电除尘器工作原理(51页).doc

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1、-电除尘器工作原理-第 47 页电除尘器工作原理南京国电环保设备有限公司2010年10月10日目录第一章 绪 论1.1 引言电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃灶或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染、提高空气质量的重要环保设备。国外多称静电除尘器，而实际上“静电除尘”这个名词并不确切，因为粉尘粒子荷电后和气体离子在电场力作用下，要产生微小的电流，并不真正是静电。但是习惯上将所有高压低电流现象也包括在静电范围之内，所以把这种除尘装置也称为静电除尘器。而我国习惯上叫静电除尘器或电除尘器。它的工作原理是烟气通过电除尘器主体结构前的

2、烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道，由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。 首先回顾一下国内外电除尘器的发展概况，对掌握、了解电除尘技术是很有帮助的。1.2 电除尘器的发展概况静电除尘的第一个演示是由德国人霍非尔德(MHohlfeld)在1824年完成的。他证明用莱顿瓶的电荷供给一个盛满带烟雾的玻璃瓶，通过放在瓶中的金属线产生放电现象而使烟气被净化。二十世纪初时的1907年美国加里福尼亚大学化学教授科特雷

3、尔，(PGCottreU)将第一台电除尘器成功地用于工业生产。他的试验装置用于捕集比电阻较低的硫酸雾和采用新发明的同步机械整流器。1910年用于冶炼铜、铅和锌回收烟气中的金属氧化物。1912年用于水泥工业生产。第一次采用细导线作放电电极，操作电压达。随着世界科学技术发展和工业水平的提高，西欧各工业发达的国家，在本世纪初时，相继开展电除尘的研究工作。特别是第二次世界大战以后，一些发达的资本主义国家，在发展工业的同时，出现了大气污染的社会问题。自五十年代伦敦烟雾使四千余人在两周内丧生的事件发生后，大气污染的工厂日益受到社会各阶层的关注。在这种背景下，电除尘器以其独特的优越性而兴盛起来。本世纪三十年

4、代，一些国家的有色冶金工厂为了利用烟气中大量存在的来制硫酸，便采用效率较高的电除尘器捕集烟气中的固体金属氧化物粒子。与此同时，水泥工业也开始采用电除尘器净化回转窑的烟气。到五十年代，黑色冶金部门才开始采用这一设备。1954年电除尘器第一次在净化高炉烟气方面获得成功，1956年电除尘又用于净化吹氧转炉的烟气，同时在烧结、平炉、电炉、石灰窑、轧机等设备也都先后采用了电除尘器，五十年代可以说是电除尘器被广泛推广使用的年代。除了冶金和建材工业部门采用外，迅速扩展到火力发电、化肥、造纸、石油、炭墨和合成纤维等工业部门。到六十年代，电除尘器已遍及各个工业部门，这是由于从六十年代起不少工业发达的国家制定了有

5、关环境保护法规。各企业不得不采用高效的电除尘器来净化烟气，随着环境保护的日益迫切，高效的电除尘器以迅速发展，应用范围也更加广泛。电除尘器的使用领域不断扩大。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善。就电极构造而论，最早的是筒形管状收尘极和细圆电晕极。四十年代出现了板状收尘板，使电场空间利用率大为提高。1954年开始采用螺旋形细圆线代替直细圆线作电晕极，和直的细圆线相比，螺旋形线降低了起晕电压，这对捕集某些比电阻较高的粉尘是有利的，其后出现了星形电晕线，使电场力线分布更为合理，1960年有人发现芒刺电晕线比螺旋线和星形线的起晕电压更低，更适合于捕集高比电阻粉和净化高浓度烟气。从四十年代到六十年

6、代，为了防止已被捕集的粉尘产生二次飞扬，带有各种防风槽的板状收尘极被设计出来，在实际使用中取得了良好效果。就电除尘器的单机处理能力而论，在二十世纪初叶，每小时只能处理数千立方米烟气，其原因是受电源装置和风机能力的限制。四十年代，处理能力突破每小时，1954年，最大处理风量为每小时，到六十年代，大型火力发电烟气净化的需要，电除尘单每小时处理能力已突破大关，现在对750MW乃至1000MW的火力发电机组的锅炉烟气也能由电除尘器来承担净化了。可见电除尘器的单机处理能力发展也是很快的。就电除尘器的结构尺寸而言也是越来越大。五十年代认为板长度不能超过8m，到1960年极板长度就越过10m，1970年后，

7、出现了20m长的收尘极板，现在的大型电收尘，就象一座高层的钢铁大厦。电除尘技术的发展与高压供电及其控制装置的发展是密切相关的，电除尘器的高压电源装置一般有升压，整流和控制三部分。用变压器升压是迄今仍在使用的经济而实用的方法，只是随着绝缘技术的进步，变压器的性能更为优越、体积缩小。在整流方面，早期的电除尘器是采用机械同步整流方法，在五十年代几乎是唯一的办法。五十年代后，电子元件逐渐成熟，机械整流曾被电子管整流所代替，但未获得大规模应用。1956年开始用硒整流器，但体积庞大。在五十年代末期硅整流器的出现，很快就取代了硒整流器。在控制方面，随着电子技术的发展，控制技术和方法也日新月异。早期的电除尘器

8、是靠人工控制电压和电流，最早采用自耦变压器或感应调压器来调节输入电压。早在二十年代初就已出现用直流磁场来改变交流线圈阻抗的理论，但是直到高导磁率的磁性材料和半导体整流元件大量生产和质量提高后，饱和电抗器才真正在自动控制方面得到应用。从五十年代起，饱和电抗器就开始代替调压变压器，为电除尘器的自动控制奠定了基础。采用饱和电抗器控制还存在缺陷，即电效率低，跟踪速度慢，控制精度低等，所以到六十年代广泛采用可控硅控制。由于可控硅的应用，使电除尘器的电源获得了新的控制特性，即快速降压和升压。这种特性使电除尘器有可能在电场发生闪络的瞬间立即降压而不产生孤光放电或击穿，同时又能立即使电压回升，让电场重新正常工

9、作。这样，电场的工作电压会始终接近于击穿前的临界电压，从而保证最高的除尘效率。随着电子技术的飞速发展，控制部分也得到较大的改善和提高，先后由晶体管电路控制到集成电路控制，进而到计算机控制及智能控制，发展到目前的网络控制。使电除尘的运行、管理及自动化程度，都获得了空前的发展。电除尘器的本体和电源装置到现在已发展到日趋完善的阶段，实践经验也得以不断地积累，回顾电除尘基础理论研究的进展也是很有益的。从1911年起，美国人斯特泪(WWStrong)开始研究电除尘的理论，他对诸如尘粒荷电、电场形态、除尘效率等方面不断作出了大量的分析，他的不少分析直到今天还是正确的，为电除尘的理论奠定了初步基础。到192

10、2年多依奇(Deutseh)假设在没有紊流等理想条件下推导出除尘效率的理论公式。据此，人们还常把效率与收尘极板面积和气体流量之间的数学表达式冠以多依奇的姓氏，成为目前除尘理论的基础。多依奇公式是在安德森(Anderson)关于电除尘指数定律的基础上导出的，所以多依奇公式也称为安德森一多依奇公式。1923年罗曼(Robman)确立了电场荷电的原理，1932年波德尼尔(Pam + henier)和莫罗一哈诺特(Moreau - hanot)发表了粒子碰撞荷电和扩散荷电的方程式，到1951年怀特导出了更加精确的扩散荷电方程式。1948年怀特和1961年波德尼尔报导了捕集高比电阻粉尘时反电晕影响的研究

11、结果。1918年沃尔柯特(Wolcott)，1934年费兰克(Frandk)，1960年彭尼(Peneg)和克雷格(Craig)对火花放电进行了研究。1970年奥格尔斯比(Oglesby)和尼科尔斯(Nichols)提出了包括影响电除尘器性能的理论和经验在内的数学模型，1957年克奇(Gooch)等人对这一模型作了改进。综上所述，电除尘基础理论经历了不少科学家的探索和研究，电除尘经历了几十个年代的工业实践，在结构、性能和控制方式等方面，随着工业技术的发展、环境保护的要求以及科学技术的发展，不断得以提高与完善，达到了长期、可靠和安全的运行要求。我国从事电除尘技术和产品的研究和生产起步较晚，194

12、9年以前，全国只有沈阳冶炼厂、葫芦岛锌厂和本溪水泥厂等有屈指可数的几台电除尘器，而且性能很差，结构也非常陈旧。新中国成立之后的一个较长的时间里，由于工业不发达，环境保护的重要性没有充分显现出来，但为了回收有价值的物质，在冶金、水泥、化工等行业相继也采用了一些电除尘器，这些电除尘器一部分是国外引起的，一部分是仿制的，直到上世纪六十年代初期，我国各个工业部门装备的电除尘台数也不超过60台。我国有计划、有组织地开发、研究和生产电除尘器是始于上世纪六十年代末、七十年代初，当时的冶金部、建材部、第一工业机械部先后组织本行业的设计、研究院、所和企业开展电除尘器的试验研究工作，并着手于电除尘系列的样机设计。

13、1974年，在电气控制方面，可控硅调压高压硅整流设备的研制成功，采用可控硅技术代替饱和电抭器技术已成为可能，火花跟踪的自动调压技术和电除尘器样机生产有力地促进各行业对电除尘器的初步认识和应用的开展。上世纪八十年代初开始，我国的电除尘器发展步入快车道。随着国家改革开放的不断深入，国家工业化水平不断提高，为遏制和治理随之而来的日益严重的环境污染问题，国家把环境保护作为基本国策，促进我国环保产业的快速发展。环境污染的防治在很大程度取决于环境工程技术的提高，电除尘器以其除尘效率高、能耗低、能处理高温和大烟气量的气体等特点而被电力、冶金、建材、化工等行业的烟尘治理中广泛采用。近20年来，我国的电除尘器科

14、研和生产企业的科技工作者，在粉尘荷电特性、粉尘特性对电除尘器的影响、板线形式及其最佳匹配、气流分布、烟气调质以及供电电源的适应性和可靠性等方面都做出了比较深入的研究，为推动我国电除尘器的理论认识的深入和生产企业的发展壮大都起到的重要用。八十年代中后期，我国电除尘器制造企业先后从美国GE公司、瑞典Flake公司、德国Lurgi公司、EE公司等公司引进电除尘技术，这对加快我国电除尘的技术进步也起到重要的作用。目前，我国的电除尘器研制的总体水平已基本接近或达到了国际先进水平，我国的电除尘器产业已能满足我国各行业，特别是电力、建材、冶金等行业的快速发展需求，而且逐步走向国际市场，我国已经成为电除尘器生

15、产大国，而且正在向电除尘生产的强国迈进。1.3 电除尘器的分类1.3.1 按电极清灰方式不同分类按电极清灰方式不同分为干式电除尘、湿式电除尘、雾状粒子捕集器和半湿式电除尘器等。1、干式电除尘器在干燥状态下捕集烟气中的粉尘，沉积在除尘板上的粉尘借助机械振打清灰的除尘器称为干式电除尘器。这种除尘器振打时，容易使粉尘产生二次飞扬，所以，设计干式电收尘器时，应充分考虑粉尘二次飞扬问题。现大多数收尘器都采用干式。2、湿式电除尘器收尘极捕集的粉尘，采用水喷淋或用适当的方法在除尘极表面形成一层水膜，使沉积在除尘器上的粉尘和水一起流到除尘器的下部而排出，采用这种清灰方法的电除尘器称为湿式电除尘器。这种电除尘器

16、不存在粉尘二次飞扬的问题，但是极板清灰排出水会造成二次污染。3、雾状粒子电捕集器这种电除尘器捕集像硫酸雾，焦油雾那样的液滴，捕集后呈液态流下并除去，它也是属于湿式电除尘器的范畴。4、半湿式电除尘器吸取干式和湿式电收尘器的优点，出现了干、湿混合式电除尘器，也称半湿式电除尘器，高温烟气先经干式除尘室，再经湿式除尘室后经烟囱排出。湿式除尘室的洗涤水可以循环使用，排出的泥浆，经浓缩池用泥浆泵送人干燥机烘干，烘干后的粉尘进入干式除尘室的灰斗排出。1.3.2 按气体在电除尘器内的运动方向分类按气体在电除尘器内的运动方向分为立式电除尘器和卧式电除尘器。1、立式电除尘器：气体在电除尘器内自下而上作垂直运动的称

17、为立式电除尘器。这种电除尘器适用于气体流量小，收尘效率要求不高及粉尘性质易于捕集和安装场地较狭窄的情况。2、卧式电除尘器：气体在电除尘器内沿水平方向运动的称为卧式电除尘。卧式电除尘器与立式电除尘器相比有以下特点：(1)沿气流方向可分为若干个电场，这样可根据除尘器内的工作状态，各个电场可分别施加不同的电压以便充分提高电除尘器的除尘效率。(2)根据所要求达到的除尘效率，可任意增加电场长度，而立式除尘器的电场不宜太高，否则需要建造高的建筑物，而且设备安装也比较困难。(3)在处理较大的烟气量时，卧式电除尘器比较容易地保证气流沿电场断面均匀分布。(4)设备安装高度较立式电除尘器低，设备的操作维修比较简单

18、。(5)适用于负压操作，可延长排风机的使用寿命。(6)各个电场可以分别捕集不同粒度的粉尘，这有利于有色稀有金属的捕集回收，也有利于水泥厂当原料中钾含量较高时提取钾肥。(7)占地面积比立式电除尘器大，所以旧厂扩建或收尘系统改造时，采用卧式电除尘器往往要受到场地的限制。1.3.3 按除尘器的形式分类按除尘器的形式分为管式电除尘器和板式电除尘器。1、管式电除尘器这种电除尘器的除尘极由一根或一组呈圆形、六角形或方形的管子组成，管子直径一般为200300mm，长度35m。截面是圆形或星形的电晕线安装在管子中心，含尘气体自上而下从管内通过。2、板式电除尘器：这种电除尘器的收尘板由若干块平板组成，为了减少粉

19、尘的二次飞扬和增强极板的刚度，极板一般要扎制成各种不同的断面形状，电晕极安装在每排收尘极板构成的通道中间。1.3.4 按除尘板和电晕极的不同配置分类按除尘板和电晕极的不同配置分为单区电除尘器和双区电除尘器1、单区电除尘器这种电除尘器的收尘板和电晕极都安装在同一区域内，所以粉尘的荷电和捕集在同一区域内，所以粉尘的荷电和捕集在同一区域内完成，单区电收尘器是被广泛采用的电除器装置。2、双区电除尘器这种电除尘器的除尘系统和电晕系统分别装在两个不同的区域内。前区内安装电晕极和阳极板，粉尘在此区域内进行荷电，这个区为电离区，后区内安装收尘极和阴极板，粉尘在此区域内被捕集，称此区为收尘区，由于电离区和收尘区

20、分开，称此为双区除尘器。1.3.5 按振打方式分类按振打方式分为侧部振打电除尘器和顶部振打电除尘器1、侧部振打电除尘器这种除尘器的振打装置设置于除尘器的阴极或阳极的侧部，称为侧部振打电除尘器；现用的较多的为挠臂锤振打，为防止粉尘的二次飞扬，在振打轴的360上均匀布置各锤头，避免同时振打而引起的二次飞扬。其振打力的传递与粉尘下落方向成一定夹角。2、顶部振打电除尘器这种电除尘器的振打整置设置除尘器的阴极或阳极的顶部，称为顶部振打电除尘器。早期引进美式电除尘器多为顶部锤式振打，由于其振打力不便调整，且普遍用于立式电除尘，因此得不到广泛应用，现应用较多的是顶部电磁振打，安装在除尘器顶部，振动的传递效果

21、好，且运行安全可靠、检修维护方便。综上所述，电除尘器的类型很多，但是大多数工业窑炉是利用干式、板式、单区卧式，侧部振动或顶部振打电除尘器，本文将较详细介绍的是引进美国八十的代技术，加以吸收改进的BE型及BEL型电除尘器。1.4 电除尘器的常用术语1、台：具有一个完整的独立外壳的电除尘器称为台。2、室：在电除尘器内部由壳体所围成的一个气流的通道空间称为室。一般电除尘器设计成单室，有时也将两个单室并联在一起，称为双室电除尘器。3、电场：沿气流流动方向将各室分成若干区：每一区有完整的收尘板和电晕极，并配以相应的一组高压电源装置，称每个独立区为收尘电场。卧式电除尘器一般设有二个、三个或四个电场，有时也

22、可设置四个以上的电场。为了获得更高的除尘效率，也可将每个电场分成二个或三个独立区，每一个区配一组高压电源装置分别供电。4、电场高度h(m)：一般将收尘极板的有效高度(即除去上下两端夹持端板的收尘极高度)称为电场高度。5、电场通道数n：电场中两排极板之间的宽度称为通道，电场中的极板总排数减一称为电场通道数。6、电场宽度w(m)：一般将一个室最外两侧收尘极轴线之间的有效距离，称作电场宽度，它等于等于通道数与极间距的乘积。7、电场截面：一般将电场高度与电场宽度的乘积称为电场截面，它是表示电除尘器规格大小的主要参数之一。8、电场长度L(m)：在一个电场中，沿气体流动方向一排收尘极板的宽度(即每排极板第

23、一块极板的前端到最后一块极板末端的距离)称作单电场长度。沿气流方向各个单电场长度之和，称作电除尘器的电场长度。9、停留时间t(S)：烟气流经电除尘器所需要的时间称为停留时间，它等于电场长度与电场风速之比。10、电场风速v(ms)，烟气在电场中的流动速度，称为电场风速。它等于进人电除尘器的烟气流量与电场截面F(m2)之比。11、收尘极面积：收尘极板的有效投影面积。由于椒板的两个侧面均起收尘作用，所以两面均应计入。每一排收尘极的收尘面积为单电场长度与电场高度的乘积的二倍，每一个电场的收尘面积为一排极板的收尘面积与电场通道数的乘积。一个室的收尘面积为单电场收尘面积与该室电场数的乘积。一般所说的收尘面

24、积多指室的收尘面积。12、比收尘面积SC：单位流量的烟气所分配到的收尘面积称为比收尘极面积。它等于收尘极面积与烟气流量的烟气量之比。比收尘面积的大小，对电收尘器的收尘效果影响很大。它是电收尘器的重要结构参数之一。13、处理风量：指被处理的工况烟气量。通常指工作状态下电除尘器人口与出口的烟气量的平均值。它等于工作状态下电除尘器人口处的烟气流量与除尘器漏风量的一半之和。14、驱进速度(cms)：荷电悬浮尘粒在电场力作用下向收尘极板表面运动的速度称为尘粒子的驱进速度。它与电场强度、空间电荷密度，粒子性质等多种因素有关，因此不同粒子的驱进速度悬殊很大。工程中通常用的是有效驱进速度(0)，它是根据某一电

25、收尘器实际的收尘极总面积(A)，处理烟气量(Q)，以及实测效率()，利用多依奇效率公式，算出来的，它包含了电极构造，电场强度，粉尘性质、浓度变化、粒径大小，电场风速，烟气湿度，气流分布，积灰厚度，振打效果，二次扬尘等很多因素的综合影响。它是对电收尘器性能进行比较和评价的主要参数，也是电除尘器设计的关键数据。15、收尘效率()：含尘烟气流经除尘器时，被捕集的粉尘量烟气总含尘量之比称为收尘效率。它在数量上近似等于额定工况下除尘器进、出品烟气含尘浓度的差与原入口烟气含尘浓度之比。收尘效率是除尘器运行的主要指标。16、一次电压V：输入到整流变压器初级侧的交流电压。17、一次电流A：输入到整流变压器初级

26、侧的交流电流。18、二次电压kV：整流变压器输出的直流电压。19、二次电流mA：整流变压器输出的直流电流。20、电晕放电：在电除尘器的放电极和收尘极之间，通过高压直流电建立起极不均匀的电场，当外加电压升到某一临界值(即电场达到了气体击穿的强度)时，在放电极附近很小范围内会出现蓝白色辉光，并伴有嘶嘶的响声，这种通过气体被局部击穿的现象称为电晕放电。21、电晕电流：发生电晕放电时，在电极间流过的电流叫电晕电流。 22、火花放电：在产生电晕放电之后，当极间的电压继续升高到某一点时，电晕极产生一个接一个的、瞬时的、通过整个间隙的火花闪络，闪络是沿着各个弯曲的，或多或少或枝状的窄路从放电极到达除尘极，这

27、种现象称为火花放电。火花放电的特征是电流迅速增大。23、电孤放电：在火花放电之后，再提高外加电压，就会使气体间隙击穿，它的特点是电流密度很大，而电压降落很小，出现持续的放电，爆发出强光并伴有高温。这种强光会贯穿想个间隙，由放电极到除尘极，这种现象就是电孤放电。(如电焊时的现象就是一种电孤放电)，电除尘应避免产生电孤放电。24、电晕功率：电场的平均电压和平均电晕电流的乘积。电晕功率越大，除尘效率越高。25、伏安特性：电除尘器运行过程中，电晕电流与二次电压之间的关系称为伏安特性，它是很多变量的函数，其中最主要的是电晕极和除尘极的几何形状，烟气成分、温度、压力和粉尘性质等。26、气流分布：是反映电除

28、尘器内部气流均匀程度的一个指标。它一般是通过测定除尘器人口截面上的气流速度分布采决定的。如果各个点的气流速度与整个截面上的平均气流速度(其值等于所有各点速度的算术平均值)越接近，其气流分布就越均匀，对除尘效率的提高也就越有利。对气流速度的评定方法有多种，如均方根值法，相对速度系数法和速度场系数法等。27、阻力，电除尘器入口和出口烟道内烟气的平均全压之差，称为电除尘的阻力。它是烟气在流经电除尘器的过程中，克服与电除尘器内部结构的冲刷，摩擦阻力和气流紊乱对速度的不利影响而消耗的机械能。它与电除尘器内部的结构形式，气流分布，流速等因素有关，一般电除尘器的阻力均为100300Pa。第二章 电除尘基础理

29、论电除尘器是在两个曲率半径相差很大的金属阳极和阴极上，通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。气体电离后所生成的电子，阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得荷电。荷电粉尘在电场力的作用下，便向电极性相反的电极运动而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时，借助于振打机构使粉尘落入下部灰斗中。尽管电除尘的类型和结构很多，但都是按照同样的基本原理设计出来的，用电除尘的方法分离气体中的悬浮尘粒，主要包括以下四个复杂而又相互有关的物理过程：(1)气体的电离。(2)悬浮尘粒的荷电。(3)荷电尘粒向电极运动。(4)荷电尘粒沉积在电极上。以下简要介

30、绍这四个物理过程。2.1 气体的电离空气在正常状态下几乎是不能导电的绝缘体，但是当气体分子获得能量时就可能使气体分子中的电子脱离而成为自由电子，这些电子成为输送电流的媒介、气体就具有导电的能力了。使气体具有导电能力的过程就称之为气体的电离。如何使气体电离对于理解电除尘的基本理论是很有必要的。2.1.1 原子结构任何物质都是由原子构成的。而原子又是由带负电荷的电子，带正电荷的质子以及中性的中子三类亚原子粒子组成的。电子的负电荷与质子的电荷量是等量的，一个电子或一个质子的电荷量是电荷的最小单位，这个电荷量用表示。在原子核的外面一定空间有电子，电子的数目等于原子核中质子的数目。电子围绕原子核沿一定的

31、轨迹运行，不同的原子其形状和层数都是不同的。如果原子没有受到干扰，没有电子从原子核的周围空间移出，则整个原子呈电中性，也就是原子核的正电荷与电子的负电荷相加为零。如果移去一个或多个电子，剩下来带正电荷的结构就称为正离子，获得一个或多个额外电子的原子称为负离子，失去或得到电子的过程称为电离。2.1.2 负电性气体负电性气体分子是指电子附着容易的气体，表21 列出了部分气体分子捕获电子的概率，用电子附着成功所需要的碰撞次数（平均值） 表示。实验表明卤族元素与分子结构中有氧原子的气体大多数都有良好的电子附着性。负电性气体得到电子后就成为在工业电除尘器中起主要作用的荷电粒子负离子，工业烟气除尘中象二氧

32、化碳、氧、水气之类负电性气体是大量存在的，在这里，负电性气体是粉尘荷电的中间媒介。表 2-1气体（平均碰撞次数）气体（平均碰撞次数）惰性气体空气2.1.3 气体的电离和导电过程在电场中，由于自由电子获得能量而传递的电流是微不足道的。所以，它不能使粉尘荷电而沉积在收尘极上。当电压差再继续增大时，气体中通过的电流可以超过饱和值，从而发生辉光放电，电晕放电和火花放电现象，气体导电过程用图2-1 曲线来表示。电离电流（mA）AEDCBBCDE电压（KV）图2-1 气体导电过程的曲线在图中AB 段，气体导电仅借助于大气中所存在的少量自由电子。在BC 段，电流已不再增加，而电压自B增加至C，使部分电子获得

33、足够的动能，足以使与之碰撞的气体中性分子发生电离，结果在气体中开始产生新的电子和离子，并开始由气体离子传递电流，所以C点电压是气体开始电离的电压，通常称为始发临界电压，或临界电离电压。在CD 段，电子与气体中性分子碰撞，形成阳离子，结合形成阴离子，由于阴离子迁移率大于阳离子迁移率的102 倍。因此在CD 段使气体发生碰撞电离的离子只是阴离子。所以将电子与中性分子碰撞而产生新离子的现象，称为二次电离或碰撞电离。它的放电现象不产生声响，也称为无声自发性放电。在DE段，随着电压的升高，不仅迁移率大的阴离子与中性气体碰撞产生电离，迁移率较小的阳离子也因获得能量与中性分子碰撞使之电离，因此电场中连续不断

34、地生成大量的新离子和电子，这就是所谓气体电离中“电子雪崩”现象。为满足电除尘的需要，电场中1cm3的空间就要存在有上亿个的离子。此时，在放电极周围可以在黑暗中观察到蓝色的光点，同时还可以听到较大的咝咝之声和噼啪的爆裂声。这些蓝色的光点或光环称为电晕，也将这一段的放电称为电晕放电，亦称为电晕电离过程。我们将开始发生电晕时电压(即D点的电压)，称为临界电晕电压。电极间的电压升到E点，由于电晕区扩大致使电极间可能产生火花，甚至产生电孤。此时，电极间的气体介质全部产生电击穿现象。E点的电压称为火花放电电压。火花放电的特性是使电压急剧下降，同时在极短暂的时间内通过大量的电流。气体的电离和导电过程具有临界

35、电离，二次电离、电晕电离、火花放电，它随着电压的变化，其特性也随着变化，电除尘器就是利用两极间的电晕电离这段面工作的，而火花放电是应限制的。电晕电离主要是电子雪崩的结果。什么叫电子雪崩呢?当一个电子从放电极(阴极)向收尘极(阳极)运动时，若电场强度足够大，则电子被加速，在运动路经上碰撞气体原子会发生碰撞电离。和气体原子第一次碰撞引起电离后，就多了一个自由电子，这两个自由电子向收尘极运动时，又与气体原子碰撞使之电离，每一原子又多产生一个自由电子，于是第二次碰撞后，就变成四个自由电子，这四个自由原子又与气体原子碰撞使之电离，产生更多的自由原子。所以一个电子从放电极到除尘极，由于碰撞电离、电子数将雪

36、崩似的增加，这种现象称为电子雪崩。2.2 烟气粉尘的荷电尘粒荷电是电除尘过程中最基本的过程。虽然有许多与物理和化学现象有关的荷电方式可以使尘粒荷电，但是，大多数方式产生的电荷量不大，不能满足电除尘净化大量含尘气体的要求。因为在电除尘中使尘粒分离的力主要是库伦力，而库伦力与尘粒所带的电荷量和除尘区电场强度的乘积成比例。所以，要尽量使尘粒多荷电，如果荷电量加倍，则库伦力会加倍。若其它因素相同，这意味着电除尘器的尺寸可以缩小一半。根据理论和实践证明单极性高压电晕放电使尘粒荷电效果更好，能使尘粒荷电达到很高的程度，所以，电除尘都是采用单极性荷电。就本质而言，阳性电荷与阴性电荷并无区别，都能达到同样的荷

37、电程度。而实践中对电性的选择，是由其它标准所决定的。工业气体净化的电除尘器，选择阴性是由于它具有较高的稳定性，并且能获得较高的操作电压和较大的电流。在电除尘器的电场中，尘粒的荷电量与尘粒的粒径、电场强度和停留时间等因素有关。而尘粒的荷电机理基本有两种，一种是电场中离子的依附荷电，这种荷电机理通常称为电场荷电或碰撞荷电。另一种则是由于离子扩散现象产生的荷电过程，通常这种荷电过程为扩散荷电。哪种荷电机理是主要的，这要取决尘粒的粒经。对于尘粒大于0.5 的尘粒，电场荷电是主要的。对于粒径小于0.2的尘粒，扩散荷电是主要的。而粒径在0.2 0.5之间的尘粒，二者均起作用。但是，就大多数实际应用的工业电

38、收尘器所捕集的尘粒范围而言，电场荷电更为重要。2.2.1 电场荷电将一球形尘粒置于电场中，这一尘粒与其它尘粒的距离，比尘粒的半径要大得多，并且尘粒附近各点的离子密度和电场强度均相等。因为尘粒的相对介电常数r大于1，所以，尘粒周围的电力线发生变化，与球体表面相交。沿电力线运动的离子与尘粒碰撞将电荷传给尘粒，尘粒荷电后，就会对后来的离子产生斥力，因此，尘粒的荷电率逐渐下降，最终荷电尘粒本身产生的电场与外加电场平衡时，荷电便停止。这时尘粒的荷电达到饱和状态，这种荷电过程就是电场荷电。2.2.2 扩散荷电尘粒的扩散荷电是由于离子无规则的热运动造成的。离子的热运动使得离子通过气体而扩散。扩散时与气体中所

39、含的尘粒相碰撞，这样离子一般都能吸附在尘粒上，这是由于离子接近尘粒时，有吸引的电磁力在起作用。粒子的扩散荷电取决于离子的热能、尘粒的大小和尘粒在电场中停留的时间等。在扩散荷电过程中，离子的运动并不是沿着电力线而是任意的。烟气中含有大量氧、二氧化碳、水蒸汽之类的负电性气体，当电子与负电性气体分子相碰撞后，电子被捕获并附着在分子上而形成负离子，因此在电晕区边界到集尘极之间的区域内含有大量负离子和少量的自由电子。烟气中所带的尘粒主要在此区域荷电。哪种荷电机理是主要的，这要取决尘粒的粒经。对于尘粒大于0.5的尘粒，电场荷电是主要的。对于粒径小于0.2 的尘粒。扩散荷电是主要的，而粒径在0.20.5之间

40、的尘粒，二者均起作用。但是，就大多数实际应用的工业电除尘器所捕集的尘粒范围而言，通常只考虑电场荷电机理。2.3 荷电尘粒的运动粉尘荷电后，在电场的作用下，带有不同极性电荷的尘粒，则分别向极性相反的电极运动，并沉积在电极上，工业电除尘多采用负电晕，在电晕区内少量带正电荷的尘粒沉积到电晕极上，而电晕外区的大量尘粒带负电荷，因而向收尘极运动。驱进速度：荷电悬浮尘粒在电场力作用下向收尘极板表面运动的速度。在电除尘器中作用在悬浮尘粒上的力只剩下电力，惯性力和介质阻力。在正常情况下，尘粒到达其终速度所需时间与尘粒在收尘器中停留的时间相比是很小的，也就意味着荷电粒在电场力作用下向收尘极运动时，电场力和介质阻

41、力很快就达到平衡，并向收尘极作等速运动，相当于忽略惯性力，并且认为荷电区的电场强度E0和收尘区的场强Ep相等，都为E，因此已荷电的尘粒在电场中主要受二种力作用：F1(电场力)=qE式中：q尘粒所带荷电量E尘粒所在处电场强度F2(介质阻力)=6a式中：a尘粒半径粘滞系数驱进速度通过公式推导（推导略）：式中：o真空介电常数由上式可知，尘粒驱进速度与收尘区的电场强度和粒径成正比，而与气体的粘滞系数成反比。2.4 荷电尘粉的捕集在电除尘器中，荷电极性不同的尘粉在电场力的作用下，分别向不同极性的电极运动。在电晕区和靠近电晕区很近的一部分荷电尘粒与电晕极的极性相反，于是就沉积在电晕极上。但因为电晕区的范围

42、小，所以数量也小。而电晕外区的尘粒，绝大部分带有电晕极极性相同的电荷，所以，当这些荷电尘粒接近收尘极表面时，使沉积在极板上而被捕集。尘粒的捕集与许多因素有关。如尘粒的比电阻、介电常数和密度，气体的流速、温度和湿度，电场的伏安特性，以及收尘极的表面状态等。要从理论上对每一个因素的影响是表达出来是不可能的，因此尘粒在电除尘器的捕集过程中，需要根据试验或实践经验来确定各因素的影响。尘粒在电场中的运动轨迹，主要取决于气流状态和电场的综合影响，气流的状态和性质是确定尘粒被捕集的基础。气流的状态原则上可以是层流或紊流。层流的模式只能在实验室实现。而工业上用的电除尘，都是以不同程度的紊流进行的。层流条件下的

43、尘粒运行轨迹可视为气流速度与驱进速度的矢量和，紊流条件下电场中尘粒运动的途径几乎完全受紊流的支配，只有当尘粒偶然进入库仑力能够起作用的层流边界区内，尘粒才有可能被捕集。这时通过电除尘的尘粒既不可能选择它的运动途径，也不可能选择它进入边界区的地点，很有可能直接通过电除尘器而未进入边界层。在这种情况下，显然尘粒不能被收尘极捕集。因此，尘粒能否被捕集应该说是一个概率问题。就单个粒子来说，收尘效率或者是零，或者是100。电除尘尘粒的捕集概率就是除尘效率。除尘效率的概念：除尘效率为除尘器捕捉下来的飞灰重量与进入除尘器的烟气含有的飞灰重量之比，用表示。式中：CE进口烟气含尘浓度Co出口烟气含尘浓度在计算和

44、选择电除尘器时，我们经常使用多依奇（Deutsch）公式作为估算除尘效率的公式，推导此式作了如下假设：a 气流的紊流和扩散使粉尘得以完全混合，因而在任何断面上的粉尘浓度都是均匀的。b 通过除尘器的气流速度除除尘器壁边界层外都是均匀的，同时不影响尘粒的驱进速度。c 粉尘一进入除尘器内就认为已经完全荷电。d 除尘极表面附近尘粒的驱进速度，对于所有粉尘都为一常数，与气流速度相比是很小的。e 不考虑冲刷二次扬尘，反电晕和粉尘凝聚等因素影响。经推导的除尘效率公式是： 式中：A收尘极板面积Q烟气量 驱进速度fAQ的比值，称为比集尘面积，即一秒内净化一立方烟气所需的收尘面从式中可以看出，当收尘效率一定时，除

45、尘器的大小和尘粒驱进速度成反比，和处理烟气量Q成正比。由于多依奇在推导公式中作了与实际运行条件出入较大的假设，因此公式不能完全作为实际设计使用的公式，但它是分析、评价和比较电除尘器的理论基础。2.5 振打清灰及灰料输送荷电尘粉到达电极后，在电场力和介质阻力的作用下附集在电极上形成一定厚度的尘层，在电除尘器中通常设计有振打装置，能给电极一个足够大的加速度，在已捕集的粉尘层中产生惯性力，用来克服粉尘在电极上的附着力，将粉尘打下来。在电极上形成一定厚度的尘层，受到振打后，该尘层脱离电极，一部分会在重力的作用下落入灰斗，而另一部分会在下落过程中，重新回到气流中去，已被电极捕捉的粉尘重新回到气流中去成为

46、粉尘的二次飞扬，二次飞扬影响除尘效率，在电除尘过程中是不能完全避免的，但又需要努力去控制减少它，除了设计有利于克服二次飞扬的收尘极结构外，选取一个合理的振打制度很重要。理论和实践都证明，粉尘层在电极上形成一定厚度后再振打，让粉尘成块状下落避免引起较大的二次飞扬。积聚在灰斗中的粉尘采用合适的卸、输灰设备输送到灰库或灰场。2.6 电除尘器的选型设计由于电除尘器的特殊性，决定了在营销或进行结构设计之前，有一个选型设计的过程，选型设计，就是根据用户的使用要求及其提供的原始参数，来确定电除尘器的型号规格，进气方式、极配型式、供电方式及配套电源的型号规格等主要参数，并绘制出电除尘器的外形图、载荷图、电器以

47、及自动控制的图纸等供营销或供进一步进行结构设计、土建、电气专业开展工作。前者，提供的资料可相对简单一些，如只要提供电除尘器的外形图或方案图，而载荷图、电器及自动控制图纸资料等可暂不提供。选型设计需要用户提供下列数据：1、需要处理的烟气量，通常是指工作状况下的气量2、烟气的温度()3、露点温度()4、烟气的成分(各种气体成分的百分比含量)5、除尘器入口烟气的含尘浓度6、除尘器出口烟气的含尘浓度或除尘效率7、粉尘性质：如粉尘的化学组成、比电阻、粒级分配、容重、休止角等。8、燃煤、锅炉规格、型号，还应提供煤的化学成份。9、场地条件10、除尘器工作压力(Pa)11、风载、雪载以及地震载荷12、海拔高度2.6.1 电除尘器型号规格的确定影响电除尘器规格的主要参数有：烟气量、除尘效率和粉尘的驱进速度，后者是介质电气特性、流场特性与结构特性叠加产生的综合效应，驱进速度值的确定最富艺术性，各家公司都有自己的经验，甚至根据理论与自己的实践建立数学模型，利用计算机选型设计，大大提高选型设计的准确性和速度。美国南方研究所(SouthenResearch lnst)于1986 年6 月推出第三版静电除尘数学模型和计算机软件，新版提出了电场方程，求解新法，动态描述振打二次扬尘的各种影响，废气透明度计算程序，及含有一个检查输入数据的例