气溶胶力学第9,10章课件.ppt

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1、第九章静电沉降第一台工业用静电沉降除尘器是考垂尔（F.G.Cottrell）于1907年在美国旧金山附近建成，成功地处理了95升/秒的含尘气体。时间证明静电除尘器是一种行之有效的除尘净化设备。此后，静电除尘器在各个工业领域中得到了广泛的应用。近十几年来，静电除尘器在我国得到了迅速的发展，技术经济指标有的已经达到国际先进水平。从静电除尘器的基本结构及工作原理上看。有单区与双区之分，但收集粉尘的机理是相同的。近几年来又出现了静电增强过滤设备，丰富了静电收集的内容。此外，静电收集原理也曾用于气溶胶的测量，可用以测定

2、气溶胶粒子的荷电、迁移率、粒径大小及其分布。近几十年来，静电除尘器在结构上出现重大改进，技术上有了很大进步；静电收集理论的研究也十分活跃，在很大程度上丰富了对静电收集理论的认识。静电除尘器（ElectrostaticPrecipitator，简写为ESP）的工作原理是一高压直流流电在两极间产生电晕放电，含尘气流通过该空间时，粉尘粒子被强制荷电，荷电粒子在库仑力作用下向极板运动并被极板所捕集，如图9-1所示。在电晕放电极的窄小区域内气体分子被电离而离子化，正离子向电晕极运动而被中和，负离子在向集尘极运动过程中撞

3、击粉尘粒子而使其荷电，荷电粒子在电场作用下向集尘极运动而被收集，失去电荷，经振打脱离集尘极。在静电场作用于荷电粒子上的库仑力要比重力大很多倍，图9-2表示了电力与重力的比较，也表示了作用于气溶胶粒子上的其它力与重力的比较，对于直径为的粒子，静电力比重力约大10000倍，对于直径为的粒子，静电力比重力约大1000倍。因而静电除尘器有很高的收集效率，特别是对细小粒子。此外，静电除尘器可处理高达500℃的高温含尘气体，设备阻力较低，这是静电除尘设备比较优越之处。图9-1静电集尘原理在本章里，我们着重论述电场强度与电

4、晕电流气溶胶粒子的荷电、荷电粒子在静电场中的运动、静电收集理论、影响除尘效率的因素以及电荷影响下气溶胶粒子在圆柱体上的沉降等。图9-2电力与其它力的比较图9-3伏-安特性一电场强度与电晕电流静电除尘器的伏-安特性如图9-3所示，气体离子的离子迁移和电晕区外部粉尘浓度是影响伏-安特性的主要因素。负电晕与正电晕的伏-安特性有较大差别，在达到火花放电前，负电晕有较高的电流、电压值。对不同的气体，伏-安特性也有所不同，对氮气，电流上升较快，对氧气，电流上升较缓慢。而空气处于二者之间。两极间的电压越高，电场强度与电晕电

5、流也越高，但它们之间的关系是复杂的，受气体成分、温度、压力、电极形状、粉尘浓度、收集极的粉尘厚度等因素的影响，精确的表达它们之间的关系是困难的。由电工学理论知，对于两同轴圆柱体间的电场强度为：（9-1）式中V——两圆柱体间电压；——极线的半径；——圆筒的半径。通常在自由空间中，由于宇宙辐射，每立方厘米气体中有大约1000个自由电子，它们在极线附近较大的位势梯度作用下急剧加速，撞击气体原子或气体分子，如果自由电子作用下急剧加速，撞击气体原子或气体分子，如果自由电子的速度充分大，撞击的结果产生新的自由电子和正气体

6、粒子，自由电子被气体吸收而产生负气体离子，这种雪崩过程连续发生在极线附近的区域中，此区域成为电晕区或离子化区，其中正离子被放电极线吸收，负离子在电场作用下离开电晕区而流向收集极，形成电晕电流。电晕所需要的最小电压称为电晕起始电压，电晕起始电压须由实验确定。对于同轴的圆柱体体系，经怀特黑德（Whitehead）的研究给出临界场强为：（9-2）其中m为一系数，与放电极表面状态有关，对光滑的金属线m=1，粗糙的金属线m=0.92，绞合的金属线m=0.82。——相对空气密度，在标准状态下，在其它条件下，；T——绝对温

7、度°K，P——大气压力，Pa。所以电晕起始电压为：（kv）（9-3）而电场中的电晕电流是电荷数目、荷电面积和离子速度的函数，即（9-4）这里n——每立方厘米电荷数目；e——基本电荷，u——离子迁移率，；E——场强，V/cm。在的空间内任意点的场强可由泊桑方程得到：（9-5）当（9-6）对于线-板极集尘器特鲁斯特（Troost）曾得到一实验结果：（9-7）这里L——线-板极间距离；W——线与线之间距离。粉尘粒子的存在可减少收集区内的电晕电流，既考虑空间电荷又考虑粉尘的存在，场强可近似写为：（9-8）式中A——单

8、位体积中所有离子的表面积；——粒子的介电常数；。当很小时，式（9-8）可进一步简化为：（9-9）双板型集尘器，有与式（9-9）相似的方程为：（9-10）在有粉尘粒子存在时，场强是电晕电流i、离子迁移率u和单位体积中粒子的总表面积A的函数。式（9-9）、（9-10）说明，有粒子存在时的场强大于只有空间电荷时的场强。二气溶胶粒子的荷电大多数气溶胶是荷电的，气溶胶粒子和电的方法很多，如喷雾、研磨、从粉体状