電凝并機理簡介

雖然靜電除塵器對各種粒徑粉塵總的去除效率可高達99.7%,但是對微細顆粒物的除塵效果并不理想,特別是對粒徑范圍在0.1-1um的亞微米顆粒，除塵效率不足85%。這些微細顆粒物對人體危害極大，同時又嚴重污染環(huán)境，并對氣候造成影響。凝并是指微細顆粒通過物理或化學(xué)的途徑互相接觸而結(jié)合成較大的顆粒的過程。凝并可以作為除塵的預(yù)處理階段，使小顆粒長大，再利用靜電除塵設(shè)備加以收集，可以大大提高收塵效率。早在20世紀初，人們就開始了微細顆粒的凝并現(xiàn)象的研究，其中電凝并理論與技術(shù)的發(fā)展及新型凝并裝置的開發(fā)，為靜電除塵器高效收集煙氣中的微細顆粒物提供了有效的途徑。20世紀90年代初，Watanabe和Suda提出同極性荷電粉塵在交變電場中的三區(qū)式靜電除塵器引起了除塵領(lǐng)域的關(guān)注。隨后，Kauppinen等人提出亞微米級帶電粒子在交變電場中濃度隨時間衰減百分率計算式。1：預(yù)荷電區(qū)2:凝并區(qū)3:收塵區(qū)三區(qū)式靜電除塵器結(jié)構(gòu)圖Watanabe等人實驗表明三區(qū)式除塵器處理0.06-12um的飛灰，比常規(guī)電除塵器收塵效率提高3%,從95.1%提高到98.1%。電凝并主要有三個方面：異極性荷電粉塵在恒定電場中的凝并；同極性荷電粉塵在交變電場中的凝并；異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并。異極性荷電粉塵在恒定電場中的凝并是指粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷后，引入到加高壓恒定電場的凝并區(qū)，使得異極性粒子在相對運動而產(chǎn)生電凝并。同極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是指粉塵在預(yù)荷電區(qū)以同極性電荷后，引入到加有交流高壓電場的凝并區(qū)，荷電塵粒在交變電場的作用下產(chǎn)生往復(fù)振動，由于粒子間的相對運動或速度差，使得粒子相互凝并。同極性荷電粉塵在交變電場中的凝并機理復(fù)雜，同極性粉塵相互排斥，同時由于亞微米粉塵的布朗運動及荷電粉塵在交變電場力作用下的往復(fù)運動，因此目前無法確定其凝并系數(shù)。異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷后引入加有交變強電場的凝并區(qū)。其中異極性預(yù)荷電方式加快了異極性荷電粉塵在交變電場中的相對運動，有利于荷電粉塵的相互吸引、碰撞、凝并。UB Ufe y自持放電的物理含義如圖所示當氣隙電壓大于U時電流隨電壓的增大不再遵循的規(guī)律而是更快一些，這時又出現(xiàn)了促進放電的新因素，這就是受正離子的影響。在電場作用下正離子向陰極運動由于它的平均自由行程長度較短，不易積累動能，所以很難使氣體分子發(fā)生碰撞電離。當正離子撞擊陰極表面時卻有可能引起表面電離而拉出電子，部分電子和正離子復(fù)合，其余部分則向著陽極運動和形成新的電子崩。如果電壓足夠大，初始電子崩中的正離子在陰極上產(chǎn)生出來的新電子等于或大于n0，即使除去外界電離因子的作用放電也不會停止。這就變成了自持放電。自持放電是由初始電子崩中的正離子撞擊陰極表面產(chǎn)生多余電子形成的粉塵荷電機理：含塵氣體流過電極之間的高壓電暈電場時，粉塵粒子荷電的過過程。按機理分為電場荷電和擴散荷電兩類。大于0.5um的顆粒電場荷電占主導(dǎo)地位；粒徑小于0.2um的粒子，擴散荷電主導(dǎo)地位；粒徑在0.2-0.5um的顆粒，兩者共同作用。擴散荷電是由于離子和顆粒作不規(guī)則熱運動和相互碰撞而使顆粒荷電的過程。該過程不需要外加電廠，作為一級近似，也與顆粒的組成無關(guān)。荷電速度取決于離子種類與濃度、氣體性質(zhì)和溫度。當顆粒獲得電荷后，自生電場可使荷電速度減小。即使存在外加電場，對于直徑小于0.2mm的顆粒，擴散荷電仍是顆粒荷電的主要途徑。電暈閉塞現(xiàn)象塵粒的空間電荷引起電暈閉塞電除塵器捕集中等濃度細微顆?；蚋邼舛却执髩m粒時，會使電暈電場減弱至臨界場強，電暈電流可能減至原位的1%以下2.在粒子濃度尚未大幅度減低之前，塵粒荷電過程不能正常進行。因為高濃度粒子或粗大粒子在捕集到大量電子后，形成能夠影響原有電場分布的電場。因此工業(yè)除塵器總是沿氣流前進方向串聯(lián)幾個電場，來消除電暈電流減小的電暈閉塞現(xiàn)象。荷電粉塵的凝并原理布朗凝并除塵過程中氣溶膠粒子相互碰撞時就會發(fā)生，形成較大的二次粒子。庫倫凝并在電除塵器中，氣溶膠粒子總是被人為的帶上電荷。當相互作用的粒子帶上相同符號的電荷時，庫侖力為斥力；當粒子帶上不同符號的電荷時，庫侖力的引力。由于帶電粒子間存在這種庫侖力，故粒子的凝聚將受到明顯的影響。K=-^1^(D+D)[exp 地 1]-1kT80 1 2r4kkTe0(^1+a)式中D1、D2分別為半徑為a1、氣的塵粒擴散系數(shù)。根據(jù)凝聚前后質(zhì)量守恒及分散性粉塵的凝聚公式，來近似計算多分散性煙塵在t時的記數(shù)濃度為n(t)=n0(1+0.5kn0t)-1式中n0為凝聚前氣體中煙塵的級數(shù)濃度；t為凝聚時間。根據(jù)凝聚前后質(zhì)量可求得凝聚后粉塵的中位粒徑d(t)為d(t)=[1+2Knt]13d0粉塵荷電量是電凝并系數(shù)的主要參量，電凝并速率、凝并后塵粒徑也是決定電凝并系數(shù)的參量。如果采用強電離放電、高氣壓非平衡等離子體物理等新成果，可大幅度增加等離子體濃度、塵粒荷電量進而提高煙塵的電凝并速率、塵粒粒徑，反過來又促使已增粗的塵粒荷電量大幅度地增加。所以，若在除塵的過程中進行凝并，會對除塵性能起著疊加倍增效果。荷電粒子凝并區(qū)電場的選擇凝并區(qū)是帶電粉塵粒子進行凝聚過程的主要區(qū)域，加強帶電粒子凝聚為大顆粒粒子的有效途徑就是增加粒子間相互碰撞的機會，因此，好的凝并電場要求粉塵粒子間要很大的碰撞幾率。凝并電場的電壓一般有直流電壓和交流電壓兩種形式，交流高壓電