靜電除塵器的工作原理
靜電除塵器的工作原理是利用高壓直流不均勻電場使煙氣中的氣體分子電離，產生大量電子和離子，在電場力的作用下向兩極移動，在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒使其荷電，荷電粉塵在電場力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗從而使煙氣凈化。
1．氣體電離和電暈放電
由于輻射摩擦等原因，空氣中含有少量的自由離子，單靠這些自由離子是不可能使含塵空氣中的塵粒充分荷電的。因此，要利用靜電使粉塵分離須具備兩個基本條件，一是存在使粉塵荷電的電場；二是存在使荷電粉塵顆粒分離的電場。一般的靜電除塵器采用荷電電場和分離電場合一的方法，如圖1所示的高壓電場，放電極接高壓直流電源的負極，集塵極接地為正極，集塵極可以采用平板，也可以采用圓管。
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圖1靜電除塵器的工作原理
在電場作用下，空氣中的自由離子要向兩極移動，電壓愈高、電場強度愈高，離子的運動速度愈快。由于離子的運動，極間形成了電流。開始時，空氣中的自由離子少，電流較少。電壓升高到一定數(shù)值后，放電極附近的離子獲得了較高的能量和速度，它們撞擊空氣中的中性原子時，中性原子會分解成正、負離子，這種現(xiàn)象稱為空氣電離？諝怆婋x后，由于聯(lián)鎖反應，在極間運動的離子數(shù)大大增加，表現(xiàn)為極間的電流（稱之為電暈電流）急劇增加，空氣成了導體。放電極周圍的空氣全部電離后，在放電極周圍可以看見一圈淡藍色的光環(huán)，這個光環(huán)稱為電暈。因此，這個放電的導線被稱為電暈極。
在離電暈極較遠的地方，電場強度小，離子的運動速度也較小，那里的空氣還沒有被電離。如果進一步提高電壓，空氣電離（電暈）的范圍逐漸擴大，最后極間空氣全部電離，這種現(xiàn)象稱為電場擊穿。電場擊穿時，發(fā)生火花放電，電話短路，電除塵器停止工作。為了保證電除塵器的正常運動，電暈的范圍不宜過大，一般應局限于電暈極附近。
如果電場內各點的電場強度是不相等的，這個電場稱為不均勻電場。電場內各點的電場強度都是相等的電場稱為均勻電場。例如，用兩塊平板組成的電場就是均勻電場，在均勻電場內，只要某一點的空氣被電離，極間空氣便會部電離，電除塵器發(fā)生擊穿。因此電除塵器內必須設置非均勻電場。
開始產生電暈放電的電壓稱為起暈電壓。對于集塵極為圓管的管式電除塵器在放電極表面上的起暈電壓按下式計算：
 (1) |
式中m——放電線表面粗糙度系數(shù)，對于光滑表面m=1，對于實際的放電線，表面較為粗糙，m=0.5～0.9；
R1——放電導線半徑，m；
R2——集塵圓管的半徑，m；
δ——相對空氣密度。
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T0、P——標準狀態(tài)下氣體的絕對溫度和壓力；
T、P——實際狀態(tài)下氣體的絕對溫度和壓力。
從公式（1）可以看出，起暈電壓可以通過調整放電極的幾何尺寸來實現(xiàn)。電暈線越細，起暈電壓越低。
電除塵器達到火花擊穿的電壓稱為擊穿電壓。擊穿電壓除與放電極的形式有關外，還取決于正、負電極間的距離和放電極的極性。
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圖（2）是在電暈極上分別施加正電壓和負電壓時的電暈電流—電壓曲線。從圖（1）可以看出，由于負離子的運動速度要比正離子大，在同樣的電壓下，負電暈能產生較高的電暈電流，而且它的擊穿電壓也高得多。因此，在工業(yè)氣體凈化用的電除塵器中，通常采用穩(wěn)定性強、可以得到較高操作電壓和電流的負電暈極。用于通風空調進氣凈化的電除塵器，一般采用正電暈極。其優(yōu)點是，產生的臭氧和氮氧化物量較少。
2．塵粒的荷電
電除塵器的電暈范圍（也稱電暈區(qū)）通常局限于電暈線周圍幾毫米處，電暈區(qū)以外的空間稱之為電暈外區(qū)。電暈區(qū)內的空氣電離后，正離子很快向負（電暈）極移動，只有負離子才會進入電暈外區(qū)，向陽極移動。含塵空氣通過電除塵器時，由于電暈區(qū)的范圍很小，只有少量的塵粒在電暈區(qū)通過，獲得正電荷，沉積在電暈極上。大多數(shù)塵粒在電暈外區(qū)通過，獲得負電荷，最后沉積在陽極板上，這就是陽極板稱為集塵極的原因。
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圖3塵粒移動示意圖
塵粒荷電是電除塵過程的第一步。在電除器內存在兩種不同的荷電機理。一種是離子在靜電力作用下做定向運動，與塵粒碰撞，使其荷電，稱為電場荷電。另一種是離子的擴散現(xiàn)象導致塵粒荷電，稱為擴散荷電。對dc>0.5μm的塵粒，以電場荷電為主；對dc<0.2μm的塵粒，則以擴散荷電為主；dc介于0.2～0.5μ的塵粒則兩者兼而有之。在工業(yè)電除塵器中，通常以電場荷電為主。
在電場荷電時，通過離子與塵粒的碰撞使其荷電，隨塵粒上電荷的增加，在塵粒周圍形成一個與外加電場相反的電場，其場強越來越強，最后導致離子無法到達塵粒表面。此時，塵粒上的電荷已達到飽和。
在飽和狀態(tài)下塵粒的荷電量按下式計算：
 (2) |
式中ε0——真空介電常數(shù)，ε0=8.85×10-12C/N•m2；
dc——粒徑，m；
Ef——放電極周圍的電場強度，V/m；
εp——塵粒的相對介電常數(shù)。
εp與粉塵的導電性能有關。對導電材料εp=∞；絕緣材料εp=1；金屬氧化物εp=12～18；石英εp=4.0。
從上式可以看出，影響塵粒荷電的主要因素是塵粒直徑dc、相對介電數(shù)εp和電場強度。
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