静电及其在除尘系统中的应用

第13卷第1期衡水学院学报Vol. 13, No. 1 2011年2月 Journal of Hengshui University Feb. 2011

静电及其在除尘系统中的应用

刘志强，刘强

(河北大学静电研究所，河北保定 071002)

摘要：将静电吸附原理应用于除尘系统的静电除尘技术，具有能耗低，处理烟气量大等优点而被广泛应用于工业废气处理中．本文简述了静电的产生及其在工业制造中的影响，讨论了静电除尘技术的原理及其研究现状和发展．

关键词：静电；静电除尘器；监控

中图分类号：O441.1 文献标识码：A 文章编号：1673-2065(2011)01-0105-03

自人类发现摩擦起电现象后，静电开始被认识并重视起来．静电现象普遍存在于我们日常生活中，随着原本为电中性的两个物体的接触并分开，在两物体上会产生正、负极性电荷过剩的现象，如果在短时间内无法得到释放或补充，则称物体带上了“静电”．

1 静电影响

当物体携带的静电达到一定数值时，就会放电．静电放电作为一种看不见、甩不开的近场电磁危害源，对电子制造、化工等工业领域产生着巨大的影响：小到由于静电干扰而导致电子器件的损坏[1-3]，大到由于静电放电而导致的火灾或爆炸事故[4-14]．因此人们对如何预防静电危害做了大量研究．

虽然静电放电在许多领域存在安全隐患，但随着我们对其认识的逐步深入，静电技术的应用也越来越广泛了．例如：静电除尘技术中的粒子荷电，静电消除器中的尖端放电，驻极体中的薄膜喷电，低温等离子体的电晕放电等[15]．

2 静电技术在除尘系统中的应用

早在公元前600多年，希腊人就发现了静电吸附现象，但将这一现象应用于工业除尘，则是20世纪初才开始的．国外最早是1907年柯特雷尔(cttrell)将电除尘应用于气体净化，建立了工业化电除尘装置[16]．静电除尘器(ESP)的工作原理是含尘气体经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积，从而达到除尘目的．

作为一种高效率的工业环保手段，高压静电除尘技术已广泛应用于含尘废气治理、气固分离、粉状物料回收等诸多领域．

电除尘技术经过一个多世纪的发展，基础理论研究已经比较成熟，但针对性的应用技术还是需要改善，其中尤其重要的便是如何提高除尘效率．在荷电收尘一体的静电除尘器中，载运粉尘的风速越小，放电电场强度越大，越有利于粉尘的收集，但这些条件无疑增大了除尘系统的投资，阻碍除尘技术的推广．如何能在现有条件下提高除尘效率成为静电除尘技术的一个难题．诸多学者从不同角度出发，对此进行了大量研究：亢燕铭、殷璐、李娟[17]从理论角度出发，建立除尘器中荷电离子的动力学方程，利用距量法求得总粒子数浓度沿着除尘器管道的变化，同时计算出粒子几何平均半径和几何标准偏差值，从而得到各粒径粒子的浓度分布情况，获得粒子捕集和谱变化的信息，为除尘器的进一步改造提供了理论依据．

洛成元[18]从粉尘性质和二次扬尘两方面分析了影响静电除尘器效率的因素，通过分析和改进除尘器中电晕、收尘板、电除尘器壳体、灰斗及清灰机构、气流分布板和供配电装置等几个关键部位达到了提高静电除尘效率的目的．

静电除尘器工作电压高，易发生击穿故障，影响工作的正常运行．张子生、冯小军、白谏平[19]等人从高压绝缘分析角度出发，介绍了各种击穿的原理，设计了高压静电变压器的绝缘结构，为静电除尘器的正常运行提供了最其本的条件．

收稿日期：2010-09-25

作者简介：刘志强(1954-),男,河北沧州人,河北大学环境工程系教授;

刘 强(1985-),男,河北邢台人,河北大学环境工程系2008级硕士研究生学生.

106 衡水学院学报第13卷静电除尘器中往往采用负电晕，气体的导电现象属于高压导电，由气体分子电离所产生的离子传送电流，所以研究除尘器中各点离子的状态是非常重要的．刘志强、李庆[20-21]从气体电离的离子角度出发，对除尘器中离子的浓度和速度进行了实验研究，得出结论：在极板附近，离子浓度随电压的升高而快速增大，但当电压到达一定值时，增大的速率趋于平稳；极板间距越大，离子风速越小，多根电晕线的情况下，电晕线之间相互干扰，离子风速反而比单根小．因此，为了更好得提高静电除尘的效率，应该在保证不放电的情况下，增加电压，适当缩短极板间距，并采用一根电晕线结构的除尘系统．

从除尘器管道中烟尘荷电凝并的角度出发，谷建龙、杨波、薛晓红[22]等人采用线板间距可调的放电结构模拟静电除尘器的放电通道，研究电场强度及极板间距对离子风的影响，得出结论：将预荷电区置于高流速的通风管道内，不仅有利于提高预荷电效率，还可以减小除尘器的体积，降低除尘器的能耗及运行费用．无独有偶，白敏菂、邱秀梅、杨波[23]等人同样经实验证实：将预荷电装置安置于烟道中，气体离子浓度比除尘电场中高约一个数量级，有利于提高粉尘的荷电量，增强带电粒子的凝并作用．

3 静电除尘系统的发展

在静电除尘理论已经相对成熟的今天，静电除尘系统仍需要进一步改进以满足工艺高程度自动化的要求，因此，对静电除尘系统来说，能否及时的检测系统的工作状态同样重要，工作状态参数的及时获取是保证系统安全运行的基本条件，也是除尘系统自动化的先决条件．

杨昆[24]以秦皇岛第二港务局中翻车机房为模拟实验对象，在充分分析了其粉尘质量分布情况后，设计了合适的除尘系统，并将激光在线浓度测量技术应用到除尘器监控系统中，实时采集除尘箱体内粉尘浓度的变化信号，对其特性进行动态跟踪，进而对整个系统的工作状态实现动态调整．

李依琼、徐颖、王进[25]等人对除尘器出口烟气浓度、流速、温度等物理量进行监测，根据其状态对除尘器各电场的控制参数进行调整，通过参数反馈不断寻求最合适的控制参数，从而实现电除尘器的智能自动优化控制．徐晓英，王定虎，肖集熊[26]介绍了虚拟仪器的软硬件系统，并将其应用到静电测量中，设计了基于labview的测量静电电阻和静电电压的虚拟仪器；缪劲松，田德宇，欧阳吉庭[27]对被动式静电探测系统电路进行了研究，设计了旋叶式被动静电探测系统，为静电的测量提供了可能．

4 结语

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．

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