（环境工程专业论文）预荷电与静电增强对颗粒层过滤的影响研究.pdf

a b s t r a c t t h i st h e s i sb a s eo nt h es t a t eo ft h ee n e r g ys o u r c e so u rc o u n t r y e x p o u n dt h es t a t eo f t h e e n e r g ys o u r c e s a tp r e s e n ta n dt h ee x i s t e n tp r o b l e m s t h e q u e s t i o no f t h es h o r t a g eo f e n e r g y , e l e c t r i cp o w e rs e r v e di nd i m c u l ta n de n v i r o n m e n t p o l l u t i o ns e r i o u s l yi st h em o s tp r o b l e mt h a t r e s t r i c t e c o n o m yo u rc o u n t r y p r e d i c tt h em e d i u m - l o n gt e r md e v e l o p m e n to ft h ee n e r g y s o u r c e si no u rc o u n t r y ，t h es t r u c t u r e & e n e r g ys o u r c ec o m ef r o mc o a lm o s t l yw i l ln o t c h a n g e i n5 0y e a r s b u ta tp r e s e n tt h ec o a lp o w e r p l a n t c a n n o tf i l lt h er e q u i r e m e n to f t h ed e v e l o p m e n t o fe c o n o m y b e c a u s et h et e c h n o l o g yw h oa d o p ti s l o w - e f f i c i e n c ya n dh i g l l - p o l l u t i o n ，t h e n p r o d u c e dt h r e eq u e s t i o n s ：c o n s u m e dc o a lh i g h l ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o ns e r i o u s l y ；c o n s u m e d ag r e a td e a lw a t e r f o rr e a l i z et h ea i mo ft h ec o n t i n u ed e v e l o p m e n t ，t h ec h o i c eo ft h e t e c h n o l o g yo fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yf r o mc o a lc l e a n l yi s o n ew a yo n l y i ti st h ef u t u r eo f g e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y f r o mc o a l t h ei g c c ( i n t e g e r g a s i f i c a t i o n c o m b i n e d c y c l e 1 i s r e c o g n i z e dm o s t l y b u ti nt h ec o u r s eo fe x t e n dt h ei g c c ，t h eq u e s t i o nt h a ti nd i r en e e do fs o l v i n gi s g a s e n g i n en e e dt h eg a st h a t w i l lc o m ei nt h eb u r n i n gr o o ma n dt h ed i r tg r a n u l a r i t yh i g h l y a l t h o u g ha tp r e s e n tt h ee q u i p m e n tt h a ti g c ca d o p tf i l t r a t i o nm o v i n gp a r t i c l eb e dh a sh i g h e f f i c i e n c yi nd u s t c o l l e c t i o n b u ti th a sl o we f f i c i e n c yw h e n t h ep a r t i c l eg r a n u l a r i t yi no 5 9 pi t i s oe n h a n c et h ee f f i c i e n c ym o r eh a si m p o r t a n tm e a n i n g t h i st h e s i si se n l i g h t e n e db yt h et e c h n o l o g yo fe l e c t r o s t a t i cd u s t - c o l l e c t i o n ，s om u c h i n v e s t i g a t i o nw a sd o n e ，t h ee x p e r i m e n tw a sd e s i g n e dt h a th i g hv o l t a g ew a si n f l i c t e do nt h e f r o n to fp a r t i c l el a y e rf i l t r a t i o na n dl a y e rf i l t r a t i o n ，v i z f o r mp e rc h a r g ea n de l e c t r o s t a t i c e n h a n c e df i e l d i n v e s t i g a t e dt h es t a t et h a te f f e c t e db yp u r ep a r t i c l el a y e rf i l t r a t i o n ，e f f e c t e d o n l yb yp e rc h a r g ea n do n l yb ye l e c t r o s t a t i c ，a n db o t h e f f e c t e dt h el a y e rf i l t r a t i o n t h ec o n c l u s i o ni se f f e c t e db yp u r ep a r t i c l el a y e rf i l t r a t i o n ，t h ee f f i c i e n c yi st h eh i g h e s t ，i t c a nc o m et o9 4 5 w h e nt h ec o n d i t i o ni s ：o u t s i d ev o l t a g ei sl o w e rt h a nt h ev o l t a g eo f s p a r k l e ； a v e r a g ei n t e n s i t y e l e c t r i cf i e l di s4 1 6 k v e m t h ep r e s s u r eo fw i n di s3 0 0 4 5 0 p c ，t h e e f f i c i e n c yc a nc o m et o9 9 9 e n h a n c i n ge l e c t r o s t a t i ch a ds o m ee r i e c to nd u s t - c o l l e c t i o n p a r t i c l el a y e r , a v e r a g ei n t e n s i t ye l e c t r i cf i e l di s2 0 k v c mc a l lg o tt h eb e s tr e s u l t t h ep r e s s u r e o fw i n di s3 0 0 p a ，t h ee f f i c i e n c yc a r lc o m et o9 9 1 ，w h e ne n h a n c i n ge l e c t r o s t a t i ca n d p e r c h a r g e b o t he f f e c t e d ，t h ei n f l u e n c ei sd i s t i n c tt h a nw h e n t h e ye f f e c ta l o n e t h ee x p e r i m e n t c a nc o m et ot h ec o n c l u s i o nt h a t ：t h ep r e s s u r eo fw i n di s3 0 0 p c ；a v e r a g ei n t e n s i t ye l e c t r i cf i e l d o fp e r c h a r g ei s 4 o k v c m ；a v e r a g ei n t e n s i t y e l e c t r i cf i e l do fe n h a n c i n ge l e c t r o s t a t i ci s 2 0 k v c mc a ng o tt h eb e s tr e s u l t a n dt h a tt h ep a r t i c l el a y e rw h i c hb r o u g h tt h ee l e c t r i f i e do f e n h a n c i n ge l e c t r o s t a t i c i si n s u l a t o r n l el a y e rh a sn oc u r r e n ta c r o s s ，p o w e rs u p p l yo n l y p r o v i d e dt h eh i 曲v o l t a g e o f e l e c t r o s t a t i ce x c e p tt h a tl e a pc u r r e n tb r o u g h tb yt h ep a r t i c l el a y e r c o m i n gi n t ob e i n gd e w a n dt h ea g g r a d a t i o no fl o wp r o p o r t i o nd i r t s ow ec a ng o tt h a tw h e n b o t he l e c t r i c i t y s t r e n g t h e n a n dp e r c h a r g ew e r eu s e di nt h es a m et i m ec a ne n h a n c et h e e f f i c i e n c ya n d s a v ee l e c t r i cp o w e r k e yw o r d ：e l e c t r o s t a t i c ；d u s t c o l l e c t i o np a r t i c l e ；l a y e rp e r c h a r g e l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 乏。玉! 垡同期：弛缓；免 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北 师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：龇，指导教师签名：兰辇i 笙主 日 期：础蛾纠f t 期：盘业f 学位论文作者毕业后去向： 丁作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第一章引言 一、我国目前的能源问题 我国自然资源总量居世界第七位，能源资源总量约4 万亿吨标准煤居世界第三位。 我国煤炭保有储量为1 0 0 2 4 9 亿吨，但精查可采储量只有8 9 3 亿吨( 世界煤炭储量为1 万多亿吨，储采比为2 1 9 年。储量最大的国家依次为美国、我国、澳大利亚、印度、德 国、南非、波兰。其中美国的储量比我国大一倍以上，除我国外，其余6 国的储采比均 在2 1 0 年以上，我国若保持原开采强度，储采比不足百年) ，石油的资源量为9 3 0 亿吨， 天然气的资源量为3 8 万亿立方米，现己探明的石油和天然气储量只占资源量的约2 0 和约6 ，仅够开采几十年( 全世界石油剩余可采储量仅为1 4 0 9 亿吨，储存比为4 1 。 第1 5 届世界石油大会认为上述石油资源的探明程度为7 9 ，固此，不可能再找到足够 大的石油资源了，石油短缺将不可避免地在下个世纪出现) ；煤层气资源量为3 5 万亿立 方米，相当于4 5 0 亿吨标准煤，排世界第三位，但尚未成规模开发利用【1 1 。 我国人口众多，能源资源相对匮乏。我国人口占世界总人口2 0 ；己探明的煤炭储 量占世界储量的1 1 、原油占2 4 、天然气仅占1 2 。人均能源资源占有量不到世界 平均水平的一半，石油仅为十分之一。我国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能 源消费国。我国1 9 9 8 年一次能源生产量为1 2 4 亿吨标准煤，能源消费量为1 3 6 亿吨标 准煤( 不包括农村非商品生活能源消费的二亿吨标准煤) ，约为世界能源消费量的1 0 ： 人均能源消费量仅为1 1 6 5 吨标准煤，居世界第8 9 位不足世界人均能源消费水平2 4 吨标准煤的一半，是发达国家的1 5 1 1 0 ( 欧洲及俄罗斯人均能源消费量为5 吨标准 煤，北美人均能源消费量超过1 0 吨标准煤) 。目前我国人均拥有发电装机仅o 2 2 2 k w ， 人均发电量为9 2 7 k w h ，约为世界平均水平的一半，为发达国家的1 6 1 1 0 。随着我 国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国年人均能源消费量将逐年增加，专 家预计，到2 0 4 0 年将达到2 3 8 吨标准煤左右，相当于目前世界平均值，远低于发达国 家目前的水平1 。 我国的现代化面临着人口、资源和环境的重大压力。能源和这三个制约因素密切相 关，其发展面临着巨大的挑战，表现在： ( 1 1 人口众多、人均能源消费水平很低； f 2 1 人均能源资源不足； f 3 1 生态环境恶化。大量烧煤造成城市大气污染严重，农村过度消耗生物质能引起生 态破坏。目前已有三分之一国土形成酸雨区，我国排放的温室气体己列世界第三位。能 源短缺、电力供应紧张、环境污染严重是困扰我国持续发展的主要难题之一。我国电力 发展迅速，以火电为主，在总装机容量中火电约占7 5 ，火电以燃煤为主，目前我国的 火电站已经开始重视燃煤的环保治理，且已经取得了一定的成效。然而为实现我国经济 1 电力在相当妖时期内都将持续高速增长，表1 - 1 为我国电力中长期发展预测，不难看出， 以煤电为主的格局将一直延续到本世纪中期，而现有燃煤电站越来越不适应发展的需 要，中国电力面临着前所未有的发展机遇和严峻的挑战。 表i - 1 我国电力发展预测3 二、lg c c 在未来中国的应用前景 我国现有煤炭利用技术多为低效率和高污染的，由此产生三大问题：煤耗高、环境 污染严重、耗水量大。为实现可持续发展的战略目标，洁净煤发电技术是唯一可行的选 择，它将是我国煤电的未来。 正在开发的洁净煤发电系统类型很多，从大型化和商业化的发展方向来看，i g c c ( 整体煤气化联合循环) 最受重视，已建和在建的示范与商业装置中i g c c 占多数。现 在，美国、德国、英国、日本、荷兰、瑞典、芬兰、印度、意大利、西班牙等国都在开 发i g c c 技术。数十年来，投人大量人力物力，已取得重大进展，建成一批示范工程， 跨进商业验证阶段口j 。 现在，越来越多的人相信：i g c c 是最有发展前景的洁净煤发电技术。我们重视 i g c c ，是基于其下列突出优点： ( 1 ) 具有提高发电系统热效率的最大潜在能力：目前其供电效率可达4 0 4 6 ，有 望突破5 0 ； f 2 1 易大型化：装机容量已能做到规模经济等级( 3 0 0 6 0 0 m w ) ； ( 3 ) 优良环保性能：污染问题解决得最彻底，即使燃用高硫煤，也能满足严格的环保 标准的要求，脱硫率大于9 8 ，废物处理量最少，副产品可回收利用； ( 4 ) 能充分综合利用煤炭资源：把它和煤化工结合成多联产系统，能同时生产电、热、 燃料气和化工产品； ( 5 ) 耗水量比较少：比常规汽轮机电站少3 0 一5 0 ，这对许多缺水地区有利，也 适于矿区建设坑口电站； ( 6 ) 能最大程度沿用烧油气联合循环和化工部门煤气化的现有技术：示范装置运行可 用率达到8 0 以上，能满足商业化运行的要求； ( 7 ) 能广泛共享相关科技成果，有广阔的高新科技产业发展前景 ( 8 ) 便于分阶段建设电站( 燃气轮机发电机组烧油气联合循环一i g c c ) ：以较小投资 和风险满足电力逐步增长的需要。 图1 一li g c c 系统构成 经中美双方专家多年的考察和分析研究，认为i g c c 应是我国洁净煤发电的首选技 术，它可以不同形式在我国许多部门得到应用： ( 1 ) 电网中基本负荷机组：跨进2 1 世纪后，i g c c 的性能更高、技术更成熟、成本 进一步降低，将具有更强的竞争力，若按新增装机容量1 5 计，则i g c c 每年有3 0 0 0 m w 市场。 ( 2 ) 现有电站的i g c c 技术更新改造：我国现有火电网在很长时期都将面临着把煤耗 和污染降下来的双重压力。研究表明，对许多旧电站的更新改造，i g c c 技术常是有效 手段现有厂房设备大部分还能利用，改造投资小，扩容降耗效果明显，有害物排放量大 为降低，并能大大延长老机组的技术经济寿命和缓解对新建电站巨额投资的压力。 ( 3 1 多联产的i g c c ：煤通过气化的途径，不仅可提供燃料气给联合循环来发电供热， 还能生产甲醇、汽油、尿素等化工产品和城市煤气。这不仅使煤炭得以充分综合利用， 还能明显降低生产成本 4 。 图1 1 是i g c c 示范电站的工艺流程【5 完整的i g c c 电站的主要设备包括燃料供 给设备、空气分离设备、煤气化炉、压力废锅、煤气净化设备、燃气轮机、蒸汽轮机、 余热锅炉、发电机和脱硝装置等，我们主要探讨空气、燃气系统。从压缩机出口抽取的 空气经空气分离设备分解成0 2 和n 2 ，该压缩机也可以由燃气轮机带动。空气分离后产生 的0 2 再次升压后供给煤气化炉并与其中的煤一起气化生成高温、高压粗煤气；空气分 离产生的n 2 升压后既可以用来输煤或掺混煤气，也可以直接回注燃气轮机的燃烧室， 以降低燃烧室的n o x 含量并增加燃气轮机的出力，有时为了系统简化，可以将n ：部分 回注或全部对空排放。煤在气化炉内与0 2 一起气化为高温粗煤气，如t e x a c o 炉出口的 煤气温度为1 3 0 0 1 5 0 0 ，而p r e n f o 炉出口的煤气温度竟达1 5 0 0 1 8 0 0 。c 。粗煤气的 主要成分为c o 、c h 4 、h 2 ，同时含有h 2 s 、c 0 2 、气态碱金属等有害物质，在进入燃气 轮机前必须净化，目前较为可靠的净化手段为低温净化技术，因而粗煤气中尚有大部分 显热有待于回收，气化炉之后的压力废锅就是降低粗煤气温度并有效地利用这部分显热 的换热设备。降温后的煤气经过除尘、脱硫等煤气净化装置去除粉尘、h 2 s 、c 0 2 和气 态碱金属等有害物质，其脱硫装置甚至可以制造纯度为9 9 的单质硫。净化后的煤气送 入燃气轮机的燃烧室燃烧后体积膨胀，推动燃气轮机叶片做功。有时为了降低燃气中的 n o x 含量，可以将分离的一部分n 2 回注燃烧室。燃气轮机除了用于发电之外，还可驱 动空气压缩机。燃气轮机排气的余热再由另一换热设备( 余热锅炉) 进一步回收，值得说 明的是烟气的含硫量低，因而排烟温度可以降到1 1 0 。c 甚至更低，排烟热损失较少。排 烟经脱硝装置将n o x 降至环保所规定浓度后再从烟囱排向大气1 5 】。 三、除尘装置在l g g c 中的应用 在i g c c 中，燃气轮机对进入其燃烧室的燃气有定的要求。太粗的颗粒会严重磨 损燃气轮机叶片，影响燃气轮机寿命；过细的颗粒则会在叶片上沉积，影响燃气轮机的 动平衡及效率。般燃气轮机对煤气中含尘量的要求有浓度和粒度两项指标。粒度要求 为l 5 t t 1 3 ，含尘浓度一般为小于3 0 m g m 3 ( 标) 【6 】。而目前i g c c 采用的移动颗粒床 过滤除尘装置，虽然其总除尘效率较高，但在o 5 9 “t o 粒径范围内的收集效率却较低， 约为7 5 9 0 。虽然可通过调整运行和结构参数的方法使过滤效率得到提高，然而对 o 5 9 “i t i 的尘粒来说，分级分离效率的提高却不明显。与目前国外比较先进的刚性陶瓷 过滤器相比，在小粒径范围内收集效率较低，但剐性陶瓷过滤器造价比较高，而且燃烧 再生的时候容易使陶瓷壁断裂，导致其去除效率的降低。所以，进一步提高细微尘粒的 去除效率对移动颗粒层高温除尘工艺的发展具有非常重要的意义。 四、本文的研究内容与目的 本文是在静电除尘技术的启发下，进行了大量的理论研究并实验了分别在颗粒过滤 层前端和过滤层上施加高电压，即：形成预荷电和静电增强电场。国外目前只有对颗粒 层过滤施加静电增强电场的研究，还没有对颗粒层过滤粉尘施加预荷电电场以及预荷电 与静电增强同时作用在颗粒层上的研究因而本文在此基础上设计并实验了单纯颗粒层 4 过滤，只有预荷电作用时颗粒层过滤，只有静电增强作用时颗粒层过滤以及预荷电与静 电增强同时作用时颗粒过滤的情况，以期通过静电与过滤除尘相结合的方式来提高对细 微尘粒的去除效率。从而达到i g c c 燃气轮机对煤气中含尘量的要求。 本文的研究是国家“十五”8 6 3 课题“带静电促进的移动颗粒层过滤煤气高温除尘 技术研究开发”的基础实验部分，目的在于确定静电与过滤相结合的方式在提高对细微 尘粒的去除效率方面是否可行，并进一步确定最佳的结合方式，为移动颗粒层技术的改 进提供理论和实验基础。 第二章技术原理 一、过滤技术原理与应用 过滤式除尘是使含尘气体通过过滤层，气流中的尘粒被阻截下来，从而实现含尘气 体净化的过程。过滤式除尘器主要有两类：一类是利用不同粒径的砾石、沙等固体颗粒 组成的固定床层作为过滤介质的除尘器，叫做颗粒层除尘器；另一类是利用纤维编织物 做成的滤袋作为过滤介质的除尘器，叫做袋式除尘器【”。 过滤式除尘器的过滤机理包括筛滤效应、惯性碰撞效应、扩散效应和静电效应。当 含尘气流通过洁净滤料时，由于洁净滤料的间隙比较大，大部分微细粉尘会随气流从滤 料间隙中通过，只有粗大的尘粒能被阻留下来，并在滤料中产生“架桥”现象。随着含 尘气体不断通过滤料介质的间隙，滤料间隙的“架桥”现象不断加强。一段时间以后， 滤料的表面会附着了一层灰尘，而真正起过滤作用的是这些滤料和灰尘组成的过滤体 系。随着粉尘在滤料间隙的不断的沉积，除尘效率不断增大，同时阻力也不断增大。当 阻力达到一定程度时，滤料两侧的压力会把有些微细粉尘从滤料间隙挤压过去，反而使 除尘效率下降，另外，除尘器的阻力过高，也会使风机功耗增加，除尘系统气体处理量 下降，因此当阻力达到一定值后，就要及时进行清灰【8 】 【l ”。 颗粒层除尘时利用颗粒状滤料( 如：硅石、砾石，焦炭等) 作为填料层的一种内滤 式除尘装置n2 1 。在除尘过程中，气体中的粉尘粒子主要是在惯性碰撞、截留、扩散、重 力沉降和静电力等多种作用下将气体中的尘粒分离出来的3 i f l 4 j 。 颗粒层除尘器的主要优点是：( 1 ) 耐高温、抗磨损、耐腐蚀；( 2 ) 过滤效率不受粉 尘比电阻的影响，除尘效率较高；( 3 ) 能够净化易燃易爆的含尘气体，并可以除去s o z 等多种污染物；( 4 ) 维修费用低。因此广泛用于高温烟气的净化【1 5 1 1 8 。 颗粒层除尘器的性能有除尘效率、床层阻力和过滤风速，影响颗粒层赊尘器的主要 因素是床层颗粒的粒径和床层的厚度【1 9 】一【2 1 1 。 实践证明：颗粒的粒径越大，床层的孔隙率也越大，粉尘对床层的穿透越强，除尘 效率越低，但阻力损失也比较小；反之，颗粒的粒径越小，床层的孔隙率越小，除尘的 效率就越高，阻力也随之增加。因此在阻力损失的允许的情况下，为提高除尘效率，最 好选用小粒径的颗粒。床层的厚度增加以及床层内粉尘层增加，除尘效率和阻力损失也 会随之而增加 2 2 】【2 6 】。 选择合适的颗粒粒径配比和最佳的床层厚度是保持颗粒层除尘器良好性能的重要 因素。颗粒层除尘器的性能还与过滤风速有关，一般颗粒层除尘器的过滤风速取l m s ， 除尘器总阻力约1 0 0 0 1 2 0 0 p a ，对0 5 l a n l 以上的粉尘，过滤效率可达9 5 以上( 2 7 j ( 2 引。 6 二、电晕放电的原理 ( 一) 电晕放电现象 在电极两端加上较高电压但还未达到击穿时，小曲率半径电极表面附近会产生很强 的局部电场，因而此电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象【2 9 1 。 在电晕放电中，一般说来，电极的几何构形起着重要作用【3 0 。电场的不均匀把电离 过程局限于局部电场很高的电极附近区域，这个区域称为电离区域或称之电晕层或起 晕层。在这个区域之外，由于电场弱，不发生电离，电流的传导依靠正离子、负离子和 电子的迁移运动，因此电离区域之外的区域被称为迁移区域或电晕外区。若两极中仅有 一个电极起晕，则放电的迁移区域中基本上只有一种符号的带电粒子。在此情况_ f ，电 流是单极性的。 形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类有很大的关系1 3 ”，在负电性的气体中 ( 如气压为1 0 5 p a 的空气) ，当电极为球一平面几何构形，电极间隙为球半径时，可建 立电晕放电，与此相反，若充以非负电性气体，则不会产生电晕放电现象。 电晕放电的电流强度取决于加在电极之间的电压大小、电极的形状、极间距离、气 体的性质和密度i 3 2 】。电晕放电是一种自持放电，他不需要外加电离源来引发和维持放电。 另外，电晕放电的电压降不取决于外电路中的电阻，丽决定于放电迁移区域的电导；在 迁移区域内存在单极性的空间电荷时，它妨碍着放电电流的通过，此时电晕放电的压降 大部分落在迁移区域上。 当两电极间的电位差由零逐渐增大时，最初发生无声的非自持放电，这时的电流很 微弱，其大小决定于剩余电离；当电压增加到一定数值时，电晕放电发生了，该电压称 为起晕电压，它的大小数值由电极间电流的突然增大( 从大约1 0 。1 4 到1 0 “a ) 和在随率 半径较小的电极处朦胧的辉光的出现表征。若继续增大电位差，则电流强度将增大，发 光层的大小及其亮度也同时增加。当外加电压比起晕电压高很多时，电晕放电会转变为 火花放电发生火花的击穿p 。 电晕放电的极性取决于具有小曲率半径的电极的极性。如果曲率半径小的电极带正 电位，则发生的电晕称为正电晕。反之则称为负电晕。此外，按提供的电压类型也可以 将电晕放电分为直流电晕，交流电晕和高频电晕。按电晕电极的数目来分类时，则有单 极电晕、双极电晕和多极电晕【圳。电晕放电现象的应用很广，例如除尘器、高速打印机、 漂白装置等。在某些场合，又不希望它发生，如高压传输线上的电晕会引起电能的损耗 和对广播电视的干扰。 ( 二) 电晕放电的阈值判据 1 、在曲率半径较小电极处的闽值场 电晕放电起始于单个电子雪崩，该雪崩由一个电子所激发；如果放电空间最初仅存 在负离子，则在雪崩形成之前，电子首先须从负离子脱附，由此可说明电晕阈值的大体 行为随电极极性的变化。 自持放电的汤生判据为： 7 e x pi ( 口一，7 ) 铘一1 】= 1 ( 1 ) 这里口和叩为汤生第一电离系数和吸附系数，y 为次级电离系数，他们都是有效局 部电场e 和气压p 比值的函数，其中有效局部电场e 是外加电场和由雪崩所产生的空间 电荷场的叠加f 3 5 】。 在一个不均匀电场中，雪崩在电场为最大值的那些区域附近发展，即在电极曲率半 径最小的地方发展。为了产生电晕放电，雪崩需满足一定的条件。除了特殊情况以外， 当曲率半径小的电极处的电场与曲率半径较大电极处的电场的比值足够大时，电晕放电 才能发生。“足够大”取决于电极的几何结构，例如：在空气中，对两根半径为r 间距 为d 的平行导线，如果比值d r o 5l a m 的微粒，以电场荷电为主； 对d p o 1 5l x m 的微粒，以扩散荷电为主；对于粒径介于0 1 5 o 5u m 的粒子，则需要 同时考虑这两种过程【4 1 4 。 三、滤料在电场中的极化现象 置于电场中的电介质，沿电场方向产生偶极矩，在电介质表面产生束缚电荷的现象 称为电介质的极化现象h 7 1 4 8 1 。在电介质内取一小体积单元v ，当无外电场作用时，这 个小体积单元a v 内电偶极矩向量和等于零。但将电介质置于电场作用下，v 内就在 电场方向出现电偶极矩。极化强度的定义为电介质单位体积内电偶极矩的向量和，是表 征电介质在电场作用下极化的程度的向量。电介质在电场作用下，一方面感应偶极矩， 另- 方面，在电介质表面感应束缚电荷，表面感应束缚电荷的大小也表征电介质在电场 作用下极化的程度【4 9 j 。 根据参加极化的微观粒子种类，电介质分子极化大约可分为下列三类p 叫： ( 1 ) 电子极化及电子极化率：在外加电场下，构成原子外围的电子云对原子核发生相 对位移形成的极化称为电子极化。在外加电场作用下，电子云相对原子核位移产生偶极 矩与弹性联系的带电粒子产生的偶极矩极为相似，它的自然振动频率是光频范围，所以 电子极化又称光极化，建立和消除电子极化的时间极短，约为1 0 “5 1 0 1 8 秒。 e i = o 一e i 图2 1 电子极化 电子极化产生的偶极矩与作用于该分子电场强度e i 之比就称为电子极化率。计算 电子极化率一般采用简化原子结构模型，围绕着均匀分布球形电子云，它的电荷量为 f z e l ，球的半径即为原子半径n ，z 为原子序数，e 为电子电量。当外电场作用于原子 上时，电子云和原子核将受到大小相等方向相反的力的作用。使电子云重心和原子核电 荷重心发生位移，可计算得电子极化率n d o f 4 e o a 3 ( 3 ) 1 0 电予极化率与电子在原子( 或离予) 中的分布有关，由于电子分筛与温度无关，因此电 子极化率与温度无关。 ( 2 ) 原子极化率 o e eo oe eo 0e oo o e e0 o eo e eo e0 o oo e e0 eo e i = 0 一e i 图2 - 2 原子极化( 离子极化) 在外电场作用下，构成分子的原子( 或原子基团) ，或离子发生相对移动形成的极 化成为原子极化。原子极化最典型的例子是离子晶体中的极化，正离子偏离其平衡位置 顺电场方向发生位移，负离子则相反，原子极化示意图如图2 2 所示。离子极化建立和 消除的时间与离子在晶格振动的周期有相同的数量级，约为1 0 啦1 0 。3 秒。离子极化率 的计算如下： a a = 4 。一生 ( 4 ) o 5 8 ( n n