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靜電除塵器

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北京中科晶碩玻璃鋼技術(shù)有限公司

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靜電除塵器的工作原理靜電除塵器的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)種類形式很多，但都基于相同的工作原理

詳細(xì)介紹

靜電除塵器的工作原理

靜電除塵器的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)種類形式很多，但都基于相同的工作原理。接地的金屬管叫收塵器（或集塵極），與置于圓管中心、靠重錘張緊的放電極（或稱電暈線）構(gòu)成的管極式靜電除塵器。工作時含塵氣體從除塵器下部進入，向上通過一個足以使氣體電離得靜電場，產(chǎn)生大量的正負(fù)離子和電子并使粉塵荷電，荷電粉塵在電場力的作用下向集塵極運動并在收塵極上沉積，從而達(dá)到粉塵和氣體分離的目的。當(dāng)收塵極上的粉塵達(dá)到一定厚度時，通過清灰機構(gòu)使灰塵落入灰斗中排出。靜電除塵的工作原理包括電暈放電、氣體電離、粒子荷電、粒子的沉積、清灰等過程。

一、基本理論發(fā)展過程

靜電學(xué)是一門及悠久又嶄新，既簡單又錯綜復(fù)雜的科學(xué)。

法國的庫侖考察了靜電吸引力的大小，并與1785~1789年發(fā)表論文，庫侖發(fā)現(xiàn)的平方反比定律構(gòu)成靜電學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)，也是靜電除塵理論的出發(fā)點；電荷單位被命名為庫侖。

次成功利用靜電學(xué)是1907年由美國人喬治克特雷爾實行的，適用于硫酸酸霧捕集的靜電除塵器，處理煙氣量5.6636m³/min；克雷爾在1911年第二次成功地把靜電學(xué)應(yīng)用于捕集水泥制造過程的粉塵，他在1908年發(fā)明的一種機械整流器，提供了為成功進行粉塵的靜電沉降所必須的手段。這一發(fā)明導(dǎo)致了他的成功并使他成為實用靜電除塵的創(chuàng)始人。1912年施密特設(shè)想并發(fā)明雙區(qū)靜電除塵器。1919年安德森導(dǎo)出靜電除塵效率指數(shù)方程式并沿用至今。1950年懷特獲得靜電除塵的脈沖供電。濕式靜電除塵器出現(xiàn)較晚，1954年羅比茨等才獲得造紙廠濕式靜電除塵器的美國。

在靜電除塵器應(yīng)用研究方面，我國從20世紀(jì)50年代起有不少科研、學(xué)校、設(shè)計單位和企業(yè)做了大量的開發(fā)工作，為靜電除塵器應(yīng)用做出了成績。

二、氣體的電離和導(dǎo)電過程

空氣在正常狀態(tài)下幾乎是不能導(dǎo)電的絕緣體，氣體中不存在自發(fā)的離子，因此實際上沒有電流通過。他必須依靠外力才能電離，當(dāng)氣體分子獲得能量時就可能使氣體分子中的電子脫離而成為自由電子，這些電子成為輸送電流的媒介，此時氣體具有導(dǎo)電的能力。使氣體具有導(dǎo)電能力的過程稱之為氣體的電離。

1.原子結(jié)構(gòu)

物質(zhì)是由分子組成的，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一種顆粒。分子是由原子構(gòu)成，而原子又是由帶負(fù)電荷的電子、帶正電荷的質(zhì)子以及中性的中子三類亞原子粒子組成的。在各種元素的原子里，質(zhì)子和中子總是組成原子核。核的靜電荷是正，在原子核的外面一定由電子，電子的數(shù)目等于原子核子的數(shù)目。如果原子沒有收到干擾，變沒有電子從原子核的周圍空間移出，整個原子呈電中性，也就是原子核的正電荷與電子的負(fù)電荷相加為零。如果移去一個或多個電子，剩下來帶正電荷的結(jié)構(gòu)就稱為正離子，獲得一個或多個額外電子的原子稱為負(fù)離子，失去或得到電子的過程叫電離。當(dāng)離子（或分子）從外面吸收的能量足夠大時，則電子可以脫離原子（或分子），于是離子和分子就被電離成自子和正離子兩部分。由于氣體電離所形成的電子和正離子的電廠作用下，朝相反的方向運動，于是形成電流，此時的氣體就導(dǎo)電了，從而失去了氣體通常狀態(tài)下的絕緣性能。是原子或氣體電離，可以是原子和電子之間的碰撞，以及光和X射線輻射時對原子的作用等。

2.氣體電離

通過電子和氣體之間碰撞實現(xiàn)氣體原子或分子激勵和電離，電子碰撞原子并使之電離，則電子應(yīng)具有一個最小能量。這個最小能量稱為該氣體的激勵能。使電子在有一定的電位差的電場中加速，電子可獲得的能量，能使氣體電離，此時的能量稱為電離能。

當(dāng)具有一定速度的電子與一個氣體原子碰撞時，電子的動能有一部分就傳給了原子。如果這種碰撞不引起原子內(nèi)部的變化，即激勵或電離，這種碰撞稱為彈性碰撞。由于原子的質(zhì)量比電子的大得多，所以電子傳給原子的能量很少，原子不動，電子則改變了運動的方向。如果電子的能量足夠大，他的功能可使原子激勵或電離，這種碰撞稱為非彈性碰撞。電子和原子碰撞時可以使原子被激勵，使原子和原子碰撞并也能使原子電離。

除了考電場加速電子碰撞氣體原子使之電離外，還有所謂光電離和熱電離現(xiàn)象，光電離是靠光的輻射能量使氣體電離，熱電離是靠粒子的熱運動速度達(dá)到一定程度，碰撞氣體離子而使之電離；但倆種電離除塵中很少發(fā)生。在電場中除了進行氣體的電流外，由離產(chǎn)生的電子、負(fù)離子和正離子，還可以重新結(jié)合成為基態(tài)的原子和分子，這一過程稱為離子復(fù)合。當(dāng)電場中電離不在繼續(xù)進行時，則復(fù)合過程將導(dǎo)致離子和絕大部分電子從電場中消失，這種現(xiàn)象稱為消電離。當(dāng)電除塵器供電中斷時，電場中發(fā)生的過程是消電離過程。

氣體的電離可分為倆類，即自發(fā)性電離和非自發(fā)性電離。氣體的非自發(fā)性電離是在外界能量作用下產(chǎn)生的。氣體中的電子和陰、陽離子發(fā)生的運動，形成了電暈電流。

氣體非自發(fā)性的電離和自發(fā)性電離，與通過氣體的電流并不一定與電位差成正比。當(dāng)電流增大到一定程度時，即使在增加電位差，電流也不在增大而形成一種飽和電流，在飽和狀態(tài)下的電流稱為飽和電流。

非自發(fā)性電離的特點是：氣體中的電子和離子數(shù)目不會連續(xù)增多，這是因為在產(chǎn)生電子和離子的同時，由于不同的電性離子收到庫侖力的作用又重新結(jié)合成中性分子，此過程稱為離子復(fù)合。另外，非自發(fā)性電離，一旦外界能量停止，氣體中的電荷也隨之消失。氣體自發(fā)性電離是在高壓電場作用下產(chǎn)生，不需要特殊的外加能量，靜電除塵理論就是建立在氣體自發(fā)性電離的基礎(chǔ)上。氣體導(dǎo)電現(xiàn)象分低電壓導(dǎo)電和高電壓導(dǎo)電兩種。低電壓氣體導(dǎo)電是借放電極所產(chǎn)生的電子或離子部分傳遞電流，靜電除塵就屬于這一類。

3.導(dǎo)電過程

氣體導(dǎo)電僅借助與大氣中所存在的少量自由電子。電壓雖升高到C‘但碰撞氣體中的中性分。當(dāng)電壓高于C’點時，由于氣體中電子獲得能量足以使以發(fā)生碰撞的氣體中性分子電離，結(jié)果在氣體中開始產(chǎn)生新的離子并開始由氣體離子傳送電流，故C’點的電壓就是氣體開始電離的電壓，通常稱為臨界電離電壓。電子與氣體中性分子碰撞時，將其外圍的電子沖擊出來使其稱為陽離子，而被沖擊出來的自由電子由于其他中性分子結(jié)合而成為陰離子。由于陰離子的遷移率比陽離子的遷移率大，因此CD階段中使氣體發(fā)生碰撞電離的離子只是陰離子。在CD階段中，放點現(xiàn)像不產(chǎn)生聲響，此階段的二次電離過程，稱為無生自發(fā)放電。

當(dāng)電壓繼續(xù)升高到D’點時，不僅遷移率較大的陰離子能與中性分子發(fā)生碰撞電離，較小的陽離子也因獲得足夠能量與中性分子碰撞使之電離。因此在電場中連續(xù)不斷地形成大量的新離子，此階段，在放電極周圍的電離區(qū)內(nèi)可以在黑暗中觀察到一連串淡藍(lán)色的光點或光環(huán)，或延伸成刷毛狀，并伴隨有可聽到的呲呲聲。這種光點或光環(huán)被稱為電暈。

在DE階段或稱為電暈放電階段，達(dá)到產(chǎn)生電暈階段的碰撞電力過程，稱為電暈電離過程。此時通過氣體的電流稱為電暈電流，開始發(fā)生電暈時的電壓（即D’點的電壓）稱為臨界電流電壓。靜電除塵也就是利用兩級間的電暈放電而工作的。如電極間的電壓繼續(xù)升到E’點，則由于電暈范圍擴大，致使電流之間可能產(chǎn)生強烈的火花，甚至產(chǎn)生電孤。此時，電極間的介質(zhì)全部產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象，E’點的電壓稱為火花放電電壓，或稱為弧光放電電壓?；鸹ǚ烹姷奶匦允鞘闺妷杭眲∠陆?，同時在極短的時間內(nèi)通過大量的電波，從而使電除塵停止工作。

根據(jù)電極的極性不同，電暈有陰極電暈和陽電暈之分。當(dāng)電暈極和高壓直流電源的陰極連接時，就產(chǎn)生電暈。陰電暈形成只是在具有很大電子親和力德氣體或混合氣體中才有可能。對于陰電暈，若產(chǎn)生大量的自由電子不能與中性氣體分子結(jié)構(gòu)而形成陰離子，則會直接奔向陽極而出現(xiàn)火花放電，不能形成電暈運轉(zhuǎn)。惰性氣體及氮氣等不是負(fù)電性氣體，不能吸附自由電子，所以不適于陰電暈轉(zhuǎn)動。SO₂是負(fù)電性氣體，不能吸附自由電子，所以不適于陰電暈運轉(zhuǎn)。SO₂是負(fù)電性氣體，O_2、H₂及CO₂也是負(fù)電性氣體，故能產(chǎn)生十分穩(wěn)定的電暈。

當(dāng)電暈極和高壓直流電源的陽極連接時，就產(chǎn)生陽電暈。在陽電暈情況下，靠近陽極性電暈線的強電場空間內(nèi)，自由電子和氣體中性分子碰撞，形成電子“雪崩”過程。這些電子向著電暈極運動，而氣體陽離子則離開電暈線向強度逐漸降低的電場運動，從而成為電暈外區(qū)空間內(nèi)的全部電流，在陽離子在收塵極運動時，因為不能獲得足夠的能量，所以發(fā)生碰撞電離也就比較少，而且也不能轟擊收塵極使之釋放出電子。陽電暈的外觀是在電暈極表面被比較光滑均勻的藍(lán)白色光包著，這證明這種電離過程具有擴散性質(zhì)。

上述倆種不同極性的電暈雖都以應(yīng)用到除塵技術(shù)中，在工業(yè)靜電除塵器中，幾乎都采用電暈。對于空氣凈化的所謂靜電過濾器考慮到陽電暈產(chǎn)生的臭氧較少而采用陽電暈，這是因為在相同的電壓條件下，陰電暈比陽電暈產(chǎn)生的電流大，而且火花放電電壓也比陽電暈放電要高。靜電除塵器為了達(dá)到所要求的除塵效率，保持穩(wěn)定的電暈放電過程是十分重要的。

這個過程發(fā)生在靜電除塵器中。當(dāng)一個高壓電加到一對電極上時，就建立起一個電場，表明在一個管式和板式靜電除塵器中的電場線。帶電微粒，如電子和離子，在一定條件下，沿著電場線運動。帶負(fù)電荷的微利向正電極的方向移動，而帶正電荷的微粒向相反的方向的負(fù)電極移動。在工業(yè)靜電除塵器中，電暈電極是負(fù)極，收塵電極是正極。

表示了靠近放電電極產(chǎn)生的自由電子沿著電場線移向收塵電極的情況，電子可能直接撞擊到粉塵微粒上，而使粉塵荷電并使它移向收塵電極。也可能是氣體分子電子，而電，離成為一個負(fù)的氣體離子，在撞擊粉塵微粒使它移向收塵電極。

三、塵粒的荷電和運動

收塵空間塵粒荷電是靜電除塵過程中最基本的過程。雖然有許多與物理和化學(xué)現(xiàn)象有關(guān)的荷電方式可以使塵粒荷電，但是，大多數(shù)方式不能滿足凈化大量含塵氣體的要求。因為在靜電除塵中使塵粒分離的力主要是靜電力即庫侖力，而庫侖力與塵粒所帶的電荷量和除塵區(qū)電場強度的乘積成比例。所以，要盡量使塵粒多荷電，如果荷電量加倍則庫侖力會加倍。若其他因素相同，這意味著靜電除塵器的尺寸可以縮小一半。雖然在雙極性條件下能使塵粒荷電實現(xiàn)，但是理論和實踐證明，單極性高壓電暈放電使塵粒荷點效果更好，能使成粒荷電達(dá)到很高的程度，所以靜電除塵器都是采用單極性荷電。

就本質(zhì)而言，陽性電荷與陰性電荷并無區(qū)別，都能達(dá)到同樣的荷電程度。而實踐中對電性的選擇，是由其他標(biāo)準(zhǔn)所決定的。工業(yè)中按慣例除塵用的靜電除塵器，選擇陰性是由于它具有較高的穩(wěn)定性，并且能獲得較高的操作電壓和較大的電流。反之，在空氣凈化中，由于要求減少臭氧胡產(chǎn)生，一般選擇陽性荷電。總之不論是選擇哪種荷電方式，基本的準(zhǔn)則是使灰粒獲得的荷電量，以適應(yīng)其他條件的要求。

在靜電除塵器的電場中，塵粒的荷電機理基本有倆種：一種是電場中離子吸附荷電，這種荷電機理通常稱為電場荷電或碰撞荷電；另一種則是由于離子擴散現(xiàn)象的荷電過程，通常這種荷電過程為荷電擴散。塵粒的荷電量與塵粒的粒徑、電場強度和停留時間等因素有關(guān)。就大多數(shù)實際應(yīng)用的工業(yè)靜電除塵器所捕集的塵粒范圍而言，電場荷電更為重要。

關(guān)鍵詞：靜電除塵器除塵器整流器設(shè)計單位氣體發(fā)生

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