凝并區(qū)放電類(lèi)型對(duì)電凝并裝置去除亞微米粉塵效果的影響

馮 濤，許 鐳

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)，電凝并除塵技術(shù)已成為一種具有良好發(fā)展前景的新技術(shù)[1～3]。 作者在前期的研究中，開(kāi)發(fā)了一種新型的電凝并除塵裝置，并對(duì)其除塵性能進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)電凝并除塵裝置對(duì)細(xì)微粉塵，特別是亞微米粉塵的除塵效果具有明顯的優(yōu)勢(shì)[4]。為了對(duì)電凝并理論與實(shí)踐進(jìn)行更深入的研究，本文考察了凝并區(qū)放電類(lèi)型對(duì)電凝并裝置除塵效果的影響，提出了粉塵在正負(fù)脈沖電場(chǎng)中的異極性荷電新方法，并對(duì)正負(fù)脈沖電場(chǎng)與交流電場(chǎng)兩種不同荷電條件下亞微米粉塵的除塵效率進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由粉塵發(fā)生系統(tǒng)、電凝并除塵系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)、電壓電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Experimental facility sketch

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

如圖1 所示，介質(zhì)阻擋放電器（DBD）與板-板靜電除塵器分別構(gòu)成了電凝并除塵裝置的凝并區(qū)和集塵區(qū)。 集塵區(qū)電場(chǎng)由BGG 型直流高壓電源供給（電壓范圍為0～10kV）。 為了在凝并區(qū)得到不同的放電類(lèi)型，將參考文獻(xiàn)4 中由YD 型交流高壓電源提供的交變電場(chǎng)進(jìn)行了重新設(shè)置，通過(guò)一BGG 型直流高壓電源與一自脈沖間隙系統(tǒng)獲得正負(fù)自脈沖放電[5]。 自脈沖間隙由一個(gè)耐高壓電容（C）與兩個(gè)耐高壓電阻（R1，R2）構(gòu)成，其中高壓電容C 的電容值為100 pF，高壓電阻R1與R2的電阻值均為10 MΩ。 電壓電流數(shù)據(jù)通過(guò)美國(guó)泰克公司的P6015A 型高壓探頭、TCP202 型電流探頭和TDS3054B 型示波器采集得到。 圖2 與圖3 分別為電壓、電流探頭和示波器所采集到的兩種不同放電類(lèi)型的電壓電流波形圖。

圖2 交變電場(chǎng)典型電壓電流波形圖Fig.2 Typical voltage current oscillogram of alternating electric field

圖3 脈沖電場(chǎng)典型電壓電流波形圖Fig.3 Typical voltage current oscillogram of pulsed electric field

為了與參考文獻(xiàn)4 中異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并實(shí)驗(yàn)作對(duì)比研究，虹吸發(fā)塵器發(fā)塵速率依然控制為10 mg/s。 實(shí)驗(yàn)用粉塵選取平均粒徑為0.5 μm 的硅粉，除塵效率采用重量法測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 凝并區(qū)脈沖電壓峰值不同條件下集塵區(qū)平均場(chǎng)強(qiáng)對(duì)粉塵除塵效率的影響

實(shí)驗(yàn)中，DBD 放電器脈沖電壓峰值大小是通過(guò)調(diào)節(jié)BGG 型直流高壓電源輸出端的直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖4 為凝并區(qū)脈沖電壓峰值（Vp）不同時(shí)，平均粒徑為0.5 μm 粉塵的除塵效率隨集塵區(qū)平均場(chǎng)強(qiáng)的變化關(guān)系圖。

圖4 凝并區(qū)脈沖電壓峰值不同條件下集塵區(qū)平均場(chǎng)強(qiáng)對(duì)粉塵除塵效率的影響Fig.4 Influence of dust zone average field intensity to dust collection efficiency of coagulation zone pulse voltage peak under different conditions

由圖4 可知，隨著凝并區(qū)DBD 放電器脈沖電壓峰值的升高，集塵器對(duì)0.5μm 粉塵的除塵效率也相應(yīng)提高。 當(dāng)集塵器板間平均場(chǎng)強(qiáng)為5kV/cm、凝并區(qū)不放電時(shí)，除塵效率為88%，而當(dāng)對(duì)凝并區(qū)DBD 放電器進(jìn)行自脈沖放電，且脈沖電壓峰值達(dá)10kV 時(shí)，粉塵的除塵效率可達(dá)97%，除塵效率獲得了較大的提高。 由此可知，粉塵在凝并區(qū)的凝并效果明顯，正負(fù)脈沖電場(chǎng)對(duì)亞微米粉塵具有較好的荷電與凝并作用。

2.2 凝并區(qū)脈沖電壓峰值對(duì)粉塵除塵效率的影響

為了進(jìn)一步研究凝并區(qū)DBD 放電器脈沖電壓峰值大小對(duì)粉塵收集效果的影響，對(duì)在集塵區(qū)板間平均場(chǎng)強(qiáng)固定的情況下，除塵效率與凝并區(qū)脈沖電壓峰值的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 凝并區(qū)脈沖電壓峰值對(duì)粉塵除塵效率的影響Fig.5 Influence of coagulation zone pulse voltage peak to dust collection efficiency

從圖5 可以看出，當(dāng)集塵區(qū)板間平均場(chǎng)強(qiáng)固定為5 kV/cm 時(shí)，除塵效率隨凝并區(qū)脈沖電壓峰值的升高而升高，但其增長(zhǎng)速度卻隨脈沖電壓峰值的增加而減緩。 與粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并過(guò)程相比，脈沖電場(chǎng)中粉塵的凝并作用在脈沖電壓峰值10 kV 以前并未出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，還有進(jìn)一步提高粉塵除塵效率的空間。 不過(guò)，由于實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，本研究沒(méi)有對(duì)凝并區(qū)脈沖電壓峰值10 kV 以上的情況進(jìn)行研究。

2.3 異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)與脈沖電場(chǎng)中凝并實(shí)驗(yàn)的對(duì)比研究

圖6 對(duì)凝并區(qū)兩種不同放電條件下，0.5μm 粉塵的除塵效率隨集塵區(qū)板間平均場(chǎng)強(qiáng)的變化情況進(jìn)行了比較。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在凝并區(qū)兩種放電情況下，亞微米粉塵的除塵效率有了大幅度的提高。 異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)與脈沖電場(chǎng)中的凝并是可行且有效的。 圖6 顯示，當(dāng)集塵區(qū)板間平均場(chǎng)強(qiáng)為5 kV/cm，凝并區(qū)為脈沖電場(chǎng)且脈沖電壓峰值為10 kV時(shí)，除塵效率達(dá)到了97%，比凝并區(qū)為交變電場(chǎng)且交變電壓為10 kV 時(shí)高了1%。 雖然如此，在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凝并區(qū)為脈沖放電時(shí)，自脈沖間隙也出現(xiàn)了較大的放電火花，這導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)的不穩(wěn)定性和危險(xiǎn)性。 因此，建議在兩種放電除塵方式效率相差不大的情況下，應(yīng)首先考慮使用交變電場(chǎng)。 當(dāng)然，這需要對(duì)粉塵在這兩種放電條件下的凝并實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更加深入的研究。

圖6 異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)與脈沖電場(chǎng)中凝并實(shí)驗(yàn)的對(duì)比研究Fig.6 Coagulation experiment comparative study of heteropolarity charged dust in alternating electric field and pulsed electric field

3 結(jié)論

（1） 通過(guò)改變凝并區(qū)DBD 反應(yīng)器的放電類(lèi)型，提出了粉塵在正負(fù)脈沖電場(chǎng)中的異極性荷電新方法，并對(duì)其除塵效率進(jìn)行了研究。 當(dāng)集塵器板間平均場(chǎng)強(qiáng)為5kV/cm、凝并區(qū)不放電時(shí)，除塵效率為88%，而當(dāng)對(duì)凝并區(qū)DBD 放電器進(jìn)行自脈沖放電、且脈沖電壓峰值達(dá)10kV 時(shí)，粉塵的除塵效率可達(dá)97%，除塵效率獲得了較大的提高。

（2）對(duì)兩種放電條件下粉塵的除塵效率進(jìn)行對(duì)比研究的結(jié)果表明，當(dāng)集塵區(qū)板間平均場(chǎng)強(qiáng)為5kV/cm、凝并區(qū)為脈沖電場(chǎng)且脈沖電壓峰值為10 kV 時(shí)，其除塵效率比凝并區(qū)為交變電場(chǎng)且交變電壓為10 kV時(shí)高了1%。 異極性荷電粉塵在脈沖電場(chǎng)中的凝并效果略優(yōu)于交變電場(chǎng)。

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