电凝并机理简介.doc

虽然静电除尘器对各种粒径粉尘总的去除效率可高达99.7%, 但是对微细颗粒物的除尘效果并不理想,特别是对粒径范围在0.1- 1μm的亚微米颗粒,除尘效率不足85%。这些微细颗粒物对人体危害极大,同时又严重污染环境, 并对气候造成影响。凝并是指微细颗粒通过物理或化学的途径互相接触而结合成较大的颗粒的过程。凝并可以作为除尘的预处理阶段,使小颗粒 长大 ,再利用静电除尘设备加以收集,可以大大提高收尘效率。早在20世纪初, 人们就开始了微细颗粒的凝并现象的研究,其中电凝并理论与技术的发展及新型凝并装置的开发,为静电除尘器高效收集烟气中的微细颗粒物提供了有效的途径。 20世纪90年代初，Watanabe和Suda提出同极性荷电粉尘在交变电场中的三区式静电除尘器引起了除尘领域的关注。随后，Kauppinen等人提出亚微米级带电粒子在交变电场中浓度随时间衰减百分率计算式。 三区式静电除尘器结构图 Watanabe等人实验表明三区式除尘器处理0.06-12μm的飞灰，比常规电除尘器收尘效率提高3%，从95.1%提高到98.1%。 电凝并主要有三个方面：异极性荷电粉尘在恒定电场中的凝并；同极性荷电粉尘在交变电场中的凝并；异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并。 异极性荷电粉尘在恒定电场中的凝并是指粉尘在预荷电区荷以异极性电荷后，引入到加高压恒定电场的凝并区，使得异极性粒子在相对运动而产生电凝并。 同极性荷电粉尘在交变电场中的凝并是指粉尘在预荷电区以同极性电荷后，引入到加有交流高压电场的凝并区，荷电尘粒在交变电场的作用下产生往复振动，由于粒子间的相对运动或速度差，使得粒子相互凝并。同极性荷电粉尘在交变电场中的凝并机理复杂，同极性粉尘相互排斥，同时由于亚微米粉尘的布朗运动及荷电粉尘在交变电场力作用下的往复运动，因此目前无法确定其凝并系数。 异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并是粉尘在预荷电区荷以异极性电荷后引入加有交变强电场的凝并区。其中异极性预荷电方式加快了异极性荷电粉尘在交变电场中的相对运动，有利于荷电粉尘的相互吸引、碰撞、凝并。 自持放电的物理含义如图所示当气隙电压大于Uc 时电流随电压的增大不再遵循 的规律而是更快一些，这时又出现了促进放电的新因素，这就是受正离子的影响。在电场作用下正离子向阴极运动由于它的平均自由行程长度较短，不易积累动能，所以很难使气体分子发生碰撞电离。当正离子撞击阴极表面时却有可能引起表面电离而拉出电子，部分电子和正离子复合，其余部分则向着阳极运动和形成新的电子崩。如果电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极上产生出来的新电子等于或大于 n0，即使除去外界电离因子的作用放电也不会停止。这就变成了自持放电。自持放电是由初始电子崩中的正离子撞击阴极表面产生多余电子形成的 粉尘荷电机理：含尘气体流过电极之间的高压电晕电场时，粉尘粒子荷电的过过程。按机理分为电场荷电和扩散荷电两类。大于0.5μm的颗粒电场荷电占主导地位；粒径小于0.2μm的粒子，扩散荷电扩散荷电是由于离子和颗粒作不规则热运动和相互碰撞而使颗粒荷电的过程。该过程不需要外加电厂，作为一级近似，也与颗粒的组成无关。荷电速度取决于离子种类与浓度、气体性质和温度。当颗粒获得电荷后，自生电场可使荷电速度减小。即使存在外加电场，对于直径小于0.2μm的颗粒，扩散荷电仍是颗粒荷电的主要途径。 电晕闭塞现象 尘粒的空间电荷引起电晕闭塞 电除尘器捕集中等浓度细微颗粒或高浓度粗大尘粒时，会使电晕电场减弱至临界场强，电晕电流可能减至原位的1%以下2.在粒子浓度尚未大幅度减低之前，尘粒荷电过程不能正常进行。因为高浓度粒子或粗大粒子在捕集到大量电子后，形成能够影响原有电场分布的电场。因此工业除尘器总是沿气流前进方向串联几个电场，来消除电晕电流减小的电晕闭塞现象。 荷电粉尘的凝并原理 布朗凝并 除尘过程中气溶胶粒子相互碰撞时就会发生，形成较大的二次粒子。 库伦凝并 在电除尘器中，气溶胶粒子总是被人为的带上电荷。当相互作用的粒子带上相同符号的电荷时，库仑力为斥力；当粒子带上不同符号的电荷时，库仑力的引力。由于带电粒子间存在这种库仑力，故粒子的凝聚将受到明显的影响。 式中D1、D2分别为半径为a1、a2的尘粒扩散系数。 根据凝聚前后质量守恒及分散性粉尘的凝聚公式，来近似计算多分散性烟尘在t时的记数浓度为 n(t)=n0(1+0.5k n0t)-1 式中n0为凝聚前气体中烟尘的级数浓度；t为凝聚时间。 根据凝聚前后质量可求得凝聚后粉尘的中位粒径d(t)为 粉尘荷电量是电凝并系数的主要参量，电凝并速率、凝并后尘粒径也是决定电凝并系数的参量。如果采用强电离放电、高气压非平衡等离子体物理等新成果，可大幅度增加等离子体浓度、尘粒荷电量进而提高烟尘的电凝并速率、尘粒粒