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靜電除塵實驗裝置實驗指導書

  
靜電除塵實驗裝置實驗指導書
一、原理、用途及特點
電除塵器的除塵原理是使含塵氣體的粉塵微粒,在高壓靜電場中荷電,荷電塵粒在電場的作用下,趨向集塵極和放電極,帶負電荷的塵粒與集塵極接觸后失去電子,成為中性而粘附于集塵極表面上,為數很少帶電荷塵粒沉積在截面很少的放電極上。然后借助于振打裝置使電極抖動,將塵粒脫落到除塵的集灰斗內,達到收塵目的。板式電除塵器模型具有較高的除塵效率,適于教學使用,易于操作,方便演示。其特點:該除塵器氣流均布;殼體結構、振打清灰簡單;處理煙塵顆粒范圍廣;對煙氣的含塵濃度適應性好;壓力損失;能耗低;耐高溫及腐蝕;捕集效率高;容易自動化控制,運行費用低,維護管理方便。
特點:1、可測定板式靜電除塵器除塵效率。
2、可測定研究處理風量、待處理氣體含塵濃度對除塵效率及壓力損失的影響。
3、配有微電腦粉塵濃度檢測系統(能在線監測進口處與出口處含塵濃度的變化、并具有數據采集與直接打印輸出功能、)。
4、裝置配有微電腦風量、風壓檢測系統(能在線監測各段的風壓、風速、風量,并具有數據采集與直接打印輸出功能)。
5、數據采集直接打印輸出功能、設備上已經安裝微型打印機1臺、注意:(不需要另配計算機和打印機)。
6、設備帶有機械自動發塵裝置、發塵量可精確控制調節。
7、設備配有氣塵混合系統,使風管內的粉塵分布均勻、取樣檢測更精確。
8、帶有機械振打,卸灰的功能,處理風量、進塵濃度等可自行調節。
9、該裝置可在線數據采集、也可備用數據采集接口、設備系統還在凈化設備前
后配有人工采樣口。
10、本裝置具有高壓下無法啟動,短路保護等安全措施
11、各傳感器都經防震處理,數據都經標準儀器標定。數據可靠穩定。
二、技術條件與指標
電場電壓:0~20KV(可調),處理氣量:150m3/h,除塵效率:98%
電暈極有效驅進速度:10m/s、電場風速:0.03m/s
通道數:3個、壓力降:<500Pa、
氣流速度:1.0m/s、氣體的含塵濃度:<30g/m
電壓/功率380V/1600W、環境溫度:0~50℃
電場電流:0~10mA
裝置外形尺寸約:長2500mm×寬600mm×高1500mm
8、電源380V三相四線制功率2000W
9、帶微機接口和在線數據采集功能、
10、機械振打頻率50次/分鐘
三、實驗目的
了解電除塵器地電極配置和供電裝置
觀察電暈放電的外觀形態
測定板式靜電除塵器的除塵效率。
管道中各點流速和氣體流量的測定
板式靜電除塵器的壓力損失和阻力系數的測定
測定靜電除塵的風壓、風速、電壓、電流等因素對除塵效率的影響
四、實驗裝置、供電裝置和測量儀表
板式高壓靜電除塵實驗設備主要由集塵極、電暈極、高壓靜電電源、高壓變壓器、離心風機及機械振打裝置等組成。電暈極掛在兩塊集塵板中間,放電電壓可調,集塵板與支架都必須接地。
板式靜電除塵器實驗裝置如圖所示,本試驗采用質量法測定板式靜電除塵器的除塵效率。

配套實驗裝置包括:
1、微電腦進氣粉塵濃度檢測系統1套2、微電腦尾氣粉塵濃度檢測系統1套
3、微電腦在線風量檢測系統1套4、微電腦在線風速檢測系統1套
5、微電腦在線風壓檢測系統1套6、10英寸液晶顯示器1套
7、在線溫度、濕度檢測系統1套;8、配套分析處理軟件1套(能記錄保存實驗數據,數據變化曲線分析,取樣時間設定,工作效率自動換算等功能)
9、微型數據打印機(可直接打印分析數據、不需另配計算機和打印機)1套;
10、數據處理分析系統1套;11、計算機通訊接口1套;
12、控制檢測系統開關電源1套13、可控硅直流調壓裝置1套
14、高壓靜電電源1套(集成開關電源形式,并帶有各種安全與短路保護措施)
15、設備相關展示臺1套(展示并講解設備的工藝流程)
16、電暈極14條17、高壓電源線1條
18、高壓指示電壓表1個19、高壓指示電流表1個
20、集塵極3塊21、信號指示燈5個
22、專用測壓軟管1套23、氣塵混合系統1套;
24、氣體整流板1套;25、系統靜壓測口2個
26、工業濾袋6個27、機械振打裝置1套
28、振打連桿1根29、減速電機1臺
30、透明有機玻璃喇叭型進灰管段1套;31、自動粉塵加料裝置1套;
32、卸灰裝置1套;33、進出口風管1套;
34、人工取樣口2個35、高壓離心通風機1臺;
36、風量調節閥1套;37、調節電位器1個
38、漏電保護開關1個39、指示按鈕開關6只;
40、電源線1批;41、工作電壓表1個,電流表1個
42、金屬電器控制箱1臺43、不銹鋼支架、管道、開關等1套。設備外形尺寸約:長×寬×高=2500mm×600mm×1500mm
本實驗需自行配備以下儀器。
(1)傾斜微差計2臺(5)空盒氣壓計1臺
(2)U形壓差計1個(6)托盤天平(分度值1g)1臺
(3)畢托管2支(7)秒表2塊
(4)干濕球溫度計1支(8)鋼卷尺2個
 
五、實驗原理
氣體溫度和含濕量的測定
由于除塵系統吸入的是室內空氣,所以近似用室內空氣的溫度和濕度代表管道內氣流的溫度ts和濕度yw。由掛在室內的干濕球溫度計測量的干球溫度和濕度溫度,可查得空氣的相對濕度Ф,由干球溫度可查得相應的飽和水蒸氣壓力pv,則空氣所含水蒸氣的體積分數
yw=Ф(式1)
式中pv飽和水蒸氣壓力,kPa
pa當地大氣壓力,kPa
管道中各點氣流速度的測定
本實驗用測壓管和U型管壓力計或(傾斜微壓計)測定管道中各測點的動壓pk和靜壓ps。各點的流速按下式計算。
V=Kp(式2)
式中Kp皮托管的校正系數
pK 各點氣流的動壓,Pa
ρ測定斷面上氣流的密度,kg/m3
氣流的密度可按下式計算.
ρ=2.696[1.293(1-yw)+0.804yw](kg/m3)(式3)
式中Ps´測定斷面上氣流的平均靜壓(絕對壓力),Ps´=ps+pa,kPa
Ps氣流的平均靜壓(相對壓力),kPa
Ts氣體(即室內氣體)溫度,K。
管道中氣體流量的測定
根據斷面平均流速計算根據各點流速可求出斷面平均流速v¯,則氣體流量為
Q=A(m3/s)(式4)
式中A管道橫斷面積,m2
用靜壓法測定根據測得的吸氣均流管入口處的平均靜壓的絕對值|Ps|,并算出氣體流量
Q=φA(m3/s)(式5)
式中|Ps|均流管處氣流平均靜壓的絕對值,Pa
φ均流管的流量系數。
標準狀態下(273.15K101.33kPa)的干氣體流量為
QN=2.696Q(1-yw)(m3/s)
靜電除塵器壓力損失和阻力系數的測定
本實驗采用靜壓法測定靜電除塵器的壓力損失。由于本實驗裝置中除塵器進、出口接管的斷面積相等,氣流動壓相等,所以除塵器壓力損失等于進、湖口接管斷面靜壓之差,即Δp=psi-ps0(式7)
測出靜電除塵器的壓力損失之后,便可計算出旋風除塵器的阻力系數
ξ=(式8)
式中v1靜電除塵器進口風速,m/s
除塵系統中氣體含塵濃度的計算
(1)靜電除塵器入口前氣體含塵濃度的計算
Ci=(式9)
(2)靜電除塵器出口后氣體含塵濃度的計算
C0=(式10)
式中CiC0除塵器進出口的氣體含塵濃度,g/m3
Gf發塵量與收塵量
QiQ0除塵器進、出口的氣體量,m3/s
τ發塵時間,s
6、除塵效率的測定與計算
(1)質量法測出同一時段進入除塵器的粉塵質量Gf(g)和除塵捕集的粉塵質量Gs(g),則除塵效率
η=×100%(式11)
(2)濃度法用等速采樣法測出除塵器進口和出口管道中氣流含塵濃度Ci和C0(mg/m3),則除塵效率
η=×100%(式12)
7、除塵器處理氣體量和漏風率的計算
處理氣體量Q=(Qi+Q0
漏風率δ=×100%
8、荷電粒子在電場中的驅進速度。
荷電粒子(電暈區外)在電場和空氣阻力的共同作用下,向集塵記極板運動,其所達到的終末電力沉降速度稱為粒子驅進速度,其計算式為

式中:ω——荷電粉塵粒子在電場中的驅進速度,m/s
q——粉塵粒子荷電量,C
E——粉塵粒子所處位置的電場強度,V/m
μ——氣體黏度,Pa·s
dp——粉塵粒子的直徑,μm
C——肯寧漢修正系數,這里可以近似估算為

9、起暈電壓
板式靜電除塵器起暈電壓的計算公式為:

式中:Vc——起暈電壓,單位為V
ra——電暈極半徑,單位為m
——空氣的相對密度,當大氣壓力為P(Pa),溫度為t(℃)時:

10、捕集效率
電除塵器的捕集效率與粒子性質、電場強度、氣流性質及除塵器結構等因素有關。從理論上嚴格的推導捕集效率公式是困難的,所以需要做一定的假設。
德意希在1922年推導出除塵效率與集塵板面積、氣體流量和粒子驅進速度之間的關系式(即德意希公式)時,做了以下假設:電除塵器內含塵氣流為紊流;通過垂直與集塵極表面的任一斷面的粉塵濃度和氣流分布均勻;粉塵粒子進入電除塵器后就認為完全荷電;忽略電風、氣流分布不均勻及捕集粒子重新進入氣流等的影響。
德意希公式為:

式中:A——電除塵器集塵板總面積,m2
Q——電除塵器的處理氣量,m3/s
ω——荷電粉塵粒子在電場中的驅進速度,m/s。
11、集塵極的比集塵面積

12、有效截面積的計算

式中:F——電除塵器有效截面積,單位為m2
Q——處理氣量,單位為m3/s
——氣體速度,單位為m/s
13、集塵極總長度的計算

式中:——電場總長度,單位為s
n——氣體在電除塵器內的通道數
h——集塵極極板高度,單位為m。
六、實驗步驟
測定室內空氣干球和濕球溫度、大氣壓力、計算空氣濕度。
測量管道直徑,確定分環數和測點數,求出各測點距管道內壁的距離,并用膠布標志在皮托管和采樣管上。
開起風機,測定各點流速和風量。用測壓計測出各點氣流的動壓和靜壓,求出氣體的密度、各點的氣流速度、除塵器前后的風量。
先檢查設備是否接地,如未接地請先將接地接好。
檢查無誤后,將控制器的電流插頭插入交流220V插座中。將“電源開關”旋柄搬于“開”的位置?刂破鹘油娫春,低壓綠色信號燈亮。
將電壓調節手柄逆時針轉到零位,輕輕按動高壓“起動”按鈕,高壓變壓器輸入端主回路接通電源。這時高壓紅色信號燈亮。低壓信號燈滅。
順時針緩慢旋轉電壓調節手柄,使電壓慢慢升高。待電壓升至5kV時,打開保護開關K,讀取并記錄u2、I2。讀完后立即將保護開關閉合,繼續升壓。以后每升高5kV讀取并記錄一組數據,讀數時操作方法和第一次相同,當開始出現火花時停止升壓。
停機時將調壓手柄旋回零位,按動停止按鈕,則主回路電源切斷。這時高壓信號燈滅,綠色低壓信號燈亮。再將電源“開關”關閉,即切斷電源。
斷電后,高壓部分任有殘留電荷,必須使高壓部分與地短路消去殘留電荷,再按要求做下一組的實驗。
10、用托盤天平城好一定量的塵樣。
11、測定除塵效率:啟動風機后開始發塵,記錄發塵時間和發塵量。觀察除塵系統中的含塵氣流和粉塵濃度的變化情況。關閉風機后,收集靜電除塵器灰斗中捕集的粉塵,然后稱量,用(式11)計算除塵效率。
12、改變系統風量,重復上述試驗,確定靜電除塵器在各種工況下的性能。
13、改變電場電壓,重復上述試驗,確定靜電除塵器在各種工況下的性能。
七、試驗數據的記錄與整理
實驗時間年月日空氣干球溫度(td)℃
空氣濕球溫度(tv)℃空氣相對濕度(Ф)%
空氣壓力(p)Pa空氣密度(ρ)Kg/m3
電場電壓KV電場電流mA
 
計算靜電除塵器的處理氣體量和漏風率,并將測定及計算結果記入表1
計算靜電除塵器在各種工況下的壓力損失和阻力系數并記入表2
計算靜電除塵器在各種工況下的除塵效率記入表3
表1除塵器處理風量測定結果記錄表
測定次數 U型管測壓計或/微壓計讀數 微壓計傾斜角度系數K 靜壓/Pa
ps=KΔ·g
流量系數φ 管內流速v/(m/s) 風管橫截面積F1/(m/s) 風量Q/(m3/h) 除塵器進口面積F2/m2 除塵器進口氣速v2/(m/s)
初讀l1/mm 終讀l2/mm 實際Δl=l1-l2/mm
                       
                       
                       
                       
 
表2除塵器阻力測定結果記錄表
測定次數 微壓計讀數 微壓計K值 a、b斷面間的靜壓差Δpab/Pa
 
比摩阻RL 直管長度l/m 管內平局動壓pd/Pa 管間的總阻力系數∑ξ 管間的局部阻力系數Δpm/Pa 除塵器阻力Δp/Pa 除塵器在標準狀態下的阻力ΔpNm/Pa 除塵器進口截面處動壓pd1/Pa 除塵器阻力系數ξ
初讀l1/mm 終讀l2/mm 實際Δl=l1-l2/mm
                             
                             
                             
                             
 
 
表3除塵器效率測定結果記錄表
測定次數 發塵量Gi/g 發塵時間τ/s 電場電壓 電場電流 有效驅進速度 除塵器進口氣體含塵濃度Ci(g/m3) 收塵量Gs/g 除塵器出口氣體含塵濃度Cj/(g/m3) 除塵器效率η/%
                   
                   
                   
                   
                   
 
八、注意事項
實驗前準備就序后,經指導教師檢查后才能起動高壓。
設備啟動時,電壓需先調至零位,才能重新啟動。
電流表與本測點牢靠連接,嚴禁開路運行。
實驗進行時,嚴禁觸摸高壓區。
使用前請檢查設備是否接地,如未接地請勿使用,以免危險。
粉塵傳感器使用一定時間后,必須定時清潔,以保證其測量精度。
板式高壓靜電除塵實驗含塵濃度不宜超過30g/m3
九、討論(討論結果寫入實驗報告中)
用動壓法和用靜壓法測得的氣體流量是否相同,哪一種方法更準確些,為什么?
當用靜壓法測定風量時,在清潔氣流中測定和在含塵氣流中測定的數值是否相等,哪一個數值更接近除塵器的運行工況,為什么?
用質量法和采樣濃度計算的除塵效率,哪一個更準確些,為什么?
用靜壓法測定和計算靜電除塵器的壓力損失有何優缺點?你能提出改進方法嗎?
靜電除塵器的除塵效率隨處理氣量的變化規律是什么?它對靜電除塵器的選擇和運行控制有何意義?
你認為實驗中還存在什么問題?應如何改進?
影響起始電暈電壓和火花電壓的主要因素是什么?
電場電壓與電流的變化與除塵效率的關系是什么?
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