[实用新型]一种直流高压脉冲双极静电凝并除尘装置

说明书

技术领域

    本实用新型属于一种静电凝并装置，尤其是涉及一种直流高压脉冲双极静电凝并除尘装置。

背景技术

静电凝并除尘是先通过静电力作用将带电微细尘粒聚合成较大颗粒后再除尘的一种净化方法。静电凝并除尘被认为是目前控制PM2.5，乃至PM1的最有效的方法之一（杨林军.燃烧源细颗粒物污染控制技术，化学工业出版社，北京：2011）。静电凝并技术主要分三种：在恒电场中的静电凝并；在低频交变电场中的静电凝并；在高频交变电场中的静电凝并。

1、在恒电场中的静电凝并

为使粉尘发生静电凝并，必须先使粉尘带异极性电荷（以下简称双极荷电）。双极荷电粉尘在恒电场中的静电凝并研究始于上世纪80年代末（Eliasson B等. 烟道凝并器中双极荷电气溶胶粒子凝并.气溶胶科学杂志,1987,18(8): 869-872），双极荷电粉尘在恒电场中的静电凝并有明显的缺点：（1）因每股带电粒子流是单极性的，粒子间是互斥的，不利于凝并；（2）为使带正电粒子流和带负电粒子流能较充分地混合，凝并区较长。

2、在低频交变电场中的静电凝并

为增加双极荷电粉尘相互碰撞的概率，引入交变电场力是一种有效方法。低频交变电场静电凝并研究始于上世纪90年代中期，Kildes等人（Kildes J 等. 交变电场中气溶胶粒子凝并的实验研究. 气溶胶科学与技术. 1995, 23(7): 603-610）和Watanabe等人（Watanabe T等. 静电凝并器中亚微米粒子的凝并. 静电学杂志, 1995, 34(4): 367-383）在凝并区施加低频交流高压，荷电粒子在交变电场力作用下产生振动，促进了双极荷电微粒间的凝并。在低频交变电场中要实现双极静电凝并，至少需要3台高压电源：使粉尘荷异极性电荷需1台正高压直流电源和1台负高压直流电源，使粉尘凝并需要1台交流高压电源。使用的高压电源数量多，意味着成本高。

3、在高频交变电场中的静电凝并

显然，影响双极荷电粉尘静电凝并速度的关键因素是交变电场的频率。许多研究证实，当频率高于50Hz，静电凝并作用很快衰减（Y. Koizumi M 等. 双极荷电气溶胶粒子的凝并系数估计. .静电学杂志,2000,48(1): 93-101；向晓东, 陈宝智 Colbeck I. 双区凝并器凝并和收集双极荷电气溶胶. 环境科学杂志,2001,13(3): 276-279；刘栋等. 交变电场频率对荷电微细粉尘凝并影响的实验研究. 科技导报,2009,27(5):61-64）。原因是，粉尘粒子虽然很小，但总存在惯性作用，过高的频率产生的交变电场力会使粒子的振幅减小，甚至在原地不动。所以，低频交变电场中的静电凝并的频率一般在10Hz左右。

然而，当频率增加到数千伏以上，凝并作用会突然增强。美国CRS生产的Cosa/Tron静电凝并器装置所使用的交流电压频率却超过10万Hz（曹阳, 郎四维. 介绍一种新型空气自净系统.建筑科学,1998, 14 (1): 58-61）。实际工业应用的Cosa/Tron静电凝并器是由25kV的高压直流电和0.65kV的高频交流电加到电栅集组上形成频率高达15万Hz的复合电场。

这种“超高频”静电凝并机理很难用交变电场力的凝聚作用来解释（向晓东编著. 气溶胶科学技术基础. 北京:中国环境科学出版社, 2012）。定性地认为：双极荷电粉尘（带正电荷粉尘和带负电荷粉尘）在直流高压电场力作用下作相对运动，同时，高频交变电场作用力增强了双极荷电粉尘的无规则运动与振动碰撞效应，加快了粒子间的凝并。

Cosa/Tron静电凝并器的高频静电凝并是一个具有里程碑意义的技术进步：Cosa/Tron静电凝并器只用1台直流高压电源实现尘粒的双极荷电，降低了系统成本；Cosa/Tron静电凝并器用的交流电源的电压只有0.65kV，提高了系统的安全性。

但Cosa/Tron静电凝并器的缺点是电极结构较复杂；Cosa/Tron静电凝并器所提供的交流脉冲电压很低，限制了双极荷电粉尘的振动凝并作用的进一步提高。

综上所述，传统的交变电场中的静电凝并技术存在的问题是：

（1）需要多台交、直流电源才能实现尘粒的荷电与双极静电凝并，故设备初始投资大，运行成本高；

（2）传统的交变电场中的静电凝并除尘系统复杂，需设置预荷电区，或采取交、直流复合电极，体积大，结构复杂；