电气收尘的理论基础王成汉

间同!阂!酬碱间阂落!两.、沪、、声、曰、户,勺曰门、沪,`产,甘,曰曰,`口,口网与口、`尸,曰.口、J曰、夕,电户,如户,颐,、J尸、沙、J肉曰户与月.、碑、沪,目八叼八口,、尸、门、,、产气护、,`尸、J,`犷、矛拓夕,一、夕、户、洲,曰尸、户、.王成澳·关于电气收坐的理榆,大致可以分为雨大类:一类是属于越理榆性的尚题,亦fllt研究烟气中的电晕放电现象;一类是属于有关电气没备及操作条件的周题。本文着重对第一类简题加以剥.输,因为第二类简题,在电气收坐理渝中,是比校次耍的简题。电气收尘法是使烟坐通扯强电凄,由于气体的电离而使烟尘粒子荷龟,向电性相反的电极移动,以达到收坐的目的。因此,关于强电鲁中气体电离现象的研究,是研究电气收坐和收坐工作人具所不可缺少的理渝基础。二次电离和电虽放电电气收坐的作用原理,是采用自发性电离的。所稠自发性电离,就是将电极简的电压升高,超过气体介鬓常数,以产生电离作用。电气收坐所耍求的,不仅是自发性电离,而且坯要求收尘电锡的电压,是足以产生电最放电的电压。图1表示电窝电流产生的扯程,山此也可以着出气体电离的各个阶段。现分别叙远如下:超过E点的电压时,电流激增而电压激降。当电压升高到某一定值时,虽然再增加电压,电流亦不复增加,亦gI]达到鲍和电流阶段。此时电锡中的离子数,是不适合于电气收尘的需耍的。鲍和电流的值,一般都很小,电气收坐所要求的电揭强度,应能保款每1立方公分的空背中,存在有1亿离子左右,因此电气收坐就要求更大的电锡强度。离子和电子在与。补性分子碰捡时,它仍就开始从中性分子中,冲击出一个或几个电子,同时产生阳离子和自由电丁,自由电子又与中性分子桔合而成为阴离子。由于阴离子的活动度校阳离子为大,换言之,在同一电壕强度下,阴离子的运动速度较大,所以最初发生碰撞电离的离子仅为阴离子(在乾燥空气中阴离子活动度为1.87公分/秒,阳离子活动度为1.3G公分/秒火但是当电压榷擅升高时,阳离子速度亦行增加,当其升高到某一程度时,也同样可以与中性分子碰撞而将其电离,这种碰撞电离哄做电录电离,DER[J称为电最放电阶段。电流强度大体按照平方定律而激增,由于离子与中性分子碰撞而产生新离子的现象,吟做二次f者“一“堤,`’“幻。介“电离。压),开始产生二次电离时的电压(即lC点之电阱做始发擂界电压或擂界电离电压,而开始发召’一}「脚硫才·e,_D’E`电场强度(`)图1电离电流的典型曲腺A欢第t阶段,大体遵循欧姆足律;BO:鲍和电流阶段;O块无声自发放电阶段,由于阴离子与中性分子碰拉而产生新离子使电流榷咖;D址电最放电阶段,阴’阳离子均能与中性分子发生碰撞电离作用,新离子骡然增多,电离电流激增;书F;火花放电或弧光放电阶段,当电踢电压稍微生电J是电离时的电压(即妙点之电压),阱做可砚监界电压或临界电最电压。·此时放电电极附近,光芒的范圃逐渐增犬,井伴随有较大的麟嘛声和爆裂声。在黑暗中,可以看到,在圈蕊放电电极周圃所形成的离子生成区内,有淡隧色的光辉,这个光辉阱做电最。在电最范圃内的阳离子,立即被阴电性的放电电极表面所吸引,而失丢其电荷。反之,在此范圃内的阴离子,则被腮往阳电性的收尘电极。在理渝上,c产及州是有界粽的,但在拭翁中征明:C’与D/之值是几乎相同的。不仅如此,C,与川之值与粽路揖失开始急剧增加时的电压值,也几乎是相同的。如果电极简的电压稚箱升高室夕点,则由于电录范圈的增大,致使电极之周可以跳过火花,而发生剧烈的火花,甚至产生电弧〔弧光放电)。相当于F点之电压,听做火花放电电压。火花放电的特性,是使电压急剧一下降,同时在极短的时简内,通过八日)璐翻礴护大量的电流。因此为了避免电气收坐器朋的电极,发生短路现象,察气层被击穿的范圃,一般只限于在距放电电极表面2、3公厘的范圃以内(极阴距离咐加时,lllJ此范圆可相应增大一些)。电极简的共余部-分,叫做电最的外区,在此区域内,不应发生任何击穿现象,而只能是做为输途离子的孤立地带。在此孤立地带内,都是阴离子而无阳离子,因此不致有离子复合的揖失。由此可知:在电位梯度时常发生变化的情况下,必须采用这样一种电极,郎能够生产非均一电摇井从故电电极开始,遂渐诚小其电想强度,距离放电电极愈远者,电摇强度愈小。适合于这一耍求的电极,fllJ为导腺一乎板电极和导腺-一圆筒电极。没有电荷p。与。。存在于气体中,其阴之距禽为T,根据康命定律,雨电荷闭之作用力为:4皿902呢笼山丫。2北x吐l2Q了二二一L住)几器_Qoo。e了2(,为气体介臂常数)在真空或空气中`=空气,故亦可采用:二1,烟气成份一般均接近于仓lj(1)电踢弥度的大小,Q000T2亦郎以翠位电荷(0。二1)放图2置于电爆中,所受作用力之大小,故电规强度为:(2)O一2仁一了一一五换言之,特电荷气放置于电踢中所受之作用力为F=]`乃。。投在半视为T的球面上,电菏为Q。,则在球面上的电踢弧度,即通过球面上锤1平方公分的表面积、卜的力腺数为、二粤,而通过球面上的总力探数,,一员甘为:山此可知,距导粽中心愈玩(即笼愈大)则电怨强度愈小。投有半视为B的同心圆筒,也是导体而且带电那末,它井不改变由导徐所产生的电踢弧度。由于闻筒土的电荷井不在圆筒与导拣阴的空背产生电摇,因此,在与导腺中心相距公处的等位面上,其电督强度~、,.,:内ZQ,气、,~一、~二.、.,~`二应为:五二=一扁王产二`书井.(v为圆筒与导栋阴的电州一z认’卉d名硬x、/沙林、,`,砂叼’洲、,“””岁目位差,食号代表所做的功是被渭耗的)。卜4二。=={J4二。粤二4、。(。)。、=一r丝。二_丝r上J互笼卫J万现在可以研究华诬为丫,是度为l的金属导腺,当其具有电荷Q时所产生的电援如何。图2,表示金属导粽所产生的电锡的舒算方法。在距离导撇中心.盆处,通过dl是的导粗夹面积.卜的总力腺数为万=(2解·沮)·五。在畏度为dl的导粮表面积上,其电荷量为一罕’`二+。·在导粒考面上:在圆筒表面_匕v,一毕,nr+C.vZ一平,nR+O.Q。二-根据(3)式,胶=4二Q竺.心l0在导腺与圆筒之阴的电位差为:2忱盆·dl·E二4成Q。v一v,一v,一毕,n什毕,n“一毕In`些-`二华竺二琪1万互X觅V_._R2乙1皿T定律而激增,因此精制电景放电的伏安特性曲腺,也可以大体查知临界电最电压的数值。”`“,只有当令之2.718时,才能在电极、’幻。少__了Ex具有最大币鱿(5)阴产生电最,因而才可以发生电气收坐的作用,否则就会在电极周电位差未达到后界电最电压以前,先发当11,刀=名二T时s生了火花放电。实际上李之值,一般均在100以上I最大值=下刃~厄一不上l`—~T(6)而操作电压一般均为(8)式所针算的理渝值的2~3倍。对平板电极而言,投平板与导核洲嗬距离为6,员吐电夙五最大值=__,~8I二二J一一~T(7)在开始产生电最放电时的电援强度,不仅与电踢电压及电极半理有关,而且也与气体的性贾、密度以及放电电极的半径有关。对圆筒形收坐电极而言,当以空气为介筒时,产生电晕放电的电福弛】度,可山下列释脆公式表示之,1BI:b乞六=a十二,一,一VT什伏/公分式中:跳和b为常数,与电晕的极性有关,而Tfllj为放电电极毕径(公分)。对阳电性电晕而言,。=33.7,b=8.13丫万;对阴电性电聋而言,,二31.0,。=9.54丫万此处,占叫做空气密度因子,投2犷0及760否厘水柱时的舀=1,则:空气密度因子J=0.3gZr273+`(r为大气压,`为温度)V。习,口官下奋了`,气J戈l入IJ习,、二孟一-—、,__肠T二卫一二丁一了故对阴电性电带而言,V,二E`脚旦=(。+1(丝丝立lT一卫立一一T一丫T丁或v。一“`(`+o·308了令)“·今(8)以土是山理渝及舰盼公式确定的临界电帚电压的近似植公式,不过在实跳中,也可山观察法确定vc的值。另外,山于电最放电阶段的电流,大休按平方由于放电电极的不均一性,所以电帚的产生也不均一。在静多产生电是地点所发射出的离子流,使烟尘橙动起来,因而使烟尘粒子很快荷电而达到鲍和肤态。这与阴极射粒在放电管对阴极所发生的作用相同。阴极射孩的森击作用,使对阴极的薄片可以林动,从电踢弧度校强的电录地点所产生的离子流,使烟尘粒子变为烟尘离子,井向电踢强度较弱的地区运动。因此,烟尘离子不仅可以加速向牧尘电极运动,而且也可能林向放电电极的其他地区(未发生电最的弱电堪区)而发生涡流。这一现象叫做“电风”的生成。离子流速度,可达李球秒数千公分,而由离子流的碰撞所形成的电风速度可达50公分/秒。根据Ohat咖k的熟豹,电风速度豹为离子流速度的2必左右。烟坐离子的活动度很小,电风的速度比它大得多,因此这是有利于收尘的。随着电风的生成,同时也产生了一个与电风运动速度相庆的机械作用力(一F)`当放电电极的电位保持不变时,lHJ由阳电性放电电极的电风,所产生的反作用力,大于由阴电性放电电极的电风所产生的反作用力。反作用力愈大,tHJ电风橙动作用愈小,因而牧尘效奉也愈低。从阴电性放电电极的电风,所产生的反作用力之所以较小,是由于阴离子的活动度校大的缘故,融明如下:为了针算电踢中任一方向_卜的作’用力的大小(F),可以款想在电极附扳的某一范圃内,生成了静多离子,多阻在某一立体角W的范圈内,电极是均一的(事实_Ew的值极小)如图3所示。投有某一尖点电极1,,在z的方向上发生了尖端放电,在立休角w内的离子密度为p,r点之电踢强度为E二。如果只有在w的范圈内,才有离子存在,期在z的方向上,作用于离子`充的作用力为:·37·今段烟尘粒子均位于人[lI;角内的P点附近,每个烟尘粒子与卫的对应角为洛*,则离子流作用在裕个烟坐粒子.卜的作用力为:F,__瞥_少._竺_W短场P山衍1三业竺乙,:胶WJ(1峨))图3用烟尘级往收尘电极之力,韵有以下F了刀`·“d·d,、分的范圈为AP、啊o9勿o7动匆匈劝幼汽弓愁狠训娜匆朽卯肠刃巧么山óù又投在z的方向上,离子运动速度的分速度为v二,离子活动度为k,刻v二=kE二。通过w的仔一断面上的电流为:l月此,三种:(一〕、〔二)(三)离子流的冲撞力(F,;)电风的作用力使中性烟尘粒子发生碰捕;烟尘离子受电援的道接作用力。`一vjj·““”若离子活动度k为常数,则r产ry_,,,ir,史’=J]]~借.“似心`忆“丁少““【”’厂~百刁两如、aO和图4冲必化引状顶娜住_由此可以靓明:如果电流强度不变,则在r点上的反作用力(一F)与离子活动度(k)成反变的关系。由于阴离子的活动度较大,故发生的反作用力较少。根据管式收尘器的献脸精果忍明:在使用阴电性放电电极时的收尘效率为95~98外;在使用阳电性放电电极时的收尘效率为70~80沁;在使用交流电时之收尘效李为50肠。另外,使用阴电性放电电极时,一般可以推持较高的电压,而不发生火花放电(即临界电晕电压的值呼大),因而也就更可能产生核强的电踢。这也是电气收尘器采用阴电性放电电极的原因之一。图4表示放电电极为阴电性及阳电性时,所能推持的最大电压。图6表示收尘效率随电压的升高,而增大的曲栋关系。根据(9)式可知:当由烟尘绷粒的增大,而诚小k值和增加电流强度i值时,都可使烟坐受离子流冲击的作用力增大。电气收坐的耍求在于增大F之值,而增大F之值的最好途视,是增大i。i的大小取决于离子密度p(投月为离子数,。为荷电量,具以p二re)o图5上述三种力的作用效果,随烟尘在电摇中的所在位置而有所不同,在一般电离条件下,烟尘离子的留荷校小。然而在电气收尘中,由于离子流的碰撞而产生二次电离,便烟尘粒子_五可能携带有大量电荷,因此在烟坐离子行程的术端,电锡的道接作用力可能是极重要的作用力。_电气牧坐中的放电电极为带阴电的金易撇,而收坐电极刻为带阳电的板式电极或管肤电极,因此在这种非均一电鲁中,靠近阴极附近的电踢最强,山电风的作用使烟坐粒子从阻极驱往阳极的可能性,远较共自阳极驱往阴极的可能性为大。同时由阳极辘币主阴极的烟坐离子,首先必镇克服电风的阻力,才能到达阴极。在其运动途中,很可能被阴极附近的阴离子所中和,所以烟坐的