大气环境保护实验——静电除尘.docx

大气环境保护创新实验——静电除尘 学号：1130340114 姓名：陈嘉海 实验目的 做这个实验的目的显然是需求驱动的。不久前，美国耶鲁大学发布了《2016年环境绩效指数报告》，对180个国家的空气质量做了一个排名，中国成为仅次于孟加拉国空气质量最差的国家。而雾霾则是造成中国大气污染的最重要因素之一。 细颗粒(PM2.5)是造成雾霾污染事件的主要污染物,大量的流行病学研究已证实细颗粒物污染与居民死亡率和发病率之间的正相关关系。雾霾污染还进一步破坏了生态，包括物种的大面积死亡。同时雾霾事件造成了社会交通的损失，如航班延误，交通事故等。面对日益严重的雾霾，本实验的意义不言而喻，治理空气雾霾不仅关系到国民的生命健康，也为了子孙后代的可持续发展。而静电除尘技术作为治理大气雾霾的手段之一具有压力损失小，处理污染气体多，高效吸收空气中的粉尘，能耗相对较小，可在高温或强腐蚀环境下工作等优点。通过本次试验，我希望： 能对中国大气环境的现状有更深的认识， 初步了解静电除尘的工作方式和特点， 完成老师给定的实验任务。 实验构想 静电除尘器主要是靠颗粒荷电、迁移、捕集、清灰从而达到脱除粉尘的效果。静电除尘器有多种结构类型，但它们都是遵循同一个基本原理设计的。 静电除尘器基本示意图如图1所示： 图1静电除尘器结构 除尘器由本体和电源组成。电源包括变压器和整流器，提供高压直流电以形成电晕极（放电阴极）。本体包括连接电源的阴极和接地的阳极，阳极作为集尘极收集空气中的粉尘（阳极板可以做成板状也可以做成管状）。阴极一般放在阳极板的中心位置，当电流流经电晕极的时候可以产生不均匀的强电场。电晕极有多种形状，常见的有圆形、星形、芒刺形等。芒刺电晕极的放电效果好，不仅能产生较强的电晕电流，而且芒刺尖产生较强的离子风，能增强尘粒向集尘极的运动速度。 图2气体电离过程 除尘过程如图2，包含灰尘的污染气体从除尘入口进入除尘器，在除尘器中气体由于高压电极（阴极）发生电晕放电而被电离，进而转变成电子、正负离子。在电场力的作用下，带负电的气体离子向正极移动，在高速移动的过程中与粉尘颗粒发生摩擦碰撞，使得粉尘颗粒也带上负电。荷电的粉尘颗粒在电场力的作用下也向正极移动，最终沉积在正极板（集尘板）上，从而是粉尘与空气分离。 在连续运转的静电除尘器中，对电晕极和集尘极都必须清灰（有时电晕极也会吸附少量粉尘）。振动电极是使用最多的清灰方法，振动装置可以使用：锤击振打，用重锤敲击阳极板和电晕极吊杆；跌落振打，将电极升至一定高度然后骤然放下；电振动，使用电振动器让电晕极和集尘极板产生高频率振动。不过振动清灰的方式容易产生二次扬尘，降低除尘的效果。为了避免二次扬尘，可以使用淋洗的方式清灰，不过会消耗一定的水，并且有污水产生。图3、4、5为不同的清灰方式。 图3 图4 图5 简单概括静电除尘器工作的4个过程:(1)高压放电，气体电离;(2)尘粒荷电;(3)荷电尘粒从烟气中分离，沉积在集尘板;(4)清灰工作。 文献依据 实验原理的可行性分析 通常，空气中会存在少量的自由电子和离子，但由于数量少，在低电压电场作用下产生的电流极其微弱，因此可以认为空气在通常状态下是不导电的。随着电压逐渐升高，原来空气中存在的少量自由电子获得能量而加速，电流随之增大。当电压加大到一定的数值时，离子和电子全部参加极间运动，电流不再虽电压增大而增大（如图6所示）。继续升高电压，电子获得足够的能量后与中性的气体分子发生碰撞，可以将分子外层轨道上的电子撞击出来，进而形成正离子和自由电子，这些自由电子又被加速，再撞击中性气体分子产生更多自由电子。这个连锁反应极快，使气体发生电离。由于这一过程伴随着发光发声现象，因此称之为电晕放电现象。 图6放电过程示意图 出现电晕后，电场内出现两个不同的区域（如图7所示），围绕在放电极附近很小的区域为电晕区，在这一区域内产生大量的正离子和自由电子。气体电离产生的正离子被负极吸引，会加速飞向负极，撞击负极表面，释放二次电子，使电离过程能继续维持。离负极稍远处，为电晕外区，该区域电场强度急剧下降，电子的能量小到无法使空气分子电离，因此电子在运动时碰到中性气体分子会附着其上形成负离子，这一现象称为电子吸附。空气中的O2、水蒸气等负电性气体是与电子形成负离子的主要气体分子。 图7气体电离 负离子在往正极运动的过程中，遇到尘粒并与之相撞，会附在尘粒上，从而使尘粒荷电，荷电的尘粒在电场力作用下也会往正极移动，从而沉积在正极板上。 电晕放电现象是在不均匀的电场中才会出现，而不均匀的电场是通过很细小的电极产生的，这样在