粉尘比电阻是影响电除尘工作性能的重要因素之一。通常认为, 粉尘比电阻在10³~10⁴-10¹⁰~10¹¹Ωcm的范围之内, 能保证电除尘器正常工作。粉尘比电阻过高或过低都有碍电除尘器的工作效率, 而粉尘比电阻值都是依赖实测的手段获得的。实验表明, 粉尘试样的堆积状态对粉尘比电阻的测定有着密切的关系。

1 粉尘比电阻的测定

正确地测定粉尘比电阻, 对电除尘器的选型和设计有着重要的影响。粉尘比电阻是个受多种因素制约的变量, 其测量的基本原理是欧姆定理。必须指出, 沉积粉尘层属于非线性元件。对于非线性元件, 欧姆定律虽不适用, 但我们仍可定义其电阻为R=V/I, 只不过它不再是常数, 而是与元件上的电压和电流(即工作条件)有关的变量。

设比电阻测定仪的主电极断面为S, 施加在两极间的电压为V, 流过主电极的电流为I, 粉尘层的厚度为L, 则粉尘比电阻的计算式为:

(1)

鉴于沉积粉尘层的特性以及目前国内外对粉尘比电阻的研究状况, 我们通过实验, 对以下两个问题作了重点研究。

1.1 粉尘层试样更换的影响

图 1、图 2是我们在实验室条件(常温、常压、水泥粉尘含湿量不变)与粉尘试样更换与否两种情况下测得的水泥粉尘层的V-I特性曲线。

从图示曲线可知, 在不换试样的情况下, 每测定一次, 试样的V-I曲线的斜率都增大, 击穿电压值却变小。而更换试样后, 粉尘层的V-I曲线重复性良好, 击穿电压值也较接近。我们知道, 粉尘比电阻的测定, 是通过测定粉尘层的泄漏电流和两端电压差来间接获得的。通过粉尘层的泄漏电流的大小和速率, 取决于粉尘层的放电时间常数:τ (τ=ρ_dε), 由于介电常数ε的变化不大, 故粉尘比电阻ρ_d, 在此起了决定作用。对高比电阻粉尘而言, 由于其低电导率, 第一次测定后, 试样内所积累的电荷久久不能释放干净。随着第二次、第三次的测定, 电荷积累越来越多, 导致粉尘层内部的场强明显增大，故而提前了粉尘层的击穿, 即降低了击穿电压。

因此, 为确保粉尘比电阻测定值的重复性良好, 我们认为, 粉尘试样每测定一次, 必须更换。国外有的测试方法认为, 在没有试样的情况下, 也可用原粉尘试样测定第二次、第三次(因为一个比电阻值的获取, 至少必须测定三次, 再取平均值), 只是每次测定前必须将原试样重新打散混匀, 以防止在试样内出现火花通道, 但此法不能解决粉尘层的电荷积累与释放的问题, 尤其是对高比电阻粉尘。

1.2 粉尘孔隙率的影响

为确定粉尘层孔隙率对粉尘层V-I特性曲线的影响以及对粉尘层的击穿电压和比电阻测定值的影响, 我们在比电阻测定仪上，对不同粉尘种类以及各种粉尘在不同孔隙率的情况下的电气特性进行了测定。

实验结果指出, 孔隙率的变化, 明显改变了粉尘层的V-I特性曲线。随着孔隙率的减小, 通过粉尘层的电流骤然上升, 其V-I特性曲线近似线性变化, 而粉尘层的击穿电压及粉尘比电阻却随之减小, 图 3、图 4给出了粉尘孔隙率与粉尘层的V-I特性曲线及粉尘层比电阻的关系。

孔隙率的变化是怎样影响粉尘层的电气特性的呢?根据粉尘层的导电机理, 在室温条件下, 粉尘层的导电以表面导电为主。电流将通过粒子间的接触点而传递。当孔隙率大时, 即意味着粉尘层中的气隙多。众所周知, 空气是电的不良导体。在正常情况下, 电流要跨越空气隙而流动是困难的。除非粉尘层中的空气隙发生了击穿, 气体放电理论及电除尘工作原理指出, 在正常的工作状态下, 粉尘层不会发生击穿, 故电流只能沿粒子间的接触点流动。在粉尘层的单位体积中，粒子数越多，粒子接触点数就越多，电流传递就越容易, 比电阻就越低。

单位体积中的粒子数N, 与孔隙率R, 有下列关系式^[2]:

(2)

式中:a为粒子的质量中位径; α₁为粒子形状修正系数, 对球形粒子而言, α₁=π/6。例如, 设粒子为球形, 粒径为5μm，那么, 单位体积中的粒子数随孔隙率变化的情况如附表所示。

可以看出，孔隙率与单位体积中的粒子数呈反比关系。若堆积粉尘层的孔隙率大, 单位体积中的粒子数就少, 则粒子间的接触点就少。显然, 电流的输运通道就会明显减少, 即电流值减小。根据比电阻的测试原理，此时, 粉尘比电阻值就要上升。因此, 反映在V-I曲线图上就是在相同的工作电压下、孔隙率低的粉尘层中通过的电晕电流明显增大, 而比电阻却随之下降。孔隙率的减小, 意味着粉尘层中的气隙长度变短，则粉尘层中的局部场强就要增大, 故粉尘层更易被击穿.

2 沉积粉尘层表面电位分布

沉积粉尘层表面电位值的大小, 直接影响到粉尘层的击穿, 具有不同比电阻的粉尘层，其表面电位分布的形状是一样的, 但大小却很有差别。沉积粉尘层表面电荷释放的规律为:

(3)

式中:Q为总电荷量; Q₀为t=0时的电荷量; t为时间; ρ_d为粉尘比电阻; ε为介电常数。

对高比电阻粉尘而言，由于其龟荷释放时间常数大, 电荷不易泄漏, 故沉积粉尘层的表面电荷密度大, 表面电位值高。由于低优电阻粉尘具有较好的导电性能, 电荷泄漏速率大, 故其表面电位值较低。图 5给出了收尘极板上粉尘层表面电位的测定值。测定条件为:单根线-板式活动极板的电除尘器模型; 常温、常压; 粉尘含湿量不变; 沉积粉尘厚度为2mm。

图 5指出, 在同等条件下，高比电阻粉尘具有更高的表面电位。高比电阻沉积粉尘层比低比电阻粉尘层承受了更大的电场强度, 因此更易发生击穿现象。

对同一种粉尘而言，其表面电位在每一个测定断面上的分布值是很接近的。由图 5可知, 在电晕线的正下方, 表面电位v_s最大，而随着测点距电晕线距离的增大，V_s随之下降, 形成一较平缓的驼峰曲线。这一现象的物理意义可作如下解释。

沿电晕线的纵向, 场强最大, 故在电晕线附近的空气具有更大的电离活动能, 即气体电离更强烈。这样, 就使得在电晕线的正下方的粉尘层表面上积累了更多的负离子。这些负离子的存在, 就形成了表面电荷层。由于表面电荷与表面电位呈正比, 所以在这一区域上, 表面电位高于其他区域。另一方而, 随着电荷在粉尘层表面的积累, 一种阻止负电荷继续积累的排斥力也在逐渐增大。对高比电阻粉尘而言, 这种现象更为明显。由于排斥力与表面电荷密度亦呈正比关系, 故在电晕线的正下方的粉尘层表面上, 具有较其他区域更大的排斥力，从而导致负电荷在排斥力的作用下, 向其外部更大的范围扩展, 这就使表面电位分布曲线呈平缓的驼峰形状而不是陡峰状。

3 结论

综上所述, 可得出如下结论:

a.在粉尘比电阻的实验室测定过程中, 粉尘试样每测定一次必须更换, 否则, 将给比电阻的最终测定值带来很大的误差。

b.粉尘层的孔隙率明显影响粉尘比电阻的测试。粉尘层的V-I曲线的斜率随着孔隙率的变小而急剧增大, 由原来的非线性关系向线性关系转化, 导致粉尘比电阻测定值下降。

c.在单根线-板式电除尘模型中，沉积粉尘层的表面电位呈平缓的驼峰状分布。在电晕线的正下方, 表面电位值最高，在收尘极板的边缘处, 表面电位值最低。沉积粉尘层的表面电位随粉尘比电阻的不同而变化。粉尘比电阻高，粉尘层表面电位高, 粉尘层更易被击穿。