大气污染治理技术：静电除尘器性能的主要影响因素

尽管静电除尘器是一种高效除尘器，但绝非在任何条件下都能达到最高的除尘效率，而是受许多因素的制约。因此必须弄清影响静电除尘器效率的主要因素，并加以调整，才能获得满意的净化效果。影响静电除尘器性能的因素很多，大致可分4个方面：

（1）粉尘特性，主要包括粉尘的粒径分布、黏附性和比电阻等。

（2）烟气性质，主要包括烟气温度、压力、湿度和含尘质量浓度等。

（3）结构因素，主要有静电除尘器的极配、收尘板的面积、电场长度、电场数、气流分布装置与供电方式等。

（4）操作因素，包括伏安特性、漏风率、气流短路、二次扬尘、收尘极板积灰和电晕线肥大。

（一）粉尘特性的影响

1.粉尘的粒径分布

粉尘的粒径分布对电除尘器的除尘效率有很大影响。这是因为分级除尘效率随驱进速度的增加而增大，而驱进速度与粒径的大小成正比。总除尘效率随粉尘中位径的增大而增加，随几何标准偏差的增加而减少，因此在进行静电除尘器设计或选型计算时，测定粉尘的粒径分布是极其重要的，它是所计算排出的浓度不至于超过排放标准的基本依据。

2.粉尘的黏附性

粉尘的黏附性对静电除尘器的运行有很大的影响。如果粉尘的黏附性较强，沉积在收尘极板上的粉尘不易振打下来，使收尘极的导电性大为削弱，导致电晕电流（二次电流）减少。如果黏附在电晕极线上，会使电晕线肥大，降低电晕放电效果，粉尘难以充分荷电，导致效率降低。

粉尘的黏附性不仅与烟气和粉尘的组成成分有关，而且与粉尘的粒径有关，粒径愈小，黏附性愈强。

3.粉尘的比电阻

静电除尘器的性能，很大程度上取决于粉尘的比电阻。与正常除尘效率相对应的比电阻范围大致在104～5×1010Ω·cm。

当比电阻小于104Ω·cm时，荷电粉尘一旦到达收尘极表面，便很快失去电荷，并由于静电感应而很快获得与收尘板极性相同的正电荷，若带正电荷的粒子与收尘板之间的排斥力大得足以克服粒子对极板的附着力，尘粒就会从极板上跳回气流中，重返气流中的粉尘再次荷电后被捕集，又再次跳出去，最终可能被气流带出静电除尘器，导致效率降低。

相反，如果粉尘的比电阻过高（大于5×1010Ω·cm），沉积在极板上的尘粒释放电荷的速度缓慢，形成很大的电附着力，这样不仅清灰困难，而且随着粉尘层的增厚，造成电荷积累加大，使粉尘层的表面电位增加，当粉尘层的场强大于其临界值时，就在粉尘层的孔隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，所产生的正离子向电晕极运动，中和了带负电荷的粉尘，同时也抵消了大量的电晕电流，使粉尘不能充分荷电，甚至完全不能荷电，这种现象称为反电晕。在反电晕情况下，导致粉尘二次扬尘严重、除尘性能恶化。

研究解决高比电阻粉尘对静电除尘器性能影响的可行办法，一直是静电除尘技术领域的一大研究课题。目前降低粉尘比电阻的方法主要有：升温调质，即采用高温静电除尘器，当温度高于150℃左右，比电阻随温度升高而下降；增湿调质，增湿可提高粉尘的表面导电性，但应保证烟气温度高于露点温度；化学调质，即在烟气中混入适量的SO2、NH3等化学物质，以增强粉尘表面与离子的亲和能力，降低比电阻；采用脉冲高压电源，脉冲供电系统可通过改变脉冲频率使静电除尘器的电晕电流在很宽的范围内调节，可将电晕电流调整到反电晕的极限，而不降低电压，所以对高比电阻粉尘的收集非常有利。脉冲频率调节范围一般在每秒50～400个脉冲，脉冲宽度为60～120μs。

在静电除尘器的设计或选型时，明确所收集粉尘是否在最有利的比电阻范围内是重要的。

（二）烟气性质的影响

1.烟气温度

烟气的温度不仅对粉尘比电阻有影响，而且对电晕始发电压（起晕电压）、火花放电电压、烟气量等有影响。随温度的上升，起晕电压减小、火花电压降低。

烟气温度上升会导致烟气处理量增大，电场风速提高，引起除尘效率下降。当烟气温度超过300℃时，就需要采用耐高温材料并且要考虑降低除尘器的热膨胀变形问题。电除尘器通常使用的温度范围是100～250℃

2.烟气湿度

原料和燃料中含有水分、参与燃烧的空气也含有水分。因此，燃料燃烧的产物及烟气中含有的水蒸气，对静电除尘器的运行是有利的。在正常工况下，烟气中的水蒸气不会引起极板的腐蚀。但在有孔、门等漏风的地方，由于在这里烟气温度降至露点以下，就会造成酸腐蚀。增湿可以降低比电阻，提高除尘效率。为了防止烟气腐蚀，静电除尘器外壳应加保温层，使烟气温度都保持在和湿度相对应的露点温度以上。

3.含尘质量浓度(www.xing528.com)

静电除尘器对烟尘入口质量浓度有一定的适宜范围，在入口质量浓度过高的情况下需要在静电除尘器前增设前级除尘器（常见为多管旋风除尘器）。在负电晕情况下，在电场空间的含尘气流中主要有3种粒子：即电子、负气体离子和带负离子的尘粒。所以，电晕电流一部分由电子和负离子运动形成，一部分是由荷电粉尘形成。但由于粉尘的大小和质量远大于气体离子，其运动速度要比气体离子小得多（气体离子平均速度约为100m/s带电粉尘驱进速度一般小于0.60m/s），因此，带电粉尘数量增多，虽然所形成的电晕电流不大，但形成的空间电荷却很大。如果假设单位体积总带电粒子数不变，带电尘粒的增多，气体离子相应减少，导致总电晕电流减少。当含尘质量浓度达到某一极限值，通过电场的电流趋于零，这种现象称为电晕闭塞，除尘效率等于零。

通常烟气含尘质量浓度（标态）大于200g/m3，就会发生电晕闭塞。一般静电除尘器入口含尘质量浓度小于40g/m3，适宜范围为7～30g/m3。

（三）结构因素的影响

1.电极几何因素的影响影响静电除尘器伏—安特性的几何因素包括电晕线形状、电极间距和收尘极板间距。

电晕线的形式主要有：圆形、星形、带形、芒刺形等等。从物理上讲，曲率半径越小的电晕线，放电效果越好。但在实际运用中，应使电晕线有一定的起晕电压和足够的机械强度。芒刺形电晕极是比较理想的放电极形式，从而得到较广泛的应用。

电晕线间距对电晕电流的大小有一定的影响，当线距太近时，电晕线之间会由于电场抑制作用使导线的电流值减少。线距过大，虽然单根电晕线的电流值较大，但减少了电场中的电晕线根数，使电晕电流面密度降低。因此存在一最佳线距。怀特（White）试验表明，当电晕线为5根时，电晕电流最大。在这种情况下，可得线距c和板距b的关系式为：

由于实际电晕线表面可能较粗糙或因拉紧变形粗细不等或由于其断面形状为非圆形以及安装偏差等原因，电晕电流会比表面光滑的圆形线大得多，线距和板距比的取值应小些。一般取线距为通道宽的0.6～0.7倍为宜。例如星形电晕线，当板距（通道宽）为250～300mm时，电晕线间距取160～200mm；对于芒刺电晕极，由于其强烈的放电方向性，其间距可小些，一般取100～150mm。

极板间距也是影响静电除尘器伏—安特性的一个重要的几何因素。随板间距的增大，对起晕电压稍有提高，但在相同外加电压之下，电晕电流大为降低。板间距加宽，增大了绝缘距离，抑制电场的火花放电，从而可提高外加工作电压，粉尘的驱进速度也相应提高，使得在处理烟气量相同和同样除尘效率的情况下，收尘极板面积减少、电晕线长度也相应减少，从而降低了钢材耗量。当然，极板间距不是无限制的加宽。太宽，由于起晕电流的减少，粉尘难以充分荷电，影响除尘效果。另外，板距加宽还受到高压供电装置的限制。国内生产的供电装置输出电压一般小于90kV，若按电场内工作场强4kV/cm计算，则线板距不超过225mm，即板极距为450mm。目前国内有些厂家可生产100kV以上的高压电源，从而为宽间距静电除尘器的应用创造了条件。

传统的静电除尘器板间距一般为250mm。当板间距大于350mm称为宽极距静电除尘器。最佳极距的选取与粉尘及烟气的性质有关，通常选取范围在2b=350～500mm之间。目前宽极距静电除尘器的应用有日益增长的趋势，原因是：极距增大，反电晕影响变小，从而提高了对粉尘比电阻的适应范围（比电阻范围由104～5×1010Ω·cm扩大到103～1012Ω·cm）；电晕线肥大影响较小，因极距加宽，运行电压提高，电晕离子流导致的电风增大，荷电粉尘被吹向收尘极的可能性增加，从而使电晕线的积灰减缓；极距加宽，安装精度提高，相对误差减少，火花放电可能性减小，所以运行稳定性提高；极距加宽，耗材少、重量减轻、总设备费降低；极距加宽，维护保养方便。维修工作量减少。

2.气流速度分布的影响

除尘器断面气流速度分布的均匀性，对除尘效率有很大影响。如果气流速度分布不均匀，则在流速较低的区域，存在局部气流的停滞，造成收尘极局部积灰严重，使运行电压降低。在速度较高的区域，又造成二次扬尘严重。因此，静电除尘器断面上的气流速度分布越不均匀，除尘效率越低。提高气流速度分布均匀性的方法是在除尘器入口处和出口处设置气流分布板。

（四）操作因素的影响

1.操作电压和电流

静电除尘器的效率，主要取决于尘粒的驱进速度，而驱进速度是随着荷电场强E和收尘场强Ep的提高而增大的（对于单区静电除尘器，E=Ep）。为实现更高的除尘效率，就要尽可能提高电场强度。由前面关于场强分布的讨论，场强与电晕电流有关，而电晕电流与操作电压成正比。电压和电流的关系称伏—安特性。伏—安特性曲线之所以重要，是因为一旦知道在某一操作电压下的电晕电流（电晕电流线密度或电晕电流面密度）就可以计算场强。从而理论估算静电除尘器的效率。

2.漏风

静电除尘器一般多为负压运行，如果壳体的连接处密闭不严，漏入的冷风会使电场中的风速增大，烟气温度下降而出现结露，引起电晕极肥大、极板清灰困难、电极腐蚀等后果，最终导致除尘效率下降。如果从灰斗或排灰装置漏入空气，将会造成已沉积的粉尘二次扬尘，使除尘效果恶化。因此，静电除尘器的设计要保证有良好的密闭性，壳体各连接处都应连续焊接，以避免漏风现象。

3.气流旁路

气流旁路是指静电除尘器内的气流不通过收尘电场，而是从收尘极板的顶部、底部和左右最外侧极板与壳体内壁之间的间隙中通过。防止气流旁路的一般措施是采用阻流板迫使气流通过收尘电场。如果不设阻流板，只要有5%的气体旁路，除尘效率就不会大于95%。旁路流还会在灰斗上部和内部产生涡流，会使已沉积于灰斗中和振打时下落的粉尘重返气流中。因此，关于气流旁路的问题需给予高度重视。

4.二次扬尘

所谓二次扬尘是指在干式静电除尘器中，沉积在收尘板上的粉尘再次被气流带走。产生粉尘二次飞扬的原因主要有以下几个方面：

（1）粉尘的比电阻过低或过高。比电阻过低，会产生反复跳跃现象，比电阻过高，容易产生反电晕，使粉尘二次飞扬；

（2）振打清灰过频。从极板振动脱落的粉尘是靠重力落入灰斗，如果振动频率过高，则从极板上落下的粉尘不能形成较大的片状或块状，而是呈分散的小尘粒凝聚团或单个粒子，很容易被气流重新带出静电除尘器；

（3）收尘电场流速分布不均或流速过高。紊流和涡流作用将导致粉尘的二次返混。因此要求风速不超过3m/s，并尽可能使气流均匀分布。