5.2.3粒子荷电
粒子荷电是指颗粒带上电荷的过程。在电除尘器中,气溶胶粒子与气体离子相碰,离子附着在粒子上使粒子荷电。粒子荷电包括电场荷电和扩散荷电两种机制。
(1)电场荷电
又称碰撞荷电,是气体离子在静电力作用下的定向运动,与粒子碰撞而使粒子荷电。粒子的饱和荷电量qs为:
(5.8)
式中,dp=粒径,m;
Ech=两极间的平均场强,V/m;
ε0 =真空介电常数,8.85×10-12C/(V·m);
。对大多数颗粒物,K=1.5-2.4;ε为粒子的相对介电系数,无因次。
粒子的饱和荷电量主要取决于粒径和电场强度的大小,尤以粒径影响*大。
设qt为粒子经时间t后的瞬时荷电量,它与荷电时间t的关系为:
q_t=q_s t/(t+t_0 )(5.9)
式中,t0=电场荷电时间常数,为荷电率(qt / qs)��于50%的荷电时间,由下式确定:
t_0=(4ε_0)/(N_0 eK_i )(5.10)
或t_0=(8πε_0 rE)/i(5.11)
式中,Ki=离子迁移率,m2/(s·V);
e=电子电量,e =1.6×10-19C;
N0=电场中粒子的密度,在运行条件下(150-400℃)约为1014-1015个/m3。
电场荷电过程的初速率很快,在0.1-1.0s内荷电率可达99%,若电晕电流提高,荷电时间还会缩短;粒子比电阻高或其他原因使电流增大受到限制时,粒子荷电速率下降;当接近饱和时,荷电速率变得很慢,理论上,达到饱和荷电量所需时间为无穷大,但习惯上将接近饱和荷电称为饱和荷电。
例5.3若管式电除尘器的电晕电流线密度i=1.0mA/m,距电晕线**r=3.0cm处的场强E=2×106V/m。试计算粒子荷电时间常数t0及荷电率达90%时所需的荷电时间t。
解:由式(5.11)得:t_0=(8πε_0 rE)/i=(8×3.14×8.85×〖10〗^(-12)×0.03×2×〖10〗^6)/0.001=0.0133s
荷电率qt/qs=90%所需荷电时间为:
t=t_0 (q_t?q_s )/(1-q_t?q_s )=0.0133×0.9/(1-0.9) s=0.1197s