電極結構與微細粉塵收集效率的關系研究

豆蓓蕾 ,楊 青,李 慶（河北大學物理科學與技術學院,河北 保定 071000）

電極結構與微細粉塵收集效率的關系研究

豆蓓蕾 ,楊 青,李 慶
（河北大學物理科學與技術學院,河北 保定 071000）

摘 要：為了研究微細粉塵在電場中的運動狀態，通過霧化-干式復合電極與霧化水電極對微細粉塵收集效果的比較，分析了微細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粉塵的凝并，進而提高凝并大顆粒在電場中的驅進速度，證明了復合電極組的收集效率明顯高于霧化水電極。

關鍵詞：霧化-干式復合電極；PM25；凝并；收集效率

0 正文

作為處理微細粉塵的一種重要裝置，微細粉塵的嚴重危害性對靜電除塵器收集微細粉塵的效率提出了更高的要求。實踐證明靜電除塵器收集 的效率并不理想。因此靜電除塵領域技術攻關的核心目標便是如何更有效提升對微細粉塵的收集效率。

為了探索進一步提高霧化水電極對微細粉塵收集效率的新方法，本文通過實驗的方法設置一組干、濕復合電極收集處理特制磚粉微細粉塵，與霧化電極比較，比較兩組電極對微細粉塵的收集效果，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 實驗裝置與方法

干、濕復合電極實驗裝置由干電極、霧化水電極、接地極板、高電壓供電系統等裝置組成。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（量程 ），實驗采用負電暈高電壓供電系統。直接用負高壓直流電源連接液體與金屬噴頭，準備分別測量復合電極組與對照組的伏安特性。實驗裝置中，針板間距為 ；兩組電極中干、濕電極直徑均為 ；實驗材料：磚粉、霧化水電極材料、自來水；實驗電極的設置是：對照組——兩枚霧化水電極之間的距里設為 ，如圖1所示，復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。

復合電極與對照組的結構示意圖：

2 實驗結果及分析

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粒徑累積百分比的比值。從圖中可以看出，兩組電極對微細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合電極對微細粉塵的收集效率都是高于對照組的。在40kV電壓下，復合電極對PM2.5和PM10的收集效率分別要比對照組高8.2%和2.4%。

通過比較微細粉塵在收塵極板上沉積區域的大小可以看出，復合電極沉積區域為24cm，對照組沉積的區域為27.2cm。復合電極組比對照組窄了6.7%。復合電極收集的粉塵更加集中。

根據Hinds指出，在放電電暈附近，火花放電前的電風可達 。電壓越高放電空間內的離子風力就越強。

霧化水電極在工作時由于干電極的介入，其產生的霧滴在干電極產生的離子風擾動下增加了與微細粉塵碰撞凝并的機會，同時電壓增加霧滴的荷質比也在增加，于是凝并了微細粉塵的霧滴在電場力作用下便被更迅速的收集，另外，復合電極中干電極與霧化水電極共同工作時，單個干電極放電產生的離子風的雙螺旋結構[1]被打破，在電場中形成更加復雜的氣流形態，干電極放電產生的大量自由電子和負離子隨著離子風與水電極噴射出的霧滴交匯碰撞，使霧滴更進一步荷電。在復合電極放電結構中，水電極產生的水霧有效束縛了干電極放電產生的自由電子與負離子，減少生成離子風的離子數量，使霧滴在復合電極組針-板間電場中的驅進速度高于其在對照組電場中的驅進速度。因此，復合電極放電條件下極板上收集粉塵中微細粉塵的比例大于對照組，并且收集區域更加集中。

3 結論

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

參考文獻：

[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].環境工程,2009,27(02):12-14.

作者簡介：豆蓓蕾（1992-），河北大學物理科學與技術學院環境工程專業研究生，研究方向：大氣污染控制工程。

通訊作者：李慶。