电除尘器内臭氧产生规律实验研究

柳静献，韩永杰，毛 宁，常德强，孙 熙

(东北大学，沈阳 110004)

电除尘器内臭氧产生规律实验研究

柳静献，韩永杰，毛 宁，常德强，孙 熙

(东北大学，沈阳 110004)

静电除尘器是一种工业除尘技术，但它的高压电源在使用中会产生臭氧，可能会对后续设备及材料造成一定的影响，研究臭氧产生规律对静电除尘器的安全使用有一定的指导意义。本文通过建立电除尘器的物理模型，以实验手段研究了电除尘器中臭氧产生与电压、风速、箱体位置的规律。结果表明，静电除尘器会产生臭氧，且臭氧浓度随着电压的增大而增大，随着风速的增大而减小，沿气流流动方向臭氧浓度逐渐增大，臭氧浓度与电压和风速成近似线性关系。

静电除尘器;臭氧;高压电源;电离

前言

静电除尘器是由Cotterll于1907年发明的，它利用高压电源产生的电场使烟气发生电离，令粉尘颗粒在电场作用下荷电，随气流前行，被异性收尘极板捕获，从而将粉尘除去。静电除尘器具有高效率、低阻力的优点，经过一百多年的理论研究与技术发展，已经广泛应用于燃煤电厂、水泥、钢铁、冶金等诸多行业的烟气除尘[1]。

静电除尘器由于使用高压直流电源，在放电过程中会使烟气电离，会产生臭氧[2、3]。臭氧随气流流向下游设备，可能会对后续的设备和材料产生一定的影响[4]；臭氧若直接排放到大气，会对人体产生危害[5-7]。本文通过建立电除尘器的物理模型，以实验的手段研究了电除尘器中臭氧产生的规律，对静电除尘器的安全使用有一定的指导意义。

1 实验装置与方法

实验采用的静电除尘器物理模型如图1所示。测孔自左向右依次为测点一、测点二、测点三，臭氧浓度采用美国ESC公司的Z-1200XP进行测试，测试范围在0～2ppm，精度为0.01ppm。各主要部分的几何尺寸见下表。

图1 静电除尘器实验模型

静电除尘器模型主要几何参数表

2 结果分析与讨论

2.1 除尘器伏安特性

为确定静电除尘器的电压工作区间，测定了其伏安特性（如图2所示）。考虑到测试仪器的灵敏性及其它因素，本实验电压范围取25～35kV，分别在25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV下测量。

图2 静电除尘器的伏安特性

2.2 电压与臭氧浓度的关系

实验中，保持风速在0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s、1.2m/s和1.4m/s时，调整电源为25kV、27.5kV、30kV、32.5kV、35kV，获得三个测点的臭氧浓度如图3～图7所示。

由图3～图7可知，在不同风速下，随着电压的升高，臭氧浓度相应的增大。例如，风速为1.0m/s时，第一测点电压从25kV升高到35kV时，臭氧浓度也从0.49ppm上升为0.082ppm。这主要是因为随电压的升高，气体电离程度加强，导致臭氧浓度增大。

三个测点中，沿气流的方向，臭氧浓度依次增大。例如，在35kV时，第一、第二和第三测点的臭氧浓度逐渐增大，分别为0.082ppm、0.100ppm和0.119ppm，其主要是由于沿气流方向电离产生臭氧的积累效果。

图3 风速为0.6m/s时臭氧与电压的关系

图4 风速为0.8m/s时臭氧与电压的关系

图5 风速为1.0m/s时臭氧与电压的关系

图6 风速为1.2m/s时臭氧与电压的关系

图7 风速为1.4m/s时臭氧与电压的关系

2.3 臭氧浓度随风速的变化

在不同电压下，测点一、测点二和测点三的臭氧浓度随静电除尘器内气流速度的变化如图8～图10所示。

图8 在不同电压下第一测点的臭氧浓度与风速的关系

图10 在不同电压下第三测点的臭氧浓度与风速的关系

从图8～图10可以看出，对某一测点而言，在一定电压下，臭氧浓度随风速的增大而减小。例如，在电压为35kV时，第二测点风速从0.6m/s升高到1.4m/s时，臭氧浓度从0.131ppm下降到0.069ppm。这是因为在同一电压下，产生的臭氧速率固定，风速越大，用于带走和稀释臭氧的空气量大，臭氧被稀释，其浓度也就变小。

在一定风速下，臭氧浓度随着电压的增大而增大。例如，在风速为1.4m/s时，第三测点随着电压从25kV上升到35kV，臭氧浓度也从0.060ppm增加到0.095ppm。其主要原因在于电压增大时，空气电离效果增强，导致臭氧浓度增大。

2.4 电除尘器箱体内臭氧平均浓度变化规律

把三个测点的臭氧浓度平均后，将臭氧浓度与电压、风速的关系分别如图11、图12所示。

图11 静电除尘器箱体内臭氧平均浓度与电压的关系

图12 静电除尘器箱体内臭氧平均浓度与风速的关系

从图11可以看出：在一定的风速下，静电除尘器箱体内臭氧平均浓度与所施加电压近似呈线性关系，且电压越大，臭氧浓度越高。在风速为1.0m/s时，随着电压从25kV上升到35kV，箱体内臭氧浓度也从0.062ppm线性的上升到0.100ppm。

从图12可以看出，在一定的电压下，臭氧平均浓度跟风速近似成线性关系，且风速越大，箱体内臭氧平均浓度越小。在电压为30kV时，随着风速从0.6m/s增加1.4m/s，箱体内臭氧浓度也从0.101ppm线性的降低到0.0623ppm 。

3 结论

在建立静电除尘器的物理模型的基础上对其内部臭氧产生规律进行系统实验研究，得出结论如下：

（1）静电除尘器内由于高压电源的使用，使气体发生电离，会产生臭氧；

（2）在一定的风速下，静电除尘器内臭氧浓度与所施加电压近似呈线性关系，且随着电压的增大而增大；

（3）在一定的电压下，静电除尘器内臭氧浓度跟风速近似成线性关系，且随着风速的增大而减小；

（4）在静电除尘器箱体内，沿气流流动方向臭氧的浓度逐渐增大。

[1]J. Podlinski, A. Niewulis, J. Mizeraczyk, etc.ESP performance for various dust densities[J].Journal of Electrostatics, 2008, 66（5）：246-253.

[2]吴祖良，高翔，骆仲泱，等.电晕放电自由基簇射过程中臭氧和NO的生成[N].化工学报，2006，57（5）：1214-1219.

[3]柏婧，刘俊杰，朱能，等.静电过滤器产生臭氧的实验研究[J].暖通空调，2003，33（06）：20-22.

[4]柳静献，郭彦波，毛宁，等,臭氧对锅炉烟气用PPS滤料性能影响的实验研究[J].工业安全与环保，2010，10：1-3.

[5]Mcdonnell William F, Kehrl Howard R, Abdul2Salaam Said, et al.Respiratory response of humans exposed to low levels of ozone for 6.6 hours.Archives of Environmental Health，1991，46（3）：145-150.

[6]Brauer Michael, Brook Jeff rey R.Ozone personal exposures and health effects for selected groups residing in the Fraser Valley.Atmospheric Environment, 1997, 31（14）：2113-2121.

[7]Niu J L, Tung T C W, Burnett J.Quantification of dust removal and ozone emission of ionizer air2cleaners by chamber testing.J of Elect rostatics, 2001,51-52：20-24

Experimental Study on Ozone Generation in ESP

LIU Jing-xian, HAN Yong-jie, MAO Ning, CHANG De-qiang, SUN Xi
(Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Due to the advantages of high efficiency and low resistance, electrostatic precipitator (ESP) is widely used in many industries for smoke and dust removal, it is one of the main industrial dust control technology. But the high voltage power supply in ESP can produce ozone which may affect the equipment and materials at downstream, research on ozone production may help to operate ESP safely. In this paper, an ESP physical model is established, the relations between ozone and voltage,wind speed, location are studied with experiment. The results show that, ESP will produce ozone and the concentration of ozone increases with voltage rising, decreases with the wind speed rising, increases in the direction of air flow, the ozone concentration and voltage are approximate linear with wind speed.

ESP; ozone; high voltage power; Ionization

X701.2

A

1006-5377（2011）12-0042-04

柳静献（1966-），男，博士，教授，主要从事通风除尘、大气污染控制、过滤技术与材料的研究。