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电除尘器中的电晕放电与反电晕现象

1.电晕放电

电晕放电(corona discharge)是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电,是最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近,由于局部电场强度超过气体的电离场强,使气体发生电离,因而出现电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到光亮,并伴有咝咝声。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别,这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下,负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。

在电晕区域,电子被加速到相当高的速度,可以在撞击一个空气分子时把一个电子撞出来,于是产生一个正离子和一个电子。在电晕区域内是以自保持雪崩的情势产生这个进程,从而在导线四周产生了稠密的自由电子云和正离子云,这叫电晕放电。

在负极性电晕中,当电子引起碰撞电离后,电子被驱往远离尖端电极的空间,并形成负离子,在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时,正离子被吸进电极,此时出现脉冲电晕电流,负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环,以致出现许多脉冲形式的电晕电流。

电晕放电可以是连续放电,也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下,如果升高尖端导体的电位,电晕会发展成为通向另一物体的火花。

形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类有很大关系。在负电性的气体中,当电极为球一平面、电极间隙为球半径时,产生电晕放电。相反,若气体为非负电性气体时,则不产生电晕放电。

影响因素:

1.与海拔高度有关。海拔越高,空气越稀薄,则起晕放电电压越低。

2.与湿度有关。湿度增加,表面电阻率降低,起晕电压下降。

3.端部高阻防晕层与温度有关。如常温下高阻防晕层阻值高,则温度升高其起晕电压也提高。常温下如高阻防晕层阻值偏低,起晕电压随温度升高而下降。

4.槽部电晕与槽壁间隙有关。线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产生电火花放电。环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙在是0.2~0.3mm左右。

5.与线棒所处部位的电位和电场分布有关。越高越易起晕,电场分布越不均匀越易起晕。

2、反电晕现象

根据粉尘比电阻(ρd)对电除尘器工作特性的影响,将粉尘分为三类:

ρd<104Ω?cm,

104Ω?cm<ρd<1010Ω?cm,

ρd>1010Ω?cm

属于第三类的粉尘在到达收尘极表面后,荷电粉尘放电很慢,造成电荷积累,这不仅排斥随后而来的带同号电荷的粉尘,影响其沉积,而且随着带电粉尘层的不断加厚,电荷积累越来越多,粉尘层与收尘极之间场强不断增大。当场强约达到103V/cm时,粉尘层上就发生局部的绝缘击穿现象(实验室内空气击穿场强大约为3x104V/cm)。这种在收尘极形成的点状放电现象称之为反电晕现象。发生反电晕时,粉尘表面呈现出恰似发生磷光那样的外观,与此同时,放电电流猛增。反电量非常容易延伸成为闪烁状并向火花放电过渡,从而产生激烈的火花放电。

一旦产生反电晕现象粉尘层的击穿点即经粉尘间隙产生空气电离,并向放电电极释放大量正离子,除尘器伏-安曲线中电流值迅速增长,严重破坏除尘器对粉尘的荷电和捕集效果,致使除尘器的效率很低。反电晕产生的正离子流随粉尘层场强和层厚(近似为电离的电子雪崩深度)而增高。

反电晕是在电除尘器中沉积在极板表面上的高比电阻粉尘层所产生的局部放电现象。高比电阻粉尘到达收尘极板后不易释放。其极性及电晕极相同,便排斥后来的荷电粉尘,由于粉尘层的电荷释放缓慢,粉尘间形成较大的电位梯度,当粉尘层中的电场强度大于其临界值时,就会在粉尘层的空隙间产生局部击穿,产生与电晕极极性相反的正离子,并向电晕极运动,中和电晕极带负电的粒子。其表现为电流增大,电压降低,粉尘二次飞扬严重,使得收尘性能显著恶化。

7、抑制反电晕措施

(1)降低粉尘比电阻

发生反电晕的根本原因是粉尘比电阻太高,所带电荷在收尘极上释放太慢。如能降低粉尘的比电阻,反电晕的问题自然会消除或削弱。通过调节烟气温度、增加水分及其它调质剂可使粉尘比电阻降低到适宜的范围内。

① 调节烟气温度

粉尘比电阻随温度的变化而变化。当温度较低时,ρ较小,随温度升高,ρ急剧增大大约在100℃~200℃之间达到峰值,当再进一步提高温度时,ρ反而又急剧下降。由此可知,当电除尘器工作在低温区或高温区时,烟尘的比电阻较低,可抑制反电晕的发生。

②烟气调质

将雾化的水基调质剂喷入烟气中,小部分雾滴在完全汽化前可直接与粉尘碰撞,并附着在飞灰表面:大部分穷滴将被蒸发,以水蒸汽形式存在于烟气之中,其吸附并凝结在粉尘表面形成水膜。粉尘表层的金属离子会溶于水膜,进一步增加水膜的导电性,使粉尘可快速迁移、传递电荷,起到降低粉尘比电阻的效果。

在烟气中加入SO2,SO3,NH,NaCl,FeCl,MgC1或某些碳氢化合物、油滴之类的物质,对降低粉尘比电阻是非常有效的。通常对酸性粉尘,以碱性物质为添加剂;对碱性粉尘,以酸性物质为添加剂。这类添加剂的作用是吸附在难于吸水的粉尘表面上,以它作为媒介来帮助粉尘吸附水分子,水仍是导电的主体。

(2)采用水膜清灰

采用水膜清灰时,荷电的高比电阻粉尘沉积到水膜上,能很快地将所带电荷释放掉,且粉尘随水膜水流被冲走,不会在收尘极表面造成电荷积累,因此可消除反电晕,提高电除尘效率。

(3)采用先进的供电方式

脉冲供电、间歇供电、微机控制供电、正极性供电、交变极性供电

(4)合理改善极配型式

如采用宽间距电除尘器、选择合适的线间距、采用带辅助电极的电晕线组、采用宽支撑电晕线、采用加密芒刺线等。

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