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騰飛環(huán)保靜電除塵器的工作原理

在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上,通以高壓直流電,維持一個足以使氣體電離的靜電場。含塵氣體在電暈極周圍強電場作用下發(fā)生電離,形成氣體離子和電子使粒子荷電。荷電粒子在電場力作用下向集塵極運動并在集塵極上沉積,從而達到粉 塵和氣體分離的目的。當集塵極上粉 塵達到一定厚度時,借助振打機構(gòu)使粉 塵落入下部灰斗�？梢�,電除塵器的工作原理包括電暈放電、氣體電離、粒子荷電、荷電粒子的遷移和捕集,以及清灰等過程。

1.氣體電離和電暈放電

通常氣體中只含有極其微量的自由電子和氣體離子,可視為絕緣體。在電除塵器中,當兩電極之間的電壓達到一定值時,兩電極間的氣體將發(fā)生電離由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)狀態(tài),即產(chǎn)生氣體電離或電擊穿,如電暈放電、輝光放電、火花放電及電弧放電。

（1）電暈放電

電暈放電是一種不完全的電擊穿,只是在放電極周圍很薄的一氣層中出現(xiàn)電擊穿,兩電極間的電流很小。而火花放電則是在放電極到收塵極之間有多條火花電擊穿,傳導(dǎo)電流較大。

ab段:氣體導(dǎo)電僅借助于氣體中原有少量自由電子,電流隨電壓升高而增大,但電流的值不高。

bc段：電壓由b’升到c’,極間導(dǎo)電電流幾乎沒有變化,說明沒有新電離出的電子和離子參與導(dǎo)電,增加的電壓主要是提高了原有自由電子的動能。

cd段：當電壓升高到c’點時,由于氣體中的電子已獲得足夠的動能,足以使與之碰撞的氣體中性分子發(fā)生電離,產(chǎn)生新的電子和陽離子。失去能量的電子可與其他中性氣體分子結(jié)合成為陰離子。新的電子和離子參與導(dǎo)電。當電子在電場中獲得足夠大的動能后,又與其他中性氣體碰撞使其電離。新產(chǎn)生的電子數(shù)和離子數(shù)像“雪崩”似地按等比級數(shù)增加。這就是所謂的氣體電離中的電子雪崩,此時在放電電極周圍的電離區(qū),可以看見淡藍色的光點或光環(huán),也能聽見咝咝聲和噼啪的爆裂聲,這一現(xiàn)象稱為電暈放電。

離開放電電極一定距離,經(jīng)多次碰撞已經(jīng)失去能量,由于電場強度下降不足以使電子獲得足夠的能量再電離中性氣體分子,電暈現(xiàn)象隨之消失。

開始發(fā)生電暈現(xiàn)象的電壓c’稱為起始電暈電壓,曲線cd稱為電暈放電段,在電暈放電區(qū),通過氣體的電離電流,稱為電暈電流。

如果兩極間的電壓升到e’點,由于電暈區(qū)擴大,致使電極間產(chǎn)生火花或電弧。電極間出現(xiàn)火花或電弧說明極間氣體全部擊穿�；鸹ǚ烹姇r,極間電壓急劇下降,同時在極短的時間內(nèi)通過大量電流。出現(xiàn)火花放電的電壓稱為火花放電電壓。電除塵器運行時應(yīng)經(jīng)常保持在兩極間的氣體處于不完全被擊穿的電暈狀態(tài),應(yīng)盡量避免產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

(2)電暈的形成及離子遷移率

電除塵器中能夠形成電暈放電的基本條件是: 在正負電極間的電位差,應(yīng)保證形成使氣體電離發(fā)生電暈放電的非均勻電場。在放電極表面電場強度,距放電極愈遠電場強度愈小。

在電暈區(qū)的陽離子向放電極(陰極）表面遷移,而電子和陰離子向集塵極遷移。電子和陰離子是電場中粒子荷電的來源。實驗證實電場中離子的遷移速度與電場強度成正比：

可見,在一定的電場強度下,離子的遷移率愈大,其遷移速度愈快,電暈電流愈大。離子遷移率的大小與氣體的種類,氣體的電負性、壓力、溫度和氣體組成有關(guān)。

2、粉 塵粒子荷電

在電除塵器中,粉 塵粒子主要是借助電場力作用而被捕集。粉 塵粒子荷電量愈大,被捕集的效果就愈大。理論和實踐都證明單極高壓電暈可使粉 塵粒子荷電量較大。氣體離子與粉 塵粒子碰撞,能使離子附著在粒子上而荷電。

兩種荷電機制：一種是氣體離子在電場力的作用下做定向運動與粉 塵粒子碰撞,使其荷電,這種荷電稱為電場荷電,dp>1.0m m。

另一種是氣體離子作不規(guī)則熱運動時與粉 塵粒子碰撞,使其荷電,這種荷電稱為擴散荷電,dp<0.2m m。粒子介于0.2-1.0m m的粒子,兩種荷電機制均存在。

（1）電場荷電

在電場中氣體離子沿電力線運動時與粉 塵粒子碰撞使其荷電。隨著粉 塵粒子荷電量的增加,粉 塵粒子自身將產(chǎn)生局部電場,結(jié)果使附近的電力線向外偏轉(zhuǎn),于是減少了離子向粉 塵粒子運動的機會,直至后完全偏離粉 塵粒子,這時粉 塵粒子的電荷不再增加,達到飽和。

（2）擴散荷電

由離子的熱運動引起,不存在飽和荷電量。與離子熱運動強度、碰撞幾率、運動速度、粉 塵粒子的大小和在電場里的停留時間等有關(guān)。

（3）電場荷電和擴散荷電聯(lián)合作用

dp>1 m m的粉 塵粒子主要靠電場荷電,而擴散荷電電量很小,可忽略；dp>0.2 m m的粉 塵粒子主要靠擴散荷電,而電場荷電甚微。粒徑在0.2-1.0 m m間的粉 塵粒子,兩種荷電機理獲得的電荷數(shù)量級大致相同。

3、荷電粒子的遷移和捕集

（1）驅(qū)進速度

qe(電場作用在荷電粉 塵粒子上的靜電力）=

3mpdpw (粉 塵粒子向集塵極遷移時受到的介質(zhì)阻力）

同樣,對于滑動區(qū)的顆粒,還應(yīng)乘以系數(shù)c。

q--粉 塵顆粒的荷電量,c; e--粉 塵顆粒所出位置的電場強度,v/m；m --氣體介質(zhì)的動力粘度,pa.s； dp --粉 塵粒子的粒徑,m; w --荷電粉 塵粒子在電場中的驅(qū)進速度（終末沉降速度）,m/s。

（2）捕集效率

德意希假設(shè)：除塵器中氣流為湍流狀態(tài),在垂直于集塵表面的任一斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的。粒子進入除塵器后立即完成了荷電過程；忽略電風(fēng)、氣流分布不均勻,被捕集粒子重新進入氣流等影響。

氣體流向x,氣體和粉 塵在x方向的流速皆為u,氣體流量為q;x方向上每單位長度的集塵版面積為a,總集塵板面積為a；電場長度為l,氣體流動截面積為f；直徑為dpi的顆粒,其驅(qū)進速度w,在氣體中的濃度r。

在dt時間內(nèi)于長度dx的空間所捕集的粉 塵量為：

dn=a(dx)wi ri(dt)=-fdx dri (dt=dx/dt) 此即為德意希的理論分級效率方程。

4、被捕集粉 塵的清除

電暈極和集塵極上都會有粉 塵沉積,粉 塵厚度為幾mm,甚至幾cm。

對電暈極一般采用振打清灰方式,使電暈極上的粉 塵很快被振打干凈。

集塵極清灰方法有濕法和干法。

濕法使用水沖洗集塵極板,使極板表面經(jīng)常保持著一層水膜,粉 塵降落在水膜上時,隨水膜流下,從而達到清灰的目的。濕法清灰的主要優(yōu)點是粉 塵重新進入量小,改進了電除塵器的操作,同時也凈化部分有害氣體,如so2、hf等,缺點是極板腐蝕和污泥處理。

干法是由機械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動清除。大都采用電磁振打或錘式振打。