静电除尘器发展

静电除尘器的发展趋势
现代社会工业生产所排放的烟尘严重污染了大气，并影响着人类的健康，因此各国制定愈来愈严格的排放标准来保护环境，各种除尘设备也广泛地应用于各个不同领域的粉尘排放控制中。

静电除尘器是一种高效的除尘设备，其原理是利用高压电使电极产生电晕放电，放出自由电子和离子，使尘粒荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗从而使烟气净化。

静电除尘器具有很多优点，例如除尘效率高、阻力低、耗能少；能够高效收集大流量气体和高温或腐蚀性气体中的粉尘；自动化程度高及维修容易等。

因此它被广泛应用于电站锅炉、冶炼、水泥等工业除尘领域。

现在，随着静电除尘器的不断改进，其应用领域也在不断拓展。

1静电除尘器的种类和基本结构
1.1静电除尘器的种类
静电除尘器按其应用的不同形式可以有不同的分类方式：按照集尘极的几何形状可以分为线管型和线板型；按照气流流动可以分为立式和卧式；按照集尘极上清灰方式可以分为干式和湿式；按照粉尘在静电除尘器内的荷电方式及分离区域布置可以分为单区和双区。

通常情况下，工业上较大规模的静电除尘采用干式、线板型、单区卧式静电除尘器，电晕线采用负电晕放电。

1.2静电除尘器的结构
静电除尘器主要由电极、本体及电气系统组成，一般结构如图所示。

放电极和集尘极，多数情况下使用钢材制造。

放电极一般采用框架固定，并用重物拉直，也有直接用重锤悬吊固定的，均需使用绝缘套管支持。

放电极制造材料要求有很好的机械强度并能够防止腐蚀，具有良好的电气性能，能够做到低起晕电压，高击穿电压；且放电极应容易清灰。

集尘极也要求有较好的电气性能，使得电场强度和电流密度分布均匀，要求有良好的机械强度和振打性能并能有效防止二次扬尘。

现在集尘极多有不同形状的沟槽，既提供了极板的强度，又能有效抑制二次扬尘，还提高了电气性能和振打性能。

图 2 是几种现在比较常用的放电极和收尘极的形状。

图1静电除尘器示意
A- 单区静电除尘器；b- 双区静电除尘器
1 电晕线；2高压板；3集尘极
静电除尘器本体外壳结构包括振打装置，收灰装置，匀流装置以及箱体等。

2静电除尘器的新结构型式和新应用
2.1静电除尘器的新结构型式
传统静电除尘技术已经非常成熟并产业化。

随着环保要求越来越严格，某些地区燃煤锅炉需要达到的排放要求，研制效率更高、投资更小的静电除尘器成为新的研究方向。

例如研制静电除尘器各部件的新结构型式，开发静电除尘的新技术或与其他除尘方式联合除尘的技术。

原式静电除尘器是日本开发的一种新型静电除尘专利技术，可用于净化具有低或高比电阻的粉尘。

其粉尘入口浓度可以高达120g/m3 ，气体温度可至520摄氏度，而且此装置与普通静电除尘器相比，投资少三分之一，耗电量节省一半。

其电极材料都采用钢管制作，而它与普通单区静电除尘器的不同之处是在放电极后增设了1排由3~5根钢管组成的辅助电极，辅助电极不但可以收集负电晕放电所引起的带正电的粉尘，而且可以与收尘板形成均匀电场，有利于除尘。

其结构如图3所示。

长芒刺静电除尘器能在较低运行电压下产生较高的除尘效率，其电晕极结构如图所示。

向晓东等研究者用实验证明长芒刺具有较好的除尘性能，因为其具有较高的除尘场强，较好的伏安特性和较强的离子风效应。

长芒刺主要应用在宽间距的电除尘器中组成宽间距长芒刺静电除尘器，它的高效、低阻等优越性得到普遍的认可。

静电除尘技术与其他除尘方式组合成的复合式静电除尘器，克服其中的单一除尘器运行时的不利因素，是一项可行的技术。

高速旋风静电除尘器是具有旋风除尘器和线管式静电除尘器两方面特征的复合式除尘器，结构如图5所示。

颗粒在其中受到离心力和静电力的复合作用而分离，因此它的除尘效率比单一旋风除尘器高，并且能够捕集粒径更小的尘粒，而由于入口风速较高，其能够处理的烟气量
比线管式静电除尘器大得多。

静电增强纤维除尘器是另一种复合式除尘器，其结构建立在现有成熟的袋滤式除尘器的基础上并采取静电增强方式，结构方案如图 6 所示。

静电增强纤维除尘器能够捕集比普通电除尘器更微细的颗粒，净化效率也极高，通常超过。

与单一静电除尘器相比，此除尘器对粉尘比电阻适应范围广；与普通纤维过滤器相比，此复合式除尘器的烟气流速高、阻力低、运行费用低，美国电力研究学会研究的紧凑式混合除尘器也属于此列。

静电增强颗粒层除尘器也具有类似的原理，它具有耐高温、耐腐蚀、不燃烧，除尘效果不受粉尘比电阻影响的优点，一般在高温环境下采用。

2.2静电除尘的新应用
静电除尘器不仅应用在除去固体颗粒方面，而且也发展到除去小液滴和气体污染物以及微生物领域。

雾态电除尘器是用来除去雾态液滴的静电除尘器，因其元件的相似，可以看作是湿式除尘器的一种。

雾态电除尘器一般都是垂直流结构，这与干式除尘器恰好相反。

最初的雾态电除尘器的设计是为了除去硫酸加工期间产生的酸雾，而现在它的应用已经拓展到其它酸加工工艺上，可以回收利用酸液；最近也被应用在加工铁制品所使用的大型焦炭厂，用来处理焦炭烤炉气中的熏烟或者小液滴来回收焦油等。

雾态电除尘器也被应用在废旧核燃料
的再加工中，在那里雾态电除尘器成为一种捕集微细放射性颗粒的理想仪器。

在这应用中，雾态电除尘器对比于洗涤器具有回收放射性废液量减少，因而运输、储存（沉积）都变容易的优点。

用静电除尘器来除去气态污染物是近几年发展起来的一个研究方向。

除去气体污染物有几种方式，其中的一种方法是使用湿式静电除尘器，其脱除原理是脉冲放电将气体污染物氧化成溶于水的物质。

这种方法在脱硝方面有很大进展，电晕放电下、和水产生不稳定化学性质的种类如根、根、根、根等），这些种类的物质在电晕放电时产生，然后与不同NOx反应，主要产生溶于水的HNO2 和HNO3，其效果如7图所示。

在工业中应用静电除尘器去除低浓度的H2S 、R-SH 等臭味物质也取得一定的成果。

其除臭原理为：产生的氧化性极强的活性粒子或自由基（臭氧等）在高压静电场内氧化臭味物质分子，改变了臭味物质分子的化学结构，变成了没有特征发臭基团的物质；从另一角度解释为电晕辉光放电产生的紫外线、高能电子流以及效应产生的活性粒子或自由基、等离子体在高压静电场获得能量后，与臭味物质分子发生非弹性碰撞，诱发效应，改变了臭味物质分子的位移，使得臭味物质分子失去了原有的气味。

使用静电除尘器，特别是利用高压静电产生的等离子体除菌的技术得到研究与应用，一般说来静电对于除菌有明显的加速作用，但其应用一般不具有通用的普遍规律，而且受环境条件影响较大。

脱硫除尘一体化CDSI系统与干式电除尘器配置可用来脱硫除尘，如图8所示。

其原理是通过荷电喷枪将荷电吸收剂如Ca（OH）2颗粒喷入烟道，吸收剂由于表面带有同种电荷而相互排斥并均匀扩散到烟气中，大大增强了吸收剂的化学反应活性，降低了脱硫反应所需的滞留时间。

而后吸收了SO2 的吸收剂同原始烟尘进入电除尘器进行除尘，从而达到脱硫的目的。

本系统适用于原有烟气系统附加脱硫的方案，具有投资少、占地面积小、不增加烟气系统阻力的特点。

2.3除尘新机理
用电凝并除尘器收集亚微米级粉尘的研究在理论和实验方面都取得了突破性进展。

电凝并分为4类：直流电场中异极性荷电粉尘的凝并，直流电场中同极性荷电粉尘的凝并，交变电场中同极性荷电粉尘的凝并以及交变电场中异极性荷电粉尘的凝并。

其中，异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并是这4种方法中能提高电凝并速率的比较有效的方法，其装置如图9所示。

粉尘在预荷电区荷以异极性电荷力作用下产生往复振动，由于颗粒间的相对运动或速度差，以及异性电荷的相互吸力，使得粒子相互碰撞、吸收、凝并，最后在收尘区被捕集下来。

这种电除尘方式具有更高的除尘效率，能够高效捕集亚微米颗粒，具有很好的发展前景。

无电晕式高温高压静电除尘是一种应用在高温高压条件下的除尘技术。

具体的工作原理是根据分子热物理理论，任何物质在温度达到临界发射温度后，都能大量地发射电子；此静电除尘器采用逸出功率较低的材料做发射极，在高温条件下稳定地发射电子，使粉尘荷电，然后使其在强电场下被捕集。

在高温条件下，用电晕所获得的电流密度相对较小，相应的除尘器体积较大，成本也相应提高。

与电晕式静电除尘不同，电子发射式电除尘采用阴极材料的热发射电流使粉尘荷电，与常规电晕放电相比，只需较低的电极电压（3KV）即可获得高出几个数量级的电流密度，具有体积小、成本低等优点。

3.静电除尘技术发展动向
百年来,静电除尘已有了较大的变化和发展。

但无论对静电除尘作了何种改进, 最终都没有脱离传统钢质收尘极的模式。

如: 在清灰方式上对声波清灰的探索、在供电方式上对脉冲供电技术的研究等。

这些改进从一定程度上改善了ESP的性能, 但都没有取得重大的突破。

1998年美国Ohio大学的Pasic等人首次提出了膜电除尘器(MESP) 的概念, 采用以先进的碳纤维材料编织成的膜作为ESP的收尘极。

他们对各种纤维材料编织而成的膜的导电性、润湿性、阻燃性、抗疲劳强度、伸张弹性及编织密度等性能和清灰方法作了较为全面的研究。

在此研究基础之上, 他们又在实验室模拟了真实运行状况下这种MESP的收尘效率。

研究表明, 它完全适合于用来作干式电除尘器的阳极板。

他们的研究打破了多年来对ESP研究徘徊不前的局面, 有望使ESP产生根本性的变革。

相比钢质极板, 膜吸尘极具有许多优异的性能,主要体现在9个方面:
( 1) 质轻。

十分有利于运输及安装上的方便;
( 2) 价廉。

对于膜收尘极的成本有待于进一步作出详细的评估;
( 3) 能捕捉PM2. 5级的细粉尘, 除尘效率高。

( 4) 因为膜阳极板没有加强筋, 所以对流场的干扰较小, 大大减少了局部涡流的产生, 这就减少了二次飞扬的产生;
( 5) 而且因为没有加强筋, 所以两极的间距就可缩小, 可使干式ESP的体积减小;
( 6) 耐腐蚀;
( 7) 灵活多样的清灰方式,如: 拉载荷方法、sonic horn气动喇叭清灰方法等;
( 8) 在同样大小的外力作用状况下, 其剪切应力比钢板的大4倍以上, 所以, 若用拉载荷方法清灰, 则只要施加很小的外力便可使所积灰层产生较大的应变, 这样积灰层就以较大的块状掉下, 大大减小了二次飞扬;
( 9) 也可用来改造原来钢质阳极板的ESP。

其中耐腐蚀的优点, 对湿式ESP更具有吸引力, 因为钢质收尘极板在湿法条件下, 将被严重腐蚀, 所以很难利用脉冲电晕技术同时实现脱硫、脱硝。

可见,若采用这种膜作为收尘的阳极板, 在ESP中同时实现除尘、脱硫、脱硝一体化将成为可能。

MESP将是该领域研究与开发的纵深方向。

这是因为混合式MESP具有很高的除尘效率, 同时还能有效去除SO2、NO x、重金属等有害物质, 为在ESP中同时实现除尘、脱硫、脱硝的一体化技术开辟道路。

静电除尘技术研究目的在于提高电除尘器的效率, 同时要尽可能减轻其重量, 降低成本。

电除尘技术发展方向主要体现在以下几个方面:
31. 加强静电除尘技术基础理论研究
静电除尘理论落后于应用实践。

早在1982年美国学者怀特就明确指出: “电除尘技术还远远没有被充分认识, 还有许多现象不可理解, 不可预计, 实践还只能依靠经验。

”除尘过程是一个复杂的物理过程, 该过程在三维空间中同时相互作用, 涉及许多科学领域。

如应用物理、化学、机械、电子学、流体力学等。

还有许多基础的理论尚未被人们了解, 今后除尘理论主要研究方向有:
( 1) 电除尘收集理论研究。

如除尘效率理论公式, 驱进速度计算, 粒子荷电行为等。

目前仅就单一因素或假设简化的条件进行研究, 尚水能阐明集尘的全部过程。

例如, 在假设条件下的驱进速度的计算结果和实际值相差几倍甚至十几倍, 且不能判明误差症结之所在。

因此, 这方面值得研究。

( 2) 针对某一类新除尘技术理论研究。

如离心脉冲静电分离技术, 研究其分离机理, 速度分布, 浓度分布, 颗粒运动规律, 设计优化理论等。

( 3) 电除尘设计参数与烟尘性质之间关系定量研究。

对于不同烟尘性质、粉尘性质、板线本配置、电场强度、电场速度等的选择, 尚无定量的方法, 缺乏针对性的令人信服的依据等。

3.2、研究开发新型高效静电除尘器
静电除尘器虽有板式和管式, 卧式和立式, 顶打和侧打之分, 且结构形式多种多样, 但
其结构还不很理想, 如存在二次扬尘、串流和气流分布不均等问题。

随着环保要求越来越高, 排放控制越来越严格, 开发新型电除尘器, 降低投资, 提高效率是当务之急。

主要从以下两个方面进行研究。

( 1) 开发高流速电除尘器
常规电除尘器, 电场风速为1m/ s左右。

电除尘效率高, 阻力小, 但造价高。

如果电除尘器在维持原有效率的同时能大幅度提高电场风速(提高4～6m/s 以), 即采用所谓高流速电除尘器, 则有可能在大减少其体积和造价, 一定是很有吸引力。

( 2) 电除尘器本体结构完善创新
继续开发一些新型结构电除尘器, 克服缺点和不足, 使其尽快推广应用。

如房式、透镜电极、横向电极、移动电极、轻质电除尘器、超高压宽间距除尘器等。

3.3. 研究提高供电水平
提高电除尘器的效率, 也可以通过提高供电水平来实现, 这是一种经济简便的方法。

提高供电水平, 从以下四个方面进行研究。

( 1) 进一步开发脉冲供电技术。

主要研究脉冲供电与本体匹配关系、控制方式、脉冲供电参数优化等。

( 2) 利用最新微机实现ESP管理现代化。

( 3) 研究采用变极性代电技术来提高防法效率。

( 4) 进一步开发中高频电源供电, 使其实用化。

3.4. 开拓电除尘应用新领域
如针对燃煤锅炉产生SO2和粉尘实际情况, 应用电除尘将除尘和脱硫脱硝结合起来, 提高效率, 降低成本。

1998年国务院批准了国家环保总局《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》, 提出了2000年和2010年的二氧化硫排放控制目标, 这意味着脱硫任务相当艰巨。

利用电除尘技术, 将脱硫和除尘结合起来,这是一个很有前途的领域。

再如用脉冲等离子治理有机废水和有机废气等。

3.5. 研究提高烟尘的在线检测水平
烟尘的在线理化特性是电除尘器的正确选型和工艺参数确定的先决条件, 是分析和判断电除尘症结的重要依据, 对电除尘器的最佳运行控制及性能分析有重要的实用价值。

传统的做法是收集粉尘回实验室分析, 既费工费进, 又不能反应真实工况。

今后发展方向是用红光谱吸收法, 激光及光学技术对烟道粉尘进行在线测量。

我国是一个燃煤大国, 由此而引起的环境污染已被人们所广泛重视, 烟尘和SO2 的排放政策也日益严厉。

在国家倡导清洁生产的今天，环保逐步受到国家和企业的重视，静电除尘技术作为一种成熟的大气污染治理手段，已经被广泛应用到含尘气体的后期处理中，并取得了一定的成效．随着科学的发展，越来越多的技术将被应用到静电除尘系统中，更安全的运行环境，更高的除尘效率，更直观的监控平台将继续推动静电除尘技术的发展．
参考文献：
1向晓东，陈旺生，幸福堂，等交变电场中电凝并收尘理论与实研究环境科学学报，2000 ，20（2）：187·191
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3 陈凡植，吴对林高压静电除尘器的脱臭效应工业安全与防尘。

4 韦军新。

浅谈静电除尘技术的研究进展[J]。

广西大学学报
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静电除尘技术的发展趋势及其对策[J]。

机电工程。