電除塵器內(nèi)臭氧產(chǎn)生規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

柳靜獻(xiàn)，韓永杰，毛 寧，常德強(qiáng)，孫 熙

(東北大學(xué)，沈陽(yáng) 110004)

電除塵器內(nèi)臭氧產(chǎn)生規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

柳靜獻(xiàn)，韓永杰，毛 寧，常德強(qiáng)，孫 熙

(東北大學(xué)，沈陽(yáng) 110004)

靜電除塵器是一種工業(yè)除塵技術(shù)，但它的高壓電源在使用中會(huì)產(chǎn)生臭氧，可能會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備及材料造成一定的影響，研究臭氧產(chǎn)生規(guī)律對(duì)靜電除塵器的安全使用有一定的指導(dǎo)意義。本文通過(guò)建立電除塵器的物理模型，以實(shí)驗(yàn)手段研究了電除塵器中臭氧產(chǎn)生與電壓、風(fēng)速、箱體位置的規(guī)律。結(jié)果表明，靜電除塵器會(huì)產(chǎn)生臭氧，且臭氧濃度隨著電壓的增大而增大，隨著風(fēng)速的增大而減小，沿氣流流動(dòng)方向臭氧濃度逐漸增大，臭氧濃度與電壓和風(fēng)速成近似線(xiàn)性關(guān)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(fā)明的，它利用高壓電源產(chǎn)生的電場(chǎng)使煙氣發(fā)生電離，令粉塵顆粒在電場(chǎng)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(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一百多年的理論研究與技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于燃煤電廠、水泥、鋼鐵、冶金等諸多行業(yè)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(guò)程中會(huì)使煙氣電離，會(huì)產(chǎn)生臭氧[2、3]。臭氧隨氣流流向下游設(shè)備，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的設(shè)備和材料產(chǎn)生一定的影響[4]；臭氧若直接排放到大氣，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害[5-7]。本文通過(guò)建立電除塵器的物理模型，以實(shí)驗(yàn)的手段研究了電除塵器中臭氧產(chǎn)生的規(guī)律，對(duì)靜電除塵器的安全使用有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

實(shí)驗(yàn)采用的靜電除塵器物理模型如圖1所示。測(cè)孔自左向右依次為測(cè)點(diǎn)一、測(cè)點(diǎn)二、測(cè)點(diǎn)三，臭氧濃度采用美國(guó)ESC公司的Z-1200XP進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試范圍在0～2ppm，精度為0.01ppm。各主要部分的幾何尺寸見(jiàn)下表。

圖1 靜電除塵器實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

靜電除塵器模型主要幾何參數(shù)表

2 結(jié)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(qū)間，測(cè)定了其伏安特性（如圖2所示）?？紤]到測(cè)試儀器的靈敏性及其它因素，本實(shí)驗(yàn)電壓范圍取25～35kV，分別在25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV下測(cè)量。

圖2 靜電除塵器的伏安特性

2.2 電壓與臭氧濃度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)中，保持風(fēng)速在0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s、1.2m/s和1.4m/s時(shí)，調(diào)整電源為25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV，獲得三個(gè)測(cè)點(diǎn)的臭氧濃度如圖3～圖7所示。

由圖3～圖7可知，在不同風(fēng)速下，隨著電壓的升高，臭氧濃度相應(yīng)的增大。例如，風(fēng)速為1.0m/s時(shí)，第一測(cè)點(diǎn)電壓從25kV升高到35kV時(shí)，臭氧濃度也從0.49ppm上升為0.082ppm。這主要是因?yàn)殡S電壓的升高，氣體電離程度加強(qiáng)，導(dǎo)致臭氧濃度增大。

三個(gè)測(cè)點(diǎn)中，沿氣流的方向，臭氧濃度依次增大。例如，在35kV時(shí)，第一、第二和第三測(cè)點(diǎn)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(chǎn)生臭氧的積累效果。

圖3 風(fēng)速為0.6m/s時(shí)臭氧與電壓的關(guān)系

圖4 風(fēng)速為0.8m/s時(shí)臭氧與電壓的關(guān)系

圖5 風(fēng)速為1.0m/s時(shí)臭氧與電壓的關(guān)系

圖6 風(fēng)速為1.2m/s時(shí)臭氧與電壓的關(guān)系

圖7 風(fēng)速為1.4m/s時(shí)臭氧與電壓的關(guān)系

2.3 臭氧濃度隨風(fēng)速的變化

在不同電壓下，測(cè)點(diǎn)一、測(cè)點(diǎn)二和測(cè)點(diǎn)三的臭氧濃度隨靜電除塵器內(nèi)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(cè)點(diǎn)的臭氧濃度與風(fēng)速的關(guān)系

圖10 在不同電壓下第三測(cè)點(diǎn)的臭氧濃度與風(fēng)速的關(guān)系

從圖8～圖10可以看出，對(duì)某一測(cè)點(diǎn)而言，在一定電壓下，臭氧濃度隨風(fēng)速的增大而減小。例如，在電壓為35kV時(shí)，第二測(cè)點(diǎn)風(fēng)速?gòu)?.6m/s升高到1.4m/s時(shí)，臭氧濃度從0.131ppm下降到0.069ppm。這是因?yàn)樵谕浑妷合?，產(chǎn)生的臭氧速率固定，風(fēng)速越大，用于帶走和稀釋臭氧的空氣量大，臭氧被稀釋?zhuān)錆舛纫簿妥冃　?/p>

在一定風(fēng)速下，臭氧濃度隨著電壓的增大而增大。例如，在風(fēng)速為1.4m/s時(shí)，第三測(cè)點(diǎn)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(shí)，空氣電離效果增強(qiáng)，導(dǎo)致臭氧濃度增大。

2.4 電除塵器箱體內(nèi)臭氧平均濃度變化規(guī)律

把三個(gè)測(cè)點(diǎn)的臭氧濃度平均后，將臭氧濃度與電壓、風(fēng)速的關(guān)系分別如圖11、圖12所示。

圖11 靜電除塵器箱體內(nèi)臭氧平均濃度與電壓的關(guān)系

圖12 靜電除塵器箱體內(nèi)臭氧平均濃度與風(fēng)速的關(guān)系

從圖11可以看出：在一定的風(fēng)速下，靜電除塵器箱體內(nèi)臭氧平均濃度與所施加電壓近似呈線(xiàn)性關(guān)系，且電壓越大，臭氧濃度越高。在風(fēng)速為1.0m/s時(shí)，隨著電壓從25kV上升到35kV，箱體內(nèi)臭氧濃度也從0.062ppm線(xiàn)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(fēng)速近似成線(xiàn)性關(guān)系，且風(fēng)速越大，箱體內(nèi)臭氧平均濃度越小。在電壓為30kV時(shí)，隨著風(fēng)速?gòu)?.6m/s增加1.4m/s，箱體內(nèi)臭氧濃度也從0.101ppm線(xiàn)性的降低到0.0623ppm 。

3 結(jié)論

在建立靜電除塵器的物理模型的基礎(chǔ)上對(duì)其內(nèi)部臭氧產(chǎn)生規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論如下：

（1）靜電除塵器內(nèi)由于高壓電源的使用，使氣體發(fā)生電離，會(huì)產(chǎn)生臭氧；

（2）在一定的風(fēng)速下，靜電除塵器內(nèi)臭氧濃度與所施加電壓近似呈線(xiàn)性關(guān)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(nèi)臭氧濃度跟風(fēng)速近似成線(xiàn)性關(guān)系，且隨著風(fēng)速的增大而減小；

（4）在靜電除塵器箱體內(nèi)，沿氣流流動(dòng)方向臭氧的濃度逐漸增大。

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

[3]柏婧，劉俊杰，朱能，等.靜電過(guò)濾器產(chǎn)生臭氧的實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào)，2003，33（06）：20-22.

[4]柳靜獻(xiàn)，郭彥波，毛寧，等,臭氧對(duì)鍋爐煙氣用PPS濾料性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)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.

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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(xiàn)（1966-），男，博士，教授，主要從事通風(fēng)除塵、大氣污染控制、過(guò)濾技術(shù)與材料的研究。