静电除尘实验装置实验指导书

一、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，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：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、数据采集直接打印输出功能、设备上已经安装微型打印机1台、注意：（不需要另配计算机和打印机）。
6、设备带有机械自动发尘装置、发尘量可精确控制调节。
7、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。
8、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。
9、该装置可在线数据采集、也可备用数据采集接口、设备系统还在净化设备前
后配有人工采样口。
10、本装置具有高压下无法启动，短路保护等安全措施
11、各传感器都经防震处理，数据都经标准仪器标定。数据可靠稳定。
二、技术条件与指标
电场电压：0~20KV（可调），处理气量：150m³/h，除尘效率：98％
电晕极有效驱进速度：10m/s、电场风速：0.03m/s
通道数：3个、压力降：<500Pa、
气流速度：1.0m/s、气体的含尘浓度：<30g/m
电压/功率380V/1600W、环境温度：0~50℃
电场电流：0~10mA
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
三、实验目的
了解电除尘器地电极配置和供电装置
观察电晕放电的外观形态
测定板式静电除尘器的除尘效率。
管道中各点流速和气体流量的测定
板式静电除尘器的压力损失和阻力系数的测定
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
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所示，本试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（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、微型数据打印机（可直接打印分析数据、不需另配计算机和打印机）1套；
10、数据处理分析系统1套；11、计算机通讯接口1套；
12、控制检测系统开关电源1套13、可控硅直流调压装置1套
14、高压静电电源1套（集成开关电源形式，并带有各种安全与短路保护措施）
15、设备相关展示台1套（展示并讲解设备的工艺流程）
16、电晕极14条17、高压电源线1条
18、高压指示电压表1个19、高压指示电流表1个
20、集尘极3块21、信号指示灯5个
22、专用测压软管1套23、气尘混合系统1套；
24、气体整流板1套；25、系统静压测口2个
26、工业滤袋6个27、机械振打装置1套
28、振打连杆1根29、减速电机1台
30、透明有机玻璃喇叭型进灰管段1套；31、自动粉尘加料装置1套；
32、卸灰装置1套；33、进出口风管1套；
34、人工取样口2个35、高压离心通风机1台；
36、风量调节阀1套；37、调节电位器1个
38、漏电保护开关1个39、指示按钮开关6只；
40、电源线1批；41、工作电压表1个，电流表1个
42、金属电器控制箱1台43、不锈钢支架、管道、开关等1套。设备外形尺寸约：长×宽×高=2500mm×600mm×1500mm
本实验需自行配备以下仪器。
（1）倾斜微差计2台（5）空盒气压计1台
（2）U形压差计1个（6）托盘天平（分度值1g）1台
（3）毕托管2支（7）秒表2块
（4）干湿球温度计1支（8）钢卷尺2个
 
五、实验原理
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度温度，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
y_w=Ф（式1）
式中p_v饱和水蒸气压力，kPa
p_a当地大气压力，kPa
管道中各点气流速度的测定
本实验用测压管和U型管压力计或（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。
V=K_p（式2）
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.
ρ=2.696[1.293(1-y_w)+0.804y_w](kg/m³)（式3）
式中P_s´测定断面上气流的平均静压(绝对压力),P_s´=p_s+p_a，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。
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v¯,则气体流量为
Q=A（m³/s）（式4）
式中A管道横断面积，m²
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|，并算出气体流量
Q=φA(m³/s）（式5）
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（273.15K101.33kPa）的干气体流量为
Q_N=2.696Q(1-y_w)（m³/s）
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、湖口接管断面静压之差，即Δp=p_si-p_s0（式7）
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
ξ=（式8）
式中v₁静电除尘器进口风速，m/s
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
C_i=（式9）
（2）静电除尘器出口后气体含尘浓度的计算
C₀=（式10）
式中C_iC₀除尘器进出口的气体含尘浓度，g/m³
G_f发尘量与收尘量
Q_iQ₀除尘器进、出口的气体量，m³/s
τ发尘时间，s
6、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
η=×100%（式11）
(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
η=×100%（式12）
7、除尘器处理气体量和漏风率的计算
处理气体量Q=（Q_i+Q₀）
漏风率δ=×100%
8、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，向集尘记极板运动，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

9、起晕电压
板式静电除尘器起晕电压的计算公式为：

式中：Vc——起晕电压，单位为V
ra——电晕极半径，单位为m
——空气的相对密度，当大气压力为P（Pa），温度为t（℃）时：

10、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。
11、集尘极的比集尘面积

12、有效截面积的计算

式中：F——电除尘器有效截面积，单位为m²
Q——处理气量，单位为m³/s
——气体速度，单位为m/s
13、集尘极总长度的计算

式中：——电场总长度，单位为s
n——气体在电除尘器内的通道数
h——集尘极极板高度，单位为m。
六、实验步骤
测定室内空气干球和湿球温度、大气压力、计算空气湿度。
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。
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。
先检查设备是否接地，如未接地请先将接地接好。
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”旋柄搬于“开”的位置。控制器接通电源后，低压绿色信号灯亮。
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。
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。
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。
断电后，高压部分任有残留电荷，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、用托盘天平城好一定量的尘样。
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11）计算除尘效率。
12、改变系统风量，重复上述试验，确定静电除尘器在各种工况下的性能。
13、改变电场电压，重复上述试验，确定静电除尘器在各种工况下的性能。
七、试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空气密度（ρ）Kg/m³
电场电压KV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1
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2
计算静电除尘器在各种工况下的除尘效率记入表3
表1除尘器处理风量测定结果记录表

测定次数	U型管测压计或/微压计读数			微压计倾斜角度系数K	静压/Pa ps=KΔ·g	流量系数φ	管内流速v/(m/s)	风管横截面积F1/(m/s)	风量Q/(m3/h)	除尘器进口面积F2/m2	除尘器进口气速v2/(m/s)
	初读l1/mm	终读l2/mm	实际Δl=l1-l2/mm

 
表2除尘器阻力测定结果记录表

测定次数

微压计读数

微压计K值

a、b断面间的静压差Δpab/Pa

比摩阻RL

直管长度l/m

管内平局动压pd/Pa

管间的总阻力系数∑ξ

管间的局部阻力系数Δpm/Pa

除尘器阻力Δp/Pa

除尘器在标准状态下的阻力ΔpNm/Pa

除尘器进口截面处动压pd1/Pa

除尘器阻力系数ξ

初读l1/mm

终读l2/mm

实际Δl=l1-l2/mm

 
表3除尘器效率测定结果记录表

测定次数	发尘量Gi/g	发尘时间τ/s	电场电压	电场电流	有效驱进速度	除尘器进口气体含尘浓度Ci(g/m3)	收尘量Gs/g	除尘器出口气体含尘浓度Cj/(g/m3)	除尘器效率η/%

八、注意事项
实验前准备就序后，经指导教师检查后才能起动高压。
设备启动时，电压需先调至零位，才能重新启动。
电流表与本测点牢靠连接，严禁开路运行。
实验进行时，严禁触摸高压区。
使用前请检查设备是否接地，如未接地请勿使用，以免危险。
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。
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）
用动压法和用静压法测得的气体流量是否相同，哪一种方法更准确些，为什么？
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？
用质量法和采样浓度计算的除尘效率，哪一个更准确些，为什么？
用静压法测定和计算静电除尘器的压力损失有何优缺点？你能提出改进方法吗？
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？
你认为实验中还存在什么问题？应如何改进？
影响起始电晕电压和火花电压的主要因素是什么？
电场电压与电流的变化与除尘效率的关系是什么？