集塵装置の性能は2つの微粒子特性に非常に敏感です。 1) 電気抵抗率、2) 粒度分布。 これらの特性は、標準的なテストを使用して、実験室で経済的かつ正確に測定することができます。 電気抵抗率はIEEE標準548に従って、温度の関数として測定することができます。 この試験は、指定された水分濃度を含む空気環境下で実施される。 この試験は、温度の上昇または下降、あるいはその両方の関数として実行される。 データは、4 kV/cm の平均灰層電界を使用して取得されます。 比較的低い印加電圧が使用され、試験環境中に硫酸蒸気が存在しないため、得られた値は最大灰分抵抗率を示す。
粒子の充電と放電が重要な機能である電気集塵装置において、抵抗率は捕集効率に大きく影響する重要な要因である。 抵抗率は粒子の帯電が多く行われる電極間領域で重要な現象であるが、放電が行われる集塵電極のダスト層で特に重要な影響を与える。 高い抵抗率を示す粒子は帯電しにくい。 しかし、一度帯電した粒子は、集塵電極に到達してもなかなか帯電した電荷を手放さない。 一方、抵抗率の低い粒子は帯電しやすく、接地された集塵板に容易に電荷を放出する。 両極端の抵抗率は、電気集塵装置の効率的な機能を阻害する。
電界中の粒子の特性である抵抗率は、電荷の移動（電荷の受容と放棄の両方）に対する粒子の抵抗の尺度です。 抵抗率は、粒子の化学組成、および温度や水分などの排ガス動作条件の関数である。
バルク抵抗は、以下の式（1）で与えられるように、オームの法則のより一般的なバージョンを使用して定義されます：
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E → = ρ j → {}displaystyle {} {} {E}={rho },{} {vec {j}}}} 。
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(1) |
Where: E is the Electric field strength (V/cm); j is the Current density (A/cm2); and ρ is the Resistivity (Ohm-cm)
これを表示する良い方法は、抵抗率を印加電圧と電流の関数として解けばよいでしょう。 のように、以下の式(2)で示される。
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ρ = A V I l {displaystyle \rho ={hatfrac {AV}{Il}}}}
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(2) |
Where: ρ = Resistivity (Ohm-cm) V = The applied DC potential, (Volts); I = The measured current, (Amperes); l = The ash layer thickness, (cm); and A = The current measuring electrode face area, (cm2).
Resistivity is electrical resistance of a dust sample 1.0cm2の断面積、1.0cmの厚さで、Ω-cmの単位で記録されます。 抵抗率の測定方法について説明します。 下表に、低抵抗、普通、高抵抗の値域を示します。
| 抵抗率 | 測定範囲 |
|---|---|
| Low | 104から107Ω-cmの間。cm |
| Normal | 107～2×1010Ω・cm |
| High | 2×1010Ω・cm以上cm |
ダスト層抵抗編集部
抵抗は、負に帯電した粒子がその表面に到達して電荷を収集プレートに漏らすと、層全体に電位差（電圧低下）が形成されてダスト層の電気状態に影響を与える。 電気的に接地された集塵板の金属面では電圧はゼロですが、新しい粒子やイオンが到達するダスト層の外面では、ガスイオンによる静電圧がかなり高くなることがあります。 この電界の強さはダスト層の抵抗と厚さに依存します。
高抵抗のダスト層では、ダストの導電性が十分でないため、電荷はダスト層内を移動しにくくなります。 その結果、ダスト層表面とその下に電荷が蓄積され、強い電界が発生します。
低抵抗のダスト層では、コロナ電流は接地された収集電極に容易に渡されます。 したがって、数千ボルトの比較的弱い電界がダスト層を横切って維持される。 抵抗の低いダスト粒子は集塵板に強く付着しません。
粒子のバルク層の電気伝導度は、表面と体積の両方の要素に依存する。 体積伝導、すなわち粒子の内部を通る電荷の運動は、主に粒子の組成と温度に依存する。 500 °F (260 °C)を超える高温領域では、体積伝導が伝導機構を支配する。 体積伝導には、粒子層の圧縮、粒子径や形状、表面特性などの補助的な要素も含まれる。
体積伝導は、図では500°F（260℃）以上の温度で直線として表されている。 450°F(230°C)以下の温度では、電荷が粒子表面の水分や吸着した化学膜を横切って流れ始める。 7129>
これらの膜は通常、吸着現象により物理的にも化学的にも粒子の内部とは異なっている。 理論的な計算では、厚さ数分子の水分膜で十分な表面導電性が得られるとされている。 粒子の表面伝導は、電気絶縁体の表面リーク電流と密接な関係があり、これまでにも多くの研究がなされてきた。 表面漏れ電流の興味深い実用的な応用例として、ガラス表面に取り付けられた隣接する電極間の電流を測定することによる露点測定がある。 電流の急激な増加は、ガラス上に水分の膜が形成されたことを知らせる。 この方法は、少量の硫酸蒸気が大気に加えられたときに発生する露点の著しい上昇を測定するために効果的に使用されています（市販の露点計があります）
以下の正常、高、低抵抗に関する議論は、乾燥状態で動作するESPに適用されます。
Normal resistivityEdit
上記のように、電気集塵装置は正常な抵抗率の条件下で最もよく機能します。 正常な抵抗率を持つ粒子は、収集電極に到着したときにその電荷を急速に失うことはありません。 これらの粒子はゆっくりと接地板に電荷を漏らし、分子間の接着力および凝集力によって捕集板に保持される。 このため、粒子層が形成され、槌打によってプレートから剥離される。
High resistivityEdit
もしダスト層全体の電圧降下が高くなりすぎると、いくつかの悪影響が発生する可能性があります。 まず、放電電極と集塵電極間の電圧差が小さくなり、ガスイオンに帯電した粒子を集塵層に移動させるための静電界強度が低下します。 ダスト層が厚くなり、ダスト層表面に電荷が蓄積されると、放電電極と集塵電極の電圧差が小さくなるため、ダスト層が厚くなり、ダスト層表面に電荷が蓄積されると、放電電極と集塵電極の電圧差が小さくなり、ダスト層表面に電荷が蓄積される。 7129>
高比抵抗のダスト層で発生するもうひとつの問題は、バックコロナと呼ばれるものです。 これは、ダスト層全体の電位差が大きくなり、ダスト層内に閉じ込められたガスにコロナ放電が発生し始めたときに起こる。 ダスト層が電気的に破壊され、小さな穴やクレーターができ、そこからバックコロナ放電が発生する。 ダスト層内でプラスのガスイオンが発生し、「マイナス荷電」の放電電極に向かって加速される。 プラスイオンはダスト層のマイナス電荷を減らし、集塵電極に向かう「荷電粒子」のマイナスイオンの一部を中和する。 通常のコロナプロセスが中断されると、電気集塵装置の集塵効率が大幅に低下し、ひどい場合には50％を下回ることもある。 逆コロナが発生すると、ダスト粒子が電極上に蓄積し、絶縁層を形成する。
3つ目の、高抵抗ダストの一般的な問題は、電気火花の増加です。 スパーク率が「設定スパーク率制限」を超えると、自動制御装置がフィールドの動作電圧を制限します。 これにより、粒子の帯電が減少し、集塵電極に向かう移動速度が低下します。
- 温度を調整する；
- 水分を増やす；
- ガス流に調整剤を加える；
- 収集表面積を増やす；および
- ホットサイド集塵装置を使う（時々、ナトリウム減少を予見して）。
薄いダスト層と高抵抗ダストは特にバックコロナクレーターの形成に有利です。 0.1mm程度の薄いダスト層で激しい逆コロナが観測されているが、1粒子強のダスト層で火花電圧が50％低下する。 電流電圧特性に対する背面コロナの最も顕著な影響は、
- 火花過電圧の50%以上もの減少、
- 安定した背面コロナ・クレーターの形成による電流ジャンプまたは不連続、および
- 最大コロナ電流の大きな増大で、火花過コロナギャップ直下では通常の数倍の電流となることがあります。
下の図と左の図は、6種類の産業用ダストと3種類の石炭焚き飛灰のガス温度の変化に対する抵抗率の変化を示しています。 右図は、実験室で調製した各種化合物の比抵抗値を測定したものである。
フライアッシュA（左図）の結果は、昇温モードで取得したものです。 これらのデータは、中程度から高い可燃物含有量の灰の典型的なものである。 フライアッシュBのデータは、下降温度モードで取得された同じサンプルからのものです。
上昇温度モードと下降温度モードの違いは、サンプル内の未燃焼の可燃物の存在に起因しています。 2つの試験モードの間で、試料は乾燥した空気中、850 °F (450 °C)で14時間（一晩）平衡化される。 この一晩のアニール処理により、試料に含まれる未燃焼の可燃物は通常60～90％除去されます。 炭素が電荷キャリアとしてどのように機能するかは完全には理解されていませんが、ダストの抵抗率を著しく低下させることが知られています。
水分濃度（湿度）が変動する中での温度の関数としての抵抗率の測定
最初は炭素も集塵装置の高抵抗ダストとして機能することがあります。 コロナ発生を開始するために、より高い電圧が必要になることがあります。 これらの高電圧は、TR-Set制御にとって問題となることがあります。 この問題は、コロナが発生すると大量の電流が（低抵抗）ダスト層を通して流れ出すことにあります。 制御装置はこのサージを火花として感知します。 集塵装置は火花制限モードで動作しているため、電源が切れるとコロナ発生サイクルが再スタートします。 したがって、比較的高い電圧の測定値で低い電力（電流）の測定値が示されます。
同じことが実験室の測定で起こると考えられています。 コロナを発生させない実験室での測定では、平行平板の形状が使用される。 ステンレス製のカップに試料を入れる。 別のステンレス製の電極のおもりは、試料の上に乗っています(ダスト層に直接接触しています)。 電圧を少量（例えば20V）から上げていくと、電流は計測されない。 その後、しきい値電圧に到達します。 このとき、試料に電流が流れ、電圧供給装置が停止することがあります。 7129>
Low resistivityEdit
抵抗率の低い粒子は、帯電しやすく（非常に伝導性が高い）、収集電極に到達すると急速に電荷を失うため、収集が困難である。 粒子は捕集電極の電荷を帯び、プレートから跳ね返り、ガス流に再混入する。 このため、通常以上の抵抗値では働くはずの引力と斥力が働かず、プレートへの結合力はかなり弱くなる。 低抵抗ダストの例としては、フライアッシュ中の未燃カーボンやカーボンブラックがあります。
これらの導電性粒子が粗い場合は、サイクロンメカニカルコレクタなどの装置を使用して、集塵装置の上流で除去することができます。
近年、液体アンモニア（NH
3）を調整剤としてガスストリームに加えることが広く使用されていることがわかってきています。 アンモニアは排ガス中のH
2SO
4と反応して硫安化合物を形成し、ダストの凝集力を高めるという理論がある。 この凝集力の増加により、電気的吸引力の低下を補うことができる。
下の表は、低抵抗、標準、高抵抗のダストに関連する特性をまとめたものです。
排ガス流の含水率も粒子の抵抗率に影響します。 電気集塵機の前のダクトに水を噴霧するか蒸気を注入することによってガス流の含水率を上げると、抵抗率が下がります。 温度調整と水分調整のいずれにおいても，電気集塵機や下流の機器の腐食問題を防ぐために，ガス状態を露点以上に維持する必要がある． 右の図は、セメントダストの抵抗率に対する温度と水分の影響を示しています。 ガス流中の水分の割合が6%から20%に増加すると、ダストの比抵抗は劇的に減少します。
ガス流中のSO
3の存在は、高比抵抗の問題が発生した場合、静電沈殿プロセスに有利であることが示されている。 燃焼源として燃やされた石炭中の硫黄分のほとんどはSO
2に変換されるが、約1％はSO
3に変換される。 通常、排ガス中のSO
3量は石炭の硫黄分が増加するにつれて増加する。 粒子の比抵抗は、石炭の硫黄含有量が増加するにつれて減少する。
| 抵抗率 | 測定範囲 | 沈殿器特性 |
|---|---|---|
| 低い | 104から107オーム-cm |
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| Normal |
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| Marginal to High | between 2 x 1010 and 1012 ohm-cm |
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| 高 |
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また、粒子抵抗率を下げるために硫酸、アンモニア、塩化ナトリウム、ソーダ灰（生トロナとして使われることもある）などの調整剤も使用されてきた。 したがって、排ガス流の化学組成は、電気集塵装置に捕集される粒子の抵抗率に関して重要である。 以下の表は、様々な調整剤とその作用機構を一覧にしている。
| 調整剤 | 作用機構 |
|---|---|
| Sulfur Trioxide and/or Sulfuric Acid |
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| Ammonia | |
| Ammonium Sulfate | メカニズムについてはほとんど知られていません。
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| トリエチルアミン | 粒子凝集を主張、裏付けデータがない。 |
| ナトリウム化合物 |
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| 遷移金属の化合物 | これらはSO 2からSO 3の酸化を触媒すると仮定されるが、この仮定を検証するための飛灰での決定的なテストはない。 |
| 硫酸カリウムおよび塩化ナトリウム | セメントおよびライムキルン電気集塵装置において：
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硫安の注入が約600°F（320℃）以上の温度で起こる場合、アンモニアと三酸化硫黄に解離することになります。 灰によっては、SO
2はSO
3コンディショニングとしてフライアッシュと優先的に相互作用することがある。
最近では、電気集塵装置の効率低下の主な原因は、集塵板に加えて帯電ワイヤ上の粒子蓄積であることが認識されています（Davidson and McKinney, 1998）。
硫酸蒸気(SO
3)は水蒸気の表面伝導への影響を強化する。 これは粒子表面の水分の層内に物理的に吸着される。 比較的少量の酸蒸気の効果は、下の図と右の図で見ることができます。
300°F（150℃）でのサンプルの固有抵抗は 5×1012 ohm-cm です。
