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基本條件，一是存在使粉塵荷電的電場；二是存在使荷電粉塵顆粒分離的電場。一般的靜電除塵器采用荷電電場和分離電場合一的方法，如圖5-7-1所示的高壓電場，放電極接高壓直流電源的負極，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

在電場作用下，空氣中的自由離子要向兩極移動，電壓愈高、電場強度愈高，離子的運動速度愈快。由于離子的運動，極間形成了電流。開始時，空氣中的自由離子少，電流較少。電壓升高到一定數值后，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，中性原子會分解成正、負離子，這種現象稱為空氣電離。空氣電離后，由于聯鎖反應，在極間運動的離子數大大增加，表現為極間的電流（稱之為電暈電流）急劇增加，空氣成了導體。放電極周圍的空氣全部電離后，在放電極周圍可以看見一圈淡藍色的光環，這個光環稱為電暈。因此，這個放電的導線被稱為電暈極。

在離電暈極較遠的地方，電場強度小，離子的運動速度也較小，那里的空氣還沒有被電離。如果進一步提高電壓，空氣電離（電暈）的范圍逐漸擴大，zui后極間空氣全部電離，這種現象稱為電場擊穿。電場擊穿時，發生火花放電，短路，電除塵器停止工作。為了保證電除塵器的正常運動，電暈的范圍不宜過大，一般應局限于電暈極附近。

如果電場內各點的電場強度是不相等的，這個電場稱為不均勻電場。電場內各點的電場強度都是相等的電場稱為均勻電場。例如，用兩塊平板組成的電場就是均勻電場，在均勻電場內，只要某一點的空氣被電離，極間空氣便會部電離，電除塵器發生擊穿。因此電除塵器內必須設置非均勻電場。

開始產生電暈放電的電壓稱為起暈電壓。對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算：

      V           （5-7-1）

式中  m——放電線表面粗糙度系數，對于光滑表面m=1，對于實際的放電線，表面較為粗糙，m=0.5～0.9；

R₁——放電導線半徑，m；

R₂——集塵圓管的半徑，m；

δ——相對空氣密度。

T₀、P——標準狀態下氣體的溫度和壓力；

T、P——實際狀態下氣體的溫度和壓力。

從公式（5-7-1）可以看出，起暈電壓可以通過調整放電極的幾何尺寸來實現。電暈線越細，起暈電壓越低。

電除塵器達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外，還取決于正、負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電壓時的電暈電流—電壓曲線。從圖（5-7-1）可以看出，由于負離子的運動速度要比正離子大，在同樣的電壓下，負電暈能產生較高的電暈電流，而且它的擊穿電壓也高得多。因此，在工業氣體凈化用的電除塵器中，通常采用穩定性強、可以得到較高操作電壓和電流的負電暈極。用于通風空調進氣凈化的電除塵器，一般采用正電暈極。其優點是，產生的臭氧和氮氧化物量較少。

圖5-7-2 正、負電極下電暈電流—電壓曲線

2．塵粒的荷電

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

塵粒荷電是電除塵過程的*步。在電除器內存在兩種不同的荷電機理。一種是離子在靜電力作用下做定向運動，與塵粒碰撞（點擊觀看flash模擬動畫—碰撞作用荷電），使其荷電，稱為電場荷電。另一種是離子的擴散現象導致塵粒荷電，稱為擴散荷電。對dc>0.5μm的塵粒，以電場荷電為主；對dc<0.2μm的塵粒，則以擴散荷電為主；dc介于0.2~0.5μ的塵粒則兩者兼而有之。在工業電除塵器中，通常以電場荷電為主。

在電場荷電時，通過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與外加電場相反的電場，其場強越來越強，zui后導致離子無法到達塵粒表面。此時，塵粒上的電荷已達到飽和。

在飽和狀態下塵粒的荷電量按下式計算：

       C                    （5-7-2）

式中ε₀——真空介電常數，ε₀=8.85×10^-12C/N·m²；

    d_c——粒徑，m；

    E_f——放電極周圍的電場強度，V/m；

    ε_p——塵粒的相對介電常數。

ε_P與粉塵的導電性能有關。對導電材料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、相對介電數ε_P和電場強度。

靜電除塵器的應用

電除塵器是利用電場產生的電力使塵粒從氣流中分離的設備。電除塵器是一種干式高效除塵器，它的優點是：

①適用于微粒控制，對粒徑1～2μm的塵粒，效率可達98％～99％；

②在電除塵器內，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，它的經濟效果愈明顯。

電除塵器的缺點是：

①設備龐大，占地面積大；

②耗用鋼材多，一次投資大；

③結構較復雜，制造、安裝的精度要求高；

④對粉塵的比電阻有一定要求。

目前電除塵器已廣泛應用于火力發電、冶金、化學和水泥等工業部門的煙氣除塵和物料回收。

靜電除塵器在實際應用中通常有以下幾種應用方式。

（1）高壓靜電塵源控制

高壓靜電塵源控制是應用靜電除塵的原理對分散產塵點進行粉塵控制的一種方法，可以用于皮帶轉運點、破碎機、振動篩等產塵點。

高壓靜電不但應用于局間地點的塵源控制，也可把暈線架設在車間內，應用靜電場對難于密閉的開放性塵源抑止粉塵的飛揚。對電暈線施加足夠的負高壓，在電暈線與“地”這間形成強大的靜電場。塵源及其附近的物體如物料、砂、磚、木板、結構物等均起著集塵極的作用。在靜電場作用下，帶電塵粒將直接返回塵源，實現粉塵的就地抑制。采用靜電進行塵源控制，可以不設排風系統，節省能源，消除了風機噪聲。在寒冷地區冬季不需對車間進行補風，有利于節能。

（2）靜電強化的除塵器

即將靜電除塵機理的應用其它類型的除塵器，形成復合機理的除塵器，如靜電袋式除塵器、靜電濕式除塵器、靜電旋風除塵器、靜電顆粒層除塵器等，其中有的已經在生產中應用。

1）靜電袋式除塵器

利用靜電強化袋式除塵器，可降低除塵器阻力、增大處理風量、提高除塵效率。

目前采用的形式有以下幾種：

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

②預荷電脈沖除塵器（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，氣流通過短管時塵粒荷電，再進入到濾袋內。濾袋清灰時，壓縮空氣噴入袋內，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、負極，這樣沿濾袋表面形成電場。氣流通過濾袋時，在電場力和過濾雙重機理作用下，使細小粉塵捕集。