电除尘器工作原理学习
一、电除尘器工作原理
利用高压电场产生的静电力(库仑力)使含尘气流中的尘粒与气体分离的除尘设备，称静电除尘器。电除尘器内有多排保持—定间距、曲率半径相差较大的金属集尘极(阳极)和电晕极(阴极)，两极间施加高压直流电，当电压升高至—定值时，空气电离，生成大量高速运动的负离子、正离子和自由电子。含尘气流通过电场空间时，粉尘与自由电子、离子碰撞，实现了粉尘荷电。荷电粉尘在电场力的驱动下，分别按异极性相吸的规律向集尘极和电晕极运动，绝大部分粉尘沉集于集尘极，少部分粉尘沉集在电晕极上；当沉积在电极上的尘粒达到一定厚度时，借助于振打机构使电极上沉积的尘层落入下部灰斗，净化后的气体从电场尾部排出。
基本原理：
电除尘器在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。气体电离后所产生的电子，阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷。荷电粉尘在电场力的作用下，便向电极性相反的电极运行而沉积在电极上，可达到粉尘和气体分离的目的。如右图所示为电除尘本体内部结构，由电晕极（阴极系统）和集尘极（阳极系统）配合工作，电晕极通电后产生电晕附近将空气电离，当烟气横向流过时，烟气中的尘粒将被负离子碰撞而荷电形成负粒子，而负粒子在电场力作用下向阳极板运动，吸附在极板上。吸附的灰尘经过一定时间后在振打锤的敲击下，粉尘掉落到灰斗内。
二、电除尘器的分类
电除尘器按气体流向分立式和卧式两类。
(1)立式：气体自下而上在电除尘器内作垂直流动。
(2)卧式：气体沿水平方向在电除尘器内流动。
按集尘极形式分管式和板式两类。
(1)管式：集尘极由—根或多根方形、圆形或六角形的管子组成，电晕极悬挂在管子中心。
(2)板式：集尘极由若干块金属板组成，电晕极安装在两排集尘极中间。
三、电除尘器构造
板卧式电除尘器结构
1—外壳；2—集尘电极；3—电晕电极；4—电极清灰装置
5—尘斗；6—气流分布装置；7—供电装置
尽管电除尘器类型较多，但其主要部分基本—致，以板卧式电除尘器为例，由七部分组成。
（1）外壳
要求严密不漏气、有足够的强度和能适应含尘气体温度变化，常用钢板、混凝土和砖制作外壳，—般根据所处理的气体性质及操作温度加以选择。
(2) 集尘电极
为电除尘器的主要部件，直接影响除尘效率、金属耗量和造价。
理想的集尘极应具备：
极板表面上的电场强度和电流密度均匀；
板面振打加速度分布均匀，粉尘易振落，集尘重返气流少；
同等集尘面积钢耗少，制造安装方便；
高温下(350～400℃)不易变形。板卧式电除尘器的集尘电极多为板状，
可分为C型、Z型、CS等多种型式，另外有网状式、棒帏式、管帏式极板；
立式电除·尘器的集尘极有管式、袋式等型式。
(3)电晕电极
包括电晕线、电晕线框架、电晕线框悬吊架、悬吊杆和支承绝缘套管等。
常用的电晕线有圆线、螺旋线、芒刺线等。选用要求是：起晕电压低、放电特性好、电晕电流大；机械强度高、易维持准确的极距、不易断裂脱落；便于粉尘的振落；耐腐蚀性能好。
(4)电极清灰装置
分湿式和干式两种。
采用喷雾或溢流方法，使电极上经常保持—层水膜，使粉尘随水膜流下，达到清灰目的，称为湿式清灰。采用振打方式，将粉尘以干燥的形式振落，称为干式清灰。
集尘极的振打种类有锤击、电磁和电容振打。清灰装置的振打强度，用传递给电极的振打加速度g来量度，g值的大小随电极的刚度、粉尘的粒度和沉积厚度、比电阻的不同而异。确定的原则是既使粉尘彻底剥落，又使粉尘二次飞扬为最少。
(5)尘斗
贮存除下的粉尘，有锥形和槽形斗两种。
(6)气流分布装置
由分布板和振打机构组成，安装在电除尘器的进口或进出口处，使流经电场的气流分布均匀，以免影响除尘效率。气流分布板有多孔式、百叶窗式、网式等多种，开孔率为25％～50％，其中多孔板应用最广泛。··(7)供电装置·由高压整流器及控制器组成。
四、除尘效率
除尘效率 η=（λ入- λ出）/λ入 ％
气体性质、粉尘特性、本体结构、操作条件均影响电除尘器的除尘效率。
(1)气体性质，包括气体温度、压力、湿度、流速和含尘浓度。温度的升高和压力的降低，会使气体密度减小，从而降低起晕电压、电晕极表面电场强度和火花放电电压，气体温度的变化，尚引起粉尘比电阻值的改变；—般来说，气体湿度大(含水多)，收尘效率高，但若气体湿度过大，电除尘器内易结露而腐蚀；电除尘器内的气流速度不宜过大，以免造成集尘极上的粉尘重返气流和电极晃动，降低除尘效率；但亦不宜过小，以免设备体积庞大，耗费钢材与投资。—般考虑在满足除尘效率，尽可能降低钢耗条件下，选择合理风速。进入电除尘器的气体含尘浓度超过—定值时，造成空间电荷过多，抑制电晕电流的产生，影响除尘效率，—般要求进入电除尘器的气体含尘浓度在50g/m3以下。
(2)粉尘特性。粉尘粒径、粘附性和比电阻影响除尘效率。粉尘在电场中的驱进速度与粉尘粒径有关，当粒径在0.3～0.9μm范围内除尘效率最低，总除尘效率随中位粒径的增大而提高；粉尘的粘附性，可使微细尘粒凝聚增大，对除尘有利，若粘附性强，易粘结在电极上，不易打下，使除尘效率降低；·电除尘器运行最适宜的粉尘比电阻范围为104～1011Ω·cm，比电阻过低，则被捕下的粉尘易脱离极板重返气流，比电阻过高，集尘极上会产生反电晕，常用增湿或在气体中加入—定量的SO3、NH3等添加剂，称为调质措施，来降低粉尘的比电阻值。
(3)本体结构。影响除尘效率的关键构件是电极和气流分布装置。集尘极的几何形状、电晕线的半径、极板间距、电晕线间距等对电除尘器的电气性能如起晕电压、工作电压、电晕电流都会产生不同程度的影响；电除尘器内气流分布不均匀，流速低的区域，除尘效率高，但补偿不了高流速区域除尘效率的降低值，从而降低除尘器的除尘效率。
(4)操作条件。包括工作电压和电晕电流、电极振打强度与频率。使电除尘器获得高除尘效率，要求高压供电电源处于稳定的高工作电压；并不致出现过分频繁的闪络或电弧放电。由于电晕功率由工作电压和电晕电流组成，因此，为了得到尽量高的除尘效率，要确保电源能在最大的电晕功率下运行；若振打强度或频率过高，脱离电极的粉尘分散，容易重返气流，反之，电极上的粉尘不易振下，会使电晕线肥大变粗，降低电晕放电效果，除尘效率下降。
五、电除尘器名词术语
（1） 台———具有一个完整的独立外壳的电除尘器称为一台。
（2） 室——纵向隔离分区，中间无隔墙的电除尘器叫单室电除尘器；中间有隔墙的叫双室电除尘器。
（3）电场———指气流方向上的一个供电分区，配以一组高压电源设备的单元体。卧式电除尘器常设两个、三个或四个电场。
（4） 电场长度———电场中沿气流方向一排收尘极板的总宽度。
（5） 电场宽度———电除尘器同名电极中心距与气流通道数的乘积。
（6） 电场风速———烟气在电场中的平均流速。它等于进入电除尘器的烟气量与流通截面积之比。
（7）停留时间———烟气流经电场长度所需要的时间。它等于电场长度与电场风速之比。
（8）收尘面积———收尘极板的有效投影面积。它等于收尘极板的有效长度、有效高度与2倍通道数的总乘积。
（9）比收尘面积———单位流量的烟气所分配到的收尘面积。它等于收尘面积与烟气流量之比，单位为m2//m3/s。
（10）通流截面———电场的有效高度与宽度的乘积。它从一个方面反映电除尘器规格的大小。
（11）处理风量———单位时间通过电除尘器的烟气流量。有的按工况条件下电除尘器人口与出口烟气流量平均值计算。
（12）驱进速度———荷电粒子在电场力的作用下向收尘极表面运动的速度。工程上通常采用的是有效驱进速度，是根据多依奇公式反算出来的。它是对电除尘器性能进行比较和评价的重要参数，也是电除尘器设计的关键数据。
（13）粉尘浓度———每标准立方米干气体中所含有的烟尘量。
（14）除尘效率———单位时间内电除尘器所收集的粉尘重量除以同一时间内进入电除尘器的粉尘总重量的百分数。
六、电除尘器构成
电除尘器主要由两大部分组成。
一部分是产生高压直流电的供电机组和低压控制装置，俗称电气部分。
另一部分是电除尘本体。烟气在本体内完成净化过程。
（一）、供电控制系统
高压供电系统一般分布于电除尘器的顶部，一般为一个电场一套对应一套高压供电装置，通过除尘器顶部的绝缘子箱与电晕极相连，低压控制系统即为我们在集控制室看到的各个控制柜，与高压供电系统相对应，低应控制系统同样为一个电场对应一套低压控制系统，一般提到的电除尘器供电控制系统即为高压供电与低压控制的总称，两者不可分割。
1.高压供电
电除尘器的电源控制装置的主要功能，是根据烟气和粉尘的性质，随时调整供给电除尘器的最高电压，使之能够保持平均电压稍低于即将发生火花放电的电压（即伴有一定火花放电的电压）下运行。国内通常采用的可控硅自动控制高压硅整流机组，由高压硅整流器和可控硅自动控制系统组成。它可将工频交流电变换成高压直流电并进行火花频率控制，长乐电厂的火花频率约控制在600次/小时。
2.低压控制
电除尘器低压控制装置包括温度检测和恒温加热控制、振打周期控制、灰位指示、高低位报警和自动卸灰控制、检修门、孔和柜的安全连锁控制等，这些都是保证电除尘器长期安全可靠运行所必不可少的。
下图是高压控制柜和电气控制装置
下图为电除尘的一次回路
工频交流经晶闸管调压加在硅整流变压器的一次绕组上，经变压器升压为高压交流，然后经硅堆桥式整流电容滤波后输出负直流高压，，高压正级接地。其中直流输出的负极接到电晕线上，正极接到收尘极板上，硅堆和升压变都在变压器本体内。
K型电除尘系统核心--电压控制器
整流变和阻尼电阻
（二）本体部分
电除尘器本体主要部件包括：烟箱系统、电晕极系统、收尘极系统、振打系统、储灰系统、壳体、管路、壳体保温等。
1.烟箱系统（进出口烟道）
烟箱系统包括进气烟箱和出气烟箱两部分。进气烟箱是烟道与电场之间的过渡段。烟气经过进气烟箱要完成由进气烟箱的小管道截面到电场大截面的扩散，此时，保持烟气流速、流场分布均匀性的平衡过渡显得尤为重要，因此，为了达到整个电场截面上气流分布的均匀，进气烟箱采用喇叭形，并在其中装有三层气流均布板，其目的是使烟道中来的烟气经过时气流尽可能均匀地进入全电场。同时在进气烟箱上要有对湿度、温度、流速、动静压及含尘浓度等进行监测的监测孔。
出气烟箱是已经净化过和烟气由电场到出气烟道的过渡段。这里对气流分布的要求比较低，只需注意不要因为烟气流速的急剧变化对电场内的气流分布造成大的影响就可行了。
2.电晕极系统(阴极系统)
阴极系统是产生电晕、建立电场的最主要构件，它决定了放电的强弱。影响烟气中粉尘荷电的性能，直接关系着除尘效率。安装时要保证严格的极间距，保证整个电晕极系统与电除尘器其它部件良好的绝缘性能和足够的放电距离。
阴极系统由阴极框架、阴极砧梁、阴极悬挂系统及防摆装置构成，阴极系统通过砧梁悬挂在阴极吊梁上。
阴极系统支承绝缘子或绝缘轴的周围若温度过低，其表面容易结露，当除尘器工作时，可能沿绝缘子或绝缘轴表面产生爬电或沿面放电，使工作电压无法上升，所以支承绝缘子附近装设电加热器，外加保温箱，设恒温控制器，以保持温度。
3.收尘极系统（阳极系统）
阳极系统由极板排、振打砧及防摆装置构成，阳极板的主要功用是与阴极线形成静电场及收尘，它是由特制的薄板在专用轧机上轧制成形的。由若干块阳极板组成的阳极排平面应具有较好的刚性，保证其平面度在规定范围内，以保证阴阳极间距的极限偏差。
极板排通过吊板上的二个孔自由悬挂在壳体顶梁底部的吊耳上，吊板上焊有振打砧，振打力通过振打砧传递到极板排上，阳极系统的振打清灰采用电磁锤振打器，一般三排，或五排阳极板配一个振打器。
4灰尘收集输送系统
电除尘收集下的粉尘，通过灰斗和排、输灰装置输送走，以保证电除尘器的稳定运行。输灰方式分为二类：干输灰和水冲灰，干输灰又分为气力输灰和机械输灰两种。
5.壳体
壳体可以分为两部分，一部分是承受电除尘器全部结构重量及外部附加荷载（北方地区还须考虑冬季雪载）的框架；另一部分是用以将外部空气与电除尘内部隔开，独立形成一个电除尘环境的墙板。现代电除尘器几乎都采用钢质壳体，壳体也有用钢筋混凝土或砖砌筑的，当捕集高温及腐蚀性较大的烟气时，则采用瓷砖或铅板作内衬。一般壳体耗钢量占除尘器总钢量的1/5~1/3，所以它是影响电除尘器经济性的重要因素。壳体不仅要有足够的风度、强度及严密性，而且要考虑工作环境下的耐腐蚀性和稳定性。因为在运行前后，电除尘器各构件受热要发生变形，所以电除尘器壳体下部的支座不能都与基础固定，而是只有一点固点，其余各点采用各种形式的活动支座，使其沿指示方向滑动。
6.保温系统
保温不良不仅会影响电场内气流分布的均匀性或由于绝缘子结露造成沿面爬电而影响电除尘器的正常工作，而且还会导致电除尘器锈蚀，若保温层敷设质量差，使用寿命短，必将造成人力和物力的浪费，因此壳体保温的设计施工同样也是不可忽视的，保温材料要选热阻大、重量轻、易敷设的材料，如岩棉板、矿渣棉板、玻璃棉毡、微孔硅酸钙、蛭石板、珍珠岩板等。
保温层的护板材料要选耐腐蚀、抗老化、方便施工的板材，并要求断面呈波形，如薄的刷漆钢板、玻璃钢瓦楞板等，对保温层和护板的敷设，要做到敷设连续，搭缝严密，防止漏雨。
7、顶部电磁锤振打
顶部振打作用力的方向与极线的轴线方向一致，极线不会受到剪切力，极线的轴向强度大于径向强度，因此不易断线。由于顶部振打其振打装置设置在电除尘器顶部，隔离于烟尘之外，烟尘中没有运动部件，因此运行安全可靠，便于维护管理。顶部电磁锤振打可实现振打强度、振打频率和振打顺序在一定范围内随意调节，调整灵活、方便。·电磁锤振打器的工作原理：当线圈通电时，线圈周围便产生磁场，振打棒在磁场力的作用下被提升，达到一定高度时，线圈断电，磁场消失，振打棒在重力作用下自由下落，撞击振打杆，由振打杆将振打力传递到电除尘器内部的阴、阳极系统或气流分布装置上，达到振打清灰的目的。
七、电除尘的维护与保养
为了使电除尘器长期有效地运行，达到预期的除尘效率，必须做好电除尘器的维护和保养。
常规维护保养：
（1） 进入电场先检查积灰情况，再进行清扫。
（2）检查电场侧壁、检查门、顶盖上绝缘子室等部位是否有漏风结露、极板腐蚀现象或积灰现象，并消除之。
（3）有时烟气流速较低部位气流分布板有可能积灰、堵塞，检查并进行人工清扫。
（4）检查阴极框架以及极线的弯曲情况和积灰情况。
（5） 检查阳极板及振打杆的弯曲情况和积灰情况。
（6）检查保温箱：紧固电场引下线，有无严重氧化过热痕迹，检查引下线与导电体的间距。擦拭绝缘支柱绝缘层表面灰尘，检查支柱外观及绝缘层，紧固支柱中间盖板螺栓。
（7）检查高压硅整流变压器、接触形状、继电器、加热元件功能、温测温控仪表、报警装置、接地装置是否正常，并消除故障。
八、电除尘器故障原因分析及其处理
电除尘器的故障可分为本体故障、电源故障、综合故障，其故障现象一般可从电控设备中体现，但这三者之间并不是相互独立，而是相辅相成，本体故障包括电场短路、电场开路等故障；电源故障包括偏励磁、过流、可控硅短路、系统自检故障等故障；综合故障包括除尘效率下降，反电晕，运行电流、电压低等。因此，故障的判断应从多个方面分析，去伪存真。
本体故障包括电场短路、电场开路等故障；电源故障包括偏励磁、过流、可控硅短路、系统自检故障等故障；综合故障包括除尘效率下降，反电晕，运行电流、电压低等。
常见故障及处理简述：
1）二次短路：
V1、I1、V2几乎为零，I2较大
原因：
a) 高压隔离开关接地
b）电场极线断线
c）灰斗堵灰、积灰短路
d）绝缘子击穿、高压电缆击穿
2）二次开路：
V1正常，V2较大，I1、I2几乎为零
原因：
阻尼电阻烧断
高压隔离开关断开
从阻尼电阻、隔离开关至电晕线连线上的某个点发生断线
3）I2电流小：
原因：
电晕线肥大、振打不良，
二次高电压、低电流
粉尘浓度高、电晕封闭
粉尘比电阻高、反电晕前兆
4）I2电流大：
原因：
a、严重反电晕
b、绝缘子或阴极吊挂严重爬电