靜電除塵原理與在通風空調(diào)中應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上靜電除塵原理與在通風空調(diào)中應用作者：沈晉明 上海同濟大學教授、博導，中國潔凈技術委員會副主任一引言靜電吸附空氣中塵粒的原理古代就被人們所認識，但利用靜電除塵的設想直到19世紀初才形成。第一臺用于實際工程的電除塵器是在1907年誕生，至今已有100年，靜電除塵技術在我國工業(yè)領域中排風中除塵應用是到從20世紀30年代才開始，而在室內(nèi)除塵方面應用則晚到20世紀60年代。對于暖通空調(diào)來說進風技術與排風技術的要求差異很大，不能混為一談。因此本文從這個層面上探討一下靜電除塵器的原理與應用。二排風用靜電除塵器靜電除塵器要在實際通風除塵工程上應用，必須制造出兩個電場，一個電場使空氣中

2、塵埃荷電，稱為荷電電場；另一個電場使荷電塵粒分離收集，稱為分離電場。一般荷電場的放電極（有金屬絲、桿、各種片狀）連接高壓直流電源的負極，分離電場的集塵極（有平板、圓柱或棱柱）接地為正極。兩極之間所形成的高壓電場。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，在兩極間形成了電流。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，撞擊空氣中的中性原子。將中性原子會電離成正、負離子?？諝怆婋x后，產(chǎn)生連鎖反應，兩極間移動的離子數(shù)大大增加，使得極間的電流急劇增加，空氣導電。當放電極周圍的空氣全部電

3、離后，在放電極周圍出現(xiàn)淡藍色的光環(huán)，即產(chǎn)生了電暈。放電極（金屬桿）電暈范圍通常只是周圍幾毫米處。由于電暈區(qū)的范圍很小，只有正離子進入電暈內(nèi)區(qū)，少量的塵粒在電暈內(nèi)區(qū)通過，獲得正電荷，沉積在電暈極上。而負離子進入電暈外區(qū)，與大量在電暈外區(qū)通過的塵粒相碰，獲得負電荷，最后沉積在集塵極（陽極板）上。由于負離子活躍，大大提高了塵粒的負電率，使得除塵率保持很高的水平。當塵埃聚集到一定程度，需要清灰。電除塵器在運行時，由于排風（如煙氣）工況是隨時變化的，施加的電壓必須在電流隨排風工況變化時進行調(diào)整，否則不能保證電除塵器高效率穩(wěn)定運行。因此要使電除塵器達到高效運行，必須具有良好的高壓供電、自動控制和完善的保護

4、措施：如交流輸入浪涌保護、交流過壓保護、交流短路保護、高壓電源過溫保護、電暈器電源過流/短路保護、集塵器電源短路保護、外殼接地保護等等。因此從靜電除塵原理上講，采用負電暈、電壓越高、電暈越穩(wěn)定、集塵極的長度越大、控制越好、靜電除塵效率越高。靜電除塵器適用于除去煙塵中0.0150m塵粒，而且煙塵濃度越高、效率也越明顯。實踐表明，處理的煙塵量越大，使用靜電除塵器的投資和運行費用越經(jīng)濟。另外靜電對于處理對象溫度與壓力不敏感，因此非常適用處理工業(yè)塵的排風。由于負電暈起暈電壓高，電壓一般高達幾萬伏至幾十萬伏。負電暈穩(wěn)定，分離效率高。因此用于排風的靜電除塵器均采用負電暈。當然如此高的電壓，所產(chǎn)生的臭氧和氮

5、氧化物量也大，但是高濃度的臭氧和氮氧化物隨排風排入大氣，很快被稀釋了，不會產(chǎn)生任何危害。大型工業(yè)用電除塵器一般處理風量大、電壓高、極距寬、電場長度長、通風截面大、收塵效率高等特點。電暈極多為芒刺形、星形等，集塵極多為板式、管式等，電場長度均在數(shù)米以上。為進一步提高除塵效率，常將荷電電場和分離電場分設（稱為雙區(qū)型），保證有足夠的時間使塵粒荷電。又加大橫截面積，限制了電場風速，提高了集塵效率。再加上高可靠的供電與自控系統(tǒng)，運行穩(wěn)定。盡管排風用靜電除塵器的體積都很龐大，但排風氣流一次通過效率很高，均在99%以上。靜電除塵器的優(yōu)點 凈化效率高，能夠鋪集0.01微米以上的塵粒。 阻力損失小，耗電量也比較

6、小。 允許排風溫度較高。 處理氣體范圍量大。 可以實現(xiàn)操作自動控制。 靜電除塵器的缺點: 設備比較復雜，對設備制作和安裝以及維護管理水平要求高。 對塵粒比電阻有一定要求。對處理塵粒有一定的選擇性，不可能對所有塵粒都有很高的凈化效率。 受氣溫、濕度等運行條件影響，溫濕度會影響塵粒比電阻值，也會引起結露爬電高壓擊穿，破壞電場運行。三進風用靜電除塵器用于進風的靜電除塵器直到1935年由美國加利福尼亞大學的Penny博士才首次研制成功。主要是安全問題難以解決。他很聰明利用了陽極電暈（或稱正電暈）放電原理，使得起暈電壓降低，所產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物量大大減少，這對用于進風用的靜電凈化器十分重要，因為它服務

7、對象是室內(nèi)的人和工藝，送風的安全、穩(wěn)定和可靠是關鍵，故對于設置室內(nèi)常稱為靜電式空氣凈化器。但是正電暈不穩(wěn)定，容易造成電場閉塞，須有一定技術才能解決。正電暈與上述負電暈相反，是正離子進入電暈外區(qū)，與在電暈外區(qū)通過塵粒的相碰，使空氣中的塵粒帶正電荷，捕集到集塵極上，達到凈化空氣的目的。與負電暈相比，正電暈有許多缺點，如電暈不穩(wěn)、正離子使塵粒荷電率較低，除塵效率不高。如上所述，靜電凈化器對高濃度小微?？刂戚^適用，比如香煙煙塵等，但進風實際處理的對象是大氣塵，其濃度不可能那么高，運行效果并不明顯。靜電凈化器的確具有抑菌效果，從原理上講電暈范圍很小，是空氣電離與塵粒荷電，而不是“觸電身亡”，抑菌效率不可

8、能100%。靜電凈化器適合于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的場所，因為不需要很高除塵效率。但不要用于有較高無菌要求的場合。萬一運行中出現(xiàn)問題，菌、塵可以毫無阻攔地進入無菌室，失去了保障體系的意義。從這層意義上講，采用靜電空氣凈化裝置對無菌室不是減少微生物污染的風險，而是增加了一個隱患。為此GB50333醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范明確規(guī)定靜電空氣凈化裝置不得作為潔凈手術室的末級凈化設施。如要使用，在其末端必須要設置高效空氣過濾器。對于高度無菌（如無菌病房、器官移植手術室等）和生物安全（如SARS病房、生物安全實驗室等）唯一被國內(nèi)外認可的除菌裝置就是高效過濾器。另外，用于進風或設置在室內(nèi)的靜電凈化器受安裝空間制

9、約，體積較小。小型靜電凈化器的設計理論、結構參數(shù)、氣流參數(shù)、電氣參數(shù)和性能參數(shù)的選取、計算，與傳統(tǒng)大型工業(yè)靜電除塵器不同。為了縮小體積，常將荷電電場和分離電場合二為一，稱為單區(qū)型，電場長度縮短。電暈極一般采用細圓管或合金絲。集塵極常采用蜂窩式、方形、圓管等，其中蜂窩式集塵表面積最大，使用最為廣泛。為了安全使用，必須降低電壓，常采用低高壓，小極距。在靜電凈化器中，作為產(chǎn)生電暈放電和集塵極的主體，直接關系到電除塵器能否持續(xù)高效、安全運行。但為了降低成本，選材、零部件制造工藝與裝配精度要求不高，加上高壓供電與自控裝置也較為簡陋，其可靠性當然無法與排風用靜電除塵器相比。對于靜電空氣凈化裝置的性能更要強

10、調(diào)不在于初期的測試，而在于日常運行。運行中常出現(xiàn)打火花、電暈閉塞、電場擊穿、返混現(xiàn)象、二次揚塵等現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差，造成瞬時濃度劇升。因此常常在其前后設置空氣過濾器。至于在運行中頻出火花引起臭氧和氮氧化物劇升，那是毫無辦法。有的不得不后置活性碳吸附器，增加這么多的附件，往往將靜電凈化器的優(yōu)點蕩然無存。鑒于用于進風或設置在室內(nèi)的靜電凈化器效率偏低、不穩(wěn)定，不得不采用“室內(nèi)自循環(huán)效率”來替代通風空調(diào)規(guī)范中規(guī)定的“一次通過效率”?？傊瑥囊陨戏治隹芍?，進風用的靜電凈化器由于采用正電暈、體積小、價格低等自身原因，要將凈化效率提高、運行穩(wěn)定實是不易，或者說先天不足。自二十世紀三十年代發(fā)明以來，不斷推廣使用

11、，又不斷被拋棄淘汰，周而復始，已歷經(jīng)幾個周期。當然每一個周期總伴隨著一些技術進步，又發(fā)現(xiàn)新的不足。相對來說排風用靜電除塵器幾十年來一直被市場所認可，而用于進風或設置在室內(nèi)的靜電凈化器幾乎沒有一臺長期使用至今。兩者的差異見表1。表1 進風用和排風用的靜電除塵器比較用途進風用靜電除塵器排風用靜電除塵器服務對象室內(nèi)人員、或生產(chǎn)工藝室外大氣環(huán)境處理對象大氣塵工業(yè)塵要求保障室內(nèi)人員健康，滿足工藝要求，強調(diào)安全、可靠滿足環(huán)境排放要求，強調(diào)除塵效率塵粒濃度控制保證穩(wěn)定的低濃度送風，滿足室內(nèi)含塵濃度控制要求。排放總量控制，允許“一次最高容許排放濃度”有害氣體控制嚴格控制臭氧和氮氧化物有要求，但不強調(diào)電暈采用正

12、電暈、起暈電壓低采用負電暈、起暈電壓高集塵極采用負極，長度短采用正極，長度長電場常采用單區(qū)型，塵粒荷電時間短常采用雙區(qū)型，塵粒荷電時間短效率荷電率與除塵效率較低荷電率與除塵效率較高裝置體積小、價格低體積大、價格高高壓供電、自控、保護措施較低較高通風末端要求末端要求設置空氣過濾器無要求四結語總的來說，對氣溶膠微粒荷電原理認識不夠，離子和粒子等在電場中的運動規(guī)律還未被充分認識，尤其是靜電除塵非穩(wěn)態(tài)過程的研究，對不同性質(zhì)的氣溶膠凈化除塵措施有待改進。靜電除塵器的抑菌和分解VOC機理更是了解甚少，靜電除塵理論仍然落后于實踐。盡管市面上眾說紛紜，如從進風和排風技術的要求，以及靜電除塵的原理，不難可以看出

13、進風用和排風用的靜電除塵器的優(yōu)缺點和適用場所，使我們保持清醒的頭腦。特別是對于進風或設置在室內(nèi)的靜電凈化器來說，室內(nèi)人員安全、可靠是最大前提。要在正電暈、小體積、低價格的條件下提高靜電凈化器性能實屬不易。從使用歷史看，靜電凈化器不斷推廣使用，又不斷被拋棄淘汰，每經(jīng)一個周期總伴隨著一些技術進步，也發(fā)現(xiàn)靜電凈化技術不足。當然靜電除塵也在受到各種新技術的挑戰(zhàn)，低阻、高效、安全的新技術不斷涌現(xiàn)。尤其是進風用靜電凈化器，因為一般場所對除塵效率要求不高，對消除VOC等低濃度污染不斷提出要求，對其安全性、運行維護簡易、低價等要求又卻較高，而高度無塵無菌場所又有力所不及，無法替代高效過濾除菌。隨著我國環(huán)保意識

14、增強，排放標準的提高，過濾型的布袋除塵器已逐步替代了靜電除塵器，這對排風用靜電除塵器也是一個挑戰(zhàn)。靜電除塵是集多門學科之大成的一門綜合技術，每一方面研究的成果、技術進步，都能對其發(fā)展產(chǎn)生推動作用。但愿近年靜電除塵技術有所突破、應對各種新的挑戰(zhàn)。參考文獻：1. D.Pnueli，C.Gutfinger，L.Moldavsky，K.Shuster and M.Fichman. “Electrostatic porous filter with a blocking electrode”. J.Aerosol Sci. vol.31,No.11, pp.1371-1379,20002. C.Gutf

15、inger, L.Moldavsky，K.Shuster M.Fichman and D.Pnueli，”Enhancing the efficiencity of the electrostatic filter”. J. Aerosol Sci. vol.31,Suppl, pp.S608-S609,20003. Dexuan Xu, Zhendong Pan, Yinghap Sun, Zhiming Guo and Haijun Wang. “Capturing fine particle using magnetically enhanced corona pre-charger in front of an electrostatic enhancement filter”. IEEE,20054. Rich Gebert, Craig Rinschler, Chris Polizzi, Ulf Harig, Gernot Pranghofer, GmbH Stanley J. Miller, “A New Filter System, Combining A Fabric Filter And Electrostatic Precipitator For Effective Pollution C