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单区静电净化器性能研究
作者:管理员    发布于:2017-12-13 14:02:14    文字:【】【】【

  静电净化器已越来越多地被应用于室内空气净化领域,其工作原理与工业电除尘器相似,即利用电晕线放电产生的离子使周围空气中的颗粒物荷电,并使荷电颗粒物在电场力作用下向收尘极运动,从而使通风气流得到净化。按照电极布置方式,可以将静电净化器分为单区和双区两类。前者颗粒物的荷电与捕集在同一区域内进行;后者由两个区域组成,个区域内主要进行颗粒物荷电,第二个区域内荷电颗粒被捕集。相对于双区净化器而言,单区净化器结构简单、尺寸较小、造价较低,被广泛应用于处理风量较小的场所。

  本研究设计制造了台单区静电净化器,通过改变其主要结构参数可以方便得到多种典型结构的单区静电净化器模型。在实测静电净化器模型净化效率的基础上,本文分析了相关因素对单区静电净化器性能的影响,并对其结构匹配提出了建议。

  表和电流表测量净化器的电气参数,并利用2台DustTrak气溶胶监测仪同时测量净化器前后管道内的颗粒物质量浓度,进而计算得到净化器的净化效率。

  2实验结果与分析2.1电晕极性对净化性能的影响本文以3号净化器模型为例,分析不同电晕极性对净化效率的影响。表示该结构的静电净化器在风量分别为200m3/h和400m3/h时正、负电晕对应的PM2.5的净化效率曲线。

  单区静电净化器结构示意图表1单区静电净化器模型的结构参数实验系统示意图Q4-V型静电电压表采用三量限光指示,适用于直流及宽频率范围内电压的测量。Q4-V型电压表的精度为1.0级,分为20kV、50kV和100kV三个量程。C50-pA型直流微安表的测量范围为50/100/200/500/1000A,当周围环境温度为23°C、相对湿度为4060时,电流表的基本误差在标度尺工作部分的所有分度线上不超过上限的±0.1.DustTrak气溶胶监测仪的时间常数设为10秒,其读数为前一时间常数的平均值。每天进行浓度测量前需按要求进行归零检测,如显示数值超出-0.001+0.001mg/m3的范围,则需要重新归零。

  实验采用蚊香发烟的方式产生浓度稳定的室内颗粒源。待风机运行稳定后,利用热力测风仪测量流经净化器的处理风量,然后打开高压静电电源,为净化器提供直流高压。待净化器工况稳定后,利用电压由可知,当外加电压相同时,负电晕对应的净化效率明显高于正电晕时的净化效率。这是因为,负电晕的起晕电压比正电晕的起晕电压低,当外加电压相等时,负电晕产生的电晕电流高于正电晕时的情形,正、负电晕放电特性的差异现象称为极性效益。实际应用中静电净化器电晕极性的选择需依据适当的标准来确定。工业气体净化领域普遍选择负极性放电,这是由于它放电过程稳定,且能够获得较大的电晕电流。反之,在空气净化方面,由于要求同时控制臭氧的生成量(按室内空气质量标准的规定,室内臭氧浓度1小时均值不超过0.16mg/m),所以经常选择正极性放电。本研究在实验过程中测量过净化器出口的臭氧浓度,结果发现由于净化器的外加电压较低,负电晕时的臭氧浓度并未超标。

  2.2截面风速对净化性能的影响本研究对每种结构的净化器都进行了5档风量下的性能测试,对应的净化器截面风速分别为1.93、1.45、1.21、0.94和0.72m/s.表示9号净化器模型在负电晕条件下不同截面风速对应的PM2.5的净化效率曲线。

  表明,截面风速越小(即处理风量越小),净化效率越高,这与Deutsch和Anderson的经典净化效率理论相符。从本质上讲,降低净化器处理风量和截面风速必然延长了气流在净化器内的停留时间,增加了颗粒物被捕集的机会,从而能提高净化效率。但是,降低处理风量必然增加单位风量对应的净化器体积,从而会提高静电净化设备的初投资。径a变化对净化性能的影响。表示处理风量为200m3/h时,负电晕条件下上述三种净化器模型的PM2.5的净化效率曲线。

  截面风速对净化效率的影响2.3粒子尺度对净化性能的影响粒子尺度分布会影响粒子驱进速度和净化器的电气条件,进而影响净化效率。本文以3号净化器模型为例,分析粒子尺度对净化效率的影响。表示该净化器模型在处理风量为200m3/h的条件下,正、负电晕对应的净化效率曲线。

  粒子尺度对净化效率的彩响由可知,粒子尺度越大,净化效率越高。这是因为,粒子驱进速度一般与粒径成正比,对于1m以上的粒子,粒径越大,驱进速度明显增大;而粒径在0.2~0.5pm之间时,驱进速度存在着小值。因此,粒子尺度越大,越有利于粒子捕集,净化效率越高。需要指出的是,不同粒子尺度对应的净化效率的差别并不是成不变的,它取决于气流中粒径分布的具体形2.4结构参数对净化性能的影响本研究实验测量了不同结构的净化器模型的净化效率,分析了电晕线半径a、电晕线与收尘极的距离b以及电晕线间距等结构参数变化对净化性能的影响,并在此基础上对净化器的性能优化提出具体建议。

  2.4.1电晕线线径的影响实验1、2、3中,电晕线与收尘极的距离b以及电晕线间距c不变,电晕线半径a由0.5mm减小到0.2mm.本文利用这三种净化器模型来研究电晕线半电晕线线径对净化效率的彩响由可见,随着电晕线半径的增加,获得相同净化效率所需的输入电压升高,也就是说在相同电压条件下,电晕线半径越小,净化效率越高。

  静电净化器的净化性能终取决于粒子的捕集过程,而粒子的捕集过程又与粒子的荷电量和捕集场强成正比。对粒子荷电过程而言,板面电流密度越大,粒子荷电越充分。对捕集电场而言,电流和场强愈均匀,异极间可施加的电压愈高,捕集场强就越高。

  当电晕线线径较小时,起晕电压较低,因此在相同电压条件下,电晕放电越强烈,板面电流密度越大,空间电荷密度也越大,从而使粒子荷电量增加。另一方面,电晕线线径较小时,由于起晕电压较低,这就使得收尘板板面的静电场强较低。但是,由于在相同的外加电压下,小线径电晕线产生的电晕电流较大,从而使收尘板附近空间电荷产生的电场强度大幅提高。因此,总体来说小线径情形对应的近板场强并不会由于线径减小而显著减小,甚至会得到提高。于是,当外加电压条件相同时,电晕线线径越小,会在捕集场强变化不大的情况下由于粒子荷电量的增加而获得较高的净化效率。

  2.4.2电晕线与收尘极距离的影响本文利用3号和7号净化器模型来分析电晕线与收尘极距离b变化对净化性能的影响,这两种净化器模型的电晕线半径均为0.2mm,电晕线间距均为2cm,电晕线与收尘极的距离分别为2cm和1cm.表示3号和7号净化器模型在处理风量为200m3/h条件下,正、负电晕对应的PM2.5的净化效率曲线。

  由可知,要达到相同的净化效率,电晕线与收尘极距离b为1cm时所需电压远低于b为2cm时所需电压,即在相同电压条件下,电晕线与收尘极的距离越小,净化效率越高。但是,值得注意的是,净化效率相同时,宽间距净化器的平均场强明显小于窄间距时的平均场强。这就是说,如果以平均场强而不是以外加电压作为比较基准,则电晕线与收尘极的距离较宽时更有利于提高净化效率。

  电晕线与收尘极距离对净化效率的彩响2.4.3电晕线间距的影响本文通过下列两组实验来研究电晕线间距变化对净化器性能的影响。

  表示这三种净化器模型在处理风量为200m3/h时,负电晕条件下的PM2.5的净化效率曲线。

  电晕线间距对净化效率的彩响(/>=2cm表示这三种净化器模型在处理风量为200m3/h时,负电晕条件下的PM2.5的净化效率曲线。

  电晕线间距对净化效率的影响(6=1cm)由可知,在电晕线与收尘极的距离b为2cm的条件下,当电晕线间距c为4cm时(c/b=2,获得相同的净化效率时所需的外加电压低,即在相同的电压条件下,c/b为2对应的净化效率高于c/b为1.5和1时的净化效率。表明,在电晕线与收尘极的距离b为1cm的条件下,当电压条件相同时,电晕线间距c为2cm时(c/b=2的净化效率高,其次是c/b为4的情形,而c/b等于3时对应的净化效率低。

  将不同电晕线间距的净化器模型对应的效率曲线与伏-安特性曲线对比可以发现,净化效率变化规律与板面电流密度的变化规律相似。这是因为,当电压条件相同时,改变电晕线间距对近板处捕集场强的影响不大。因此,在这种情况下净化效率主要取决于粒子的荷电程度。

  综合上述两组实验可以发现,对单区净化器而言,电晕线间距与电晕线和收尘极间距的比值(c/b)为2时净化性能优。

  3结论本研究实验测量了多种结构的单区静电净化器模型的净化效率,分析了电晕极性、截面风速、粒子尺度及结构参数对净化性能的影响。主要研究结论包括:1当外加电压相同时,负电晕对应的净化效率明显高于正电晕时的净化效率。

  2净化器处理风量越小,截面风速越小,净化效率越高。

  3)净化器处理气流中的粒子尺度越大,净化效率越高。

  4当外加电压相同时,电晕线半径越小,或者电晕线与收尘极的距离越小,净化效率越高。电晕线间距与电晕线和收尘极间距的比值(c/b)为2时,其净化性能优于其他情形时的净化性能。

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