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摘要:脉冲电除尘电晕放电状态不同于传统的直流电除尘。脉冲电晕放电在脉冲期间产生大
量的高能电子, 使颗粒在电场中进行电子荷电。窄脉冲放电电晕区可覆盖整个电极间区域,
荷电区域内既有电子, 也有正离子和负离子, 电子能量远高于离子能量, 正负离子数量不平
衡。粒子荷电过程分2 个阶段,在脉冲放电期内为电子荷电,脉冲期过后为离子荷电。
关键词:脉冲放电;粒子;荷电
中图分类号: X701 文献标识码:A 文章编号:1006- 8759(2006) 02- 0019- 03
RESEARCH OF PARTICLE CHARGE IN PULSE CORONA
DISCHARGE DEDUSTING
CAI Hao - jing ,LU Miao ,YI Cheng - wu
( J iangsu University , Zhenjiang 212013 , China)
Abstract :The discharge state of pulse corona in dedusting differs fromof that DC corona. The high
energy electrons produced during the submicro second pulse discharge process are main source of the
particle charge. The area of narrow pulse corona discharge can cover the whole area between the
poles. In the pulse corona area , there are both electrons and positive and negative ions , with the
electron energy much higher than that of ion and unbalance between the amounts of positive ions and
negative ones. The process of particle charging consists of two periods , the electron charging in pulse
discharge duration and the ion charging after the pulse discharge duration.
Keywords :pulse corona discharge ;particle ,charging
0 引言
随着环境污染问题的日益严重, 烟气治理技术的应用已越来越受到人们的关注。由于电除尘器除尘效率高、运行管理方便和适应性强等优点,已在各工业领域含尘烟气治理中得到广泛的应用。电除尘器工作原理是基于作用在粉尘粒子上的库仑力使粒子向收尘极板运动而沉降在极板上的。库仑力的大小一方面取决于粒子的荷电量,另一方面取决于电场通道的空间电场强度。早期的电除尘全部采用直流供电, 当给电除尘电极加上高电压时,由于电极结构非对称性,在电晕线附近局部强电场区域发生气体电离,形成电晕区,这个区域很小,与极板间的空间相比可忽略。在电晕区内有电子和正离子, 正离子向电晕线移动被中和掉, 负离子和自由电子在电场力作用下扩散整个收尘区域, 含尘气流通过电场时, 负离子、自由电子与粉尘粒子碰撞,使粒子荷电。荷电粒子在库仑力作用下向收尘板(异性电极) 表面运动, 到达收尘板表面后放出所带电荷而被收集下来, 使粉尘从气流中分离而达到除尘的目的。但对于直流,颗粒在直流电晕场中获得的能量低, 用于自身的热运动的能量少,处于不活跃的状态,而且直流电除尘器的气体击穿临界场强大约为2 ×106～3 ×106V/ m , 这不利于提高粒子的荷电量, 也就阻碍了电除尘器效率的提高。
为了提高粒子的荷电量,许多研究人员采用直流叠加脉冲对电除尘器供电, 以提高粒子的荷电量。国外有人首先做了脉冲供电的电除尘器的性能测试,结果表明,对小于2μm 粉尘粒子除尘效率提高很多。这一结论证实了在脉冲电晕放电中, 电子在粒子荷电中起了重要作用, 特别是显著提高了小粒子的荷电量。利用纳秒级脉冲供电方式的电除尘器,在脉冲放电中,由于瞬间电位较高,电子从电场中获得的能量很大, 产生高能电子, 这些高能电子与中性气体分子碰撞裂解或激发中性分子进而产生更多的电子。因此,在脉冲期间电子的能量很高,能量在5～20 eV ,电子的扩散率和迁移率比值D/μ也很大,使电子处于“热态”。此时,电场空间带电粒
子主要是电子, 电晕电流是电子传输形成的。飞灰粒子荷电是以电子荷电为主。
粒子的电子荷电不仅与电场强度有关, 也与电子的热运动程度有关。直流电除尘器中,由于粒子的电场荷电很快达到饱和并在粒子表面形成势垒能,抑制粒子的进一步荷电,但在脉冲电除尘期间,高能电子足以克服这势垒能而轰击粒子表面,使粒子的荷电量超过饱和电场荷电的极限。
2 脉冲放电颗粒荷电过程分析
在脉冲电晕放电过程中,由于瞬间电位很高,电子从电场中获得很高的能量, 在奔向阳极的途中,不断撞击、电离气体分子,形成电子崩,在崩内电子数和离子数随电子崩发展的距离按指数规律急剧增长。由于电子的迁移率比正离子的迁移率大2 个数量级,所以电子总是跑在崩头部分,而正离子则大体上滞留在产生它的地方, 其外形如一个头部为球状的圆锥体,电子集中在崩头部分,其后则是正离子。电子崩的空间电荷分布使电场发生畸变, 此时空间电场是外加电电源电场和空间电荷所造成电场的叠加。崩尾电场被加强,崩内正负空间电荷混杂处的电场被大为减弱, 而崩头前面的电场则被激烈加强。崩头的激烈电离过程必然会伴随着强烈的激烈和反激烈过程, 因为受激状态是极不稳定的,存在时间极短。强烈的反激烈会放射出大量光子,光子向四面发射,发生电光离产生光电离, 产生次电子崩, 次电子崩受主电子崩空间电荷吸引, 向主崩尾部发展, 并汇合到主崩尾的正空间电荷中去。次电子崩受头部的电子汇合到主崩尾部正空间电荷区, 使主崩本体区域成为正、负带电质点的混合通道, 由于主崩电子进入阳极,通道中正离子多于电子和负离子, 通道呈微正电性。主崩通道头部边缘为次电子崩的崩尾正空间电荷区, 这些正空间电荷大大加强了崩尾外围的电场,推动流光逐渐向阴极方向发展,最后到达阴极,形成贯穿间隙的流光通道。
3 脉冲放电过程中的粒子荷电机理
处于电场中的电子在外加电场的作用下向异极运动,在运动中与粒子发生碰撞,并将电荷传递给粒子。在通常称之为镜象力的作用下,这些电荷将保持在粉尘粒子表面上。镜象力起源于电子诱发的电场,当一个电子移近粒子时,粒子的内部电荷就重新分配,导致二者之间产生吸引力,使粒子上的电荷不断增加, 直到积累的电荷在其附近建立起足够的电场排斥后来的电子为止。在脉冲放电电晕场中,由于电子的能量和密度都很高,粉尘粒子的荷电量有增加的趋势, 特别是小粒子的荷电量增加很多, 荷电粒子的荷电量增加到一定量时,粒子就会对收尘极板发生电晕放电,使粒子的荷电量始终维持在粒子起晕放电时的荷电水平。
3. 1 电子传输通量
在颗粒荷电过程中, 电子向颗粒表面传输的通量方程为
颗粒的荷电量,提高其除尘效率是非常有用的。
参考文献:
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第一作者简介: 蔡灏兢(1981 - ) , 男, 在读研究生, 主要从事电除
尘技术方面的研究。
