靜電除塵器工作原理及改造案例研究

王子棟

摘要：本文首先分析了靜電除塵器的結構組成以及工作原理，然后結合當前靜電除塵技術的研究現狀，對部分靜電除塵改造案例進行了分析研究。

關鍵詞：靜電除塵器；工作原理；改造案例

隨著我國科技的進步與工業發展，國家對于各類礦物資源的需求日益增加，在各類礦產資源生產和提純的過程中，礦石的破碎、打磨和分離必不可少。而在這一過程當中會產生大量的顆粒粉塵，對周邊環境的空氣質量帶來了嚴重的影響。同時，人長期處于這樣的工作環境之中而不加以防護，會誘發許多呼吸系統疾病。當前全民環保意識逐漸覺醒，我國政府大力推行節能減排政策，企業也在不斷進行創新和探索，這其中靜電除塵作為一項新興的除塵技術，得到了越來越多的推廣和關注。

一、靜電除塵器結構及工作原理

靜電除塵器組成結構按照其工作電壓不同可以分為兩個部分，第一個部分是主要負責給產生高壓的直流電源輸送的兩個電極，第二個部分主要是一些低壓的控制系統以及除塵殼體結構，這其中主要包括溫控檢測系統，灰塵振打和卸灰控制機構，以及各類指示報警裝置及系統檢修門[1]。

靜電除塵器工作時，氣體首先從氣體進口進入除塵器，煙氣在經過進氣口到達電場截面的過程中，氣流截面由小變大，為了保持氣體流速同時使流場分布均勻，氣體進口大多設計為喇叭狀。之后氣體到達高壓電場之中，電場分為陰極和陽極，空氣中的氣體分子一般呈現電中性，而當陰陽兩極電壓足夠大，氣體分子就會發生電離，氣體離子在電場的作用下定向移動，中途與粉塵互相摩擦，使得粉塵表面也出現電荷。粉塵也在電場力的作用下向兩極移動，并吸附在上面。電場中陰極一般作為放電極，利用芒刺線的尖端放電來產生大強度的均勻電場，同時芒刺線結構還可以有效的防止斷線和沾灰。陽極一般由若干排與陰極并列的金屬板構成，收塵面積大。

在靜電除塵器工作一段時間之后，塵粒會大量吸附在陽極收塵板上，而部分帶有正電荷的粉塵也會在陰極聚集，吸附的灰塵達到一定厚度會影響極板間的電場強度，嚴重時有可能引起反電暈，此時就需要振打系統將吸附在陰極和陽極的粉塵振落到除塵器的灰斗中，然后通過卸灰系統將灰塵運送到灰場[2]。

當氣體溫度太低將至露點以下時，灰斗可能會出現結灰的情況，導致落灰不暢甚至結塊堵塞，為了防止這種情況的發生，除塵器中通常含有保溫和加熱設備，從而保證煙氣溫度高于露點20-30℃。

二、靜電除塵器改造案例研究

（一）增強PM2.5脫除的靜電除塵器改造

近年來由于化石能源的大量消耗，燃燒產生了大量的二氧化硫以及氮氧化合物，這些物質在空氣中可以逐漸轉化為直徑小于或等于2.5微米的細小顆粒物，這種顆粒由于質量較輕、顆粒較大，可以長時間地懸浮在空氣中。而且其活性強，重金屬、微生物等有毒有害物質通常附著在其上面，對于人體健康有著極大的危害，我國從2011年起就發布了PM2.5測定相關標準，并且進行了一系列針對PM2.5的環境整治工作[3]。當前新建的大多數火電站都配備有靜電除塵器，傳統的靜電除塵器對于較大的顆粒有著良好的吸附效果，但對于直徑0.1-1μm范圍內的靜電顆粒，僅依靠氣體分子進行摩擦無法使其表面附著大量電荷導致除塵效率較低，這一區域也被稱為“穿透窗口”。

熊桂龍等人總結了提高PM2.5顆粒吸附率的三種方法，分別是低低溫電除塵技術、濕式靜電除塵器以及電袋除塵技術。

低低溫電除塵技術主要改進是在煙氣入口處加裝換熱設備，換熱設備可以使煙氣溫度降到酸露點以下，隨著煙氣溫度降低，其煙塵的電阻比將大大降低，進而降低了除塵裝置中出現發電暈的概率，提高了除塵效率。同時溫度降低會使得電場中風速以及氣體的粘滯性下降。當溫度降至酸露點以下時，煙氣中的氣態H2SO4會與水蒸氣結合，使其容易吸附在較大的顆粒表面，脫離“穿透窗口”進而被電極吸附。

濕式靜電除塵的工作原理與傳統靜電除塵器大致相同，最大的區別在于濕式靜電除塵通過噴淋系統沖刷收塵板的方式來取代原有的振打系統。這一改進克服了傳統除塵器中反電暈和二次揚塵問題，同時濕度較高的煙氣起暈電壓相對較低，顆粒表面的水電離產生的離子也會加大粉塵的電荷從而提高除塵器的吸附性能[4]。

電袋除塵是通過將靜電除塵系統與傳統布袋除塵進行串聯組成的新型除塵系統。通過二者協同，使得除塵周期延長，由于上一級的靜電除塵已經吸附了大部分的粉塵，降低了布袋除塵的負荷使得其清灰性能得到了更好地發揮，同時延長了布袋除塵的工作壽命，二者相互結合，實現了對煙塵中多種污染物的處理，對PM2.5也有很好的脫除效果，大大增強了除塵效率。

（二）煙氣調制組合技術、高頻電源技術應用以及系統智能控制

煙氣調制以硫磺為原料，硫磺在燃燒室中燃燒生成SO2，SOz在空氣中氧化為S03.SO：容易與水蒸氣結合并吸附在粉塵表面，煙塵與硫酸相互混合，吸附了硫酸的粉塵，其電阻將大大減小，使起暈電壓降低，降低二次飛揚并提升除塵效率。

由于電容和電感的體積重量與供電頻率的平方成反比，所以電壓頻率的提高將明顯降低電壓轉換設備的體積，高頻開關電源技術一方面可以降低設備的體積，同時輸出電壓的紋波系數較低，工作效率大大提升，一些性能較好的高頻電源其工作效率可以達到95%以上，通過高頻電源為電極供電，一方面可以縮小設備體積，另一方面可以提高設備的工作效率。

清灰效果直接影響著除塵器的工作效率，智能控制可以通過控制振打錘的敲擊頻率以及加速度提高清灰效率，智能控制系統還可以動態調節設備的溫控系統，保證適宜的煙氣溫度，從而提升設備除塵能力。

三、結語

隨著我國工業的迅速發展和能源需求的增加，化石燃料燃燒和礦物原料的開采將更加頻繁，為了統籌好發展和環境的關系，必須大力發展煙塵除塵相關技術。雖然靜電除塵發展較晚，但其效率高、占地小、除塵效果明顯，相關學者以及研究人員應當不斷探索，積極進行技術融合和創新。

參考文獻：

[1]王靈甫，馬書毫.淺談靜電除塵原理[J].科技風，2011（16）：17+19.

[2]熊桂龍，李水清，陳晟，張緒輝，姚強.增強PM（2.5）脫除的新型電除塵技術的發展[J].中國電機工程學報，2015，35（09）：2217-2223.

[3]楊昱.靜電除塵器改造技術的利弊分析[J].中國環保產業，2013（09）：32-35.

[4]吳偉.高頻靜電除塵電源監控系統設計[D].燕山大學，2013.