第八章 电除尘器

§8-2 Corona discharge

(二) 电晕起始电压 1. 定义 2. 电晕起始电压计算公式 3. 影响因素 (1)电晕起始电压随电极的几何形状而变化 (2)气体组成的影响 (3)温度和压力的影响


(二) 电晕起始电压 1.定义: 电晕起始电压指开始发生电晕放电 时的电压，也称临界电压，与之相应的场强 称为电晕起始场强或临界场强。 在电除尘器中，影响电晕起始电压的各因素 和电晕放电时的电压—电流关系具有重要的 意义，而电除尘器的电压—电流关系取决于 电极的几何形状、气体的组成和状态、已沉 降的粉尘层厚度和性质及悬浮粉尘的浓度和 粒径等。
L
2H
High –voltage wire for corona discharge
h
Dirty gas Clean gas
Corona discharge along the length of wire
Dust removed from plates to hoppers
Collected dust on plate


当r=a时，由（8-3）式得 代入（8-4）
Vc Ec a ln b
a
得电晕起始电压计算式（线管式）：
Tn P Tn P b ln Vc 3 10 fa 0.03 TP a a TP a n n
6


（伏）（8-5）

板式电除尘器：
T0 P T0 P E r 3 10 f 0.03 TP TP a 0 0 （V/m）（8-4）
6



P0、T0为标况下的大气压（1atm）和温度（298K）； T、P为运行状况的温度和空气压力； f为导线光滑修正系数，一般0.5<f≤1，清洁的光滑导线 f=1，实际中所遇到的导线可取f=0.6-0.7； 式中正负号视电晕极性而定，正电晕取正号，负电晕取负 号。
§8-2 Corona discharge
电击穿或气体放电 当电极之间的电位差提高到某一点时，气体的 电离和电导性就大大增加，于是从绝缘状态转 变为传导状态，这种导电现象称为气体放电 电晕放电只是在放电极的一小段距离内气体有 强烈的电击穿 , 放电时在电极周围的空气完全 电离； 火花放电是在放电极和集尘极之间有若干狭窄 的电击穿,放电时电极间的空气完全电离。

（8-3）式表明在电晕开始发生之前，管式电除尘 器中任一点的场强 Er 随极间电压 V 的升高，据电 晕线的距离的减小而增大。当r=a在电晕线表面上 时，Er达最大。

电晕开始发生所需的场强取决于几何因素及气体 的性质。皮克（peek）通过大量实验研究，提出了 计算在空气中电晕起始场强的经验公式：

二、电除尘发展简介 早在公元前600年，希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细粒子 和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律称为静 电学的科学基础，它也是电除尘理论的出发点。威廉描述 到：电能吸引由熄灭的火花产生的烟。1745年，富兰克林 开始研究尖端放电，他似乎是首先研究我们现在所涉及到 的发电尖端的电晕放电。最早有关烟尘电力吸引的文学叙 述出自英国的宫廷内科医生威廉吉伯特，时间是1600年。 1772年，贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电、电风现 象进行了试验以后，1824-1908年，一些人做了一些有关净 化过程中烟雾、烟草中的烟等试验。1908年，柯特雷尔发 表了他的第一个专利，并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回 收了过去很难处理的硫酸雾。后来在他的学生施密特协助 下又进行了发展，为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用 电除尘，成功地控制空气污染奠定了基础，从本世纪二十 年代到四十年代开始应用于其它工业。
§8-2 Corona discharge


电子附着 对保持稳定的阴电晕是很重要的。因为气体 的迁移速度是自由电子的 1/100，如没有电子附着而形 成的大量阴离子，则迁移速度高的自由电子就会迅速 流至阳极，这样便不能在电极之间形成稳定的空间电 荷。差不多在达到电晕始发电压时就会发生火花放电。 在没有电子附着的情况下，如某些气体 N 2 、 H 2 等，在 很纯的情况下，完全不能由电子附着形成阴离子，就 只能采用阳电晕。因为阳电晕中的电流载体是速度比 较小的阳离子。 气体放电可分为自持的和非自持的两类 。自持的是指 放电仅靠电位来维持，不需要外来的电离方法。电晕 放电是自持的一种。非自持的则受外界电离剂的作用。

§8-2 Corona discharge


在电晕中产生离子的主要机制是由于气体中的自 由电子从电场中获得能量，和气体分子激烈碰撞， 使电子脱离气体分子，结果产生带阳电荷的气体 离子并增加了自由电子，这种现象称为 电离 。要 产生电离，碰撞电子必须具有一定的最小能量， 成为电离能量，其数值根据被撞出的分子或原子 来决定。 电子除了有强大的电离能力外，还具有可以附着 在许多中分子和原子上形成阴离子的性质。显然， 在 任一距离内净剩的电子数是由电离所造成的电 子数和因附着而损失的电子数之差。
d Vc aEc ln a 4b 式中d 当b


c
0.6时 ；d

c
e
b
2c
当 b c 2时

式中：c——两个电晕极之间的半径，m； a——电晕极半径，m；b——电晕极到集尘 极的距离。


3. 影响因素 (1)电晕起始电压随电极的几何形状而变化， 线愈细，电晕起始电压愈低。 (2)气体组成的影响 气体组成决定着电荷载体的分子种类。不 同的气体，电子附着形成负离子的过程是 不同的。 (3)温度和压力的影响



Hale Waihona Puke (一) 电晕形成机理 1． 阴电晕形成机理 在电晕线周围 ,发生“电子雪崩”的积累过程 , 在强电场 区域以外，电子逐渐减慢到小于碰撞电离所必需的速度， 并附着在气体分子上形成气体离子。 阴电晕：形成只是在很大的电子亲和力的气体或混和气体 中有可能。 外观：在放电电极周围有一连串光点或刷毛状辉光。 2. 阳电晕形成机制 靠近阳极的放电极线的强电场空间内，自由电子和气体分 子碰撞形成电子雪崩过程。这些电子向着极线运动，而气 体阳离子则离开极线向强度逐步降低的电场运动，成为电 晕外区空间内的全部电流。 外观：比较光滑，均匀的，蓝色的亮光包着整个放电电极 表面，这种电离过程有扩散性质。




而任一点的场强等于该点的电位梯度的负值，即 dV ----------（8-2） Er 通过积分变换得： dr V Er r ln b ---------（8-3） a 上式为任一点场强与电压的关系 式中： V——电压；

r——半径（距电晕线的距离r）； a——电晕线半径；b——集尘管半径。

气体组成不同，电压—电流特性曲线有 明显不同。 正电晕：运行电压宽，Vc低，击穿电位 高，除尘中应用广泛。 负电晕：小型，空调用。

电 晕 电 流 I0 正 电晕电压 Vsp 负
电压—电流特性曲线

气体组成对电压 —电流特性的影响时由于混合气体中每种 组分俘获电子的概率和迁移率不同而至。 某一气体离子的迁移率Ki按下式定义： u 0 K i E u0——该离子的平均运动速度，m/s；E——场强，V/m。 工业废气主要是混合气体，电子附着取决于每次碰撞的概 率合各组分的浓度，混合气体对电子的亲合力总和可利用 其中各组分碰撞次数来表示。同时可以利用混合气体各组 分的迁移率来确定气体混合物的当量迁移率。在这里说明 一下，离子活度（浓度）高，离子速度大，电晕电流也就 较大。 由于其它因素的抵消影响，这些关系并不直接成比例，虽 然可以针对气体组成施加一些措施（如高电压等）对除尘 器的性能改善有利，但在工业中很少采用改变气体组成的 方法，而常用控制放电极尺寸或其它几何特性的方法改变 电压—电流曲线。





特点： 1． 分离的作用力直接施之于粒子本身，这种力是由电场 中粉尘荷电引起的库仑力，而机械方法大多把作用力作用 在整个气体。 2． 直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率 最少，气流阻力最小。处理1000m3/h的气体，耗电0.1-0.8 度，ΔP=100～1000Pa。 3． 它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子， 也不象介质过滤法或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制， 能回收微型范围的细小粒子。（1μm左右的） 4． 除尘效率高，一般在95-99%。处理气量大，可应用于 高温、高压，具有克服气体和粒子腐蚀的能力。连续操作 并可自动化，故广泛应用于许多方面。 5. 主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求 安装和运行管理技术较高。
§8-2 电晕放电 Corona discharge 一、气体的导电 二、电晕的形成

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一、气体的导电 电晕是气体中电传导的若干形式之一， 因此，在介绍电晕放电时，需要先简单 说一说关于气体导电的基本现象。 问题: 气体导电 、液体导电、固体导电的区别?

2. 电晕起始电压计算公式 现在推导管式电除尘器中电压与场强的数学 关系。近似把电晕线看成无数长的均匀带电 直线，电荷线密度为 λ（库仑/米），假想两 电极间没有电晕电流，即不存在空间电荷， 又高斯定理可知，在管式电除尘器中距电晕 线距离为r处的场强为

Er 2 0 r
ξ0为真空中的介电系数，ξ0=8.85×10-12库 仑2/牛顿· 米2
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管 电晕线
阴离子空间电荷区
电晕辉光
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电晕分类: 根据电极极性的不同，电晕有阳电晕与阴电 晕 之分。当放电电极和高压直流电源的阴 极连接时，就产生阴电晕。 阳电晕或阴电晕的存在有两个主要条件： 1）在电晕电极附近必须有充足的电离源； 2) 在电离区发射出的离子必须能在电晕外 区生成有效的空间电荷