第二章 电式除尘器仿真设计的数学模型2.1 电除尘器除尘机理在电除尘技术中，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[2]:(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:0i u K E =（2-1）式中 0u ——离子的迁移速度，m s ；E ——电场强度，V m ；i K ——离子迁移率，2m(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[1]。

2.2 电除尘器仿真设计模型2.2.1电除尘器主要部件目前新设计的电除尘器多为卧式电除尘器，所以下面主要介绍卧式电除尘器主要部件的选择。

2.2.1.1 集尘板及电晕线[2]卧式电除尘器的集尘极目前多采用板式电极，且多采用Z型或C型断面的长条形板，名义宽度为400mm或500mm。

第一第二电场的电晕线多选用芒刺线，第三第四电场的电晕线选用管状芒刺线，有时为便于制造，减少备件品种，也可都采用芒刺线。

2.2.1.2 集尘极及电晕线的振打目前集尘极多采用下部绕臂捶打装置，为保证正确的振打制度，均应采用单边振打。

电晕极振打可选用中部绕臂振打装置，但每个电场、每个框架最好两侧都装设振打装置。

2.2.1.3 进气烟箱与出气烟箱电除尘器的进出气烟箱常做成喇叭形，在特殊要求时，可做成上进气或下进气形式。

当进口烟气含尘浓度较高时，进气箱下部需设置灰斗，以避免由于分布板分离出的大量粉尘在进气箱底板堆积或大量流入第一电场前的振打装置。

2.2.1.4 气流分布板为使气流沿电场均匀分布，需在进气箱内设置气流分布装置。

分布板的形式多采用多孔分布板，这种分布板结构简单，且有较好的均布作用。

为使气流均布良好，多孔板的层数应不少于两层。

在出气烟箱处是否设置气流均布装置，对电场气体流动影响不大，所以一般不设置。

2.2.1.5 壳体壳体多采用箱形的钢结构，仅仅在处理高压烟气时才做成圆柱形。

壳体的顶盖有户内式和户外式两种，规格在10m2以上的电除尘器一般均设计成户外式。

2.2.1.6 灰斗壳体下部灰斗有四棱台状和棱柱状两种，根据排灰方式的不同，可采用不同的形式，四棱台状灰斗多适用于顺序定时排灰，棱柱状灰斗适用于连续排灰，灰斗的出灰口需装设密封性良好的排灰阀。

2.2.1.7 梁柱的布置形式根据集尘极在顶梁的固定形式的不同，梁柱的布置形式也不同，分为不均匀分布的立柱结构形式和均匀分布的立柱结构，前者是将相邻的两根柱和两根梁并在一起因此有较大的横向刚度。

后者的结构有利于烟气加热整个顶梁，这样可以将少整个顶梁由于上下温差而产生的热应力[2]。

2.2.1.8 集尘极与电晕极的配置目前电厂多采用集尘极高度大于电晕极，而电晕极的宽度略大于集尘极这种形式，这种配置形式的电晕极多制成框架式，电晕极的振打可以设置在框架中部，有较好的清灰效果，其缺点是：除尘器的长度较大。

2.2.2电除尘器的仿真设计数学模型1．驱进速度ω的确定ω=9.62kS0.625（2-2）式中ω——驱进速度，cm/s；S——煤的含硫量，%；K ——平均粒度影响系数按下表选定。

2．计算所需集尘板面积AA=v q ln(1)kηω--⋅ （2-3）式中 ω——驱进速度，m/s ；A ——总除尘面积，m 2 ； k ——储备系数，1.0～1.3； q v ——烟气量，m 3/s ； η——除尘效率，%。

3．平均粒度a平均a 平均=1122n nW a W a W a 100++ （2-4）式中 W 1,W 2——粒度为a 1,a 2组成的百分比；a 1,a 2——粒度平均粒径。

4．初定电场断面F ''v F q v= （2-5）式中 'F ——初定电场断面积，m 2；v ——电场风速，m/s 。

5．电场高度h当F '≤80m 2 h ≈ （2-6）当F '＞80m 2 h ≈（2-7）式中 h ——电场高度，m 。

要对于极板高度h 进行圆整6．电除尘器的通道数NN=F'(2s)h （2-8）式中 2s ——相邻两极板中心距，m 。

将N 圆整为整数，当选用双进风口时，N 值应取偶数。

7．电场有效宽度B 有效：B 有效=2sN （2-9）8．实际电场断面FF h B =⋅有效 （2-10）9．电除尘器的内壁宽度B单进风：B =2N s+2∆ （2-11）双进风：'1B =2N s+2e ∆+ （2-12）式中 ∆——最外层的一排极板中心线与内壁的距离，此值可以根据除尘器的大小在50～100mm 间选取；'1e ——中间小柱宽度。

10．柱间距L k电除尘器在与气流流动方向垂直断面上的外侧柱间距L k 按下式计算k 1L B 2e 'δ=++（2-13）式中 δ1——除尘器壳体钢板的厚度，一般取5mm ；e '——柱的宽度。

11．内高H 1从除尘器顶梁底面至灰斗上端面的距离H 1H 1=123h+h +h +h （2-14）式中 h ——除尘极板有效高度，m ；1h ——当极板上端悬吊于顶梁的X 型梁上时，1h =0；当极板悬吊于顶梁下面的悬挂装置时1h =80mm ～300mm2h ——除尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式取2h =35mm ～50mm ； 3h ——撞击杆中心至灰斗上端的距离，取3h =160mm ～300mm 。

12．每个电场的长度LL=A 2h N n（2-15）式中 n ——电场数量13．验证实际除尘面积A 实际及实际效率1η2A h L n N=⨯⨯⨯⨯实际 （2-16）1vA q eωη-=-实际实际 （2-17）14．电除尘器壳体内壁长L HH e2e1L n (l 2l c)2l c=+++- （2-18）式中 e1l ——电除尘器内壁顶端到电晕线到框架的距离，400～500mm ；e2l ——电晕线框架到极板的距离，450～500mm ；c ——两电场间框架间距，380～440mm 。

15． 烟气流方向的柱距中间柱距d1e2L l 2l c =++ （2-19） 外侧柱距d2e2c L l 2l 2=++（2-20）最外侧的柱距与除尘器内壁：1e1X l = （2-21）16．进气箱进气口面积0F进气箱的进气方式有上进气和水平进气两种，一般采用水平进气。

当采用水平引入式进气箱时，进气箱的进气尺寸按下式计算：00Q F v =(m 3) （2-22）式中 0F ——进气口面积，m 2；0v ——进气口处的流速，m/s ，在电场的电除尘器设计中，进气风速可取8m/s左右。

17．进气箱长度L z()12Lz=0.550.56(a -a )+250 （安装导流装置时系数取0.35）（2-23） 式中 1a ，2a ——是k F 及0F 处最大边长，m ；k F ——进气箱大端的面积，m2。

18．进气箱灰斗上沿宽E L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L M 应大于400mm ，其灰斗上沿宽为：E L =（0.60～0.65）Z L （2-24）19．灰斗高（2-25） 式中 n 1——沿除尘器方向的斗数；1B ——灰斗下灰口尺寸，mm 。

20．整流器额定电流Is I 1.05I A= （2-26）式中 I ——整流器的额定电流，mA ；s I ——板电流密度，mA/m2，采用芒刺电极时板电流密度为0.4mA/m 2。

21．单区供电面积i Ai 1A A N =实际=2a Z L HM=2L Z HmM（2-27）式中 1N ——供电分区数；m ——电场数；M——电除尘器室数。

22．供电分区数1Ni 11iA A A N N A =⇒=实际实际 （2-28）23．气流分布板层数n当0F 620F 〈〈有效时 n 2= （2-29） 当F 2050F 〈〈有效时 n 3= （2-30）24．气体分布板开孔率f多孔板阻力系数ξ与它的开孔率f 间的关系由下式确定：2211f )fξ=+- （2-31）2k n 00F =N ()1F ξ- （2-32）式中 ξ——阻力系数；0N ——气流在入口处按气流动量计算的速度场系数，对于直管0N =1.2 ；n ——多孔板层数。

25．相邻两层多孔板的距离2 l2r l 0.2D ≥ （2-33）k r kF D n =（2-34）式中 r D ——k F 断面上的水力直径，k r kF D n =；kn ——k F 断面上的周长，m 。

26．进气管出口到达一层多孔板的距离p H'p r H 0.8D ≥ （2-35）0r 0FD n = （2-36）式中 'r D ——进气管的水力半径。

27．保温箱0(0.8~1.2)a b = （2-37） 0(2~2.5)h b =（2-38） 0(1.1~1.2)b b =（2-39）式中 0 a ——绝缘棒中心到套管外臂的距离，mm ；0h ——绝缘棒套管顶端到保温箱顶端距离，mm ； 0b ——加热管中心到套管边缘的距离，mm ；s ——为除尘器内部两极间的距离，mm 。

28．初定除尘效率ηη=o ic 1()c -（2-40）式中 η——初定除尘效率，%；c o ——出口含尘质量浓度，g/m 3； c i ——入口含尘质量浓度，g/m 3。

29．灰斗排灰量G 0013Q q G n λη=（2-41）式中 3——考虑排灰口的排灰能力应增大的倍数；q λ——粉尘进口浓度，3/t m ；Q ——烟气量，3/m h ；η——当采用角锥形斗时，η近似取0.85～0.9；1n ——为沿除尘器宽度方向的斗数。