馮 濤，魏家紅

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475004）

0 引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，能源消耗急劇增長，由此導致的大氣污染問題日趨突出，尤其是懸浮于大氣中粒徑在1μm 以下的亞微米粉塵，很容易通過呼吸系統(tǒng)進入人體內(nèi)，引發(fā)慢性支氣管炎、哮喘等各種呼吸道疾病，以及塵肺病等常見而且難以治愈的職業(yè)病，對人體健康產(chǎn)生極大的危害[1-3]。 而傳統(tǒng)的除塵設備對粒徑大于1μm的粉塵一般均有良好的去除效果，對亞微米級粉塵的凈化效率卻不甚理想，因此，有必要對除塵設備作進一步開發(fā)，以提高對細微粉塵的收集效率。 近年來發(fā)展起來的電凝并除塵技術，就是一種具有良好發(fā)展前景的微細顆粒物除塵新技術[4-5]。 該項技術在傳統(tǒng)靜電除塵設備的基礎上開發(fā)了一種新型的電凝并除塵裝置，并研究了其對細微粉塵的去除效果。

1 實驗裝置及方法

1.1 實驗裝置

整個實驗裝置由粉塵發(fā)生系統(tǒng)、電凝并除塵系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)、電壓電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成（如圖1 所示）。 介質(zhì)阻擋放電器（DBD）與板-板靜電除塵器分別構成了電凝并除塵裝置的凝并區(qū)和集塵區(qū)。 凝并區(qū)交變電場由YD 型交流高壓電源供電（電壓范圍為0～10kV）； 集塵區(qū)電場由BGG 型直流高壓電源供電（電壓范圍為0～10kV）。 電壓電流數(shù)據(jù)采用美國泰克公司的P6015A 型高壓探頭、TCP202 型電流探頭和TDS3054B 型示波器采集。

1.2 實驗方法

實驗用粉塵為兩種平均粒徑分別為0.5μm 與2μm 的硅粉，并由自制虹吸式發(fā)塵器產(chǎn)生。 通過調(diào)節(jié)進入發(fā)塵器的氣體流量與虹吸管高度，來控制發(fā)塵速率。 實驗中固定氣體流量為10L/min，虹吸管高度為100mm，此時測得發(fā)塵速率為10mg/s。 除塵效率采用重量法測定。 實驗對比了在有無靜電凝并條件下，對這兩類不同粒徑粉塵的除塵效率隨集塵區(qū)平均場強變化的關系，并考察了DBD 放電器所加交流電壓值對粉塵凝并效果的影響。

圖1 實驗裝置示意圖Fig.1 Experiment equipment

2 實驗結果與討論

2.1 無靜電凝并條件下的粉塵收集效率

實驗首先考察了在未向凝并區(qū)DBD 放電器施加交流高壓的條件下， 單獨使用板-板靜電除塵裝置對不同粒徑粉塵的收集效果，實驗結果如圖2 所示。

圖2 凝并區(qū)不加電壓時集塵區(qū)平均場強對除塵效率的影響Fig.2 Influence of field average of dust collection area on dusting efficiency while coagulation area without voltage

由圖2 可知，粉塵的收集效率隨靜電除塵器兩板間平均場強的增加而增加，這是因為，場強越大對粉塵的靜電作用就越強，從而導致粉塵收集效率的提高。 板-板靜電除塵裝置對不同粒徑粉塵的收集效果是不同的。 從圖2 中可以看出，板-板除塵器對平均粒徑為2μm 粉塵的收集效果明顯優(yōu)于平均粒徑為0.5μm 的粉塵。 當平均場強為5kV/cm 時，板-板除塵器對平均粒徑為2μm 的粉塵的除塵效率可達91%，而對平均粒徑為0.5μm 的粉塵的除塵效率僅為88%。 由此可見，傳統(tǒng)的靜電除塵裝置對亞微米級粉塵的收集效果確實不理想。

2.2 靜電凝并條件下粉塵收集效率的研究

為了研究在靜電凝并條件下集塵器對粉塵的收集效果，實驗對凝并區(qū)DBD 放電器施以不同的交流電壓，考察此時集塵器對粉塵的收集效果。 在對凝并區(qū)DBD 放電器分別施行2kV、4kV、6kV、8kV高壓放電的實驗條件下，平均粒徑為0.5μm 粉塵的除塵效率隨集塵區(qū)平均場強的變化關系如圖3 所示。 從圖中可知，隨著凝并區(qū)DBD 放電器放電電壓的升高，集塵器對0.5μm 粉塵的除塵效率也隨之提高。 當集塵器板間平均場強為5kV/cm、凝并區(qū)不加電壓時，0.5μm 粉塵的除塵效率為88%，再提高凝并區(qū)電壓到8kV，此時粉塵的除塵效率可達96%。 除塵效率的提高主要是因為粉塵在凝并區(qū)被交變電場荷電后，發(fā)生凝并現(xiàn)象，使得小粒徑粉塵相互結合，進而凝聚為較大粒徑粉塵，從而提高了集塵區(qū)的集塵效果。 凝并區(qū)DBD 放電器所加電壓越高，粉塵荷電與凝并效應越明顯，除塵效果也就越好。

圖3 凝并區(qū)施加不同電壓值時集塵區(qū)平均場強對0.5μm 粉塵除塵效率的影響Fig.3 Influence of field average of dust collection area while different voltage values applied in coagulation area to 0.5μm dust collection efficiency

從前面得到的實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，電凝并除塵裝置對亞微米級粉塵的收集效果比較理想。 為了考察電凝并現(xiàn)象對微米級粉塵是否也同樣存在作用，實驗對平均粒徑為2μm 的硅粉作了進一步研究。圖4 為分別固定凝并區(qū)電壓不同值時，2μm 粉塵除塵效率隨集塵區(qū)板間平均場強變化的關系。 實驗中分別將凝并區(qū)DBD 放電器電壓固定為4kV 和8kV，并將得到的實驗結果與不加電壓的情況作了對比。由圖4 可知，凝并區(qū)DBD 放電器所加電壓值對粒徑為2μm 的粉塵除塵效率的影響不如對0.5μm 粉塵大。 雖然粉塵的除塵效率也隨著凝并區(qū)電壓的升高而升高，但效果并不明顯。 在DBD 放電器所加電壓為4kV、集塵器平均場強為5kV/cm 的實驗條件下，平均粒徑為2μm 粉塵的除塵效率為92%，僅比凝并區(qū)不加電場的情況高出一個百分點。 繼續(xù)增加DBD放電器電壓到8kV，此時粉塵的除塵效率也只有93%。由此可知， 微米級粉塵在凝并區(qū)的凝并效果不理想，電凝并除塵裝置對大粒徑粉塵并不適用。 這主要是由于微米級粒徑粉塵本身粒徑已足夠大，雖然在凝并區(qū)交變電場也能使粉塵反復荷電，但荷電后并未相互結合為粒徑更大的微粒。 實驗中，除塵效率的提高，主要是由于凝并區(qū)交變電場對粉塵產(chǎn)生的預荷電作用。

3 結論

（1） 開發(fā)了一種新型的電凝并除塵裝置，對0.5μm 與2μm 的兩種不同粒徑粉塵的除塵效率進行了實驗研究，結果發(fā)現(xiàn)，在無靜電凝并條件下，除塵裝置對2μm 粉塵的除塵效率優(yōu)于0.5μm 粉塵，驗證了傳統(tǒng)的靜電除塵裝置對亞微米級粉塵的收集效果不佳的結論。

圖4 凝并區(qū)施加不同電壓值時集塵區(qū)平均場強對2μm 粉塵除塵效率的影響Fig.4 Influence of field average of dust collection area while different voltage values applied in coagulation area to 0.2μm dust collection efficiency

（2）在靜電凝并條件下，粉塵的除塵效率隨凝并區(qū)DBD 放電器放電電壓的升高而升高。在集塵區(qū)板間平均場強E=5kV/cm 固定不變的條件下， 電凝并作用對不同粒徑粉塵的影響是不同的， 當凝并區(qū)電壓從0kV 提高到8kV 時，0.5μm 粉塵的除塵效率由88%提高到96%，而粒徑為2μm 粉塵的除塵效率僅從91%提高到93%。 由此可以看出，亞微米級粉塵在交變電場中的凝并效果好于微米級粉塵， 電凝并除塵裝置適于對亞微米粉塵的收集。

[1] 崔九思. 室內(nèi)空氣污染監(jiān)測方法[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002：3-5.

[2] 閆艷，張士強，趙國華等. 某煤礦1964～1995 年間塵肺發(fā)病情況的分析[J]. 河南預防醫(yī)學雜志，2005，13（3）：158-159.

[3] 周振起，張炳文. 輸煤系統(tǒng)粉塵污染治理技術[J]. 環(huán)境污染治理技術與設備，2005，6（6）：64-66.

[4] 王顯龍，何立波，賈明生，等. 靜電除塵器的新應用及其發(fā)展方向[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保，2003，29（11）：3-6.

[5] 陳旺生，董偉，郭俊一，等. 微細顆粒物電凝并技術研究的新進展[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保，2008，34（5）：1-3.