一、靜電除塵器的工作原理

1．氣體電離和電暈放電

由于輻射摩擦等原因，空氣中含有少量的自由離子，單靠這些自由離子是不可能使含塵空氣中的塵粒充分荷電的。因此，要利用靜電使粉塵分離須具備兩個(gè)基本條件，一是存在使粉塵荷電的電場(chǎng)；二是存在使荷電粉塵顆粒分離的電場(chǎng)。一般的靜電除塵器采用荷電電場(chǎng)和分離電場(chǎng)合一的方法，如圖5-7-1所示的高壓電場(chǎng)，放電極接高壓直流電源的負(fù)極，集塵極接地為正極，集塵極可以采用平板，也可以采用圓管。

圖5-7-1靜電除塵器的工作原理

在電場(chǎng)作用下，空氣中的自由離子要向兩極移動(dòng)，電壓愈高、電場(chǎng)強(qiáng)度愈高，離子的運(yùn)動(dòng)速度愈快。由于離子的運(yùn)動(dòng)，極間形成了電流。開(kāi)始時(shí)，空氣中的自由離子少，電流較少。電壓升高到一定數(shù)值后，放電極附近的離子獲得了較高的能量和速度，它們撞擊空氣中的中性原子時(shí)，中性原子會(huì)分解成正、負(fù)離子，這種現(xiàn)象稱為空氣電離?？諝怆婋x后，由于聯(lián)鎖反應(yīng)，在極間運(yùn)動(dòng)的離子數(shù)大大增加，表現(xiàn)為極間的電流（稱之為電暈電流）急劇增加，空氣成了導(dǎo)體。放電極周圍的空氣全部電離后，在放電極周圍可以看見(jiàn)一圈淡藍(lán)色的光環(huán)，這個(gè)光環(huán)稱為電暈。因此，這個(gè)放電的導(dǎo)線被稱為電暈極。

在離電暈極較遠(yuǎn)的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度小，離子的運(yùn)動(dòng)速度也較小，那里的空氣還沒(méi)有被電離。如果進(jìn)一步提高電壓，空氣電離（電暈）的范圍逐漸擴(kuò)大，zui后極間空氣全部電離，這種現(xiàn)象稱為電場(chǎng)擊穿。電場(chǎng)擊穿時(shí)，發(fā)生火花放電，短路，電除塵器停止工作。為了保證電除塵器的正常運(yùn)動(dòng)，電暈的范圍不宜過(guò)大，一般應(yīng)局限于電暈極附近。

如果電場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是不相等的，這個(gè)電場(chǎng)稱為不均勻電場(chǎng)。電場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都是相等的電場(chǎng)稱為均勻電場(chǎng)。例如，用兩塊平板組成的電場(chǎng)就是均勻電場(chǎng)，在均勻電場(chǎng)內(nèi)，只要某一點(diǎn)的空氣被電離，極間空氣便會(huì)部電離，電除塵器發(fā)生擊穿。因此電除塵器內(nèi)必須設(shè)置非均勻電場(chǎng)。

開(kāi)始產(chǎn)生電暈放電的電壓稱為起暈電壓。對(duì)于集塵極為圓管的管式電除塵器在放電極表面上的起暈電壓按下式計(jì)算：

      V           （5-7-1）

式中  m——放電線表面粗糙度系數(shù)，對(duì)于光滑表面m=1，對(duì)于實(shí)際的放電線，表面較為粗糙，m=0.5～0.9；

R₁——放電導(dǎo)線半徑，m；

R₂——集塵圓管的半徑，m；

δ——相對(duì)空氣密度。

T₀、P——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的溫度和壓力；

T、P——實(shí)際狀態(tài)下氣體的溫度和壓力。

從公式（5-7-1）可以看出，起暈電壓可以通過(guò)調(diào)整放電極的幾何尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。電暈線越細(xì)，起暈電壓越低。

電除塵器達(dá)到火花擊穿的電壓稱為擊穿電壓。擊穿電壓除與放電極的形式有關(guān)外，還取決于正、負(fù)電極間的距離和放電極的極性。

圖（5-7-2）是在電暈極上分別施加正電壓和負(fù)電壓時(shí)的電暈電流—電壓曲線。從圖（5-7-1）可以看出，由于負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)速度要比正離子大，在同樣的電壓下，負(fù)電暈?zāi)墚a(chǎn)生較高的電暈電流，而且它的擊穿電壓也高得多。因此，在工業(yè)氣體凈化用的電除塵器中，通常采用穩(wěn)定性強(qiáng)、可以得到較高操作電壓和電流的負(fù)電暈極。用于通風(fēng)空調(diào)進(jìn)氣凈化的電除塵器，一般采用正電暈極。其優(yōu)點(diǎn)是，產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物量較少。

圖5-7-2 正、負(fù)電極下電暈電流—電壓曲線

2．塵粒的荷電

電除塵器的電暈范圍（也稱電暈區(qū)）通常局限于電暈線周圍幾毫米處，電暈區(qū)以外的空間稱之為電暈外區(qū)。電暈區(qū)內(nèi)的空氣電離后，正離子很快向負(fù)（電暈）極移動(dòng)，只有負(fù)離子才會(huì)進(jìn)入電暈外區(qū)，向陽(yáng)極移動(dòng)。含塵空氣通過(guò)電除塵器時(shí)，由于電暈區(qū)的范圍很小，只有少量的塵粒在電暈區(qū)通過(guò)，獲得正電荷，沉積在電暈極上。大多數(shù)塵粒在電暈外區(qū)通過(guò)，獲得負(fù)電荷，zui后沉積在陽(yáng)極板上，這就是陽(yáng)極板稱為集塵極的原因。

塵粒荷電是電除塵過(guò)程的*步。在電除器內(nèi)存在兩種不同的荷電機(jī)理。一種是離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與塵粒碰撞（點(diǎn)擊觀看flash模擬動(dòng)畫—碰撞作用荷電），使其荷電，稱為電場(chǎng)荷電。另一種是離子的擴(kuò)散現(xiàn)象導(dǎo)致塵粒荷電，稱為擴(kuò)散荷電。對(duì)dc>0.5μm的塵粒，以電場(chǎng)荷電為主；對(duì)dc<0.2μm的塵粒，則以擴(kuò)散荷電為主；dc介于0.2~0.5μ的塵粒則兩者兼而有之。在工業(yè)電除塵器中，通常以電場(chǎng)荷電為主。

在電場(chǎng)荷電時(shí)，通過(guò)離子與塵粒的碰撞使其荷電，隨塵粒上電荷的增加，在塵粒周圍形成一個(gè)與外加電場(chǎng)相反的電場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)越來(lái)越強(qiáng)，zui后導(dǎo)致離子無(wú)法到達(dá)塵粒表面。此時(shí)，塵粒上的電荷已達(dá)到飽和。

在飽和狀態(tài)下塵粒的荷電量按下式計(jì)算：

       C                    （5-7-2）

式中ε₀——真空介電常數(shù)，ε₀=8.85×10^-12C/N·m²；

    d_c——粒徑，m；

    E_f——放電極周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m；

    ε_p——塵粒的相對(duì)介電常數(shù)。

ε_P與粉塵的導(dǎo)電性能有關(guān)。對(duì)導(dǎo)電材料ε_P=∞；絕緣材料ε_P=1；金屬氧化物ε_P=12~18；石英ε_P=4.0。

從上式可以看出，影響塵粒荷電的主要因素是塵粒直徑d_c、相對(duì)介電數(shù)ε_P和電場(chǎng)強(qiáng)度。

靜電除塵器的應(yīng)用

電除塵器是利用電場(chǎng)產(chǎn)生的電力使塵粒從氣流中分離的設(shè)備。電除塵器是一種干式高效除塵器，它的優(yōu)點(diǎn)是：

①適用于微?？刂?，對(duì)粒徑1～2μm的塵粒，效率可達(dá)98％～99％；

②在電除塵器內(nèi)，塵粒從氣流中分離的能量，不是供給氣流，而是直接供給塵粒的，因此，和其它的高效除塵器相比。電除塵器的阻力較低，僅為100—200Pa；

③可以處理高溫（在400℃以下）的氣體，

④適用于大型的工程，處理的氣體量愈大，它的經(jīng)濟(jì)效果愈明顯。

電除塵器的缺點(diǎn)是：

①設(shè)備龐大，占地面積大；

②耗用鋼材多，一次投資大；

③結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造、安裝的精度要求高；

④對(duì)粉塵的比電阻有一定要求。

目前電除塵器已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、冶金、化學(xué)和水泥等工業(yè)部門的煙氣除塵和物料回收。

靜電除塵器在實(shí)際應(yīng)用中通常有以下幾種應(yīng)用方式。

（1）高壓靜電塵源控制

高壓靜電塵源控制是應(yīng)用靜電除塵的原理對(duì)分散產(chǎn)塵點(diǎn)進(jìn)行粉塵控制的一種方法，可以用于皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、破碎機(jī)、振動(dòng)篩等產(chǎn)塵點(diǎn)。

高壓靜電不但應(yīng)用于局間地點(diǎn)的塵源控制，也可把暈線架設(shè)在車間內(nèi)，應(yīng)用靜電場(chǎng)對(duì)難于密閉的開(kāi)放性塵源抑止粉塵的飛揚(yáng)。對(duì)電暈線施加足夠的負(fù)高壓，在電暈線與“地”這間形成強(qiáng)大的靜電場(chǎng)。塵源及其附近的物體如物料、砂、磚、木板、結(jié)構(gòu)物等均起著集塵極的作用。在靜電場(chǎng)作用下，帶電塵粒將直接返回塵源，實(shí)現(xiàn)粉塵的就地抑制。采用靜電進(jìn)行塵源控制，可以不設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)，節(jié)省能源，消除了風(fēng)機(jī)噪聲。在寒冷地區(qū)冬季不需對(duì)車間進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，有利于節(jié)能。

（2）靜電強(qiáng)化的除塵器

即將靜電除塵機(jī)理的應(yīng)用其它類型的除塵器，形成復(fù)合機(jī)理的除塵器，如靜電袋式除塵器、靜電濕式除塵器、靜電旋風(fēng)除塵器、靜電顆粒層除塵器等，其中有的已經(jīng)在生產(chǎn)中應(yīng)用。

1）靜電袋式除塵器

利用靜電強(qiáng)化袋式除塵器，可降低除塵器阻力、增大處理風(fēng)量、提高除塵效率。

目前采用的形式有以下幾種：

①器外預(yù)荷電的袋式除塵器。在粉塵進(jìn)入袋式除塵器之前用預(yù)荷器使粉塵荷電。預(yù)荷電器可以采用不同的形式，例如在入口管道中心設(shè)高壓放電極。

②預(yù)荷電脈沖除塵器（Apitron除塵器）。在脈沖袋式除塵器每條濾袋的下部串接一短管荷電器，其中心為放電極，氣流通過(guò)短管時(shí)塵粒荷電，再進(jìn)入到濾袋內(nèi)。濾袋清灰時(shí)，壓縮空氣噴入袋內(nèi)，以清除濾袋上的積灰，并吹掃短管荷電器的放電極和收塵表面。

③表面電場(chǎng)的袋式除塵器。它是利用每條濾袋中的骨架豎條間隔作正、負(fù)極，這樣沿濾袋表面形成電場(chǎng)。氣流通過(guò)濾袋時(shí)，在電場(chǎng)力和過(guò)濾雙重機(jī)理作用下，使細(xì)小粉塵捕集。