静电除尘器工作原理及改造案例研究

王子栋

摘要：本文首先分析了静电除尘器的结构组成以及工作原理，然后结合当前静电除尘技术的研究现状，对部分静电除尘改造案例进行了分析研究。

关键词：静电除尘器；工作原理；改造案例

随着我国科技的进步与工业发展，国家对于各类矿物资源的需求日益增加，在各类矿产资源生产和提纯的过程中，矿石的破碎、打磨和分离必不可少。而在这一过程当中会产生大量的颗粒粉尘，对周边环境的空气质量带来了严重的影响。同时，人长期处于这样的工作环境之中而不加以防护，会诱发许多呼吸系统疾病。当前全民环保意识逐渐觉醒，我国政府大力推行节能减排政策，企业也在不断进行创新和探索，这其中静电除尘作为一项新兴的除尘技术，得到了越来越多的推广和关注。

一、静电除尘器结构及工作原理

静电除尘器组成结构按照其工作电压不同可以分为两个部分，第一个部分是主要负责给产生高压的直流电源输送的两个电极，第二个部分主要是一些低压的控制系统以及除尘壳体结构，这其中主要包括温控检测系统，灰尘振打和卸灰控制机构，以及各类指示报警装置及系统检修门[1]。

静电除尘器工作时，气体首先从气体进口进入除尘器，烟气在经过进气口到达电场截面的过程中，气流截面由小变大，为了保持气体流速同时使流场分布均匀，气体进口大多设计为喇叭状。之后气体到达高压电场之中，电场分为阴极和阳极，空气中的气体分子一般呈现电中性，而当阴阳两极电压足够大，气体分子就会发生电离，气体离子在电场的作用下定向移动，中途与粉尘互相摩擦，使得粉尘表面也出现电荷。粉尘也在电场力的作用下向两极移动，并吸附在上面。电场中阴极一般作为放电极，利用芒刺线的尖端放电来产生大强度的均匀电场，同时芒刺线结构还可以有效的防止断线和沾灰。阳极一般由若干排与阴极并列的金属板构成，收尘面积大。

在静电除尘器工作一段时间之后，尘粒会大量吸附在阳极收尘板上，而部分带有正电荷的粉尘也会在阴极聚集，吸附的灰尘达到一定厚度会影响极板间的电场强度，严重时有可能引起反电晕，此时就需要振打系统将吸附在阴极和阳极的粉尘振落到除尘器的灰斗中，然后通过卸灰系统将灰尘运送到灰场[2]。

当气体温度太低将至露点以下时，灰斗可能会出现结灰的情况，导致落灰不畅甚至结块堵塞，为了防止这种情况的发生，除尘器中通常含有保温和加热设备，从而保证烟气温度高于露点20-30℃。

二、静电除尘器改造案例研究

（一）增強PM2.5脱除的静电除尘器改造

近年来由于化石能源的大量消耗，燃烧产生了大量的二氧化硫以及氮氧化合物，这些物质在空气中可以逐渐转化为直径小于或等于2.5微米的细小颗粒物，这种颗粒由于质量较轻、颗粒较大，可以长时间地悬浮在空气中。而且其活性强，重金属、微生物等有毒有害物质通常附着在其上面，对于人体健康有着极大的危害，我国从2011年起就发布了PM2.5测定相关标准，并且进行了一系列针对PM2.5的环境整治工作[3]。当前新建的大多数火电站都配备有静电除尘器，传统的静电除尘器对于较大的颗粒有着良好的吸附效果，但对于直径0.1-1μm范围内的静电颗粒，仅依靠气体分子进行摩擦无法使其表面附着大量电荷导致除尘效率较低，这一区域也被称为“穿透窗口”。

熊桂龙等人总结了提高PM2.5颗粒吸附率的三种方法，分别是低低温电除尘技术、湿式静电除尘器以及电袋除尘技术。

低低温电除尘技术主要改进是在烟气入口处加装换热设备，换热设备可以使烟气温度降到酸露点以下，随着烟气温度降低，其烟尘的电阻比将大大降低，进而降低了除尘装置中出现发电晕的概率，提高了除尘效率。同时温度降低会使得电场中风速以及气体的粘滞性下降。当温度降至酸露点以下时，烟气中的气态H2SO4会与水蒸气结合，使其容易吸附在较大的颗粒表面，脱离“穿透窗口”进而被电极吸附。

湿式静电除尘的工作原理与传统静电除尘器大致相同，最大的区别在于湿式静电除尘通过喷淋系统冲刷收尘板的方式来取代原有的振打系统。这一改进克服了传统除尘器中反电晕和二次扬尘问题，同时湿度较高的烟气起晕电压相对较低，颗粒表面的水电离产生的离子也会加大粉尘的电荷从而提高除尘器的吸附性能[4]。

电袋除尘是通过将静电除尘系统与传统布袋除尘进行串联组成的新型除尘系统。通过二者协同，使得除尘周期延长，由于上一级的静电除尘已经吸附了大部分的粉尘，降低了布袋除尘的负荷使得其清灰性能得到了更好地发挥，同时延长了布袋除尘的工作寿命，二者相互结合，实现了对烟尘中多种污染物的处理，对PM2.5也有很好的脱除效果，大大增强了除尘效率。

（二）烟气调制组合技术、高频电源技术应用以及系统智能控制

烟气调制以硫磺为原料，硫磺在燃烧室中燃烧生成SO2，SOz在空气中氧化为S03.SO：容易与水蒸气结合并吸附在粉尘表面，烟尘与硫酸相互混合，吸附了硫酸的粉尘，其电阻将大大减小，使起晕电压降低，降低二次飞扬并提升除尘效率。

由于电容和电感的体积重量与供电频率的平方成反比，所以电压频率的提高将明显降低电压转换设备的体积，高频开关电源技术一方面可以降低设备的体积，同时输出电压的纹波系数较低，工作效率大大提升，一些性能较好的高频电源其工作效率可以达到95%以上，通过高频电源为电极供电，一方面可以缩小设备体积，另一方面可以提高设备的工作效率。

清灰效果直接影响着除尘器的工作效率，智能控制可以通过控制振打锤的敲击频率以及加速度提高清灰效率，智能控制系统还可以动态调节设备的温控系统，保证适宜的烟气温度，从而提升设备除尘能力。

三、结语

随着我国工业的迅速发展和能源需求的增加，化石燃料燃烧和矿物原料的开采将更加频繁，为了统筹好发展和环境的关系，必须大力发展烟尘除尘相关技术。虽然静电除尘发展较晚，但其效率高、占地小、除尘效果明显，相关学者以及研究人员应当不断探索，积极进行技术融合和创新。

参考文献：

[1]王灵甫，马书毫.浅谈静电除尘原理[J].科技风，2011（16）：17+19.

[2]熊桂龙，李水清，陈晟，张绪辉，姚强.增强PM（2.5）脱除的新型电除尘技术的发展[J].中国电机工程学报，2015，35（09）：2217-2223.

[3]杨昱.静电除尘器改造技术的利弊分析[J].中国环保产业，2013（09）：32-35.

[4]吴伟.高频静电除尘电源监控系统设计[D].燕山大学，2013.