在現(xiàn)代工業(yè)中，火電、冶金、建材和化工等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中均排放含有大量粉塵的煙氣，不但加劇了對(duì)大氣環(huán)境的污染，也嚴(yán)重危害著人類的自身健康?？刂乒I(yè)粉塵污染所采用的主要途徑是安裝除塵器，按其捕集機(jī)理可分為機(jī)械除塵器、電除塵器、過(guò)濾除塵器和洗滌除塵器等。其中， 電除塵器(Electrostatic Precipitator，簡(jiǎn)稱ESP)具有處理煙氣量大、除塵效率高、適應(yīng)范圍廣、設(shè)備阻力低、使用簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)煙塵治理領(lǐng)域，尤其是電力行業(yè)的產(chǎn)品。
目前ESP 仍然是用量zui多，市場(chǎng)占有額zui大的除塵設(shè)備之一。然而，隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格和大氣污染問(wèn)題的日益突出，對(duì)ESP 的生存和發(fā)展提出了更高要求和新的挑戰(zhàn)。ESP 現(xiàn)在面臨的技術(shù)難題主要有兩個(gè): 一是對(duì)微細(xì)( 納米級(jí)和微米級(jí)) 顆粒物的收集，二是對(duì)高比電阻粉塵的收集。對(duì)于微細(xì)顆粒物，由于其粒徑甚小，荷電量低，而難以在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)收塵極板。ESP 對(duì)粉塵質(zhì)量濃度的處理效率可達(dá)99% 以上，但對(duì)顆粒物數(shù)量濃度的處理效率一般低于50%，未捕集到的粒子基本上都是對(duì)人類健康危害較大的微細(xì)粉塵。對(duì)于高比電阻粉塵，不斷沉積于收塵極板上的高比電阻粉塵層所帶的電荷不易通過(guò)接地極板釋放，從而導(dǎo)致電荷積累。當(dāng)電荷積累所形成的附加電場(chǎng)達(dá)到粉塵層孔隙內(nèi)氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，就出現(xiàn)反電暈，并向放電極釋放大量異極性離子流，導(dǎo)致粉塵荷電量減少，二次揚(yáng)塵加劇，火花電壓降低，除塵效率下降，除塵器無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。
傳統(tǒng)ESP 的核心是極板結(jié)構(gòu)及其配置，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用增大收塵面積，通過(guò)煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)改善粉塵的比電阻，增大電暈功率，增加電場(chǎng)長(zhǎng)度或增多電場(chǎng)數(shù)量等方式去彌補(bǔ)收塵效率不高的缺陷，但這樣往往會(huì)帶來(lái)很多負(fù)面作用而得不償失，并不能從根本上解決問(wèn)題。電極作為ESP 的核心部件之一對(duì)除塵效率有重要影響:電極的幾何形狀、極距等因素影響電場(chǎng)及流場(chǎng)特性，電場(chǎng)特性(電暈場(chǎng)強(qiáng)、空間電荷密度等)則決定了粉塵顆粒的荷電和捕集能力，而粉塵顆粒的荷電和捕集能力正是衡量ESP 除塵效率高低的關(guān)鍵性因素。因此，進(jìn)一步深入研究電極技術(shù)對(duì)克服微細(xì)顆粒物的收集和粉塵層反電暈這兩個(gè)技術(shù)難題具有重要意義。本文對(duì)近年來(lái)在ESP 極板方面所做的研究工作進(jìn)行了綜述，并對(duì)電極技術(shù)的研究進(jìn)展做了相應(yīng)概述。
1、電除塵器電極結(jié)構(gòu)改進(jìn)
ESP 的電極包括電暈極系統(tǒng)和收塵極系統(tǒng)。常規(guī)電暈電極又稱陰極線或電暈線，由不同截面形狀的金屬導(dǎo)線制成，接至高壓直流電源的負(fù)極。收塵極又稱陽(yáng)極板或沉降極板，由不同形狀的金屬板制成并接地。ESP 的核心是電極的線板結(jié)構(gòu)及其配置，合理的極配可使粉塵zui大限度地荷電、沉降，zui小限度地產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，zui大限度地利用極板面積，降低鋼耗。
1. 1 電暈極結(jié)構(gòu)改進(jìn)
電暈極系統(tǒng)是產(chǎn)生電暈、建立電場(chǎng)的zui主要構(gòu)件，它包括電暈線、電暈線框架、框架吊桿及支撐套管、電暈極振打裝置等部分。電暈極系統(tǒng)決定了放電的強(qiáng)弱影響煙氣中粉塵荷電的性能，直接關(guān)系著除塵效率。它的強(qiáng)度和可靠性也直接關(guān)系著整個(gè)ESP 的安全運(yùn)行。所以電暈極系統(tǒng)是ESP 設(shè)計(jì)、制造和安裝的關(guān)鍵部件，必須具有良好的線型，合理的結(jié)構(gòu)和適宜的振打，安裝時(shí)要保證嚴(yán)格的極間距，確保電暈極系統(tǒng)與除塵器其它部件的良好絕緣和足夠的放電距離。研究表明，放電極的幾何形狀和尺寸對(duì)電場(chǎng)特性的影響僅次于電壓。
電暈電極分為非芒刺電極(無(wú)固定電暈輝點(diǎn)電極)和芒刺電極(有固定電暈輝點(diǎn)電極) 。非芒刺形電極主要包括圓形、麻花形、星形，沿線全長(zhǎng)放電。圓形線一般采用鎳鉻合金制成螺旋彈簧形，上部懸掛在框架上，下部用重錘保持其垂直位置，在導(dǎo)線保持一定張力的情況下，電暈線處于張緊狀態(tài)。圓形電暈極直徑越小，起暈電壓越低、放電強(qiáng)度越高，機(jī)械強(qiáng)度也低，振打容易損壞; 星形線是用普通碳素鋼冷軋而成，利用極線全長(zhǎng)的四個(gè)尖角部位放電，放電效果好于光線式。具有材料便宜，易于制造，斷面積較大，比較耐用，有尖銳邊和電流較大等特點(diǎn)。但它在使用時(shí)容易因吸附粉塵而肥大，從而失去放電性能，使除塵器除塵效率急劇下降，因此只適用于含塵濃度低的情況; 為了克服星形線容易積灰的缺點(diǎn)，美國(guó)洛奇－ 利特雷爾公司設(shè)計(jì)了一種麻花形線，由于將星形線扭成螺紋形，所以在其溝槽內(nèi)不易積灰，即使積灰，在振打時(shí)也容易被抖落，而且麻花形線力學(xué)強(qiáng)度較高，不易斷。
芒刺狀電暈電極是在電暈線的主干上焊上(或沖出)若干個(gè)的芒刺，當(dāng)電暈工作時(shí)(通上高壓直流電)，在芒刺點(diǎn)能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電，其起暈電壓比其他形式極線低，放電強(qiáng)度高。強(qiáng)烈的粒子流能破壞負(fù)空間電荷效應(yīng)，避免出現(xiàn)電暈閉塞; 同時(shí)強(qiáng)烈的離子流還能產(chǎn)生速度較大的電風(fēng)，電風(fēng)能促進(jìn)帶電粉塵向收塵極移動(dòng)，大大地增加了粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，提高除塵效率，適用于含塵濃度高的場(chǎng)合。實(shí)驗(yàn)證明，只要芒刺電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，使用過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生刺尖結(jié)瘤，也不會(huì)出現(xiàn)電腐蝕，可以長(zhǎng)期使用而不必更換。目前常見(jiàn)的芒刺電暈線主要包括芒刺形和鋸齒形等(圖1)。芒刺形又衍生出多種結(jié)構(gòu)類型，如柱狀芒刺、三角形芒刺、角鋼芒刺、波形芒刺、管狀芒刺、扁鋼芒刺、角鋼芒刺、鋸齒形芒刺、條狀芒刺和魚骨線等。

圖1 較常見(jiàn)的幾種芒刺狀電暈線
1. 2 收塵極結(jié)構(gòu)改進(jìn)
收塵極系統(tǒng)是由若干排極板與電暈線相間排列共同組成的電場(chǎng)，是使粉塵沉積的重要部件，它直接影響ESP 的效率。收塵極系統(tǒng)由陽(yáng)極板排、極板的懸吊和極板振打裝置三部分組成。它的功能是捕獲荷電粉塵，并在振打力作用下使收塵極板表面附著的粉塵成片狀脫離板面，落入灰斗中，達(dá)到除塵的目的。集塵電極要求易于塵粒沉積，避免塵粒二次揚(yáng)塵，振打性能好，便于清灰，足夠剛度強(qiáng)度，不易變形腐蝕，金屬消耗量小，氣流通過(guò)極板時(shí)阻力小，氣流容易通過(guò)等。目前，收塵極板形狀主要有網(wǎng)狀、棒幃狀、魚鱗板狀、波紋形、C 形、Z 形、CW 形、ZT 形和工字形等。網(wǎng)狀形式的極板，防二次飛揚(yáng)的性能差，僅適于電場(chǎng)風(fēng)速小、溫度高的工況; 棒幃狀是采用一排由若干根Φ8 ～ Φ9mm 的圓鋼組成的收塵極，它和網(wǎng)狀收塵極一樣，在高溫下使用時(shí)變形小，但粉塵的二次飛揚(yáng)大，所以電場(chǎng)風(fēng)速應(yīng)小于0. 6m/s，目前已很少使用; 魚鱗板狀極板是由三層鋼板組成，它雖有較好的防止二次飛揚(yáng)的性能，但因其鋼材消耗量大，極板的振動(dòng)性能差，所以新設(shè)計(jì)的ESP 也不宜采用; 波紋形極板是五十年代末期開(kāi)始使用的，它比魚鱗板狀的極板有所改進(jìn)，它的重量較輕，剛度較大，但因其防粉塵二次飛揚(yáng)和振動(dòng)性較差，目前也己被淘汰; C 形極板是六十年代初期出現(xiàn)的一種極板，由于極板的阻流寬度大，不能充分利用電場(chǎng)空間，所以很快地被其它形式所代替; Z 形極板從1965年起是我國(guó)普遍采用的一種極板，它有較好的電性能(板電流密度分布較均勻) 、防止粉塵二次飛揚(yáng)的性能以及振動(dòng)加速度分布均勻的性能等，重量也較輕，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)由于兩端的防風(fēng)溝朝向相反，極板在懸吊后容易出現(xiàn)扭曲; 大C 形極板一方面保持了Z 形極板的良好的工藝性能，克服了Z 形極板發(fā)生扭曲的缺點(diǎn)，另一方面將其厚度由原來(lái)的2mm 改為1.5mm，大大地節(jié)約了鋼材的消耗量; CW 極是聯(lián)邦德國(guó)魯奇設(shè)計(jì)的一種極板，它具有良好的振打性能和電性能，但制造困難，己被ZT 形極板所代替，另外還有BB 型和V 型極板等。
2、電極技術(shù)的研究進(jìn)展
為進(jìn)一步提高傳統(tǒng)ESP 除塵效率和捕集更細(xì)微的顆粒物，同時(shí)為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，科研人員對(duì)ESP 電極結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明了一些新型的ESP，并且將研制出的一些新材料應(yīng)用到ESP 領(lǐng)域，持續(xù)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)革新。
2. 1 新型靜電除塵器
2. 1. 1 寬間距芒刺型電除塵器
20 世紀(jì)60 年代后，隨著高壓供電技術(shù)的進(jìn)步，德國(guó)、美國(guó)等提出寬間距(通道寬度＞300mm) ESP并很快得到了工程應(yīng)用。極距加寬，外加電壓提高，有利于粒子的荷電，離子風(fēng)增強(qiáng)，加快了帶電粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，進(jìn)而提高了對(duì)微細(xì)粒子的除塵效率。而且，寬間距ESP 也增強(qiáng)了對(duì)收集高比電阻粉塵的適應(yīng)性。寬極距ESP 因具有除塵效率高、處理煙氣量大、阻力低、日常運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)收集高比電阻飛灰有明顯的效果等優(yōu)點(diǎn)得到了普遍承認(rèn)。傳統(tǒng)的靜ESP 板間距一般為250mm。當(dāng)板間距大于350mm 便稱為寬極距靜ESP。早在1977 年，美國(guó)的cooperman就利用梯度關(guān)系式研究了寬極距對(duì)粉塵氣流的影響，對(duì)寬極距有利于提高除塵效率作了充分的理論解釋: 寬極距設(shè)備由于濃度梯度小，因此湍流反混影響輕，因此對(duì)于濃度梯度大的普通靜ESP 而言，除塵效率比較高，同時(shí)寬極距陽(yáng)極板的電流密度往往較低且均勻，這是它適應(yīng)高比電阻粉塵，抑制反電暈的重要原因。
實(shí)驗(yàn)研究表明，寬間距技術(shù)既可以降低鋼耗，又能提高除塵效率，使相對(duì)誤差降低，安裝精度提高，電暈線積灰減緩，提高粉塵被吹向電暈極的可能性，抑制反電暈與二次飛揚(yáng)的產(chǎn)生。同時(shí)，它對(duì)捕集高比電阻以及低比電阻的飛灰具有明顯的*性，這是因?yàn)楫?dāng)荷電粉塵驅(qū)向集塵極時(shí)，會(huì)在空間形成負(fù)電荷離子區(qū)，由于寬極距空間大，所以負(fù)離子濃度相對(duì)降低，對(duì)驅(qū)進(jìn)速度影響不大，此時(shí)極距寬在大多數(shù)情況下取400 ～600mm。
2. 1. 2 旋風(fēng)式電除塵器
旋風(fēng)式ESP 是在旋風(fēng)除塵器內(nèi)加入電極以引入高壓靜電場(chǎng)，是離心除塵機(jī)理和靜電除塵機(jī)理相結(jié)合的除塵設(shè)備，離心力的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在大入口風(fēng)速和大粒徑灰粒上，電場(chǎng)力的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在低風(fēng)速下的小粒徑灰粒上。旋風(fēng)除塵器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等特點(diǎn)，但除塵效率不高; ESP 除塵效率高，但耗鋼材多、造價(jià)高。因此旋風(fēng)除塵機(jī)理和靜電除塵機(jī)理在靜電旋風(fēng)除塵器內(nèi)表現(xiàn)為互補(bǔ)的除塵機(jī)理，其除塵效率是旋風(fēng)除塵和靜電除塵綜合的表現(xiàn)。這種方式的除塵器對(duì)低風(fēng)速下亞微米級(jí)灰粒的分級(jí)效率的提高zui為顯著，可廣泛應(yīng)用于建材、冶金、輕工、電力和化工等各個(gè)領(lǐng)域的含塵廢氣處理、氣固分離和粉狀物料回收等。旋風(fēng)式ESP 目前在實(shí)驗(yàn)室條件下除塵性能*，具有廣闊應(yīng)用前景。
2. 1. 3 熱端(高溫)電除塵器
熱端(高溫)ESP是指將ESP 安裝在空氣預(yù)熱器的前面的一種裝配方式，運(yùn)行溫度在300～400℃，粉塵電阻率低于臨界值1010Ω·cm 以下，已長(zhǎng)期用于水泥窯粉塵和其他粉塵的捕集。這種除塵器在上個(gè)世紀(jì)70 年代得到了迅速普及。其優(yōu)點(diǎn)是可以避免使用低硫煤時(shí)，在大約150℃的煙氣溫度下經(jīng)常遇到的高電阻率飛灰，這個(gè)溫度是空氣預(yù)熱器滯后煙氣的典型溫度。在安裝有選擇性催化還原氮氧化物控制單元的系統(tǒng)內(nèi)，催化劑可以在低飛灰濃度下運(yùn)行，避免了高濃度飛灰對(duì)催化劑的不良影響。但它也存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，如在高溫下氣體流量增加50%; 由于高溫使氣體密度降低，ESP 運(yùn)行電壓顯著降低，氣體黏度雖氣體溫度上升而增加，因而降低了粉塵的驅(qū)進(jìn)速度; 還會(huì)出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)和機(jī)械方面的問(wèn)題，如除塵器殼體和支撐構(gòu)件熱膨脹程度不同會(huì)導(dǎo)致殼體的破壞和支撐構(gòu)件的變形。但是，zui主要的問(wèn)題還是由于集塵極表面上殘留的粉塵層中鈉的含量過(guò)低而導(dǎo)致ESP 性能的惡化。研究表明，在燃用低硫煤前向煤中加
入相當(dāng)于飛灰質(zhì)量1% ～ 2% 的Na2O 就可以適當(dāng)恢復(fù)ESP 的性能，從而防止性能的惡化?？紤]到對(duì)改善選擇性催化還原催化劑操作的附加作用，熱端ESP 仍然是一種有吸引力的選擇。
2. 1. 4 移動(dòng)電極式ESP( MEEP － ESP)
日立公司早在20 世紀(jì)80 年代就開(kāi)發(fā)出了這種靜ESP，移動(dòng)電極式ESP和常規(guī)ESP 的工作原理基本相同，只是清灰方式不同，常規(guī)的ESP 采用振打、聲波等方式來(lái)達(dá)到清灰目的，而無(wú)論采用何種振打清灰方式，都必然引起二次揚(yáng)塵，且難以有效克服反電暈和極板粘灰所造成的除塵效率損失。此種技術(shù)采用可移動(dòng)的收塵極板、固定的放電極、旋轉(zhuǎn)的清灰刷共同組成的移動(dòng)電極電場(chǎng)由電場(chǎng)區(qū)域和非電場(chǎng)區(qū)域構(gòu)成。由于清灰是在無(wú)煙氣流通的灰斗內(nèi)進(jìn)行，因而消除了粉塵的二次飛等問(wèn)題。
旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)既彌補(bǔ)了常規(guī)靜ESP 對(duì)高比電阻、超細(xì)粉塵、高粘度粉塵難收難清、振打容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵等不足，又彌補(bǔ)了袋式除塵器的設(shè)備阻力大、運(yùn)行費(fèi)用高、日常維護(hù)工作量大、難以處理高溫、高濕煙氣以及布袋的后處理等方面的缺陷。具備節(jié)省空間、節(jié)能，耐高溫( 可經(jīng)受短時(shí)350℃) 、耐高濕、抗腐蝕性強(qiáng)，適用收集的粉塵范圍廣泛，粉塵二次飛揚(yáng)幾乎為零，設(shè)備布置不受場(chǎng)地限制等特點(diǎn)，特別適合于老機(jī)組ESP 改造，在很多場(chǎng)合，只需將末電場(chǎng)改成旋轉(zhuǎn)電極電場(chǎng)，不需另占場(chǎng)地。與布袋除塵器相比，阻力損失小，維護(hù)費(fèi)用低，對(duì)煙氣溫度和煙氣性質(zhì)不敏感，并且有著較好的性價(jià)比。在保證相同除塵性能的前提下，與常規(guī)ESP 相比，一次投資略高、運(yùn)行費(fèi)用較低、維護(hù)成本幾乎相當(dāng)，但可實(shí)現(xiàn)ESP 的小型化。改型ESP 的主要缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝工藝要求較高，有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，增加了故障機(jī)率。
2. 1. 5 縱橫復(fù)合收塵極板電除塵器
縱橫復(fù)合收塵極板ESP 把縱向和橫向ESP 的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用粉塵顆粒慣性力和靜電力的綜合作用來(lái)提高除塵效率。除塵過(guò)程中，在橫向極板的迎風(fēng)面，荷電粉塵在電場(chǎng)力和氣流推動(dòng)力的綜合作用下向收塵極板移動(dòng)而被捕集。當(dāng)含塵氣流通過(guò)橫向極板的隙縫時(shí)，由于氣流的過(guò)風(fēng)斷面減小，在收塵極板背風(fēng)面形成渦流區(qū)，進(jìn)入渦流區(qū)的粉塵顆粒，隨渦旋氣流運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)慣性力指向收塵極板背風(fēng)面的情況，實(shí)現(xiàn)了慣性力與電場(chǎng)力疊加，粉塵顆粒的驅(qū)進(jìn)速度增大，利于被收塵極板背風(fēng)面收集。同時(shí)，渦流區(qū)的產(chǎn)生，使縱向極板捕集粉塵更加有利。
將縱橫復(fù)合收塵極板ESP 安裝在某小型水泥廠，用于球磨機(jī)粉塵治理，經(jīng)過(guò)8 個(gè)多月的實(shí)際運(yùn)行，測(cè)得其收塵效率大于99. 6%?？v橫復(fù)合收塵極板ESP 的體積小，制造成本低，并且除塵效率高，適合向中小企業(yè)推廣應(yīng)用。
2. 1. 6 泛比電阻電除塵器
三電極ESP 是在兩個(gè)相鄰的放電極之間增加了一塊或一組與之等電位的輔助電極。其中，1977 年日本大同特殊鋼株式會(huì)社提出的原式( Harrar) ESP 是較有影響的一種三電極ESP。三電極ESP 有以下作用: 能產(chǎn)生一個(gè)較均勻且較高的收塵電場(chǎng)，有助于提高除塵效率; 抑制放電極的電暈電流，減緩粉塵層的電荷積累，對(duì)高比電阻粉塵的反電暈有一定的抑制作用1。注意到上述特點(diǎn)，黃三明提出結(jié)構(gòu)更為合理的三電極ESP 結(jié)構(gòu)形式，即泛比電阻除塵器。其創(chuàng)新點(diǎn)是陽(yáng)極采用輕型極板且在垂直于氣流方向上交錯(cuò)布置，板面平行于氣流，形成可以調(diào)節(jié)的單雙區(qū)復(fù)合式ESP。收塵極板相互錯(cuò)開(kāi)布置減小了收塵區(qū)電暈極與收塵極的間距，在相同電壓下，提高了收塵區(qū)的平均場(chǎng)強(qiáng)，從而提高了粉塵的有效驅(qū)進(jìn)速度和收塵區(qū)的收塵效率。同時(shí)，交錯(cuò)布置的收塵極板有效地抑制了二次揚(yáng)塵，提高了對(duì)低比電阻粉塵的適應(yīng)性。高壓輔助電極的存在提高了收塵區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)，而且其自身也捕集帶正電的粉塵，不僅增大了收塵面積，又減少了電暈極對(duì)帶正電粉塵的吸附量，有效防止了電暈閉塞，使ESP 更適應(yīng)對(duì)高含塵濃度煙氣的處理，而且有利于提高除塵效率。同時(shí)，輔助電極對(duì)電暈極的放電有抑制作用，使反電暈的產(chǎn)生得到了有效控制，提高了對(duì)高比電阻粉塵的適應(yīng)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，泛比電阻ESP 收集高比電阻粉塵的收塵效率比傳統(tǒng)ESP高10%以上。
2. 1. 7 雙極電除塵器
雙極荷電，又稱異極荷電或偶極荷電，是上世紀(jì)80 年代出現(xiàn)的靜電凝并除塵方法。目的是提高對(duì)亞微米，乃至納米微粒的收集效果。沒(méi)有考慮對(duì)高比電阻粉塵的適應(yīng)性。一般地，實(shí)現(xiàn)微粒雙極荷電需使用正、負(fù)兩臺(tái)直流高壓電源或用一臺(tái)交流高壓電源電凝并收塵過(guò)程常分為三步: 荷電、凝并和收塵。在國(guó)內(nèi)，具有代表性的雙極ESP 是1987 年武漢大學(xué)陳學(xué)構(gòu)等提出
的透鏡式ESP。透鏡式ESP 中的粉塵受到庫(kù)侖力、感應(yīng)力和電風(fēng)三種收塵力的作用，粉塵有效驅(qū)進(jìn)速度比傳統(tǒng)線板式ESP 高很多，除塵效率相對(duì)也高，荷電粉塵一旦進(jìn)入收塵室內(nèi)，如同進(jìn)入陷阱，便很難從透鏡口逸出。同時(shí)，由于透鏡極的自我反饋調(diào)節(jié)作用，聚焦效應(yīng)穩(wěn)定，使得透鏡式ESP 具有良好的運(yùn)行電氣特性。雖然透鏡式ESP 的結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜，但其收集高比電阻微塵的*性能引起了除塵技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，特別是陳仕修等關(guān)于透鏡式ESP 凈化機(jī)理的研究促進(jìn)了電收塵理論的發(fā)展，使人們看到雙極ESP 收集高比電阻微塵的應(yīng)用前景，但由于其投資大，加工困難，對(duì)供電要求相對(duì)較高等原因，目前尚未投入規(guī)?；a(chǎn)。同時(shí)，在基礎(chǔ)理論方面，如何處理庫(kù)侖力和環(huán)流作用力、除塵器選型等方面還有待于更深入的研究和開(kāi)發(fā)。
1998 年，林等提出了雙極交替荷電靜ESP。這種ESP 是將之前提出的多段沖擊ESP 的單極荷電方式改為雙極荷電方式，每段設(shè)有正、負(fù)電暈極，分別形成正電場(chǎng)區(qū)和負(fù)電場(chǎng)區(qū)。其特點(diǎn)是電場(chǎng)力和慣性力共同作用加速了粉塵在橫向極板迎風(fēng)面的沉降; 在橫向極板的背后低速區(qū)，有利于塵粒在橫向極板的背風(fēng)面沉降。對(duì)于在氣流和離心力作用下進(jìn)入負(fù)電場(chǎng)區(qū)的粉塵，
將荷上負(fù)電荷而沉降到槽形板表面。這種雙極荷電ESP比原來(lái)的單極荷電ESP 的除塵效率有較大提高。
2. 1. 8 水簾極板電除塵器
水簾極板ESP是利用流水形成的水簾作為ESP的收塵極板。在除塵過(guò)程中，荷電顆粒在靜電力作用下向水簾極板沉積后被水流帶走而得到凈化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了水簾極板ESP 的供電電壓、電極間距、煙氣速度、水簾流量、粉塵濃度等對(duì)除塵效率的影響。用水簾替代金屬極板，無(wú)需振打清灰裝置，從本質(zhì)上避免了傳統(tǒng)ESP 粉塵返混率高、腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題，為提高ESP 除塵效率提供了一個(gè)新的途徑。
2. 2 新材料在靜電除塵器電極上的應(yīng)用
從ESP 一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程來(lái)看，由于具有經(jīng)濟(jì)性、較耐腐蝕等難以替代的優(yōu)勢(shì)，鋼材仍然是電極的材料。但為了增強(qiáng)防腐性能，提高電極壽命和除塵效率，對(duì)電極材料進(jìn)行改進(jìn)仍有很大空間，如利用非金屬材料、炭纖維或硅纖維編織膜、柔性絕緣疏水纖維織物、微納米材料等。一些典型材料在ESP 電極方面的應(yīng)用總結(jié)如下:
2. 2. 1 導(dǎo)電防腐涂料在ESP 極板方面的應(yīng)用
用導(dǎo)電防腐涂料涂敷ESP 極板可以改善ESP 極板防腐性能、增加極板的抗污性能和提高極板清灰效果。所用的涂料必須具有良好的防腐性、耐高溫和憎污性能，是可以導(dǎo)電的固體，以適應(yīng)處理煙氣屬性和滿足ESP 工況要求。理論研究結(jié)果表明，添加涂層后，極板上低比電阻粉塵層放電時(shí)間常數(shù)增大，粉塵層積累電荷量增多，粉塵層與極板間靜電附著力增大，有效減弱了粉塵的二次飛揚(yáng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，添加涂層后低比電阻粉塵的收集效率有顯著提高，中高比電阻粉塵的收集效率變化不大，極板粉塵剝離率較不加涂層時(shí)有很大提高。該技術(shù)可以有效延長(zhǎng)了極板的使用壽命，在保證除塵效率的前提下提高了極板的清灰效果，適應(yīng)處理煙氣的復(fù)雜工況，是一項(xiàng)創(chuàng)新，但在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。目前，導(dǎo)電防腐涂料使用較多的材料是樹(shù)脂。
2. 2. 2 逸出功率較低的材料在ESP 極板方面的應(yīng)用
用逸出功率較低的材料作為發(fā)射極的無(wú)電暈式高壓ESP，能在高溫條件下穩(wěn)定地發(fā)射電子，使周圍空氣中的粉塵荷電，然后在較強(qiáng)的電場(chǎng)中將粉塵顆粒捕獲。其工作原理是利用了分子熱物理理論: 任何物質(zhì)在溫度達(dá)到臨界發(fā)射溫度后，都能大量地發(fā)射電子。在高溫高壓環(huán)境下，采用電暈所獲得的電流密度相對(duì)較小，使得相應(yīng)的除塵器體積較大，成本也相應(yīng)提高，但無(wú)電暈式的高壓ESP 體積相對(duì)較小、成本也較低，與常規(guī)電暈放電相比，只需較低的電極電壓( 3kV) 即可獲得高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的電流密度。因此，無(wú)電暈式靜電除塵技術(shù)的高溫低壓運(yùn)行條件使得電暈式ESP 在高溫條件下遇到的電擊穿、電暈線斷線和電絕緣等問(wèn)題得以容易解決，適合用于火電、冶金、建材、化工等工業(yè)中。
2. 2. 3 炭纖維或硅纖維編織膜在ESP 極板方面的應(yīng)用
1998 年，美國(guó)提出了“膜電除塵器( MESP) 的概念，其利用炭纖維或硅纖維編織膜作為收塵極板，放棄了傳統(tǒng)ESP 中的鋼制收塵極板，對(duì)各種纖維材料編織而成的膜的導(dǎo)電性、潤(rùn)濕性、阻燃性、抗疲勞強(qiáng)度、伸張彈性及編織密度等性能和清灰方法作了較為全面的研究。結(jié)果表明，它*適合用作干式ESP 的陽(yáng)極板。作為收塵極板的編織膜具有質(zhì)輕、抗拉強(qiáng)度大及抗腐蝕等特點(diǎn)，這種極板克服了傳統(tǒng)ESP 的極板的腐蝕問(wèn)題，同時(shí)大大減輕了ESP 的重量。試驗(yàn)證明，MESP 對(duì)粉塵及酸性氣溶膠( 硫氧化物、氮氧化物)的去除率高于傳統(tǒng)濕式ESP。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中濕式MESP 還表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn):
(1) 當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間，粉塵顆粒滲入到編織膜纖維間的空隙后，除塵效率比清潔膜提高了30%;
(2) 用水量是傳統(tǒng)濕式ESP 的12%;
(3)以聚丙烯膜作為收塵極板時(shí)，經(jīng)過(guò)5000 h 的除塵中試試驗(yàn)后，聚丙烯膜的破裂強(qiáng)度沒(méi)有降低;
(4) 編織膜作為收塵極板的成本是抗腐蝕性金屬的5%～10%。
MESP 的低成本和高除塵效率使它展現(xiàn)出了廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。并且，濕式MESP 除塵過(guò)程中形成的均勻水膜，能有效吸收煙氣中硫氧化物、氮氧化物及重金屬元素，為ESP 同時(shí)除塵、脫硫、脫硝、除重金屬等提供了新途徑。但對(duì)MESP 的研究還處于中試階段，還需要對(duì)其工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步研究。在此過(guò)程中，尋找到適合某特定性質(zhì)煙氣的膜材料是研究突破的關(guān)鍵。
2. 2. 4 納米材料在ESP 極板方面的應(yīng)用
由于納米晶帶材具有良好的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和電磁性能等。有學(xué)者作了一些將納米晶帶材料作為集塵板材料的研究探索。理論分析表明，用納米晶作為電極材料可以提高除塵效率，解決以鐵、鋼材料為主的電除塵設(shè)備的易腐蝕、易磨損、短壽命、低效率等問(wèn)題。但是該項(xiàng)研究由于缺乏經(jīng)濟(jì)性，且對(duì)除塵效率提升不顯著而不具備明顯的實(shí)用價(jià)值，只能用在條件苛刻，小規(guī)模，要求高的某些特定場(chǎng)合。
2. 2. 5 電植絨材料在ESP 極板方面的應(yīng)用
在細(xì)孔金屬網(wǎng)的表面植入尼龍絨，并用這種特殊處理過(guò)的細(xì)孔金屬網(wǎng)作為收塵極板的ESP 就是電植絨收塵極ESP。一方面，這種新式ESP 在工作時(shí)，會(huì)在尼龍絨絨毛的產(chǎn)生電力線的聚集，使絨毛頂端存在梯度場(chǎng)強(qiáng)，粉塵在電場(chǎng)力的作用下緊緊吸引在絨毛的頂端，防止了二次揚(yáng)塵現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，由于收塵極板表面的尼龍絨摩擦力較大，降低了電場(chǎng)中離子風(fēng)的速度，有效抑制了二次揚(yáng)塵; 另一方面，尼龍絨的存在增大了收塵極板的收塵面積，因此提高了對(duì)超細(xì)粉塵的去除效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電植絨收塵極ESP
對(duì)直徑為0. 1 ～ 0. 3μm 粉塵的除塵效率可達(dá)97%，而在相同條件下，普通ESP 的除塵效率僅為82%。因此，電植絨收塵極ESP 具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。但仍需要對(duì)其清灰方法、電植絨壽命和長(zhǎng)時(shí)間除塵的穩(wěn)定性等方面進(jìn)一步研究。
隨著環(huán)保要求的越來(lái)越高，對(duì)ESP 市場(chǎng)需求也將越來(lái)越大，可以預(yù)示未來(lái)必將占據(jù)大部分*，成為zui為重要的除塵設(shè)備之一，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。通過(guò)對(duì)ESP 電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，研制開(kāi)發(fā)ESP 的新結(jié)構(gòu)形式，并將新型材料技術(shù)應(yīng)用到ESP 電極等，可以使ESP 各項(xiàng)性能獲得大幅度提升，解決了當(dāng)前除塵技術(shù)中實(shí)際難題，并具有非常廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。