静电除尘器的工作原理

静电除尘器的工作原理佛冈一中冯高强教学目的1、知道一些静电现象，并能解释这些现象的成因2、知道静电除尘器的工作原理3、知道静电除尘器的应用教学重点1、静电除尘器的工作原理2、知道静电除尘器的应用对环境保护的作用教学难点静电除尘器的工作原理学法指导探究、讲授、讨论、练习教学手段多媒体教学（本教案须配合同名课件使用）教学过程设计一、静电除尘器的工作原理1．气体电离和电晕放电由于辐射摩擦等原因，空气中含有少量的自由离子，单靠这些自由离子是不可能使含尘空气中的尘粒充分荷电的。因此，要利用静电使粉尘分离须具备两个基本条件，一是存在使粉尘荷电的电场；二是存在使荷电粉尘颗粒分离的电场。一般的静电除尘器采用荷电电场和分离电场合一的方法，如图5-7-1所示的高压电场，放电极接高压直流电源的负极，集尘极接地为正极，集尘极可以采用平板，也可以采用圆管。图5-7-1静电除尘器的工作原理在电场作用下，空气中的自由离子要向两极移动，电压愈高、电场强度愈高，离子的运动速度愈快。由于离子的运动，极间形成了电流。开始时，空气中的自由离子少，电流较少。电压升高到一定数值后，放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，它们撞击空气中的中性原子时，中性原子会分解成正、负离子，这种现象称为空气电离。空气电离后，由于联锁反应，在极间运动的离子数大大增加，表现为极间的电流（称之为电晕电流）急剧增加，空气成了导体。放电极周围的空气全部电离后，在放电极周围可以看见一圈淡蓝色的光环，这个光环称为电晕。因此，这个放电的导线被称为电晕极。在离电晕极较远的地方，电场强度小，离子的运动速度也较小，那里的空气还没有被电离。如果进一步提高电压，空气电离（电晕）的范围逐渐扩大，最后极间空气全部电离，这种现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，电话短路，电除尘器停止工作。为了保证电除尘器的正常运动，电晕的范围不宜过大，一般应局限于电晕极附近。如果电场内各点的电场强度是不相等的，这个电场称为不均匀电场。电场内各点的电场强度都是相等的电场称为均匀电场。例如，用两块平板组成的电场就是均匀电场，在均匀电场内，只要某一点的空气被电离，极间空气便会部电离，电除尘器发生击穿。因此电除尘器内必须设置非均匀电场。2．尘粒的荷电电除尘器的电晕范围（也称电晕区）通常局限于电晕线周围几毫米处，电晕区以外的空间称之为电晕外区。电晕区内的空气电离后，正离子很快向负（电晕）极移动，只有负离子才会进入电晕外区，向阳极移动。含尘空气通过电除尘器时，由于电晕区的范围很小，只有少量的尘粒在电晕区通过，获得正电荷，沉积在电晕极上。大多数尘粒在电晕外区通过，获得负电荷，最后沉积在阳极板上，这就是阳极板称为集尘极的原因。尘粒荷电是电除尘过程的第一步。在电除器内存在两种不同的荷电机理。一种是离子在静电力作用下做定向运动，与尘粒碰撞（点击观看flash模拟动画—碰撞作用荷电），使其荷电，称为电场荷电。另一种是离子的扩散现象导致尘粒荷电，称为扩散荷电。对dc0.5μm的尘粒，以电场荷电为主；对dc0.2μm的尘粒，则以扩散荷电为主；dc介于0.2~0.5μ的尘粒则两者兼而有之。在工业电除尘器中，通常以电场荷电为主。在电场荷电时，通过离子与尘粒的碰撞使其荷电，随尘粒上电荷的增加，在尘粒周围形成一个与外加电场相反的电场，其场强越来越强，最后导致离子无法到达尘粒表面。此时，尘粒上的电荷已达到饱和。在饱和状态下尘粒的荷电量按下式计算：C（5-7-2）式中ε0——真空介电常数，ε0=8.85×10-12C/N·m2；dc——粒径，m；Ef——放电极周围的电场强度，V/m；εp——尘粒的相对介电常数。εP与粉尘的导电性能有关。对导电材料εP=∞；绝缘材料εP=1；金属氧化物εP=12~18；石英εP=4.0。从上式可以看出，影响尘粒荷电的主要因素是尘粒直径dc、相对介电数εP和电场强度。二、静电除尘器的主要结构部件与装置图5-7-4为静电除尘器结构图。在工业电除尘器中，最广泛采用的是卧式的板式电除尘器，见图5-7-5。它是由本体和供电原源两部分组成。本体包括除尘器壳体、灰斗、放电极、集尘极、气流分布装置、振打清灰装置、绝缘子及保温箱等等。下面介绍除尘器的主要部件。图5-7-4静电除尘器结构图图5-7-5板式静电除尘器组成结构图1．集尘极（1）对集尘极板的基本要求对集尘极板的基本要求是：①板面场强分布和板面电流分布要尽可能均匀；②防止二次场尘的性能好。在气流速度较高或振打清灰时产生的二次场尘少；③振打性能好。在较小的振打力作用下，在板面各点能获得足够的振打加速度，且分布较均匀；④机械强度好（主要是刚度）、耐高温和耐腐蚀。具有足够的刚度才能保证极板间距及极板与极线的间距的准确性；⑤容纳粉尘量大，消耗钢材少，加工及安装精度高。（2）集尘极板的结构形式极板用厚度为1.2~2.0mm的钢板在专用轧机上轧制而成，为了增大容纳粉尘量大，通常将集尘极做成各种断面形状。，常用的断面形状如图5-7-6所示。图5-7-6集尘极板的结构形式极板高度一般为2~15m。每个电场的有效电场长度一般为3~4.5m，由多块极板拼装而成。常规电除尘器的集尘极板的间距通常采用300mm。国内、外研究结果表明，加大极板间间距，增大了绝缘距离，可以抑止电场火花放电；同时可以提高电除法器的工作电压，增大粉尘的驱进速度；另外还可使电极板面积也会相应减小。由于这种除尘器的工作电压比常规的高，故称为宽间距超高压电除尘器。宽间距电除尘器的极板间距一般为400~600mm。根据目前的试验研究，采用400mm为好，其工作电压为120~80kV。这种除尘器目前已在电站、水泥等行业应用。2．静电除尘器的应用图5-7-17静电除尘器的应用图5-7-18铁厂动力车间应用的静电除尘器图5-7-19静电除尘器收尘系统