靜電除塵器的電暈放電與氣體電離

在靜電除塵器中需要提供大量的氣體離子使粉塵荷電，電暈放電是氣體自持放電的一種形式，也是當今工業靜電除塵器中用來獲得氣體離子的唯一方法。為了保持穩定的電暈放電必須形成一個非均勻電場，即在線板靜電除塵器中兩個電極分別為平板狀的收塵極和細絲狀的電極線。

電暈放電通常易發生在電極線曲率半徑較小的區域，該區域附近的場強極高，附近的氣體介質易發生電離而使局部擊穿。其中，電子與氣體分子的碰撞電離是誘導氣體發生電離的主要機理。由于宇宙輻射的存在，在自然界中，每立方厘米空氣中大約存在有1000個自由電子，在沒有電場力的情況下，這些電子無法在氣體中定向移動，這意味著不會產生電流，此時的空氣在常規條件下被認為絕緣體不導電。當自由電子在受到電場力作用后開始移動時，它們將撞擊氣體分子。當電場強度增加到氣體電離臨界值時，自由電子撞擊空氣分子之前的能量將累積到一定程度，從而將空氣分子撞出一個電子，此時電極線附近的一小部分空氣被離子化，這被稱為氣體的非自持放電。

隨著電壓繼續升高，自由電子所獲得能量逐漸加大，碰撞加劇，氣體電離加劇，產生大量的正離子和自由電子，此時的電極線上電壓達到起暈電壓，在電極附近并伴隨著淡藍色輝光和“嘶嘶”響聲，放電形式轉變為自持放電，這種特定形式的氣體放電稱為電暈放電。電暈放電開始后，在高場強的作用下，電離產生的新自由電子被加速到發生碰撞引起電離所需的動能，從而在連續不斷地碰撞中產生更多的自由電子和正離子，這個極短時間內不斷產生自由電子的鏈式反應過程，又被稱為電子雪崩。電子雪崩僅發生在電極線附近很小的高場強區域內，這個區域稱為電暈區域，負電暈放電過程示意如下圖所示。

負電暈放電過程示意圖

大量的自由電子在離開電極線附近的高場強區域后，處于極間區域。電子受到的的電場力相對減弱，它們的運動速度會變慢，極間區內氣體分子與自由電子沒有發生強烈碰撞，大量的電子被氣體分子捕獲，從而使氣體分子電性變負成為負離子。負離子不同于在放電電極線的高場強區域中產生的正離子，負離子通過電極線與收塵極板之間區域中的電場沿著電力線方向朝向收塵極板運動，而正離子則分布在電極線附近。過程如下圖所示。

極間區負離子的產生

當電極線上施加的是正直流電壓（正電暈）時，電子雪崩從電暈區開始向電極線發展；當電極線通的負直流電壓（負電暈）時，電子雪崩從電極線表面開始向外發展。由于電子的直徑要比正離子小很多，所以電子向收塵極運動速度要比正離子快很多，即相同電壓下負電暈要比正電暈產生的電暈電流大。此外負電暈的擊穿電壓要比正電暈高很多，所以在工業靜電除塵器中為了獲得穩定且較高的電暈電流，較多采用負直流高壓。但負電暈較之正電暈放電產生的臭氧較多，對于室內空氣調節的小型電除塵器適用正電暈放電。在電離完成后，負離子受到電場力作用向收塵極移動，這種電子和負離子的定向移動形成了陰陽兩極之間的電暈電流。而失去電子的氣體分子成為正離子，在電場力作用下正離子向電極線移動并與電極線的金屬表面或其周圍空氣碰撞進一步產生電子，稱為二次放電。電暈放電保證了電極線附近有足夠的自由電子使電子雪崩繼續進行，從而維持氣體電離和除塵器運行的穩定性。

隨著繼續增大兩極之間的電壓，電暈區將擴大。當電壓增加到一定程度時，通道中的陰極和陽極之間會發生空氣擊穿，造成兩極之間的電壓迅速下降，除塵器無法繼續工作。擊穿表現形式為弧光放電，稱之為火花放電，若在擊穿時有很大的電流流過，可能造成供電設備的損壞，所以應盡量將電除塵器的空氣擊穿的放電限制在火花放電范圍內。