電極結(jié)構(gòu)與微細(xì)粉塵收集效率的關(guān)系研究

豆蓓蕾 ,楊 青,李 慶（河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,河北 保定 071000）

電極結(jié)構(gòu)與微細(xì)粉塵收集效率的關(guān)系研究

豆蓓蕾 ,楊 青,李 慶
（河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,河北 保定 071000）

摘 要：為了研究微細(xì)粉塵在電場中的運(yùn)動狀態(tài)，通過霧化-干式復(fù)合電極與霧化水電極對微細(xì)粉塵收集效果的比較，分析了微細(xì)粉塵在電場中的受力情況。說明了霧化水電極與干電極共同工作對電暈放電產(chǎn)生的自由電荷有更好的束縛作用，另一方面也表明干電極有助于霧化液滴與微細(xì)粉塵的凝并，進(jìn)而提高凝并大顆粒在電場中的驅(qū)進(jìn)速度，證明了復(fù)合電極組的收集效率明顯高于霧化水電極。

關(guān)鍵詞：霧化-干式復(fù)合電極；PM25；凝并；收集效率

0 正文

作為處理微細(xì)粉塵的一種重要裝置，微細(xì)粉塵的嚴(yán)重危害性對靜電除塵器收集微細(xì)粉塵的效率提出了更高的要求。實(shí)踐證明靜電除塵器收集 的效率并不理想。因此靜電除塵領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)的核心目標(biāo)便是如何更有效提升對微細(xì)粉塵的收集效率。

為了探索進(jìn)一步提高霧化水電極對微細(xì)粉塵收集效率的新方法，本文通過實(shí)驗(yàn)的方法設(shè)置一組干、濕復(fù)合電極收集處理特制磚粉微細(xì)粉塵，與霧化電極比較，比較兩組電極對微細(xì)粉塵的收集效果，并且深入分析造成兩組電極粉塵收集效果差異的各方面因素。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

干、濕復(fù)合電極實(shí)驗(yàn)裝置由干電極、霧化水電極、接地極板、高電壓供電系統(tǒng)等裝置組成。干電極與霧化水電極并排安置在絕緣支架上，并連接靜電電壓計(jì)（量程 ），實(shí)驗(yàn)采用負(fù)電暈高電壓供電系統(tǒng)。直接用負(fù)高壓直流電源連接液體與金屬噴頭，準(zhǔn)備分別測量復(fù)合電極組與對照組的伏安特性。實(shí)驗(yàn)裝置中，針板間距為 ；兩組電極中干、濕電極直徑均為 ；實(shí)驗(yàn)材料：磚粉、霧化水電極材料、自來水；實(shí)驗(yàn)電極的設(shè)置是：對照組——兩枚霧化水電極之間的距里設(shè)為 ，如圖1所示，復(fù)合電極組在兩霧化水電極之間正中位放置一枚干電極，如圖2所示。兩組電極的其他條件均相同。振動篩中加入原始磚粉粉塵用于向放電電場中供給粉塵。

復(fù)合電極與對照組的結(jié)構(gòu)示意圖：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

不同電壓下兩組電極對PM2.5和PM10的收集效果比較與分析：

我們對比了兩組電極在25kV、30kV、35kV、40kV、45kV等五組典型的電壓值下對 PM2.5和PM10的收集，圖3和圖4中所示的收集效率是指收集后特定粒徑累積百分比與原始粉相應(yīng)粒徑累積百分比的比值。從圖中可以看出，兩組電極對微細(xì)粉塵的收集效率都是隨著電壓升高而增加的，且在所有電壓條件下復(fù)合電極對微細(xì)粉塵的收集效率都是高于對照組的。在40kV電壓下，復(fù)合電極對PM2.5和PM10的收集效率分別要比對照組高8.2%和2.4%。

通過比較微細(xì)粉塵在收塵極板上沉積區(qū)域的大小可以看出，復(fù)合電極沉積區(qū)域?yàn)?4cm，對照組沉積的區(qū)域?yàn)?7.2cm。復(fù)合電極組比對照組窄了6.7%。復(fù)合電極收集的粉塵更加集中。

根據(jù)Hinds指出，在放電電暈附近，火花放電前的電風(fēng)可達(dá) 。電壓越高放電空間內(nèi)的離子風(fēng)力就越強(qiáng)。

霧化水電極在工作時(shí)由于干電極的介入，其產(chǎn)生的霧滴在干電極產(chǎn)生的離子風(fēng)擾動下增加了與微細(xì)粉塵碰撞凝并的機(jī)會，同時(shí)電壓增加霧滴的荷質(zhì)比也在增加，于是凝并了微細(xì)粉塵的霧滴在電場力作用下便被更迅速的收集，另外，復(fù)合電極中干電極與霧化水電極共同工作時(shí)，單個(gè)干電極放電產(chǎn)生的離子風(fēng)的雙螺旋結(jié)構(gòu)[1]被打破，在電場中形成更加復(fù)雜的氣流形態(tài)，干電極放電產(chǎn)生的大量自由電子和負(fù)離子隨著離子風(fēng)與水電極噴射出的霧滴交匯碰撞，使霧滴更進(jìn)一步荷電。在復(fù)合電極放電結(jié)構(gòu)中，水電極產(chǎn)生的水霧有效束縛了干電極放電產(chǎn)生的自由電子與負(fù)離子，減少生成離子風(fēng)的離子數(shù)量，使霧滴在復(fù)合電極組針-板間電場中的驅(qū)進(jìn)速度高于其在對照組電場中的驅(qū)進(jìn)速度。因此，復(fù)合電極放電條件下極板上收集粉塵中微細(xì)粉塵的比例大于對照組，并且收集區(qū)域更加集中。

3 結(jié)論

電暈放電強(qiáng)度與離子風(fēng)的強(qiáng)度和流體狀態(tài)密切相關(guān)，離子風(fēng)是影響靜電除塵器對微細(xì)粉塵收集效率的主要因素，通過兩組電極結(jié)構(gòu)的比較可以看出，復(fù)合電極結(jié)構(gòu)可以有效提高霧化液滴的荷電量，減小離子風(fēng)的氣流速度和改變離子風(fēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)的流體狀態(tài)，因此該電極結(jié)構(gòu)在很大程度上有利于放電電場對微細(xì)粉塵的收集效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周建剛,劉棟,白敏菂,邱秀梅.同極性荷電粉塵的凝并研究[J].環(huán)境工程,2009,27(02):12-14.

作者簡介：豆蓓蕾（1992-），河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)研究生，研究方向：大氣污染控制工程。

通訊作者：李慶。