工况下的性能。

（七）实验数据的记录与整理

实验时间__________年__________月__________日

空气干球温度（t_d）

__________℃

空气湿球温度（t_v）__________℃

空气相对湿度（Ф）

__________%

空气压力（p）__________Pa

电场电压__________kV

空气密度（ρ）__________kg/m³

电场电流__________mA

计算静电除尘器的处理气体量和漏风率，并将测定及计算结果记入表3-6。

表3-6 除尘器处理风量测定结果记录表

计算静电除尘器在各种工况下的压力损失和阻力系数并记入表3-7。

表3-7 除尘器阻力测定结果记录表

计算静电除尘器在各种工况下的除尘效率记入表3-8。

表3-8 除尘器效率测定结果记录表

（八）注意事项

（1）实验前准备就绪后，经指导教师检查后才能起动高压。

（2）设备启动时，电压需先调至零位，才能重新启动。

（3）电流表与本测点牢靠连接，严禁开路运行。

（4）实验进行时，严禁进入高压区。

（5）使用前请检查设备是否接地，如未接地请勿使用，以免危险。

（6）粉尘传感器使用一定时间后，必须定时清洁，以保证其测量精度。

（7）板式高压静电除尘实验含尘浓度不宜超过30g/m³。

（九）讨论（讨论结果写入实验报告中）

（1）用动压法和静压法测得的气体流量是否相同，哪一种方法更准确，为什么？

（2）当用静压法测定风量时，在清洁气流中测定和在含尘气流中测定的数值是否相等，哪一个数值更接近除尘器的运行工况，为什么？

（3）用质量法和采样浓度计算的除尘效率，哪一个更准确，为什么？

（4）用静压法测定的计算静电除尘器的压力损失有何优缺点？有何改进方法？

（5）静电除尘器的除尘效率随处理气量的变化规律是什么？它对静电除尘器的选择和运行控制有何意义？

（6）实验中还存在什么问题？应如何改进？

（7）影响起始电晕电压和火花电压的主要因素是什么？

（8）电场电压与电流的变化与除尘效率的关系是什么？