交流電場中芒刺板-板電極對粒子凝并的實驗研究

陳博，黃超，佟馨，張姍姍

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交流電場中芒刺板-板電極對粒子凝并的實驗研究

陳博，黃超，佟馨，張姍姍

（河北工業大學能源與環境工程學院，天津 300401）

研究了在交流電場中凝并室極配形式為芒刺板-金屬板的凝并問題。考察了凝并室內不同峰值電壓、煙道風速和粉塵初始濃度對凝并效果的影響。實驗結果表明，在荷電室實驗參數固定的條件下，凝并室采用芒刺板-金屬板，通高壓交流電時，交流電壓為30 kV，煙道風速為0.6 m/s，粉塵初始濃度為2 g/m3時的凝并效果較好。

交流凝并； 芒刺板； 凝并效果

隨著社會的進步，人們越來越關注環境問題。近年來，霧霾頻現，大氣污染問題引起了全社會的高度關注。大氣顆粒物是大氣環境中化學組成最復雜、危害最大的污染物，現已成為影響大氣環境質量和人體健康的主要危害因素之一[1-3]。其中，可吸入顆粒物PM10尤其是PM2.5備受關注，它可損害呼吸系統，破壞免疫系統，進而引發呼吸系統、心腦血管疾病及其他疾病，從而增加死亡率[4-7]。因此如何高效去除大氣中的PM2.5成為現今環境領域亟待解決的課題。

現有的電除塵器除塵效率可達到99%以上，但是其對微細顆粒物的捕集效率仍然較低[8-10]。因此，有必要對現有的除塵設備進行進一步改良，以提高微細顆粒物的去除效率。凝并是指將微細顆粒物進一步團聚凝并成大顆粒物，主要包括電凝并、聲凝并、磁凝并、光凝并、熱凝并、化學凝并等[8]。電凝并是指通過電場的作用達到粉塵粒子有效直徑增大的目的[11]，從而使凝并后的大顆粒物更容易被后續的除塵設備捕集，提高除塵器對微細顆粒物的捕集效率。

Watanabe等[12]將電凝并技術與常規電除塵技術結合，提出了三區式靜電除塵器，對比了安裝與未安裝凝并裝置的電除塵器的除塵效率，發現處理0.06~12μm的飛灰時，比常規電除塵器的收塵效率提高3%，即由95.1%增加到98.1%。Hautanen[13]采用類似的凝并除塵裝置去除油煙，也得到了較好的實驗結果。

本文研究了不同操作條件下對顆粒物凝并效果的影響，從而提出最優化凝并條件。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示，由粉塵給料機，荷電室，凝并室及采樣器構成。粉塵給料機型號為DZT—1000，給粉量確定為3～60 g/min，實驗模擬煙氣中的粉塵為滑石粉，粉塵由進風口自動給出，繼而由引風機吸入荷電室。荷電室極配形式為八齒芒刺線-C型板，異極距為200 mm，接通負直流高壓電，直流電壓為40 kV，對粒子進行荷電。荷電后粒子進入凝并室，在交流電作用下進行粒子的凝并。采樣器為皮托管平行全自動煙塵（氣）油煙采樣器，粒徑分布測量系統采用馬爾文激光粒度儀（Mastersizer 2000）。

1-粉塵給料機；2-進風錐形管；3-荷電室收塵極；4-荷電室放電極；5-凝并室接地極；6-凝并室高壓極；7-直流電源；8-直流/交流電源；9-變頻風機；10-粉塵采樣槍；11-采樣儀。

圖1 荷電凝并實驗臺流程圖

1.2 凝并效果分析方法

本文采用某一粒徑粉塵體積占有率變化來衡量凝并效果[14]，定義式如下：

2 結果和討論

2.1 在一定風速和濃度下，不同交流電壓對凝并效 果的影響

實驗過程選擇異極距為200 mm，給粉濃度為2 g/m3，煙道風速為1.0 m/s，交流電壓為25 kV、30 kV、35 kV、40 kV和45 kV。凝并后不同粒徑顆粒物體積占有率變化如圖2所示。

圖2 風速為1.0 m/s，給粉濃度為2 g/m3時，凝并室電壓不同時，不同粒徑顆粒物體積占有率變化

由圖2中可以看出，含塵煙氣經電凝并室凝并后，煙氣中小粒徑粉塵的體積占有率變化為負值，而大粒徑粉塵的體積占有率變化為正，這表明，小粒徑的粉塵凝并形成粒徑較大的粉塵。當交流電壓為30 kV時，小粒徑顆粒物的體積占有率減少幅度較大，其凝并效果較好。通過研究交流電壓對凝并效果的影響，可以優化出最佳交流電壓。

2.2 在一定電壓和濃度下，不同煙道風速對凝并效果的影響

選擇異極距為200 mm，給粉濃度為2 g/m3，交流電壓為35 kV，煙道風速分別為0.6 m/s、0.8 m/s、1.0 m/s、1.2 m/s和1.4 m/s。凝并后不同粒徑顆粒物體積占有率變化如圖3所示。

圖3 給粉濃度為2 g/m3，交流電壓為35 kV時，煙道風速不同時，不同粒徑顆粒物體積占有率變化

從圖3中可看出，風速為0.6 m/s時，小粒徑顆粒物體積占有率減少幅度最大，其凝并效果最好，風速為1.4 m/s時，小粒徑顆粒物體積占有率變化均為正值，其凝并效果最差。其原因主要是較大風速下粉塵在凝并室停留時間較短，導致粉塵震蕩次數減少從而減少了碰撞頻率，影響了粉塵的碰撞凝并效果，因此粉塵干式電凝并風速越低凝并效果越好。

2.3 在一定風速和電壓下，不同粉塵濃度對凝并效果的影響

本部分實驗時在固定風速和電壓條件下進行。當異極距為200 mm時，煙道風速為1.0 m/s，交流電壓為35 kV，選擇的粉塵變化濃度為1 g/m3，2 g/m3，3 g/m3。圖4為粉塵凝并后的不同粒徑顆粒物體積占有率變化。

圖4 風速為1.0 m/s，交流電壓為35 KV時，初始粉塵濃度不同時，不同粒徑顆粒物體積占有率變化

由圖4可以看出，濃度為1 g/m3和3 g/m3時，小粒徑顆粒物體積占有率不降反增，而濃度為2 g/m3時，小粒徑顆粒物體積占有率減少，說明小粒徑顆粒物經凝并而減少，可以知道濃度為2 g/m3時凝并效果較好。分析原因為，粉塵濃度過低使得荷電室內除塵效率提高，對大粒徑顆粒物的去除作用得到提升，進而凝并室內大粒徑顆粒物的比例降低，碰撞幾率減小，凝并效果不理想。在一定的煙道風速、交流電壓下，存在最佳初始濃度值。

3 結 論

實驗結果表明，當荷電室極配形式為八齒芒刺線-C型板，異極距為200 mm，接通負直流高壓電，直流電壓為40 kV時，在交流電場作用下，當凝并室的極配形式選為芒刺板-板時，存在最優凝并條件，即當交流電壓為30 kV，煙道風速為0.6 m/s，粉塵初始濃度為2 g/m3時的凝并效果較好。這種優化條件可以為工業應用提供基礎研究。

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Experimental Study on Particle Agglomeration With Unipolar Barbed Plate-Plate Electrode in AC Electric Field

,,,

（Hebei University of Technology, Tianjin 300401，China）

The agglomeration of particle with a unipolar barbed plate-plate electrode in AC electric field was studied. The effect of peak voltage, flue gas flow velocity and initial particle concentration on the agglomeration efficiency was investigated. The results indicate that, with the unipolar barbed plate-plate electrode in agglomerating area in AC electric field, when the AC voltage is 30kV, the flue gas flow velocity is 0.6m/s and initial particle concentration is 2g/m3, the agglomeration efficiency is better.

AC agglomeration; barbed plate; agglomeration efficiency

2017-05-04

陳博（1991-），女，碩士，河南省濮陽市人，2017年畢業于河北工業大學動力工程專業，研究方向：大氣污染控制理論與技術。

黃超（1960-），男，教授，博士，研究方向：大氣污染控制理論與技術。

河北省科技支撐計劃，項目號：15273713D-1。

R 122.7

A

1004-0935（2017）07-0629-03