介绍 - 天津大学研究生e-Learning平台.DOC

复合式静电除尘器滤料表面电势特性研究 冯壮波, 龙正伟* 环境科学与工程学院, 天津大学, 天津 300072, 中国 摘要 针对于新型的复合静电空气过滤装置，本文研究了复合系统内滤料表面电势分布以及放点过程结束后电势消逝规律。测量的干净滤料包括PE(聚酯纤维)，Bag(袋式滤料)；带有颗粒层的脏滤料包括PE(聚酯纤维)。对于两种干净滤料，其表面初始电势分布比较均匀；但各点电势消逝速度和准稳态残余电势不同。对于带有颗粒层的PE滤料，颗粒层表面电势低且干净滤料部分电势高。本文的数据可以为CFD数值模拟提供边界条件，也可以为复合式静电过滤装置设计提供参考。 Keywords: 复合静电过滤系统，滤料表面电势，聚酯纤维，袋式滤料 介绍 建筑环境中的颗粒物严重危害人体的身体健康和工作效率，如哮喘，呼吸道疾病等。目前暖通空调系统当中常用的净化手段是滤料过滤，如高效过滤器(HEPA), 袋式过滤器。但是这类本身过滤器有以下几个缺点，包括滤料颗粒层污染，压降过大等问题。随着过滤时间的增加滤料过滤器表面会附着颗粒层，颗粒层厚度不大但是压降大；此颗粒层会污染通过过滤器的新鲜空气，空气中的颗粒物被过滤的同时其气态污染物的含量会增加。Clausen 等通过实验验证了脏过滤器对于干净空气的污染作用[1]。由于颗粒层的作用滤料过滤器压降较大，运行一段时间造成系统风量的大幅度减少；滤料过滤器的费用较高，对于某些场合来讲按设计更换高效过滤器是一笔不小的费用。因此，很多建筑运行机构不按照设计规定更换过滤器或使用中低效过滤器以替代高效过滤器，造成室内空气品质变差。针对滤料过滤器的以上不足，一些建筑（尤其是污染严重的工业建筑）采用静电除尘器以替代滤料过滤器。静电除尘器压降很小，集尘板上的颗粒层不会带来压降增长；新鲜空气同集尘板颗粒层的接触几率同滤料过滤器相比较小很多，若集尘板清洗得当污染会更小。但静电除尘器在建筑的应用中有两个大的障碍，一是运行维护难度较滤料除尘器大，二是对于亚微米颗粒其效率难以达到90%以上。针对于两种空气净化技术各自的优缺点，不少学者致力于静电-滤料复合式空气净化系统的研究。Park等研究了静电除尘器同纤维过滤器耦合的复合式系统，此系统可以大幅度提高亚微米颗粒的净化效率[2,3]；Huang等测试了静电除尘器与低效过滤器复合过滤装置对于生物气溶胶颗粒的净化效率，相对于无静电过滤装置此系统效率可以提高4到5倍[4]。复合式系统相对于传统方式扬长避短，有如下优点。静电区域过滤大颗粒，高效滤料区域过滤小颗粒，系统整体压降增长速率比单一滤料过滤器要小；静电区域使颗粒带电，提高滤料的过滤效率；由于静电区域的存在滤料表面的颗粒物沉积量减小，污染新鲜空气的可能性降低；在保证效率的前提下，系统压降减少且过滤器更换周期变长，技术经济性大幅度改善；静电除尘器释放一定浓度的负离子到被处理空气中，其有利于人体健康。 目前常用的复合式静电过滤系统有两类：一是过滤滤料不接地其无集尘板作用；二是过滤滤料接地其充当集尘板，颗粒净化滤料可以同活性炭材料或金属丝网结合成多层滤料以保证系统伏安特性，活性炭材料可以吸附气态污染物，金属丝网起到固定结构的作用。相比于传统的第一类复合净化系统，第二类系统可以保证滤料荷电量以及荷电颗粒与滤料的充分接触。黄斌等发现复合除尘器在电晕工况下滤料对于荷电量小的亚微米颗粒过滤效率有提高[5]。因此，第二类系统对于超细颗粒物有显著地效果，Park的研究证实了这一点[3]。 实验方法与材料 图1展示了阴极放电装置的实验系统组成。此针尖-集尘板系统包括高压电源，阴极放电极，集尘板，绝缘罐和电流表。高压电源由控制箱，高压发生器，控制箱等组成。高压电源放电电压的范围是0-50 KV；电流表的精度是0.1 μA。阴极放电极由不锈钢制造而成，放电极针尖距离滤料表面的距离是70 mm。绝缘罐提供放电区域，其截面是200×200 (mm)的正方形，高度是245 mm。实验室环境由空调系统控制，温度为22℃，相对湿度为45%。本文主要探究第二类复合除尘器中滤料的电特性，图1的金属集尘板位于滤料之下以替代实际的活性炭材料或金属丝网。阴极放电过程结束后，关闭高压电源并开启静电表面电位计以测量滤料表面不同位置的电势值。实验中使用的电位计探头距离滤料表面距离为2mm，电位计量程是3000V，精度是1V。图2(a)展示了滤料表面的测点位置图。实际的过滤器滤料表面在运行过程中会沉积颗粒物，本文研究了脏滤料的静电特性。图2(b)展示了脏滤料表面的测点位置图，在滤料中部200×200 (mm)的正方形区域铺有颗粒层，周围则是干净滤料。颗粒层铺设采用分区的办法以保证相对均匀性；颗粒沉积量是4g；实验用颗粒是电厂飞灰，只要成分是二氧化硅，其密度在2460 m3/kg. 本文干净滤料的研究