1、1高电压技术在静电除尘方面的应用年级：研一专业：高压姓名: 吕树明学号：09203000722第一章 绪论高电压技术日趋成熟，在现代社会，工业技术的发展已经远远超过了以往的任何时期，给人类文明增添了光辉灿烂的一笔，人类的生活也因此而变得越来越简洁快捷。但人类文明的发展是伴随着环境破坏的影响，烟尘的大量排放就是其中最为严重的污染物之一，如何在工业成产中去除烟尘已成为当今的一项重要问题，工业上常用的办法就有静电除尘方式除尘，本文就是简洁高电压技术在静电除尘方面的一些应用。早在公元前 600 年，希腊人就知道被摩擦过的琥珀对细粒子和纤维的静电吸引作用，库仑发现的平方反比定律称为静电学的科学基础，它也
2、是电除尘理论的出发点。威廉描述到：电能吸引由熄灭的火花产生的烟。1745 年，富兰克林开始研究尖端放电，他似乎是首先研究我们现在所涉及到的发电尖端的电晕放电。最早有关烟尘电力吸引的文学叙述出自英国的宫廷内科医生威廉吉伯特，时间是 1600 年。1772 年，贝卡利亚对于大量烟雾的气体中的放电、电风现象进行了试验以后，1824-1908 年，一些人做了一些有关净化过程中烟雾、烟草中的烟等试验。1908 年，柯特雷尔发表了他的第一个专利，并在赛尔拜冶炼厂电除尘成功地回收了过去很难处理的硫酸雾。后来在他的学生施密特协助下又进行了发展，为在冶金和水泥工业中迅速广泛地采用电除尘，成功地控制空气污染奠定了
3、基础，从本世纪二十年代到四十年代开始应用于其它工业。AbstractHigh voltage technology matures, in the modern society, industrial technology development has far more than any of the previous period for human civilization, add a brilliant pen, human life and thus becomes more and more concise. But with the development of human c
4、ivilization is the environmental damage, the influence of smoke emission is one of the most serious pollutant in industry, how to remove dust into during has become one of the most important problems in industry, used to have this way, dust removal is concise and high voltage technology in electrost
5、atic precipitation of some applications.In 600 BC, the greeks knew by the friction of fine particles and amber electrostatic attraction of fiber, found inverse square law of coulomb electrostatic learn scientific basis as it is, the theory of dust. William: power to attract the spark generated by ou
6、t of smoke. Franklin started to study in 1745 point discharge, he seems to be first research, we now have the power of cutting-edge involves corona discharge. The smoke from the literature narrative power to attract the British royal physician William gilbert, time is 1600 years. 1722 Samuel Adams,
7、beka leah to the 3discharge of gases of smoke, the wind, the test 1824-1908, some people do some relevant purification process of tobacco smoke, the smoke. In 1908, curt ryel published his first patent, and worshipped in Serbia has successfully recycled esp smelter sulfuric acid fog over the past di
8、fficult to handle. Later in his students help schmidt and development, in metallurgy and cement industries for rapid widely adopted in the dust, successfully control air pollution laid a foundation, from in l920s to 1940s applied to other industries.Key words: High voltage technology, electrostatic,
9、 discharge, point discharge.4第二章 电晕的基本概念2.1 电晕基础理论电晕是气体中电传导的若干形式之一，因此，在介绍电晕放电时，需要先简单说一说关于气体导电的基本现象。在通常的空气或用除尘气处理的排气中，存在着因宇宙线或放射线等等而电离的电子和离子，如在这样的气体中设置电极，并保持低的或中等的电位差，则在电极之间只有不可能测定的微弱电流流动。对这种情况可以说在电极间存在的气体是绝缘状态。但当电极之间的电位差提高到某一点时，气体的电离和电导性就大大增加，于是从绝缘状态转变为传导状态，这种导电现象称为电击穿或气体放电。气体放电有不同的形式，如火花放电、电晕放电等 16
10、。电晕实际上是一种不完全的电击穿。电晕放电和火花放电的不同之处在于前者只是在放电极的一小段距离内气体有强烈的电击穿，而后者则是在放电极和集尘极之间有若干狭窄的电击穿。前者放电时在电极周围的空气完全电离；后者放电时电极间的空气完全电离。在电晕中产生离子的主要机制是由于气体中的自由电子从电场中获得能量，和气体分子激烈碰撞，是电子脱离气体分子，结果产生带阳电荷的气体离子并增加了自由电子，这种现象称为电离。要产生电离，碰撞电子必须具有一定的最小能量，成为电离能量，其数值根据被撞出的分子或原子来决定。电子除了有强大的电离能力外，还具有可以附着在许多中分子和原子上形成阴离子的性质。对于元素周期表中右上方的
11、那些原子、电子最能附着，因为这些元素（卤、氧、硫）的外电子层缺乏电子，有大的电子亲合势，它们称为阴电元素。当存在阴电性气体时，即使是少量的，也能大大减弱电子电离，抑制气体放电。显然，在任一距离内净剩的电子数是由电离所造成的电子数和因附着而损失的电子数之差。空气中阴电晕产生电子是这种情况的一个代表。在电晕极限的强电场区域内释放出来的电子又产生许多新的电子，这是新生的数量大，附着的数量少，但离开极线较远则电场较弱，电子附着占优势，于是电子数减少，最终由于都5附着于气体分子形成阴离子而消失。电子附着对保持稳定的阴电晕是很重要的。因为气体的迁移速度是自由电子的 1/100，如没有电子附着而形成的大量阴
12、离子，则迁移速度高的自由电子就会迅速流至阳极，这样便不能在电极之间形成稳定的空间电荷。差不多在达到电晕始发电压时就会发生火花放电。在没有电子附着的情况下，如某些气体N2、H2 等，在很纯的情况下，完全不能由电子附着形成阴离子，就只能采用阳电晕。因为阳电晕中的电流载体是速度比较小的阳离子。气体放电可分为自持的和非自持的两类。自持的是指放电仅靠电位来维持，不需要外来的电离方法。电晕放电是自持的一种。非自持的则受外界电离剂的作用。气体导电与固体或液体的导电有着本质上的区别。固体和液体的导电是由于自由电子或离子的存在，在外加电场的作用下，它们通过介质移动而形成电流，例如，在金属中携带电荷的载体是自由电
13、子，它们通过金属的晶格结构，在移动中几乎不受到任何阻力。在半导体中，携带电荷的载体为电子和所谓的“空穴” 。至于像水或盐的溶液，其电荷的载体为自由的电解离子。气体中的导电则不然，与固体和液体相反，气体中不存在自发的离子，它必须依靠外力，依靠电离过程才能产生离子。 阴 离 子 空 间 电 荷 区管 电 晕 线电 晕 辉 光电晕放电的电晕区和电晕外区示意图 182.2 电晕的形成如果在两块平行板之间建立电位差，则形成的是均匀电场。当电位差增大到一定值时，电场中任一点的场强也均增大到某一定值。如达到一个临界值，整个电场就都发生电击穿，在板之间产生火花放电。此时，虽然极板间通过的电流大，但只限于在狭条
14、通道中产生气体离子，这种情况还能使尘粒有效地荷电，而且火花会扰动收尘电极上的灰尘层，从而减低收尘效率。如果在曲率很大的表面（如一尖端或一根细线）和一根管子或一块板之间有电位差，则能形6成非均匀电场而产生电晕放电。虽然交流电压也能产生电晕，但交流电晕使荷电粒子产生摆动运动，而直流电晕则产生把离子驱向收尘电极的稳定的力，所以电除尘通常都是单极放电。电除尘中所采用的单极性电晕是在放电电极和收尘电极间形成的稳定的自发发生的气体放电，电离过程局限在放电电极邻近的强电场中的辉光区或邻近辉光区的地方，如下图所示：阳电晕或阴电晕的存在有两个主要条件：1）在电晕电极附近必须有充足的电离源；2）在电离区发射出的离
15、子必须能在电晕外区生成有效的空间电荷。在密度很大的气体中采用细金属线（或其它具有锐边或尖点的材料）作为电晕电极就可满足第一条件。根据电极极性的不同，电晕有阳电晕与阴电晕之分。当放电电极和高压直流电源的阴极连接时，就产生阴电晕。1. 阴电晕形成机理概括一下，由于自然界的放射性、宇宙线、紫外线等的作用，气体通常是包含一些被电离的分子和自由电子的。在达到一定电位差的非均匀电场中，靠近阴极线的强电场强区域内，自由电子从电场获得能量（足够） ，由于和气体分子碰撞而产生阳离子和新的电子，这些新电子又被加速而产生进一步的电离，于是形成被称为“电子雪崩”的积累过程。阳离子被加速引向阴极线，使阴极表面释放出维持
16、放电所必需的二次电子，同时，来自电晕区域的紫外线光子也使极线释放电子或使周围气体光化电离。在强电场区域以外，电子逐渐减慢到小于碰撞电离所必需的速度，并附着在气体分子上形成气体离子。这些气体离子向集尘极运动，其速度和它们的电荷及电场强度成比例，这些离子构成电晕区以外整个空间的唯一电流 【3】 。阴电晕：形成只是在很大的电子亲和力的气体或混和气体中有可能。外观：在放电电极周围有一连串光点或刷毛状辉光。阳电晕的形成机制与阴电晕显著不同，在阳电晕情况下，靠近阳极的放电极线的强电场空间内，自由电子和气体分子碰撞形成电子雪崩过程。这些电子向着极线运动，而气体阳离子则离开极线向强度逐步降低的电场运动，成为电
17、晕外区空间内的全部电流。阳电晕：外观：比较光滑，均匀的，蓝色的亮光包着7整个放电电极表面，这种电离过程有扩散性质。2. 电晕起始电压电晕起始电压指开始发生电晕放电时的电压，也称临界电压，与之相应的场强称为电晕起始场强或临界场强。3. 电晕起始电压电晕起始电压指开始发生电晕放电时的电压，也称临界电压，与之相应的场强称为电晕起始场强或临界场强。第三章 粉尘基本理论3.1 粉尘粒径1 定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方法有所不同。一般分为两类：单一粒径：单个粒子的；球形颗粒：d=直径；平均粒径：粒子群的。投影径非球形颗粒 单一粒径分成 几何当量径物理当量径投影径：指颗粒在显微镜下观察到的
18、粒径。面积等分径（martine） ，指颗粒的投影面积二等分的直线长度，其与所取的方向有关，常采用与底边平行的线作为粒径 【12】 。定向径（feret） ，指颗粒投影面上两平行切线间的距离。 c d a b 长径，不考虑方向的最长径。短径，不考虑方向的最短径。几何当量径：取颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。等投影面积径 dA：与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。 2/12/18.4pp824Apd颗 粒 投 影 面 积等体积径 dV： 3314.6ppV 36pd等表面积径 dS： 21ps 2Sp颗 粒 的 外 表 面 积体积表面积平均径 de：颗粒体积与外表面积相
19、同的圆球的直径。 peSVd6物理当量径：取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。自由沉降 dt：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径。空气动力径 da：在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为 1g/cm3的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径。单位 。代 表mAcg213)/(斯托克斯径(Stokes)dst。在层流区内（对颗粒的雷诺数 Re2.0）的空气动力径。Vt颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）218gVdptstd分割粒径（半分离粒径）d 50：即分级效率为 50%的颗粒直径。（二）平均粒径对于一个由大小和形状不相同
20、的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。列出了各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。一般顺序：d 1dsdvd2d3d4常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径 dc50、空气动力学径 da（是除尘技术中用得最多的） 。平均粒径：中位径、众径。3.2 粒径分布1定义：粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度。表示方法：个数分布：以粒子的个数所占的比例来表示；表面积分布：以粒子表面积表示；质量分布：以粒子质量表示。2常见的表示方法（1）频数分布 R：它是指粒径 dp
21、 至（dp+dp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。见图 a。 R 与选取的粒径间%10mR10R隔的大小有关。9（2）频度分布 f：是 dp=1m 时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数。即： 其微分定义式：pdRfm%dpdpRf有计算结果可绘出频度分布 f 的直方图 【4】 ，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图 b。最大频度的粒径 dom 称为众径。频 率 （ %） 图 a dp/(m) dp/(m) 图 c 50% 10% D （ ） d50 频 率 密 度 图 b dp/(m) dom (3)筛下累积频率分布 D/%：指小于某一粒径 dp 的尘样质量占尘样总
22、质量的百分数。dpdpdpfDminmin反之为筛上累积分布 R：D=1-R当 D=R=50%时的 dp 位中位径 d50。由图可见，筛上分布 R 对 dp 之比为负梯度，筛下分布 D 对 dp 之比为正值。因此若已知 R、D，则或也可这样说：若粒径间隔宽度 即取极限，则：dpdpf 0dpdpdpdpdpfffgR即即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。10在除尘技术中，筛上累积分布 R 比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中多用 R 表示粒径分布 【6】 。3粒径分布函数我们见面介绍下世界上用的较多的 RR 分布。RR 分布是： （a）npdpex(b)nRd10式中：n分布
23、指数；、分布系数，并有 。30.21l对(b)两端两次求对数得： ，以 lgdp 为横坐标，以 lgdpnRdplgllg为纵坐标，可的一条直线，其斜率为 n。dpR1lg将中位径 d50 代入(a)式可求得 那麽 RR 函数表达式为：nd50693.2l ndpdpR50693.ex在 RR 坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线（R）为直线，并能方便地求出n、d50 等。第四章 电晕技术在静电除尘方面的应用静电除尘是利用静电力(库仑力)实现粒子与气流分离一种除尘装置。其除尘过程大致分为以下几个过程:(1)气体电离众所周知，物质的原子是由带正电荷的质子与不带电荷的中子组成的原子核以及在核外高速运动的
24、带负电的电子组成。电子比较容易受撞击或外力影响而脱离原子核的束缚，成为带负电的“自由电子”。这些自由电子有些还会附着在其它颗粒或分子上，成为带负电的质点，称为“负离子”。气体分子失去一个电子以后，就多出一个正电荷，呈现出带正电的性质，称为“正离子”。这种中性气体分子分离为正离子和负离子(包括自由电子)的现象，称为气体的电离。(2)粉尘荷电当在放电极和收尘极之间施加直流高电压，放电极周围的小区域内空气全部电离，可以看到一圈蓝色的光环，此时为电晕放电(下面将作详细介绍)。放电极称为电晕极。当外加电压进一步加大，空气电离的范围逐渐扩大，最后导致两极间的空11气全部电离。在放电极附近的所谓电晕区内正离
25、子立即被放电极(假定带负电)中和，自由电子和随即形成的负离子则因受电场力的驱使向收尘极移动，并充满到两极间的绝大部分空间。当含尘气流通过电场空间时，气流内粉尘粒子与自由电子或负离子碰撞结合，便实现了粉尘的荷电 7 。(3)粉尘沉降荷电粉尘在库仑力的作用下向收尘极运动，经过一段时间后达到收尘极表面，然后放出其所带电荷而沉积在收尘极上。(4)清灰当收尘极表面上的粉尘达到一定的厚度时，用机械振打(包括自动装置振打)或者水气体电离过程电晕放电产生大量的正负离子粉荷电过程。工作原理图如图 1 所示图表 1第五章 结论高电压在空气中的局部放电的一种形式就是电晕，利用高电压使得空气离子化变为高能粒子，再利用
26、电荷的异性相吸性质即可做到静电除尘的作用，从而解决工业上的一大难题，为人类环境的维护造福，本文粗略的讲述了静电除尘的基本原理及过程，这仅仅是高电压应用领域的冰山一角，类似的应用还有很多，比如污水处理、食品检测等等，随着人们认识的提高，技术的完善，相信有一天，高电压技术会带给人们更多的帮助。12参考文献1 傅正才. 高电压应用技术的开发与研究 . 内蒙古电力技术 ，1995.2 任爱玲 大气污染控制工程教案河北工业大学， 20033.203 李世雄高压静电除尘器广 州 广 一 大 气 治 理 工 程 公 司 ， 20024 唐国山电除尘器绝缘子及其故障的消除措施国家建材局合肥水泥研究设计院，20
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30、tionaxeonrerenceonApplie(rEleetrostatics，97Shanghai.17 N. Hozumi, T. Okamoto and T. Imajo. Discrimination of Partial DischargePatterns Using a Neural Network. IEEE Transaction on Electrical Insulation,1992,27(3):55055618 LILLIEBLAIKena，THIMANSONMats.Ondust。akeremovalineleet、tati。preeipitatorsJ.proce
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