偶极荷电收集微细颗粒物的机理与实验.研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1引言第一章绪论现代工业的迅速发展给人类带来便利，同时也带来了严重的环境污染，大气污染就是其中之一。大气气溶胶和气态大气污染物是大气污染的两大基本要素。气溶胶污染物中的固体颗粒，既严重危害人类健康，又污染大气环境，引起了人们的极大关注。粒径大于100岬的固体颗粒，在重力作用下会很快会沉降到地面，称为落尘。粒径范围在0．Ol一100岬之间的统称为总悬浮颗粒物(TSP)。作为除尘对象的粉尘，粒径一般在0．01—75岬之间。粉尘对人体的健康十分有害，其对人体的危害程度，与粉尘的粒径有密切关系【ll。10¨

2、m以上的粉尘易于被各种除尘设备分离，除尘效果显著。成问题的是粒径小于10岬的粉尘，特别是l岬以下的亚微米粉尘，分离起来较为困难。粉尘粒径小于lO岬的称为飘尘，其中有相当大一部分比细菌还小，可以几小时，甚至几天、几年地飘浮在大气中。飘尘中粒径大于5¨m的粉尘因受惯性作用被鼻毛、呼吸道黏液所截留，对人体健康伤害较小；粒径小于5岬的飘尘称为“呼吸性粉尘”，可以通过呼吸道直接到达肺部，绝大部分滞留在肺泡中形成纤维组织，产生呼吸机能障碍等各种疾病，部分飘尘还可以通过肺泡，被血液带到全身，引发其它疾病。有的飘尘还附有苯或本身就是一些有毒的金属(

3、如铬、铍、镍)化合物、石棉、砷化物等，有致癌作用。除此之外，粉尘还能削弱日光，吸收日光中部分紫外线，使儿童的佝偻病增爹引。粉尘也是导致酸雨、全球气候变化、烟雾事件和臭氧层破坏等重大问题的重要因烈引。粉尘气溶胶已被公认影响大气的辐射平衡，进而对气候造成影响。粉尘在气候变化中的影响也是当今国际认识地球一气候系统变化规律的核心课题之一。粉尘与其它大气污染物结合后，如遇到气温逆转的特殊气象条件和不利的地理条件时，将引起大气污染的灾难，如1930年比利时的马斯河谷事件、1948年美国宾夕法尼亚州的多诺拉事件、1952年的英国伦敦烟雾事件、19

4、50年墨西哥波查．罩加事件、1964年日本的富山市事件及五十年代连续发生的洛杉矶烟雾事件。上海在1999年12月中旬，由于城市上空存在气温逆流层，出现了少有的霾疬天气，给日常生活、生产带来极大不便【4l。因此，净化工业废气，控制粉尘排放，是保证人民身体健康、保护和改善环境，同时也是促进经济发展的大事，已越来越多的引起了各国政府的重视。1997年7月18同，美国环境保护署(EPA)对环境空气质量标准(NAAQs)进行了修改，增加了有关PM2．5(颗粒的动力学直径小于等于2．5岬)的标准，并对PMlo(颗粒的动力学直径小于等于10“m)

5、的24h标准进行了修改【51。根据《中华人民共和国环境保护法》，要求一切排尘装置都要采取一定的除尘技术，在粉尘被排入大气前，要通过粉尘收集，降低含尘浓度到最低，使粉尘排放达到国家第2页武汉科技大学硕士学位论文的规定的标准。我国新的火电厂大气污染物排放标准已严格规定新建火电站燃煤锅炉的烟尘排放质量浓度不得超过50mg／Nm3【61。控制粉尘污染，一般来说有两个途径：其一，消除污染源，这是最根本的解决途径。但由于我国经济水平和工业生产的工艺水平的限制，这种方法短期还不太可能发挥重大作用；其二，在污染源处利用各种除尘设备收集含尘烟气中的粉

6、尘，排出洁净空气。这是目前最可行的、应用最广泛的方法，而且在今后很长一段时间内仍然是治理粉尘污染的主要途径。人类利用除尘设备控制大气污染的历史已愈百年，研制出了静电除尘器、重力沉降室、旋风除尘器、布袋除尘器、水浴除尘器等多种除尘设备，这些除尘设备对环境保护做出了重大贡献，其中的静电除尘器，作为主要的除尘设备之一，具有除尘效率高、处理烟气量大、能处理高温烟气、运行费用低、自动化程度高等优点，已广泛应用于火电发电、钢铁工业、有色冶金、建材工业、化学工业、轻纺工业等工业领域乃至民用领埘‘71。1．2传统静电除尘器存在的问题静电除尘器是在两

7、个曲率半径相差很大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，在两极间维持一个足以使气体电离的不均匀静电场。气体电离后所产生的电子、阴离子或阳离子，附着在通过电场的粉尘上，使粉尘荷电。荷电粉尘在电场力的作用下，向极性相反的电极运动而沉降在电极上，从而使粉尘与气体分离。最后通过清灰过程把附着在电极上的粉尘震落，收集在灰斗中。静电除尘器一般采用阴极放电、阳极收尘。阴极由不同形状截面的金属导线制成，工作时，其接直流负高压电源，发生负电晕放电，使周围空气电离，所以阴极又称放电极或电晕极。阳极由不同形状的金属板制成并接地，收集电场中的荷电粉尘，所以阳

8、极又称收尘极或接地极。传统静电除尘器对各种粒径粉尘总的除尘效率可高达]!fJ99．7％，但是对微细颗粒物的除尘效率一直不高【引。分析其原因可知，这是由静电除尘器的基本工作原理决定的。Dseutch公式是现有的许多计算静电除尘器除尘效率