第二节 电除尘器

早在公元前600多年，希腊人就发现了静电吸附现象。我国西汉末年，也有了静电产生吸附作用的文字记载。但将这一现象应用于工业除尘，则是在20世纪初才开始的。1907年科特雷尔（Cottrell）研制成功首台电除尘装置。在我国，电除尘技术的研究与应用起步较晚，20世纪80年代中期才具备了自行设计与制造各类型大型电除尘器的能力。

电除尘器利用静电力实现粒子（固体或液体粒子）与气流分离的一种除尘装置，又称静电除尘器。含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并存电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，从而将尘粒从含尘气体中分离出来。严格地讲，静电两字并不确切，因为粉尘粒子合点后，和气体离子在电场力的作用下，产生微小的电流（μA或mA级），并不是真正的静电。但是习惯上总是把高电压低电流的现象，都包括在静电范围内。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于：分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力也小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效地捕集，目前电除尘器被广泛应用于火力发电厂、供热电站和水泥厂等行业。

电除尘器的最大优点是除尘效率高。随着电场板级数的增加，除尘效率也增加。目前三电场电除尘器（三组级板电场）除尘效率可达99.2%以上，四电场除尘效率可达99.8%以上，五电场除尘效率可达99.99%以上。除此之外，电除尘器还具有：压力损失小（一般为200~500Pa）、处理烟气量大（可达10⁵~10⁶m³/h）、能耗低（大约为0.2~0.4kW·h/1000m³）、对细粉尘有较高的捕集效率（可高于99%）、能在高温或强腐蚀性气体下操作等特点。电除尘器的主要缺点在于：一次性投资费用大、占地面积较大、除尘效率受粉尘比电阻等物理性质限制、不适宜直接净化高浓度含尘气体、对制造和安装质量要求高、需要高压变电及整流控制设备等。

一、电除尘器的工作机理

电除尘器的种类和结构形式繁多，但都基于相同的工作原理。图3-13为电除尘器的工作原理示意图。电除尘器的除尘过程大致可以分为4个阶段：①气体的电离；②悬浮粒子荷电；③荷电粒子在电场内迁移和捕集：④将捕集物从集尘表面清除（也称清灰）。

第一个阶段是利用高压电场将气体电离，生成大量的气体离子。第二个阶段是粉尘粒子俘获气体离子并荷电。第三阶段是荷电粒子在电场力作用下，向集尘极运动并在集尘极上发电沉积，第二和第三阶段是除尘器最基本的作用过程。第四阶段是从集尘极上回收粉尘，干式电除尘器多采用振打方式，湿式电除尘器则采用水冲洗方式。上述四阶段的工作过程是相互关联，密不可分的。

二、电晕放电

1.气体的导电过程

电除尘器是利用两电极间的电晕放电进行工作的，电除尘器中的电晕过程，可以看作是一种气体导电现象，图3-14给出了气体导电过程曲线。

（1）OA阶段。气体中仅存少量的自由电子，在极低的外加电压下，自由电子做定向运动，形成很小的电流。随着电压的升高向两极运动的离子也增加，速度加快，而复合成中性分子的离子减少，电流逐渐增大。

（2）AB阶段。由于电场内自由电子总数未变，虽然电压有所升高，电流也不会增加，但气体中游离电子获得动量，开始冲击气体中的中性分子。当电压超过B₁点时，气体中的自由电子在电场加速后超过了临界速度，出现了快速电子冲击气体分子所产生的碰撞电离，于是电流开始明显增大，且电压越高，电流增加显著。B₁点的电压称为气体的起始电离电压。

（3）BC阶段。随着电场强度的增加，活动度较大的负离子也获得足够的能量来轰击中性原子或分子，使得电场中导电粒子越来越多，导致电流急剧增大。当电压升高到C₁点时，活动度较小的正离子也能因获得足够的能量而轰击中性原子，从而不断产生大量的新离子。与此同时，复合过程也趋激烈，特别是在电场强度最高的放电极附近，围绕着放电极，不仅可以看到点状或条状的蓝色光点和光环，而且还可以听到咝咝或噼啪的爆裂声。这种现象称为电晕。开始发生电晕现象时的C₁点的电压称为起始电晕电压（起晕电压），相应的电流称为起始电晕电流（起晕电流）。

（4）CD阶段。由于电子和正负离子都参与轰击作用，电场的离子浓度大幅度增加，据推算，此时每立方米空间中存在的离子数可达1亿以上。随着电压继续升高，放电极周围的电晕区范围越来越大，电离如雪崩似的进行。当电压升高到D₁点时，正负电极之间可能产生火花甚至电弧，气体介质局部被击穿，电场阻抗突然减小，通过电场的电流急剧增加，电场电压下降而趋于零，电场遭到破坏，最终导致气体电离过程中止。这种现象称为电场击穿，开始出现击穿现象时的D₁点的电压称为火花放电电压或击穿电压。与起始电晕电压到击穿电压相对应的CD段称为电晕放电段，其电压范围就是电除尘器的电压工作带，该值的宽度除了和气体性质有关外，还与电极的结构形式有关。电压工作带越宽，允许电压波动的范围越大，电除尘器的工作状况也就越稳定。

电压超过D₁点，如果电极是一个平板和一个尖端，两者的距离又比较远，则只在尖端附近产生气体电离，而不会扩散到整个空间。这时气体不需要外界的电离源，也能自行产生足够的高能电子，维持放电，进入了所谓的“自持放电”阶段。在这一阶段，电离区的电流可以自行大幅度增加，而消耗的电压反而减少。如果两电极是两个平行板，由于电场中任一点的电场强度均相同，因而不能形成电晕，则两极间气体介质全部击穿，并不能维持自持放电。

2.电晕的形成

为了使电除尘器中的气体电离又不致整个电场击穿而产生短路现象，必须采用非均匀电场，即在放电电极周围具有最大的电场强度，而在离放电电极较远的地方，电场强度较小。电晕放电可以发生在细金属丝和集尘板之间（图3-13），或者发生在金属丝与外筒之间（图3-15）。

电晕形成机理可以借助图3-15来解释。假设电晕电极为负极，从金属丝表面或附近放出的电子迅速向接地极或正极运动，与气体分子发生撞击并使之离子化，结果又产生了大量电子，也就是通常所谓的电子雪崩过程。随着电子离开金属丝表面距离的增加，电场迅速减弱。假如气体中存在电负性气体，如氧气、水蒸气和二氧化碳等，则电晕产生的自由电子被这些气体的分子俘获并产生负离子，它们也和电子一样，向正极运动。这些负离子和自由电子就构成了使粉尘粒子荷电的电荷来源。自由电子能够引起气体分子离子化的区域，常称为电晕区，从电晕区到金属管表面的空间内，负离子浓度一般为10¹⁴~10¹⁵个/m³。电子雪崩过程产生的正离子移向放电金属丝，与金属丝表面碰撞并产生新的电子。正离子使金属丝释放新电子的“再生”作用确保了电晕过程的持续进行。

对于电晕极为正极的情况，除电子雪崩过程产生的正离子向接地极移动外，电晕放电机理与电晕极为负极时情况相同。

3.起始电晕电压

电除尘器内，很多因素会影响电晕的发生以及施加电压与电晕电流之间的关系（常称为伏安特性）。管式电除尘器内任一点的电场强度E可以用下式计算：

式中 r——距电晕线中心的距离，m；

a——电晕线半径，m；

b——管式电除尘器的半径，m；

V——施加于电晕线和集尘电极之间的电压，V。

施加的电压V增加，电晕线附近的场强亦增大，直至电晕发生。起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素有关。皮克（Peek）提出了如下经验公式来计算起始电晕所需要的电场强度：

式中 δ——空气的相对密度，定义为，其中T₀=298K，p₀=101325Pa，T和p分别为操作温度和压力；

m——导线光滑修正系数，无因次，0.5<m<1.0；对于清洁的光滑圆线，m=1；实际可取0.6~0.7。

因此，在r=a时（电晕电极表面上），起始电晕电压V_c：

可见，起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕所需要的电压越小。

图3-16为负电晕极和正电晕极在空气中的电压-电晕电流曲线。当电压大于V₀时，开始出现电晕电流，然后，随着电压的增加，电晕电流呈抛物线形升高，直至达到击穿电压V_sp。在相同电压下，通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多。因此，对于工业气体净化，倾向于采用稳定性强、可以得到较高操作电压和电流的负电晕极；对于空气调节系统则采用正电晕极，优点在于其产生臭氧和氮氧化物的量低。

4.影响电晕特性的因素

影响电晕特性的因素有许多，包括电极的形状、电极间距离、电压的波形，气体的组成、温度和压力、气流中要捕集粉尘的浓度、粒度、比电阻以及它们在电晕极和集尘极上的沉积等。

不同气体对电子的亲和力、负电性、电子附着形成负离子的能力都不相同。如氢、氮和氩等气体对电子没有亲和力，不能使电子附着而形成负离子；但氧、二氧化硫等气体却易俘获电子而形成稳定的负离子；二氧化碳和水蒸气的分子与高速电子碰撞离解出氧原子，继而又与氧原子俘获电子形成负离子。此外，不同种类气体形成的负离子在电场中的迁移率也不同。因此，不同的气体组成导致了电晕特性的差异。

气体温度和压力的不同导致气体密度改变，进而影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压，最终改变起始电晕电压和伏安特性。

由图3-17可以看出，电压波形对电晕特性也有很大的影响。工业上广泛采用全波或半波电压，直流电只用于特殊情况和实验室研究。对于电极间距10~15cm的电除尘器，典型的电晕电压峰值为40~60kV，相应的电晕电流密度为0.1~1.0mA/m²。

三、粒子荷电

粉尘粒子荷电是电除尘过程中非常重要的一步。在除尘器电晕电场中存在两种截然不同的粒子荷电机理，即电场荷电和扩散荷电。在电场中，气体离子在电场力的作用下做定向运动，与粉尘粒子碰撞，使粉尘粒子荷电，这种荷电方式称为电场荷电或碰撞荷电。由于气体离子做不规则的热运动而与粉尘粒子碰撞，并附着于尘粒表面，使尘粒荷电，这种荷电方式称为扩散荷电。这种荷电过程依赖于离子的热能，而不依赖于电场。尘粒的主要荷电过程取决于粒径d_p的大小，对d_p>0.5μm的尘粒，以电场荷电为主；对d_p<0.2μm的尘粒，以扩散荷电为主；对于粒径介于0.2~0.5μm的尘粒，则需要同时考虑上述两种荷电方式。

1.电场荷电

用经典静力学的方法可以求得荷电速率和饱和电荷。粒子能获得的饱和电荷为

式中 q_s——粒子表面的饱和电荷，C；

ε_r——粒子相对介电常数（与真空条件下的介电常数相比较）；

ε₀——真空介电常数，等于8.85×10^-12 F/m；

E₀——电场强度，V/m。

在t时间粒子获得的电荷为

式中 τ₀——粒子荷电时间常数，即达到饱和电荷一半所需要的时间，s；

N₀——离子密度，个/m³；

e——电子电量，e=1.6×10^-19 C；

K——气体离子的迁移率，m²/(s·V)；为驱进速度ω与电场强度E₀之比。

由式（3-38）可知，当荷电时间t=τ时，粉尘可以达到饱和电荷的50%；而当t=10τ时，则可以达到饱和电荷的91%。

【例3-4】 假定直径为1μm的粒子置于电晕电场，电场场强E₀=6×10⁵V/m，离子密度N₀=5×10¹⁴个/m³，气体离子的迁移率为2.2×10^-4m²/(s·V)，粒子的相对介电常数ε_r=6。求粒子的饱和荷电量和荷电时间常数。

解：由式(3-37)可得

通常粒子的电荷以电子电量的倍数来表示，则

荷电时间常数为

对于大多数工业电除尘器，荷电压电场强度为3~6kV/cm，某些特殊设计有可能超过10kV/cm。对于大多数材料，1<ε_r<100，如硫黄约为4.2，石英为4.3，真空为1.0，空气为l.00059，纯水为80，电粒子为∞。对不同的气体，离子迁移率稍有不同，同一种气体的正、负离子的迁移率也略有差别。实验表明在海平面处，大气中离子的迁移率大约为2×10^-4m²/(s·V)。粉尘荷电时间常数τ一般为10^-3~10^-2s，即表明粉尘在0.1~0.01s即可获得饱和电量的90%以上，此时气流在除尘器内流动距离约为10~20cm，因此，可以认为进入电除尘器后的粒子均达到了饱和荷电。

2.扩散荷电

利用分子热运动理论可以导出扩散荷电的理论方程：

式中 n——扩散荷电量，电子电量；

k_B——玻尔兹曼常数，k_B=1.38×10^-23J/K；

T——气体温度，K；

——气体离子的平均热运动速度，m/s。

根据［例3-4］，并假定T=298K，此时对常压下的空气的u=467m/s，根据式（3-40）可得

进一步假定d_p=2×10^-6m和t=1.0s，那么：

3.电场荷电与扩散荷电的综合作用

图3-18给出了典型条件下电场荷电、扩散荷电和两种方式综合作用时理论值随粒径的变化。由图可见，对于直径小于0.15μm的粒子扩散荷电占主导地位，对于直径0.5μm以上的粒子则以电场荷电为主。目前，关于粒子荷电最可信赖和最精确的试验是1957年休伊特（Hewitt）公布的结果，他在N₀=10¹³个/m³和E₀=3.6kV/cm条件下的试验数据也显示在图3-18中。由图可见，休伊特的试验数据与两种荷电过程综合作用下的理论值很吻合。鲁宾逊（Robinson）研究认为，简单地将电场荷电的饱和电荷和扩散荷电的电荷相加，也能近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，且与实验值基本一致。

4.异常荷电现象

应当指出，在一些情况下也会出现异常荷电。最重要的情况有两种：

（1）反电晕现象。沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象。高比电阻粉尘到达收尘极板后不易释放电荷，且其极性与电晕极相同，便排斥后来的荷电粉尘，由于粉尘层的电荷释放缓慢，粉尘间形成较大的电位梯度，当粉尘层中的电场强度大于其临界值时，就会在粉尘层的空隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，并向电晕极运动，中和电晕极带负电的粒子。通常当比电阻高于2×10¹⁰ Ω·cm时，较易发生火花放电或反电晕，此时电除尘器电流增大，电压降低，破坏了正常电晕过程，使得粉尘二次飞扬严重，收尘性能显著恶化。

（2）电晕闭塞。当气流中微小粒子的浓度高时，虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大，但是所形成的空间电荷却很大，严重地抑制着电晕电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷。因此，电除尘器的除尘效率显著降低，尤其是颗粒直径在1μm左右的数量越多，这种现象越严重。当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，颗粒在电场中根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，从而失去除尘作用，即产生电晕闭塞。

此外，由于气流分布不当，气流速度过高或不适当的振打等原因，导致沉积在集尘极表面的粒子重新进入气流。这些粒子往往带有正电荷（对于负电晕电极），致使它们不能重新荷电，或仅部分荷电。在电除尘器的运行中应尽量避免出现这些情况。

四、荷电粒子的运动与捕集

在电除尘器内粒子捕集的理论取决于气体流动的模型，最简单的情况是含尘气体在除尘器内做层流运动。在这种情况下粒子向集尘极移动的速度可以根据经典力学和电学定律求得。

1.驱进速度

在除尘器内，荷电粒子在电场力（静电力）和气流阻力的作用下，向与其电性相反的电极运动，其运动速度称为驱进速度ω。在层流运动条件下存在如下关系：

式中 m——荷电粒子的质量，kg；

F_e——荷电粒子受到的静电力，N；

q——粒子荷电量，C；

E_p——集尘区的电场强度，V/m。

积分式（3-41），令当t=0时，可得ω=0时，，将结果代入式（3-41），则

在所有电除尘器中，e的指数中3πμd_p/m项是一个很大的数值。如空气条件下，对于密度为1g/cm³，直径为10μm的球形粒子，其值为3240。因此，若当t>10^-2s，趋近于0，可以忽略不计。即电场力和空气阻力很快达到平衡，带电粒子做等速运动，此时粒子的驱进速度为

由式（3-43）可知，粉尘粒子的驱进速度与该粉尘荷电量、粉尘颗粒粒径以及气流运动状态有关。粉尘离子荷电量越大则其受到的静电引力越大，其向极板的驱进速度越快，被捕集的效果越好。在一般电除尘器中，荷电（电晕）电场强度E₀和集尘区电场强度E_p是近似相等的。研究表明，当颗粒粒径为2~50μm时，ω与颗粒直径成正比。

在实际电除尘器运行过程中，并不符合气流做层流运动的假设，粒子在除尘器内的运动轨迹十分复杂，并且不可能详细计算。此外，斯托克斯动力黏性阻力3πμd_pω只适用于雷诺数Re_p<1.0的范围；当粒径较小时，还需考虑坎宁汉校正。

2.除尘效率

安德森（Anderson）和德意希（Deustch）分别通过实验分析和理论推导，得到了形式相同的粒子捕集效率公式。德意希（Deustch）在理论推导中做了如下假定：除尘器中气流为紊流状态，气流在整个除尘器内均匀分布，通过任一横截面的粉尘浓度均匀，进入除尘器的粉尘颗粒立即达到了饱和荷电，气体与粉尘颗粒流速相等，粉尘落入灰斗后被完全除去不再扬起。

如图3-19所示，设气流沿x方向运动，气体流速为u(m/s)，处理气量为Q(m³/s)；x方向上每单位长度的集尘极面积为a(m²/m)，总集尘极面积为A(m²)，电场长度为L(m)，气流流动横断面积为F(m²)；气流中粒径为d_pi的粒子的驱进速度为ω_i(m/s)，在dx空间内的浓度为C_i(g/m³)。

在dt时间内，长度为dx的空间捕集的粉尘量为

将dt=dx/u代入上式得

将其由除尘器入口浓度C_1i到出口浓度C_2i进行积分，并考虑到Fu=Q和aL=A，得

则理论分级效率公式（也称德意希分级效率方程）：

根据德意希分级效率方程，增加集尘板面积、增加粒子的驱进速度、减少气体流量，均有助于提高电除尘器分级除尘效率。德意希分级效率方程指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。

应当指出，只有当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10%~20%时，这个方程在理论上才是成立的，作为除尘总效率的近似估算，ω应取某种形式的平均驱进速度。若驱进速度取粒径d_pi的函数，式(3-48)实际上表示了除尘器的分级效率。对于指数形式的公式，100%的捕集效率是不可能的，因为A、ω和Q总是有限的。

沿着气流方向，随着大颗粒的不断捕集，烟气中的颗粒越来越小，也就变得越来越难以捕集。为将这一现象考虑到设计过程，有些设计者采用修正的德意希方程：

其中k为指数修正系数，一般取0.5。

3.有效驱进速度

在工程实践中，德意希分级效率方程计算得到的理论捕集效率要比实际值高得多。为此，实际中常常将一定的除尘器结构形式和运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希分级效率方程，反算出相应的驱进速度值，称为有效驱进速度，以ω_e表示。有效驱进速度可用于表示工业电除尘器的性能，并作为除尘器设计的基础。对于工业电除尘器，有效驱进速度在0.02~0.2m/s范围内变化。表3-3列出了各种工业粉尘的有效驱进速度。

许多电除尘器效率的实际测试表明，对于粒径在亚微米区间的粒子，除尘效率有增大的趋势。例如粒径为1μm的粒子的捕集效率为90%~95%，对粒径0.1μm的粒子，捕集效率可能上升到99%或更高，这说明电除尘过程是去除微小粒子的有效办法。测试表明，在许多情况下电除尘器的最低捕集效率发生在0.1~0.5μm的粒径区间，这一点在除尘器设计选型时应注意。

五、被捕集粉尘的清除

电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘厚度可达几毫米，甚至几厘米。电晕极上沉积的粉尘会影响电晕电流的大小和均匀性；集尘极上粉尘层较厚时，会导致击穿电压降低，电晕电流减小；集尘极上被捕集的粉尘易被气流卷起，重新回到气流中，从而影响除尘效率。因此必须及时清除粉尘，保持电晕极和集尘极表面的清洁。电晕极上的粉尘主要通过对电极采取振打清灰方式清除。

从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流。粉尘重新进入气流，可能产生于气流把粉尘从集尘极表面直接吹起，振打电极使粉尘重新弥散于气流，或者把捕集的粉尘从灰斗卷起。这3种情况都与气体流过除尘器的流型和特征密切相关。气流分布不均匀和激烈的湍流会导致重新进入气流的粉尘量显著增加。不适宜的清灰方式也能导致大量粉尘重新进入气流。

集尘极清灰方式分干式和湿式。干式电除尘器由机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰。干式振打清灰需要合适的振打强度，振打强度太小难于清除积尘，太大可能引起二次扬尘。一般通过现场调试选择合适的振打强度和振打频率。两种主要的常用的振打器是电磁型和挠臂锤型。电磁振打器一般垂直安装在除尘器顶部，通过连接棒平行地振打几块板。挠臂锤型振打装置（图3-20）由传动抽、承打铁砧和振打杆等组成。随着轴的转动，锤头打到一定位置，然后靠自重落下打在铁砧上，振打力通过振打杆传到极板各点。

在湿式电除尘器中，集尘极表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上随水膜流下。湿式清灰的优点是无二次扬尘，同时可净化部分有害气体，如SO₂、HF等，缺点在于腐蚀结垢问题严重，污泥需要处理。

六、电除尘器的分类与结构形式

1.电除尘器分类

（1）按集尘极形式，可分为管式电除尘器和板式电除尘器。图3-21为管式电除尘器。在圆管或其他形状管（如六边形管等）的中心设置电晕极，管内壁作为集尘极。小型管式电除尘器的集尘极为直径约15cm、长3m，大型的直径可加大到40cm、长6m。单筒管式静电除尘器一般由下部进气、上部排出。为保持电晕线垂直悬吊和准确的电极间距离，在电晕线下段要挂一个2～7kg的重锤。电晕线不能太细（直径大于2mm），以免振打和火花放电时受到损坏。集尘极清灰时一般通过振打外筒体而使粉尘滑落入底部的灰斗。管式电除尘器用于气体流量小、含雾滴气体或需要用水洗刷电极的场合。若处理气体流量大时，可多管并联使用。每个除尘器所含集尘管数目少则数个，多则100个以上。

图3-22为板式电除尘器。电晕线接高压直流电源的负极，集尘极接地为正极。集尘器垂直安装，电晕极置于相邻的两板之间。集尘极长一般为10～20m、高10～15m，板间距0.2～0.4m。集尘极由平行的平面钢板制成。为避免除尘器内气流直接冲刷板上的粉尘层，减少二次扬尘，集尘极一般制成凹型，如C型、Z型等。处理气量1000m³/s以上、效率高达99.5%的大型板式电除尘器含有上百对极板。板式电除尘器气体处理量大，为工业应用的主要形式。

（2）按含尘气流流动方式，可分为立式电除尘器和卧式电除尘器。立式电除尘器中含尘气流自下而上流过除尘区域，占地面积小，管式电除尘器都是立式的。卧式电除尘器中含尘气流水平流过除尘区域，占地面积大，板式电除尘器通常采用卧式。

（3）按粒子荷电区域和沉降区域的空间布置方式，可分为单区电除尘器和双区电除尘器。单区电除尘器的集尘极和电晕极在同一空间区域内，尘粒的荷电和捕集在同一区域完成。单区电除尘器是当今用途最为广泛的一种电除尘器。控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染，主要应用单区电除尘器。双区电除尘器的前集尘器和电晕极分别安装在两个空间，尘粒先在前区荷电，荷电粉尘在后区被捕集。双区电除尘器主要用在通风空气的净化和某些轻工业部门。

（4）按电极距离的大小，可分为常规电除尘器和宽间距电除尘器。常规电除尘器的同极间距一般为250～300mm。大部分工业应用的宽间距电除尘器的同极间距在400～600mm，也有的超过800mm。宽间距电除尘器在本体结构上与常规电除尘器相同，但由于间距加大，供电机组电压升高、有效电场强度大、板电流密度均匀、荷电尘粒的驱进速度提高，有利于净化高比电阻粉尘。这是目前电除尘器发展的一个新趋势。

2.电除尘器结构形式

电除尘器结构形式多样，但都由电除尘器本体和高压直流电源两部分组成。电除尘器本体包括电晕电极、集尘电极、清灰装置、气流分布装置等，约占电除尘器设备投资的85%。

电晕电极形式很多。目前常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线、锯齿线和芒刺线等，其形状如图3-23所示。电晕线固定方式分为重锤悬吊式和管框绷线式（图3-24）。对电晕线的一般要求包括：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极间距以及易清灰。

集尘板结构形式多样，常用的有V形板和折流板，如图3-25所示。极板两侧设有沟槽和挡板，既能增加极板的刚性，又能防止气流直接冲刷极板表面，从而减少二次扬尘。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：振打时粉尘二次扬起少，单位集尘面积消耗金属量低，极板高度较大时应有一定的刚性、不易变形，振打时易于清灰，造价低。

为了减少涡流，保证气流分布均匀，电除尘器通常在气流进出口处设置变径管道，并在进口变径管内设置气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔分布格子、槽型钢式和栏杆型分布板等，以多孔板使用最为广泛。多孔板通常采用厚度为3～3.5mm的钢板，孔径30～50mm，分布板层数2～3层，开孔率需要通过试验测定。

高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高强度电场和电晕电流。通常高压供电设备的输出峰值为70～100kV，电流为100～2000mA，期望工作寿命在20年以上。

七、影响静电除尘器性能的因素

影响静电除尘器性能的因素很多，主要为粉尘物性、除尘器结构及运行参数3方面。

1.粉尘物性

（1）颗粒粒径。不同粒径的粉尘颗粒在电场中的荷电机制不同，驱进速度也不同。在同一电除尘器内，粒径大于1μm的粉尘颗粒，随着粒径的增加，除尘效率将提高；粒径在0.1~1μm的粉尘颗粒，其除尘效率几乎不受粒径变化的影响。

（2）粉尘比电阻。不同类型的粉尘其比电阻不同。除尘器最适宜的比电阻一般在10⁵~10¹⁰ Ω·cm之间。当粉尘颗粒的比电阻很低时，说明该粉尘粒子容易荷电，也容易放电。荷电的粉尘颗粒到达集尘极后易放出电荷，并立即受静电感应获得与集尘极同性的正电荷，遭集尘极排斥回到气流之中。之后进行循环往复的该过程，导致除尘效率降低。粉尘颗粒的比电阻很高时，既不容易荷电，又不容易放电，到达集尘极的粉尘颗粒释放电荷的速率降低，粉尘颗粒易残留部分电荷，因此排斥后面带有同性电荷的颗粒在集尘极沉积，从而导致除尘效率降低。另外，沉积在集尘极表面的高比电阻尘粒，会导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象，破坏正常的电晕过程。

多种工业部门的实践表明，可以近似取10¹⁰Ω·cm作为比电阻的临界值。当其值低于10¹⁰Ω·cm时，粉尘比电阻几乎对除尘器操作和性能没有不良影响；当比电阻介于10¹⁰~10¹¹Ω·cm之间时，火花率增加，操作电压降低；当比电阻高于10¹⁰Ω·cm时，集尘板粉尘层内会出现电火花，即会产生明显反电晕。反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷电和捕集。基于对直径20cm的管式电除尘器的理论计算，图3-26给出了粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响。根据现场综合试验，图3-27给出了飞灰比电阻对有效驱进速度的影响。

在实际操作中克服高比电阻影响的方法有：保持电极表面尽可能清洁、采用较好的供电系统、烟气调质以及发展新型电除尘器等。理论上讲，保持电极表面清洁是可以消除高比电阻影响的，虽然在实践上保持电极表面完全无粉尘是不可能的，但提高振打强度可以使电极表面粉尘的厚度保持在1mm以下。这样就能基本上消除高比电阻的不利影响。烟气调质是一种比较常用的克服高比电阻的方法，即通过增加烟气湿度，或向烟气中添加SO₃、NH₃以及Na₂CO₃等化合物，来增强粒子的导电性。目前最常用的化学调质剂是SO₃。早在1915年，SO₃就被用于金属熔炼炉烟气调质，近年来又用作燃用低硫煤的烟气调质。钠的化合物用作燃煤烟气调质剂始于20世纪70年代，某些煤种含钠量较高（以Na₂O计，大约在0.2%左右），可使飞灰具有足够的导电性。实验室和现场试验均表明，向煤中添加少量的钠化合物可以减小飞灰的比电阻。许多工业粉尘在423~427K温度范围内比电阻较高，若将烟气温度将至403K以下，或者升至623K以上，则可使粉尘具有足够的导电性。向烟气中喷水可以达到增加烟气湿度和降低烟气温度的双重目的，因此是一种行之有效的方法。

（3）粉尘浓度。当气流中粉尘浓度增加时，将严重抵制电晕电流的产生，使粉尘颗粒不能获得足够的电荷，造成除尘效率降低。尤其是粒径1μm的粉尘，其含量越高，该现象就越严重。当含尘浓度达到一定值时，会发生电晕闭塞。

2.除尘器结构

（1）比集尘面积A/Q。单位流量的烟气所分配到的收尘面积，即集尘极面积A与气体流量Q之比称为比集尘面积，也称为比收尘表面积。比集尘面积增大，颗粒被集尘极捕集的概率增加，除尘效率增加。

（2）极间距。集尘极与电晕极之间的距离称为极间距。气流通过电除尘器速度一定的前提下，极板间距离越小，粉尘颗粒到达集尘极的距离就越短，粉尘颗粒越容易沉积下来，除尘效率就越高。但极间距过小容易造成颗粒的二次扬起。

（3）长高比。集尘极有效长度与高度之比直接影响清灰时沉积下来粉尘的扬起。若静电除尘器集尘极长高比较小，集尘极不够长，部分下落粉尘到达灰斗之前可能被气流带出除尘器，降低除尘效率。

3.气体流速

气体在电除尘器中流速应在1.0m/s左右，并分布均匀。若气流分布措施的效果不好，造成中间部分气流速度过大，超过设计参数，会造成气流在除尘器内停留时间过短，粉尘颗粒未达到边壁就被气流带走，使除尘效率下降。

八、电除尘器的设计选型

目前，电除尘器的选择和设计仍采用经验公式类比方法。表3-4概括了通用电除尘器设计参数的取值范围。这些参数的具体数值取决于烟气和粒子的性质、需处理烟气量和要求的除尘效率。

1.比集尘面积的确定

根据运行和设计经验，确定有效驱进速度ω_e，进而按照德意希分级效率计算式（3-48），求得比集尘面积A/Q：

2.集尘板长高比的确定

集尘板长高比是集尘板有效长度与高度之比。它直接影响振打清灰时二次扬尘的多少。当要求除尘效率在99%以上时，集尘极的长高比(L/A)需在0.5~1.5之间。

3.气流速度与电场断面面积

由处理烟气量和电除尘器过流断面积计算气流的平均速度。当平均流速高于某一临界值时，使得粉尘的重新进入量增加。对于给定的集尘板类型，临界速度的大小取决于烟气流动特征、板的形状、供电方式、除尘器的大小和其他因素。当捕集电站飞灰时，气流临界速度可取1.5~2.0m/s。电场截面面积A_c的计算公式为

4.极间距和集尘极排数

集尘极和集尘极之间的间距采用200～300mm，放电极和集尘极之间的极间距采用100～150mm，放电极与放电极之间的间距采用200～300mm。集尘极排数n可以根据电场截面宽度B和集尘极间距ΔB确定：

5.电场长度L

根据集尘板表面积A、集尘板排数n和电场高度H计算出必要的电场长度L。在计算集尘板面积时，靠近电除尘器壳面的集尘板，其集尘面积按单面计算，其余集尘板按双面计算：

目前单一电场长度为2~4m，过长会使构造庞大。如实际要求电场长度过长，可设计成若干串联电场。

【例3-5】 某排气系统排气量为27m³/s，拟回收排气中的氧化锌粉尘，除尘效率95%。试计算电除尘器的主要结构尺寸。

解：查相关手册（表3-3），取氧化锌粉尘的有效驱进速度ω=4cm/s，代入式（3-50），则集尘极面积A为

参考表3-4，取电场风速v=0.9m/s，计算电场断面面积：

则，电场高度为

取H=5.5m，考虑到极板加工方便和极板整数间距，取电场宽度B=5.52m，则气体实际流速为

采用卧式电除尘器，取集尘板间距ΔB=300mm，则集尘极的排数n为

电场长度为

采用Z型极板，每块高5.5m，宽0.385m（产品规格），则每排需极板9.68/0.385=25.1块，取26块。由于电场长度超过4m，所以分设3个电场，第一电场8块，第二电场9块，第三电场9块，各块极板间隙0.005m，故实际电场总长度为

实际总集尘面积为