第六章 电除尘器1

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
电除尘器的工作原理
电除尘器的工作原理
单区和双区电除尘器
单区电除尘器
双区电除尘器
四、除尘器的分类
按结构不同可作不同的分类，现从4个方面介绍： （1）按集尘电极型式可分为管式和板式电除尘器 ） 管式：极线沿着垂直的管状集尘电极的中心悬挂，适用于气体量较小 的情况，一般采用湿式清灰方式。 板式：在互相平行的板式收尘电极的中间悬挂垂直的极线。板式可采 用湿式清灰方式，但绝大多数采用干式清灰方式。 （2) 按气流流动方式分为立式和卧式电除尘器 在工业废气除尘中，卧式板式电除尘器是应用最广泛的一种，我国 1972年提出的系列化设计SHWB型就属此类。 （3）按粉尘荷电区和分离区的空间布置不同分为单区和双区电除尘器 ） 单区：粉尘荷电和分离沉降都在同一空间区域内进行。 双区：先有一组电极使粉尘荷电，然后另一组电极供给静电力，使带 电粒子沉降。典型的双区除尘器多用于空调方面。国外有将它应用于 工业废气净化方面的。 （4） 按沉集粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器 ）
π
(
c
≤ 0 . 6时 ； d =
)
c
πe
πb
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。
正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线
电晕区范围逐渐扩大致使极间空气 全部电离——电场击穿；相应的电 电场击穿； 全部电离 电场击穿 压——击穿电压。 击穿电压。 击穿电压 在相同电压下通常负电晕电极产生 较高的电晕电流，且击穿电压也高得 较高的电晕电流， 多。 工业气体净化倾向于采用稳定性强、 工业气体净化倾向于采用稳定性强、 操作电压和电流高的负电晕极。 操作电压和电流高的负电晕极。 空气调节系统采用正电晕极， 空气调节系统采用正电晕极，好处 在于其产生臭氧和氮氧化物的量低。 在于其产生臭氧和氮氧化物的量低。
电除尘器
三、电除尘的除尘过程 电除尘是何种装置呢？概括而言，电除尘是 利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘 荷电在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒 子分离出来的装置。 用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需 四个步骤：气体电离；粉尘荷电；粉尘沉集; 清灰。
Dustcollection plate
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限长的均匀带电直线，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，由高斯定理可知，在管 式电除尘器中距电晕线距离为r处的场强为
λ Er = 2πξ 0 r
----------（6-1）
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成为静 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，控 制空气污染奠定了基础，从上世纪二十年代到四十年代开 始应用于其它工业。
( )
r——半径（距电晕线的距离r）； a——电晕线半径；b——集尘管半径。
（6-3）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的升高而增 大，随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：
(一) 电晕形成机理 一 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： 阴电晕：只是在很大的电子亲和力的气体或混和气体中有 可能形成。 外观：在放电电极周围有一连串光点或刷毛状辉光。 外观 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 电子向着极线运动，而气 电子向着极线运动 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 外观 表面，这种电离过程有扩散性质。
T0 P T0 P E r = ± 3 × 10 f + 0 .03 TP TP0 a （V/m）（6-4） 6-4 0 V/m
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。
(二) பைடு நூலகம்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 定义: 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 时的电压，也称临界电压 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。
当r=a时，由（6-3）式得
Vc = E c a ln b
( a)
代入（6-4）得电晕起始电压计算式（线管式）：
Tn P Tn P V c = ± 3 × 10 fa + 0 . 03 TP a TP n a n
6
ln b a
( )
（6-5）
板式电除尘器：
d V c = aE c ln a 4b 式中 d = 当b
电子附着对保持稳定的阴电晕是很重要的。因为气体 电子附着 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 在没有电子附着的情况下 ， 如某些气体 2 、 H2 等 ， 在 很纯的情况下， 完全不能由电子附着形成阴离子， 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 只能采用阳电晕 。 较小的阳离子。 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 气体放电可分为自持的和非自持的两类 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。
第六章 电除尘器
Electrostatic Precipitators(ESP)
§6-1 §6-2 §6-3 §6-4 §6-5 §6-6 §6-7 §6-8
概述 电晕放电 电场 粉尘荷电 粉尘的迁移和收集 电除尘器的结构 粉尘比电阻 电除尘器的选择和设计
§6-1概述 概述
一、电除尘的性能特点 气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和 电气方法两大类。机械的方法包括基本上依 靠惯性力和机械力回收粒子的一切方法在内， 如重力沉降法、离心分离法、气体洗涤法、 介质过滤法等等。电气的方法就是电除尘。 它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒 子上的使粒子与气体分离的力。
§6-2 电晕放电 Corona discharge 一、气体的导电 二、电晕的形成
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?
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 绝缘状态转变为传导状态，这种导电 绝缘状态 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 电晕放电 气体有强烈的电击穿,放电时在电极周围 的空气电离。 火花放电是在放电极和集尘极之间有若 火花放电 干狭窄的电击穿,放电时电极间的空气电 离。
二、电晕的形成 如果在曲率很大的表面（如一尖端或一根细线） 和一根管子或一块板之间有电位差，当电位差增 大到一定值时，如达到一个临界值, 则能形成非均 匀电场而产生电晕放电。虽然交流电压也能产生 电晕，但交流电晕使荷电粒子产生摆动运动，而 直流电晕则产生把离子驱向收尘电极的稳定的力， 所以电除尘通常都是单极放电 单极放电。电除尘中所采用 单极放电 的单极性电晕是在放电电极和收尘电极间形成的 稳定的自发发生的气体放电，电离过程局限在放 电电极邻近的强电场中的辉光区或邻近辉光区的 地方，如下图所示：
ξ0 为 真 空 中 的 介 电 系 数 ， ξ0=8.85×10-12 库 仑 2/ 牛 顿·米2
而任一点的场强等于该点的电位梯度的负值，即 dV ----------（6-2） Er = − 通过积分变换得： dr V Er = r ln b ---------（6-3） a 上式为任一点场强与电压的关系 式中： V——电压；