電除塵器內臭氧產生規律實驗研究

柳靜獻，韓永杰，毛 寧，常德強，孫 熙

(東北大學，沈陽 110004)

電除塵器內臭氧產生規律實驗研究

柳靜獻，韓永杰，毛 寧，常德強，孫 熙

(東北大學，沈陽 110004)

靜電除塵器是一種工業除塵技術，但它的高壓電源在使用中會產生臭氧，可能會對后續設備及材料造成一定的影響，研究臭氧產生規律對靜電除塵器的安全使用有一定的指導意義。本文通過建立電除塵器的物理模型，以實驗手段研究了電除塵器中臭氧產生與電壓、風速、箱體位置的規律。結果表明，靜電除塵器會產生臭氧，且臭氧濃度隨著電壓的增大而增大，隨著風速的增大而減小，沿氣流流動方向臭氧濃度逐漸增大，臭氧濃度與電壓和風速成近似線性關系。

靜電除塵器;臭氧;高壓電源;電離

前言

靜電除塵器是由Cotterll于1907年發明的，它利用高壓電源產生的電場使煙氣發生電離，令粉塵顆粒在電場作用下荷電，隨氣流前行，被異性收塵極板捕獲，從而將粉塵除去。靜電除塵器具有高效率、低阻力的優點，經過一百多年的理論研究與技術發展，已經廣泛應用于燃煤電廠、水泥、鋼鐵、冶金等諸多行業的煙氣除塵[1]。

靜電除塵器由于使用高壓直流電源，在放電過程中會使煙氣電離，會產生臭氧[2、3]。臭氧隨氣流流向下游設備，可能會對后續的設備和材料產生一定的影響[4]；臭氧若直接排放到大氣，會對人體產生危害[5-7]。本文通過建立電除塵器的物理模型，以實驗的手段研究了電除塵器中臭氧產生的規律，對靜電除塵器的安全使用有一定的指導意義。

1 實驗裝置與方法

實驗采用的靜電除塵器物理模型如圖1所示。測孔自左向右依次為測點一、測點二、測點三，臭氧濃度采用美國ESC公司的Z-1200XP進行測試，測試范圍在0～2ppm，精度為0.01ppm。各主要部分的幾何尺寸見下表。

圖1 靜電除塵器實驗模型

靜電除塵器模型主要幾何參數表

2 結果分析與討論

2.1 除塵器伏安特性

為確定靜電除塵器的電壓工作區間，測定了其伏安特性（如圖2所示）。考慮到測試儀器的靈敏性及其它因素，本實驗電壓范圍取25～35kV，分別在25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV下測量。

圖2 靜電除塵器的伏安特性

2.2 電壓與臭氧濃度的關系

實驗中，保持風速在0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s、1.2m/s和1.4m/s時，調整電源為25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV，獲得三個測點的臭氧濃度如圖3～圖7所示。

由圖3～圖7可知，在不同風速下，隨著電壓的升高，臭氧濃度相應的增大。例如，風速為1.0m/s時，第一測點電壓從25kV升高到35kV時，臭氧濃度也從0.49ppm上升為0.082ppm。這主要是因為隨電壓的升高，氣體電離程度加強，導致臭氧濃度增大。

三個測點中，沿氣流的方向，臭氧濃度依次增大。例如，在35kV時，第一、第二和第三測點的臭氧濃度逐漸增大，分別為0.082ppm、0.100ppm和0.119ppm，其主要是由于沿氣流方向電離產生臭氧的積累效果。

圖3 風速為0.6m/s時臭氧與電壓的關系

圖4 風速為0.8m/s時臭氧與電壓的關系

圖5 風速為1.0m/s時臭氧與電壓的關系

圖6 風速為1.2m/s時臭氧與電壓的關系

圖7 風速為1.4m/s時臭氧與電壓的關系

2.3 臭氧濃度隨風速的變化

在不同電壓下，測點一、測點二和測點三的臭氧濃度隨靜電除塵器內氣流速度的變化如圖8～圖10所示。

圖8 在不同電壓下第一測點的臭氧濃度與風速的關系

圖10 在不同電壓下第三測點的臭氧濃度與風速的關系

從圖8～圖10可以看出，對某一測點而言，在一定電壓下，臭氧濃度隨風速的增大而減小。例如，在電壓為35kV時，第二測點風速從0.6m/s升高到1.4m/s時，臭氧濃度從0.131ppm下降到0.069ppm。這是因為在同一電壓下，產生的臭氧速率固定，風速越大，用于帶走和稀釋臭氧的空氣量大，臭氧被稀釋，其濃度也就變小。

在一定風速下，臭氧濃度隨著電壓的增大而增大。例如，在風速為1.4m/s時，第三測點隨著電壓從25kV上升到35kV，臭氧濃度也從0.060ppm增加到0.095ppm。其主要原因在于電壓增大時，空氣電離效果增強，導致臭氧濃度增大。

2.4 電除塵器箱體內臭氧平均濃度變化規律

把三個測點的臭氧濃度平均后，將臭氧濃度與電壓、風速的關系分別如圖11、圖12所示。

圖11 靜電除塵器箱體內臭氧平均濃度與電壓的關系

圖12 靜電除塵器箱體內臭氧平均濃度與風速的關系

從圖11可以看出：在一定的風速下，靜電除塵器箱體內臭氧平均濃度與所施加電壓近似呈線性關系，且電壓越大，臭氧濃度越高。在風速為1.0m/s時，隨著電壓從25kV上升到35kV，箱體內臭氧濃度也從0.062ppm線性的上升到0.100ppm。

從圖12可以看出，在一定的電壓下，臭氧平均濃度跟風速近似成線性關系，且風速越大，箱體內臭氧平均濃度越小。在電壓為30kV時，隨著風速從0.6m/s增加1.4m/s，箱體內臭氧濃度也從0.101ppm線性的降低到0.0623ppm 。

3 結論

在建立靜電除塵器的物理模型的基礎上對其內部臭氧產生規律進行系統實驗研究，得出結論如下：

（1）靜電除塵器內由于高壓電源的使用，使氣體發生電離，會產生臭氧；

（2）在一定的風速下，靜電除塵器內臭氧濃度與所施加電壓近似呈線性關系，且隨著電壓的增大而增大；

（3）在一定的電壓下，靜電除塵器內臭氧濃度跟風速近似成線性關系，且隨著風速的增大而減小；

（4）在靜電除塵器箱體內，沿氣流流動方向臭氧的濃度逐漸增大。

[1]J. Podlinski, A. Niewulis, J. Mizeraczyk, etc.ESP performance for various dust densities[J].Journal of Electrostatics, 2008, 66（5）：246-253.

[2]吳祖良，高翔，駱仲泱，等.電暈放電自由基簇射過程中臭氧和NO的生成[N].化工學報，2006，57（5）：1214-1219.

[3]柏婧，劉俊杰，朱能，等.靜電過濾器產生臭氧的實驗研究[J].暖通空調，2003，33（06）：20-22.

[4]柳靜獻，郭彥波，毛寧，等,臭氧對鍋爐煙氣用PPS濾料性能影響的實驗研究[J].工業安全與環保，2010，10：1-3.

[5]Mcdonnell William F, Kehrl Howard R, Abdul2Salaam Said, et al.Respiratory response of humans exposed to low levels of ozone for 6.6 hours.Archives of Environmental Health，1991，46（3）：145-150.

[6]Brauer Michael, Brook Jeff rey R.Ozone personal exposures and health effects for selected groups residing in the Fraser Valley.Atmospheric Environment, 1997, 31（14）：2113-2121.

[7]Niu J L, Tung T C W, Burnett J.Quantification of dust removal and ozone emission of ionizer air2cleaners by chamber testing.J of Elect rostatics, 2001,51-52：20-24

Experimental Study on Ozone Generation in ESP

LIU Jing-xian, HAN Yong-jie, MAO Ning, CHANG De-qiang, SUN Xi
(Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Due to the advantages of high efficiency and low resistance, electrostatic precipitator (ESP) is widely used in many industries for smoke and dust removal, it is one of the main industrial dust control technology. But the high voltage power supply in ESP can produce ozone which may affect the equipment and materials at downstream, research on ozone production may help to operate ESP safely. In this paper, an ESP physical model is established, the relations between ozone and voltage,wind speed, location are studied with experiment. The results show that, ESP will produce ozone and the concentration of ozone increases with voltage rising, decreases with the wind speed rising, increases in the direction of air flow, the ozone concentration and voltage are approximate linear with wind speed.

ESP; ozone; high voltage power; Ionization

X701.2

A

1006-5377（2011）12-0042-04

柳靜獻（1966-），男，博士，教授，主要從事通風除塵、大氣污染控制、過濾技術與材料的研究。