【摘 要】
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我国的能源结构决定了以煤炭为主要能源形式的格局在近期不会改变,煤炭的大量燃烧导致大气中固体颗粒物排放量骤增,造成包括雾霾在内的一系列生态问题,十分影响人类基本的社会生活,如何降低此类颗粒物的排放,以及对已排放颗粒物的有效收集日益受到人们的关注。基于低温等离子体的静电除尘技术传统上主要用于发电厂等大型装置的除尘系统,近年来由于其高效、便捷、风阻小等优点也逐渐在家用空气过滤系统中得到应用。对于此类装置
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我国的能源结构决定了以煤炭为主要能源形式的格局在近期不会改变,煤炭的大量燃烧导致大气中固体颗粒物排放量骤增,造成包括雾霾在内的一系列生态问题,十分影响人类基本的社会生活,如何降低此类颗粒物的排放,以及对已排放颗粒物的有效收集日益受到人们的关注。基于低温等离子体的静电除尘技术传统上主要用于发电厂等大型装置的除尘系统,近年来由于其高效、便捷、风阻小等优点也逐渐在家用空气过滤系统中得到应用。对于此类装置,提升污染物平均颗粒物荷电量从而增大在荷电区域内的驱进速度是一种行之有效的方法。本文的目的是通过对不同条件下电晕放电中固体颗粒物荷电情况的研究,探究提高固体颗粒物荷电量的有效途径。本文对现有的颗粒物控制技术及等离子体技术进行了文献综述,自主设计并搭建了实验平台,对颗粒物荷电特性进行多维度仿真,明确了荷电器内部的电场分布、空间电荷密度分布、颗粒物的运动轨迹以及不同粒径颗粒物的收集效率。利用静电低压撞击器(Electrical Low Pressure Impactor,ELPI+)与气溶胶光谱仪对荷电器两侧颗粒物的平均荷电量、数密度、质量密度进行实时测量,考察了荷电区域的电场性质以及复合驱动形式放电参数的改变对颗粒物荷电量的影响。结果表明:在同电压幅值条件下,脉冲驱动形式的荷电量要远高于直流驱动形式;在小于0.1μm的粒径区段中,复合驱动形式的平均颗粒荷电量比单一的电源驱动形式高2倍左右。在复合驱动形式的平均颗粒荷电量曲线中,脉冲驱动形式占主导作用;在脉冲驱动形式下,随着放电频率的增大与电极数的增多,平均颗粒荷电量随之增加。在搭建的颗粒物荷电特性实验平台中,改变电压等级、电极间距、电极形式、流速、颗粒物类型等参数,结果表明:在相同条件下,芒刺形式比线板形式的平均颗粒荷电量高,随着芒刺极数的增多,荷电量小幅度增加;随着流速的增加,固体颗粒物的除尘效率发生骤降;随着粒径的增大,流速同除尘效率的变化规律更接近于线性。本文创新地提出了多电极复合驱动荷电形式,与直流电晕荷电形式相比,难以荷电的小粒径颗粒物的平均荷电量提升至3倍左右,这能够有效提高小粒径颗粒物的收集效率,从而进一步提高对PM2.5等污染颗粒物的整体收集效率。
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