凝并区放电类型对电凝并装置去除亚微米粉尘效果的影响

冯 涛，许 镭

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

进入21 世纪，电凝并除尘技术已成为一种具有良好发展前景的新技术[1～3]。 作者在前期的研究中，开发了一种新型的电凝并除尘装置，并对其除尘性能进行了初步研究，发现电凝并除尘装置对细微粉尘，特别是亚微米粉尘的除尘效果具有明显的优势[4]。为了对电凝并理论与实践进行更深入的研究，本文考察了凝并区放电类型对电凝并装置除尘效果的影响，提出了粉尘在正负脉冲电场中的异极性荷电新方法，并对正负脉冲电场与交流电场两种不同荷电条件下亚微米粉尘的除尘效率进行了对比研究。

1 实验装置及方法

1.1 实验装置

整个实验装置由粉尘发生系统、电凝并除尘系统、电源供给系统、电压电流数据采集系统组成，如图1 所示。

图1 实验装置示意图Fig.1 Experimental facility sketch

1.2 实验方法

如图1 所示，介质阻挡放电器（DBD）与板-板静电除尘器分别构成了电凝并除尘装置的凝并区和集尘区。 集尘区电场由BGG 型直流高压电源供给（电压范围为0～10kV）。 为了在凝并区得到不同的放电类型，将参考文献4 中由YD 型交流高压电源提供的交变电场进行了重新设置，通过一BGG 型直流高压电源与一自脉冲间隙系统获得正负自脉冲放电[5]。 自脉冲间隙由一个耐高压电容（C）与两个耐高压电阻（R1，R2）构成，其中高压电容C 的电容值为100 pF，高压电阻R1与R2的电阻值均为10 MΩ。 电压电流数据通过美国泰克公司的P6015A 型高压探头、TCP202 型电流探头和TDS3054B 型示波器采集得到。 图2 与图3 分别为电压、电流探头和示波器所采集到的两种不同放电类型的电压电流波形图。

图2 交变电场典型电压电流波形图Fig.2 Typical voltage current oscillogram of alternating electric field

图3 脉冲电场典型电压电流波形图Fig.3 Typical voltage current oscillogram of pulsed electric field

为了与参考文献4 中异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并实验作对比研究，虹吸发尘器发尘速率依然控制为10 mg/s。 实验用粉尘选取平均粒径为0.5 μm 的硅粉，除尘效率采用重量法测定。

2 实验结果与讨论

2.1 凝并区脉冲电压峰值不同条件下集尘区平均场强对粉尘除尘效率的影响

实验中，DBD 放电器脉冲电压峰值大小是通过调节BGG 型直流高压电源输出端的直流电压来实现的。

图4 为凝并区脉冲电压峰值（Vp）不同时，平均粒径为0.5 μm 粉尘的除尘效率随集尘区平均场强的变化关系图。

图4 凝并区脉冲电压峰值不同条件下集尘区平均场强对粉尘除尘效率的影响Fig.4 Influence of dust zone average field intensity to dust collection efficiency of coagulation zone pulse voltage peak under different conditions

由图4 可知，随着凝并区DBD 放电器脉冲电压峰值的升高，集尘器对0.5μm 粉尘的除尘效率也相应提高。 当集尘器板间平均场强为5kV/cm、凝并区不放电时，除尘效率为88%，而当对凝并区DBD 放电器进行自脉冲放电，且脉冲电压峰值达10kV 时，粉尘的除尘效率可达97%，除尘效率获得了较大的提高。 由此可知，粉尘在凝并区的凝并效果明显，正负脉冲电场对亚微米粉尘具有较好的荷电与凝并作用。

2.2 凝并区脉冲电压峰值对粉尘除尘效率的影响

为了进一步研究凝并区DBD 放电器脉冲电压峰值大小对粉尘收集效果的影响，对在集尘区板间平均场强固定的情况下，除尘效率与凝并区脉冲电压峰值的关系进行实验，结果如图5 所示。

图5 凝并区脉冲电压峰值对粉尘除尘效率的影响Fig.5 Influence of coagulation zone pulse voltage peak to dust collection efficiency

从图5 可以看出，当集尘区板间平均场强固定为5 kV/cm 时，除尘效率随凝并区脉冲电压峰值的升高而升高，但其增长速度却随脉冲电压峰值的增加而减缓。 与粉尘在交变电场中的凝并过程相比，脉冲电场中粉尘的凝并作用在脉冲电压峰值10 kV 以前并未出现饱和现象，还有进一步提高粉尘除尘效率的空间。 不过，由于实验条件与实验设备的限制，本研究没有对凝并区脉冲电压峰值10 kV 以上的情况进行研究。

2.3 异极性荷电粉尘在交变电场与脉冲电场中凝并实验的对比研究

图6 对凝并区两种不同放电条件下，0.5μm 粉尘的除尘效率随集尘区板间平均场强的变化情况进行了比较。

从实验结果可以看出，在凝并区两种放电情况下，亚微米粉尘的除尘效率有了大幅度的提高。 异极性荷电粉尘在交变电场与脉冲电场中的凝并是可行且有效的。 图6 显示，当集尘区板间平均场强为5 kV/cm，凝并区为脉冲电场且脉冲电压峰值为10 kV时，除尘效率达到了97%，比凝并区为交变电场且交变电压为10 kV 时高了1%。 虽然如此，在实验中也发现，当凝并区为脉冲放电时，自脉冲间隙也出现了较大的放电火花，这导致了实验的不稳定性和危险性。 因此，建议在两种放电除尘方式效率相差不大的情况下，应首先考虑使用交变电场。 当然，这需要对粉尘在这两种放电条件下的凝并实验进行更加深入的研究。

图6 异极性荷电粉尘在交变电场与脉冲电场中凝并实验的对比研究Fig.6 Coagulation experiment comparative study of heteropolarity charged dust in alternating electric field and pulsed electric field

3 结论

（1） 通过改变凝并区DBD 反应器的放电类型，提出了粉尘在正负脉冲电场中的异极性荷电新方法，并对其除尘效率进行了研究。 当集尘器板间平均场强为5kV/cm、凝并区不放电时，除尘效率为88%，而当对凝并区DBD 放电器进行自脉冲放电、且脉冲电压峰值达10kV 时，粉尘的除尘效率可达97%，除尘效率获得了较大的提高。

（2）对两种放电条件下粉尘的除尘效率进行对比研究的结果表明，当集尘区板间平均场强为5kV/cm、凝并区为脉冲电场且脉冲电压峰值为10 kV 时，其除尘效率比凝并区为交变电场且交变电压为10 kV时高了1%。 异极性荷电粉尘在脉冲电场中的凝并效果略优于交变电场。

[1] 王显龙，何立波，贾明生，等. 静电除尘器的新应用及其发展方向[J]. 工业安全与环保，2003，29（11）：3-6.

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[4] 冯涛，魏家红. 电凝并装置收集亚微米粉尘的实验研究[J]. 黄河水利职业技术学院学报，2011，23（3）：49-51.

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