浅谈影响电除尘器收尘效率的主要因素
1.前言
随着国家对环境保护的要求日趋严格，电除尘器以其除尘效率高、运行费用低而得到广泛应用。电除尘器运行的效率一般要求保持在一个很高的水平上，否则将达不到国家对烟气排放的要求。但影响电除尘器除尘效率的因素有很多，其中主要因素有：烟气温度、烟气湿度、烟气流速、粉尘浓度和粉尘比电阻等。下面就以上诸因素进行一些浅显的论述。
2.烟气温度对电除尘器的影响
随着燃煤电厂单台机组容量和锅炉热效率的不断提高，电除尘器进口烟温不断降低，从20世纪50-60年代的170-180℃，降至目前的130-140℃，有时甚至降至不足130℃。烟气温度的急剧的变化，对电除尘器的运行产生了较大的影响。主要表现在以下三个方面。
2.1烟气温度对粉尘比电阻的影响
工业粉尘大多是无机化合物或金属氧化物，它们的电绝缘性能比较好，比电阻一般都有比较高。通常情况下，烟气温度高，粘附在粉尘表面的水分了愈少，粉尘的比电阻愈高，一般可达1011欧姆·厘米。但是，当温度正如超过一定限度时，由于粉尘本身分子热运动的加强，物质中自由离子的自由电子的数目增加，物质的导电性能增大，表现为本身体积电阻的降低，在此之后，粉尘的比电阻将随温度的升高而降低。如图1。表1为焦铝2X125MW机组的比电阻随温度变化的参数表。
2.2烟气温度对粘度的影响
当烟气温度升高时，气体的分子热运动加剧，运动着的分子之间的磨擦加大，使得气体的粘度增加。电场中的带电粉尘在电场库仑力的作用下，向收尘极板运动的驱进速度也与含尘烟气的粘度有关。当烟气温度愈高，气体的粘度愈大，粉尘的驱进速度愈低，收尘效率也随着降低。
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2.3烟气温度对气体击穿电压的影响
从气体放电的条件来看，在正常大气压力下的干燥空气，在一定距离的空间，产生电击（火花放电）的电压，随着气体密度（单位体积中的气体分子数）的减少而降低。这是因为，当气体密度减少时，气体分子的间隔加大，每个电子在电场中产生碰撞电离"自由行程"加大，因而电子可获得较大的速度和动能，电离效应加强，气体容易被击穿。
根据管式电除尘器临界电场强度与电晕极型式及烟气密度的关系式（经验式）：
Ek=31δ(1+0.308/)公式中:
γ0-电晕极的半径（厘米）
δ-空气相对密度（工作状态下的空气密度与标准状态下的空气密度之比）
Ek-临界电场强度（开始产生电晕的电场强度）
式中可以看出，当空气相对密度δ减少时，开始产生电晕的电场强度也随之降低，气体所击穿电压下降。同时，实验还表明，随着空气密度的降低，电晕的起始电压也相应的降低。如图2。
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图2烟气温度与伏安特性的关系曲线 |
图2表明，维持电除尘器稳定操作的电压范围随着气体温度的升高而降低。
从上述分析可以得出，气体的击穿电压与气体的密度成正比关系，而气体的密度在很大程度上决定于气体温度。当气体压力不变时，气体的密度与气体的绝对温度成反比。因此，当气体温度降低时，气体的密度增加，从而使气体的击穿电压也相应的增加。由于击穿电压的增高，可使电除尘器所承受的电压更高，从而可大提高收尘效率。
图2的伏安特性还表明，当烟气温度超过150℃时，电压即使在不大的范围内变动，也足以引起电流的显著变化。
2.4烟气温度对烟气量的影响
根据关系式：v≈2.86×T/P×102公式中：
v-烟气的实际比体积，m3/Kg，v=1/ρ
ρ-烟气的密度，Kg/m3
v0-标准关态下的烟气的比体积，m3/Kg，对于燃煤电厂的烟气，v0≈0.77m3/Kg（标准状况下）
所以在烟气压力不变的条件下，当烟温降低时，烟气量将下降。
综上所述，燃煤电厂烟气温度降低所引起的飞灰比电阻的下降、气体的粘度的下降、烟气密度的提高、烟气量减少，对于提高电除尘效率都是有益的。
3．烟气流速对电除尘器的影响
在电除尘器的通流截面确定之后，通过电场的烟气流速愈高，则收尘效率愈低。反之，烟气流速愈低，则愈容易收尘。
（1）当烟气流速愈大，含尘烟气通过电场的时间缩短，有些粉尘还来不及充分荷电，则被收尘极捕集的概率减小，被气流带出电除尘器。
（2）有效电场以外的空间，诸如：下部的灰斗、上部的间隔和两边极板与外壳的空隙中，由于烟气流速过大，被气流带走的漏灰将增加。
（3）已收到电极上的粉尘在振打时，落入下部灰斗中，但由于烟气流速过大，在下落过程中，很容易被气流带走。如果烟气流速过大，既使不振打时，气流仍然会冲刷带动走已收到收尘极上的粉尘。这样，如果烟气流速过大，则会加大粉尘的二次飞扬。
综上所述，烟气流速增大，会降低电除尘的效率。
4．粉尘比电阻对电除尘器的影响
任何物质都有一定的电阻，它是可以测量的。粉尘虽然是一种松散的物体，也可以采用一定的方法来测量电阻值。常用的方法有：⑴圆盘电极法、⑵针状圆盘电极法、⑶圆筒电极法。
但是，在测量粉尘时的这个电阻，并不是单位体积的电阻，它除了粉尘颗粒内部电阻之外，还包括粉尘颗粒本身以及颗粒之间的表面传导电阻。而且，在很多高电阻粉尘中，在低温情况下测量时，得出的结果主要是表面电阻。在高温情况下，由于体积电阻降低，故在测出的结果中，体积电阻才占有主导地位。此外，粉尘电阻率的大小，又随测试的工艺操作条件不同而有差别，如粉尘的松散度、温度、湿度和细度等。因此，这个测量结果只是一种表观的可以比较的粉尘电阻，称为表观比电阻，简称比电阻。
4.1低比电阻对电收尘的影响
比电阻值在104Ω·㎝以下的粉尘，称为低比电阻粉尘。电除尘器难以捕集，易形成二次飞扬。这是因为低比电阻粉尘导电性比较好，当带负电的粉尘到达收尘极板后，即刻就把负电核释放出来，而随之又由收尘极板传给粉尘以正电荷，这时，粉尘由于同性电荷相斥的作用，而被收尘极板所排斥，再次推回气流中。随后，粉尘又重新被空间负电荷所粘附，在电场库仑力的作用下，重新跑向收尘极板，再次放出电荷，再次被推回气流中。因而，有许多低比电阻粉尘实际上在极板的表面一直没有被吸附住，而是沿着极板表面"弹跳"着前进，最后被气流带出收尘器。
4.2高比电阻对电收尘的影响
比电阻值在1011Ω·㎝以上的粉尘，称为高比电阻粉尘。由于高比电阻粉尘导电性较差，电荷粘附在粉尘颗粒上，不易逸出，当粉尘到达收尘极板后，电荷不能顺利地释放而残留在这些粉尘上，随着粉尘愈积愈厚，粉尘中的负电荷就愈积愈多，这就使得在粉尘层与极板之间形成一个愈积愈强的电场，最终导致电极表面的粉尘层被局部击穿，形成反电晕。
因此，所谓粉尘比电阻，实质上是衡量荷电粉尘到达收尘极后释放电子能力的一个参数。
4.3反电晕对电收尘的影响
在收尘极上产生与电晕极性相反的电晕放电称反电晕，这是由于电极表面的粉尘层被局部击穿所所致。
反电晕的出现，说明收尘极板表面上粉尘层里面的间隙中产生了气体电离，收尘极板也成了放电极，正负两个电极互相相对着放电，这时两极之间的击穿电压就会大大下降。
反电晕是一种特别有害的现象，当它一旦出现，就会反过来由收尘极板（阳极板）向电场空间放出正电荷，这些反方向倒流的正电荷很快又要与迎面跑来的负电荷相遇而中和，它耗用高压电流，却使除尘电场的收尘效率下降。
粉尘比电阻值在1011Ω·㎝以上时，称为高比电阻粉尘，高比电阻粉尘在电除尘器中比较容易出现反电晕。反高晕出现后的主要表现型式是火花闪络频繁，运行电压降低，运行电流减小，二次电流表的指针不断的摆动，其主要表现特征是V-I特性曲线出现了拐点。
5．烟气湿度对电除尘器的影响
进入电收尘器的含尘烟气的湿度大小，不仅影响到电场运行电压的高低，而且还将影响到粉尘比电阻的大小及收尘效率。一般的讲，湿度增大，除尘效率提高。这是因为空气的击穿电压随湿度的加大而提高：粉尘比电阻随湿度的加大而减小。
5.1烟气湿度对空气击穿电压的影响
水分了（H20）是极性分子，极性分子的正极端会吸引负电荷，负极端会吸引正电荷。因此，极性分子的荷电能力比中性分子大的多。
在电场中，水分子能大量的吸附电子，使分子带负电并转变为行动缓慢的负离子，因而使空间的自由电子数目大大减少，电离强度减弱，电晕电流减少，使得空气间隙的耐压强度增加，击穿电压升高，火花放电较难出现。这就是通常所说的水蒸汽对于空气的"支游离"作用。
图3所示为烟气湿度对伏安特性的影响：它表明，随着气体湿度的增加，电场中的电离强度将减弱，电晕电流也随之减小，电场的击穿电压升高。
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图3烟气湿度与伏安特性的关系曲线 |
5.2烟气湿度对粉尘比电阻的影响
水本身并不是一种良好的导电体，只是在它溶解有其他物质时，导电性才得到增加。在电除尘器中，当粉尘的比电阻值过大时，湿度增加，水分子粘附在导电性很差的粉尘上，能降低粉尘的比电阻，使反电晕不易产生。
同时，烟气中水分对粉尘比电阻的影响往往因其他化学物质的存大而加剧，如SO3等。SO3的作用是把粉尘比电阻降低到大低于只有水分存大时的比电阻。SO3借助于水分侵蚀粉尘表面，使之释放出更多的电荷载体。水和SO3加强粉尘导电作用的机理是使氢离子各硫酸根离子作为电荷载体直接参与导电过程。
实际上，研究烟气湿度的目的在于：①要设法控制电除尘器的进口温度，使之能够避开高比电阻温度区②避免降至露点温度区，以免因烟气结露，造成成电除尘器极板、极线以及吸风机黏灰扣金属构件腐蚀，影响设备的运行效率和安全。
6．烟气含尘浓度对电除尘器的影响
在电收尘器中，如果粉尘浓度太大，将使收尘电场的空间电荷过多，能够出现电晕封闭的现象，使收尘效率降低。
当电除尘器的收尘电场产生电晕放电后，大量的气体负离子和带负电的粉尘充满在电晕区以外的广大空间，空间中的这些电荷统称为空间电荷。实践中我们也经常可以看到，当电除尘器不通烟气送电时，高压电流都相当大，有时在进行空载升压试验时，需使用两台整流变压器并联送电才能升高到额定值。而一旦进入烟气后，由于荷电粉尘的运动速度低，使得电场空间电荷加大，虽然电压不变，电流却在几分钟之内就降低下来。在一般情况下，这种情况是正常的。
但是，当烟气中的粉尘浓度过大时，由于低速运动的粉尘颗粒过多，它们荷电后使空间电荷达到饱和，电晕区电压受到很大的抑制，电晕大大削弱，高压电流几乎降到零，出现电晕封闭现象，收尘效率大大下降。
电晕封闭的出现，说明电除尘器可能存在以下几种情况：
（1）烟尘浓度过大，或者烟尘的分散度过高，增加了粉尘的颗粒数量。
（2）烟气流速过高，增加了进入电除尘器中的粉尘含水量。
（3）电场电压太低，荷电粉尘向极板的运动速度太慢。
由于第一电场的粉尘浓度最大，往往最容易出现电晕封闭现象。因此，在设计上，第一电场宜采用芒刺型电晕极（如锯齿线、RS线等）使放电集中，放电尖端的电风加大，加快粉尘运动，以打破空间电荷造成的电晕封闭现象。
7．结束语
设计电除尘器时，应根据煤、灰成分确定电除尘器的各个参数，根据工况确定最佳风速，流通面积，以使电除尘器达到除尘效率。在影响除尘器效率的各种因素下，通过各种措施使影响向有利于除尘效率的方面发展。
参考文献
（1）S小奥格尔斯比，GB尼科尔斯《电除尘器》水利电力出版社，1983年。
（2）黎在时,《静电除尘器》,冶金工业出版社，1993年。
（3）第十二届中国电除尘学术会议论文集,2007年。
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