一、静电除尘器的工作原理

1．气体电离和电晕放电

由于辐射摩擦等原因，空气中含有少量的自由离子，单靠这些自由离子是不可能使含尘空气中的尘粒充分荷电的。因此，要利用静电使粉尘分离须具备两个基本条件，一是存在使粉尘荷电的电场；二是存在使荷电粉尘颗粒分离的电场。一般的静电除尘器采用荷电电场和分离电场合一的方法，如图5-7-1所示的高压电场，放电极接高压直流电源的负极，集尘极接地为正极，集尘极可以采用平板，也可以采用圆管。

图5-7-1静电除尘器的工作原理

在电场作用下，空气中的自由离子要向两极移动，电压愈高、电场强度愈高，离子的运动速度愈快。由于离子的运动，极间形成了电流。开始时，空气中的自由离子少，电流较少。电压升高到一定数值后，放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，它们撞击空气中的中性原子时，中性原子会分解成正、负离子，这种现象称为空气电离。空气电离后，由于联锁反应，在极间运动的离子数大大增加，表现为极间的电流（称之为电晕电流）急剧增加，空气成了导体。放电极周围的空气全部电离后，在放电极周围可以看见一圈淡蓝色的光环，这个光环称为电晕。因此，这个放电的导线被称为电晕极。

在离电晕极较远的地方，电场强度小，离子的运动速度也较小，那里的空气还没有被电离。如果进一步提高电压，空气电离（电晕）的范围逐渐扩大，zui后极间空气全部电离，这种现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，短路，电除尘器停止工作。为了保证电除尘器的正常运动，电晕的范围不宜过大，一般应局限于电晕极附近。

如果电场内各点的电场强度是不相等的，这个电场称为不均匀电场。电场内各点的电场强度都是相等的电场称为均匀电场。例如，用两块平板组成的电场就是均匀电场，在均匀电场内，只要某一点的空气被电离，极间空气便会部电离，电除尘器发生击穿。因此电除尘器内必须设置非均匀电场。

开始产生电晕放电的电压称为起晕电压。对于集尘极为圆管的管式电除尘器在放电极表面上的起晕电压按下式计算：

      V           （5-7-1）

式中  m——放电线表面粗糙度系数，对于光滑表面m=1，对于实际的放电线，表面较为粗糙，m=0.5～0.9；

R₁——放电导线半径，m；

R₂——集尘圆管的半径，m；

δ——相对空气密度。

T₀、P——标准状态下气体的温度和压力；

T、P——实际状态下气体的温度和压力。

从公式（5-7-1）可以看出，起晕电压可以通过调整放电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起晕电压越低。

电除尘器达到火花击穿的电压称为击穿电压。击穿电压除与放电极的形式有关外，还取决于正、负电极间的距离和放电极的极性。

图（5-7-2）是在电晕极上分别施加正电压和负电压时的电晕电流—电压曲线。从图（5-7-1）可以看出，由于负离子的运动速度要比正离子大，在同样的电压下，负电晕能产生较高的电晕电流，而且它的击穿电压也高得多。因此，在工业气体净化用的电除尘器中，通常采用稳定性强、可以得到较高操作电压和电流的负电晕极。用于通风空调进气净化的电除尘器，一般采用正电晕极。其优点是，产生的臭氧和氮氧化物量较少。

图5-7-2 正、负电极下电晕电流—电压曲线

2．尘粒的荷电

电除尘器的电晕范围（也称电晕区）通常局限于电晕线周围几毫米处，电晕区以外的空间称之为电晕外区。电晕区内的空气电离后，正离子很快向负（电晕）极移动，只有负离子才会进入电晕外区，向阳极移动。含尘空气通过电除尘器时，由于电晕区的范围很小，只有少量的尘粒在电晕区通过，获得正电荷，沉积在电晕极上。大多数尘粒在电晕外区通过，获得负电荷，zui后沉积在阳极板上，这就是阳极板称为集尘极的原因。

尘粒荷电是电除尘过程的*步。在电除器内存在两种不同的荷电机理。一种是离子在静电力作用下做定向运动，与尘粒碰撞（点击观看flash模拟动画—碰撞作用荷电），使其荷电，称为电场荷电。另一种是离子的扩散现象导致尘粒荷电，称为扩散荷电。对dc>0.5μm的尘粒，以电场荷电为主；对dc<0.2μm的尘粒，则以扩散荷电为主；dc介于0.2~0.5μ的尘粒则两者兼而有之。在工业电除尘器中，通常以电场荷电为主。

在电场荷电时，通过离子与尘粒的碰撞使其荷电，随尘粒上电荷的增加，在尘粒周围形成一个与外加电场相反的电场，其场强越来越强，zui后导致离子无法到达尘粒表面。此时，尘粒上的电荷已达到饱和。

在饱和状态下尘粒的荷电量按下式计算：

       C                    （5-7-2）

式中ε₀——真空介电常数，ε₀=8.85×10^-12C/N·m²；

    d_c——粒径，m；

    E_f——放电极周围的电场强度，V/m；

    ε_p——尘粒的相对介电常数。

ε_P与粉尘的导电性能有关。对导电材料ε_P=∞；绝缘材料ε_P=1；金属氧化物ε_P=12~18；石英ε_P=4.0。

从上式可以看出，影响尘粒荷电的主要因素是尘粒直径d_c、相对介电数ε_P和电场强度。

静电除尘器的应用

电除尘器是利用电场产生的电力使尘粒从气流中分离的设备。电除尘器是一种干式高效除尘器，它的优点是：

①适用于微粒控制，对粒径1～2μm的尘粒，效率可达98％～99％；

②在电除尘器内，尘粒从气流中分离的能量，不是供给气流，而是直接供给尘粒的，因此，和其它的高效除尘器相比。电除尘器的阻力较低，仅为100—200Pa；

③可以处理高温（在400℃以下）的气体，

④适用于大型的工程，处理的气体量愈大，它的经济效果愈明显。

电除尘器的缺点是：

①设备庞大，占地面积大；

②耗用钢材多，一次投资大；

③结构较复杂，制造、安装的精度要求高；

④对粉尘的比电阻有一定要求。

目前电除尘器已广泛应用于火力发电、冶金、化学和水泥等工业部门的烟气除尘和物料回收。

静电除尘器在实际应用中通常有以下几种应用方式。

（1）高压静电尘源控制

高压静电尘源控制是应用静电除尘的原理对分散产尘点进行粉尘控制的一种方法，可以用于皮带转运点、破碎机、振动筛等产尘点。

高压静电不但应用于局间地点的尘源控制，也可把晕线架设在车间内，应用静电场对难于密闭的开放性尘源抑止粉尘的飞扬。对电晕线施加足够的负高压，在电晕线与“地”这间形成强大的静电场。尘源及其附近的物体如物料、砂、砖、木板、结构物等均起着集尘极的作用。在静电场作用下，带电尘粒将直接返回尘源，实现粉尘的就地抑制。采用静电进行尘源控制，可以不设排风系统，节省能源，消除了风机噪声。在寒冷地区冬季不需对车间进行补风，有利于节能。

（2）静电强化的除尘器

即将静电除尘机理的应用其它类型的除尘器，形成复合机理的除尘器，如静电袋式除尘器、静电湿式除尘器、静电旋风除尘器、静电颗粒层除尘器等，其中有的已经在生产中应用。

1）静电袋式除尘器

利用静电强化袋式除尘器，可降低除尘器阻力、增大处理风量、提高除尘效率。

目前采用的形式有以下几种：

①器外预荷电的袋式除尘器。在粉尘进入袋式除尘器之前用预荷器使粉尘荷电。预荷电器可以采用不同的形式，例如在入口管道中心设高压放电极。

②预荷电脉冲除尘器（Apitron除尘器）。在脉冲袋式除尘器每条滤袋的下部串接一短管荷电器，其中心为放电极，气流通过短管时尘粒荷电，再进入到滤袋内。滤袋清灰时，压缩空气喷入袋内，以清除滤袋上的积灰，并吹扫短管荷电器的放电极和收尘表面。

③表面电场的袋式除尘器。它是利用每条滤袋中的骨架竖条间隔作正、负极，这样沿滤袋表面形成电场。气流通过滤袋时，在电场力和过滤双重机理作用下，使细小粉尘捕集。