山西大学本科实习报告

山西大学本科实习报告学院物理电子工程学院学生姓名唐鸿燊专业电子信息科学与技术学号 2011271036 年级 2011级指导教师张丽红教务处制表二ΟΟ14 年 12 月 30 日实习名称：基于静电除尘原理的空气净化器设计学分： 4实习时间：2014年11月实习周数：4实习地点：物理电子工程学院实习单位：山西大学图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（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，对于实际的放电线，表面较为粗糙，图2 电晕电流与电压关系(3)图4 板式静电除尘器图5 管式静电除尘器按内部荷电区和分离区布置分单区电除尘器(荷电与分离在同一区内完成)和双压电除尘器(荷电与分离分别在两个区完成)。

按气流流动分卧式电除尘器(气流水平运动)和立式电除尘器(气流垂直运动)。

按清灰方式分干式电除尘器(振打清灰)和湿式电除尘器(集尘极上的粉尘靠水流排出)。

根据电除尘器的结构形式和电压，可分为常规电除尘器和新型电除尘器。

常规电除尘器的基本结构形式为线板式或线管式，极间距为200～300mm，电压为50～60KV。

而新型电除尘器在结构形式和供电方式方面都有所改变。

较具有代表性的新型电除尘器类型有：新型结构的电除尘器，联合作用的电除尘器和脉冲供电电除尘器。

新型结构的电除尘器的结构形式与常规电除尘器有所不同，如超高压宽间距电除尘器，其极间距达400～1000mm，电压提高到80～200KV以上。

该类电除尘器在水泥，电站，烧结机等工业中得到了应用，在皮带运输机尘源控制方面也得到了应用。

还有一种新型结构的电除尘器是横向极板电除尘器。

常规电除尘器中，气流方向与集尘板的设置是平行的，这样气流的流动方向与由电场作用的粉尘驱进方向互相垂直，从而影响除尘效果。

而横向极板电除尘器的电极板布置与气流方向垂直，这样由电场作用的粉尘驱进方向与气流方向一致。

据试验表明，它比常规电除尘器效率高。

联合作用的电除尘器是在同一除尘器中利用电的作用和其它除尘机理联合作用，以提高除尘器的性能。

脉冲供电可提高电压和电晕电流，因而可改善电除尘器的性能，粉尘穿透率可减少50～60%。

三、静电除尘器的特点电除尘器是利用电场产生的电力使尘粒从气流中分离的设备。

它的特点有：1. 电除尘器的主要优点有：①压力损失小，一般为200～500Pa；②处理烟气量大，可达105～106m3/h；③能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3；④对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％；⑤可在高温或强腐蚀性气体下操作；⑥适用于大型的工程，处理的气体量愈大，它的经济效果愈明显。

2. 静电除尘器的缺点是：①工业用设备庞大，占地面积大；②工业用耗用钢材多，一次投资大；③结构较复杂，制造、安装的精度要求高；④对粉尘的比电阻有一定要求。

四、静电除尘器的影响因素静电除尘器主要影响因素有：粉尘比电阻、气体含尘浓度、气流速度等。

1. 粉尘比电阻如图6所示，比电阻在104～1011Ω•cm之间的粉尘，电除尘效果好。

当粉尘比电阻小于104Ω•cm 时，由于粉尘导电性能好，到达集尘极后，释放负电荷的时间快，容易感应出与集尘极同性的正电荷，由于同性相斥而使“粉尘形成沿极板表面跳动前进”，降低除尘效率。

当粉尘比电阻大于1011Ω•cm时，粉尘释放负电荷慢，粉尘层内形成较强的电场强度而使粉尘空隙中的空气电离，出现反电晕现象。

正离子向负极运动过程中与负离子中和，而使除尘效率下降。

比电阻低于104Ω•cm称为低阻型。

这类粉尘有较好的导电能力，荷电尘粒到达集尘极后，会很快放出所带的负电荷，同时由于静电感应获得与集尘极同性的正电荷。

如果正电荷形成的斥力大于粉尘的粘附力，沉积的尘粒将离开集尘重返气流。

尘粒在空间受到负离子碰撞后又重新获得负电荷，再向集尘极移动。

这样很多粉尘沿极板表面跳动前进，最后被气流带出除尘器。

用电除尘器处理金属粉尘、炭墨粉尘，石墨粉尘都可以看到这一现象。

粉尘比电阻位于104～1011Ω•cm的称为正常型。

这类粉尘到达集尘极后，会以正常速度放出电荷。

对这类粉尘（如锅炉飞灰、水泥尘、平炉粉尘、石灰石粉尘等）电除尘器一般都能获得较好的效果。

粉尘比电阻超过1011～1012Ω•cm的称为高阻型。

高比电阻粉尘到达集尘极后，电荷释放很慢，这样集尘极表面逐渐积聚了一层荷负电的粉尘层。

由于同性相斥，使随后尘粒的驱进速度减慢。

另外随粉尘层厚度的增加，在粉尘层和极板之间形成了很大的电压降ΔU。

在粉尘层内部包含着许多松散的空隙，形成了许多微电场。

随ΔU的增大，局部地点微电场击穿，空隙中的空气被电离，产生正、负离子。

ΔU继续增高，这种现象会从粉尘层内部空隙发展到粉尘层表面，大量正离子被排斥，穿透粉层流向电晕极。

在电场内它们与负离子或荷负电的尘粒接触，产生电生中和。

大量中性尘粒由气流带出除尘器，使除尘器效果急剧恶化，这种现象称为反电晕。

克服高比电阻影响的方法有：加强振打，使极板表面可能保持清洁；改进供电系统，包括采用脉冲供电和有效的自控系统；增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3及Na2CO3等化合物，使尘粒导电性增加，这种方法称为烟气调质。

图6 粉尘比电阻与除尘效率之间的关系烟气的温度和湿度是影响粉法比电阻的两个重要因素。

图7是不同温度和含湿量下，烧结机铅烟的比电阻。

从该图可以看出，温度较低时，粉尘的比电阻是随温度升高而增加的，比电阻达到某一最大值后，又随温度的增加而下降。

这是因为在低温的范围内，粉尘的导电是在表面进行的，电子沿尘粒表面的吸附层（如水蒸汽或其它吸附层）传送。

温度低，尘粒表面吸附的水蒸汽多，因此，表面导电性好，比电阻低。

随着温度的升高，尘粒表面吸附的水蒸汽因受热蒸发，比电阻逐渐增加。

在低温的范围内，如果在烟气中加入SO3、NH3等，它们也会吸附在尘粒表面，使比电阻下降，这些物质称为比电阻调节剂。

温度较高时，粉尘的导电是在内部进行的，随温度升高，尘粒内部会发生电子热激发作用，使比电阻下降。

从图7还可以看出，在低温的范围内，粉尘的比电阻是随烟气含湿量的增加而下降的，温度较高时，烟气的含湿量对比电阻基本上没有影响。

从以上的分析可以看出，可以通过一下途径降低粉尘比电阻：①选择适当的操作温度；②增加烟气的含湿量；③在烟气中加入调节剂（SO2、NH3等）。

图7 烟尘比电阻与温度的关系2. 气体含尘浓度粉尘浓度过高，粉尘阻挡离子运动，电晕电流降低，严重时为零，出现电晕闭塞，除尘效果急剧恶化。

电除尘器内同时存在着两种电荷，一种是离子的电荷，一种是带电尘粒的电荷。

离子的运动速度较高，约为60～100m/s，而带电尘粒的运动速度却是较低的，一般在60cm/s以下。

因此含尘气体通过电除尘器时，单位时间转移的电荷量要比通过清洁空气时少，即这时的电晕电流小。

如果气体的含尘浓度很高，电场内悬浮大量的微小尘粒，会使电除尘器担忧晕电流急剧下降，严重时可能会趋近于零，这种情况称为电晕闭塞。

为了防止电晕闭塞的产生，处理含尘浓度较高的气体时，必须采取措施，如提高工作电压，采用放电强烈的电晕极，增设预净化设备等。

气体的含尘浓度超过30g/m3时，必须设预净化设备。

3. 气流速度随气流速度的增大，除尘效率降低，其原因是，风速增大，粉尘在除尘器内停留的时间缩短，荷电的机会降低。

同时，风速增大二次扬尘量也增大。

电场风速的大小对除尘效率有较大影响，风速过大，容易产生二次扬尘，除尘效率下降。

但是风速过低，电除尘器体积大，投资增加。

根据经验，电场风速最高不宜超过1.5～2.0m/s，除尘效率要求高的除尘器不宜超过1.0～1.5m/s。

五、静电除尘器的结构在电除尘器中，最广泛采用的是卧式的板式电除尘器。

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（电晕电极）、集尘极、气流分布装置、振打清灰装置、控制电路、风扇、绝缘子以及供电设备等等。

（一）电晕电极1. 对电晕电极即放电极的基本要求①放电性能好（起晕电压低、击穿电压高、电晕电流强）；②机械强度高、耐腐蚀、耐高温、不易断线；③清灰性能好。

振打时，粉尘易于脱落，不产生结瘤和肥大现象2. 电晕极的结构形式①圆形采用直径1.5～2.5mm的高度镍铬合金制作，上部悬挂在框架上，下部用重锤保持其垂直位置。

圆线也可作成螺旋弹簧形，上、下部都固定在框架上，由于导线保持一定的张力，放电线处于绷紧状态。

②星形它是用4～6mm的圆钢冷拉成星形断面的导线。

它利用极线全长的四个尖角放电，放电效果比光线式好。

星形线容易粘灰，适用于含尘浓度低的烟气。

③锯齿形用薄钢条（厚约1.5mm）制作，在其两侧冲出锯齿，形成锯齿形电极。

锯齿形的放电强度高，是应用较多的一种放电极。

④芒刺式芒刺型电晕线是依靠芒刺的尖端进行放电。

形成芒刺的方式很多，R—S是目前采用较多的一种，它是以直径为20mm的圆管作支撑，两侧伸出交叉的芒刺。

这种线的机械强度高，放电强。

芒刺式采用点放电代替极线全长的放电，试验表明，在同样的工作电压下，芒刺式的电晕电流要比星形线大，有利于捕集高浓度的微小尘粒。

芒刺式电晕极的刺尖会产生强烈的离子流，增大了电除尘器的电风（由于离子流对气体分子的作用，气体向集尘极的运动称为电风），有利于减少电晕闭塞。

芒刺式电晕极适用于含尘浓度高的烟气，因此，有的电除尘器在第一、二电场采用芒刺式，在第三电场采用光线或星形线。

芒刺式电晕极尖端应避免积尘，以免影响放电。

极线间距通常取0.50～0.65倍的通道宽度，对常规电除尘器可取160～200mm。

芒刺式的间距一般为50～100mm。

集尘极和电晕极的制作、安装质量对电除尘器的性能有很大影响，安装前极板和极线必须调直，安装时要严格控制极距，偏差不得大于5mm。

如果个别地点极距偏小，会首先发生击穿。

（二）集尘极1. 对集尘极板的基本要求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。