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尘粒的荷电和运动

  收尘空间尘粒荷电是静电除尘过程中最基本的过程。虽然有许多与物理和化学现象有关的荷电方式可以使尘粒荷电,但是,大多数方式不能满足净化大量含尘气体的要求。因为在静电除尘中使尘粒分离的力主要是静电力即库仑力,而库仑力与尘粒所带的电荷量和除尘区电场强度的乘积成比例。所以,要尽量使尘粒多荷电,如果荷电量加倍,则库仑力会加倍。若其他因素相同,这意味着静电除尘器的尺寸可以缩小一半。虽然在双极性条件下能使尘粒荷电实现,但是理论和实践证明,单极性高压电晕放电使尘粒荷电效果更好,能使尘粒荷电达到很高的程度,所以静电除尘器都是采用单极性荷电。
  就本质而言,阳性电荷与阴性电荷并无区别,都能达到同样的荷电程度。而实践中对电性的选择,是由其他标准所决定的。工业中按惯例除尘用的静电除尘器。选择阴性是由于它具有较高的稳定性,并且能获得较高的操作电压和较大的电流。反之,在空气净化中,由于要求减少臭氧的产生,一般选择阳性荷电。总之,不论是选择哪种荷电方式,基本的准则是使尘粒获得最大的荷电量,以适应其他条件的要求。
  在静电除尘器的电场中,尘粒的荷电机理基本有两种;一种是电场中离子的吸附荷电,这种荷电机理通常称为电场荷电或碰撞荷电;另一种则是由于离子扩散现象的荷电过程,通常这种荷电过程为扩散荷电。尘粒的荷电量与尘粒的粒径、电场强度和停留时
间等因素有关。就大多数实际应用的工业静电除尘器所捕集的尘粒范围而言,电场荷电更为重要。
  1、电场荷电
  在电场作用下,离子沿电力线移动,与尘粒碰撞黏附于其上并将电荷传至尘粒,这种荷电称为电场荷电或轰击荷电。这种尘粒的电荷是电场强度E和粉尘绝缘特性的函数。
  非导电性的尘粒,当其介电常数e=1时,将不会引起电力线的畸变,在时间t后尘粒获得的电荷等于通过尘粒横截面的离子个数。
  有导电性无电荷的尘粒,其介电常数在1≤b≤8时,将引起电力线的畸变,尘粒荷电和电力线畸变如图所示。有更多的离子被尘粒所吸附,随着尘粒电荷增加电场的畸变减小,当没有电力线拦截尘粒轨迹时,则尘粒的荷电达到饱和状态。
  由于电场荷电球形尘粒表面的饱和电荷量和电荷量如下。
  2、扩散荷电
  尘粒的扩散荷电是由于离子的无规则热运动造成的。这种运动使离子通过气体扩散,且不考虑离子的随机湍流运动,当离子与存在的粉尘相碰撞,然后黏附于其上,使粉尘荷电。虽然外加电场有助于扩散荷电,但并不依赖于它。尘粒的荷电量qd除随时间t的增加而增加外,它还取决于离子的热能和尘粒的大小等因素。在扩散荷电过程中离子的运转并不是沿电力线而是任意的。
  3、电场荷电和扩散荷电的联合
  一般情况下,两种尘粒荷电机理是同时存在的,只是对于不同粒径大小,不同机理所起的主导作用不同而已。对于粒径≤0.2um的尘粒受扩散荷电控制,对粒径近似1um的尘粒受电场荷电控制。一般工业粉尘的粒径,只是小部分在上述范围之内,关于两种机理的荷电率叠加的数学论述极为复杂。
  4、反常的尘粒荷电
  有时在静电除尘器中存在着尘粒荷电现象,结果造成尘粒荷电异常地低,给电除尘器正常工作带来困难,降低了除尘效率,严重时使静电除尘器全部失效。
  5、荷电尘粒的运动
  粉尘荷电后,在电场的作用下,带有不同极性电荷的尘粒,则分别向极性相反的电极运动,并沉积在电极上。工业电除尘多采用负电晕,在电晕区内少量带正电荷的尘粒沉积到电晕极上,而电晕外区的大量尘粒带负电荷,因而向收尘极运动。
  处于收尘极和电晕极之间荷电尘粒,受到四种力的作用,其运动服从子牛顿定律。
  气体中的细微尘粒的重力和介质阻力相比很小,完全可以忽略不计,所以,在静电除尘器中作用在悬浮尘粒上的力只剩下电力、惯性力和介质阻力。按牛顿定律这三个力之和为零。解微分方程,并做变换,根据在正常情况下,尘粒到达其终速度所需时间与尘粒在除尘器中停留的时间达到平衡,并向收尘极做等速运动,相当于忽略惯性力,并且认为荷电区的电场强度Ec和收尘区的场强Ep相等,都为E。
  从理论推导出的公式中可以看出,荷电尘粒的驱进速度m与粉尘粒径成正比,与电场强度的平方成正比。与介质的黏度成反比。粉尘粒径大、荷电量大,驱进速度大是不言而喻的。由于作用在尘粒上的力,除电场力外还有电场在空间位置上发生变化时出现的所谓梯性度力(电压梯度)。实用梯性度力具有沿电力线方向粒的作用,而且在电场实用性度显著的放电线附近特别大。当放电电压低,由电晕放电产生的收尘作用减弱时。尘粒就被吸附在放电极上,电线变粗,这样就使电晕电流减少使收尘效果明显恶化,因此要防止这种现象,故电极需施加较高的电压,并且要经常振打放电线,使粉尘脱落。由于介质的黏度是比较复杂的因素,实际驱进速度与计算值相差尚较大,约小于1/2,所以,在设计时,还常采用试验或实践经验值。
上一条气体的电离和导电过程                  下一条荷电尘粒的捕集