[发明专利]一种颗粒物扩散荷电增粗的方法

说明书

技术领域

本发明属于气体放电物理、等离子体技术及环境工程等技术领域，涉及一种粒径小于0.1μm一次颗粒物扩散荷电增粗的方法。

背景技术

我国是正在崛起的经济大国，能源有三分之二来自煤炭，依赖度很高，仅2005年至2010年间煤炭消费量就增加44%，工业企业、发电厂燃煤、燃油锅炉燃烧过程产生超微细烟尘，即粒径≤0.1μm一次颗粒物PM0.1。由于其比表面积很大、活性强、吸附性强，致使PM0.1表面极易富集空气中重金属(As、Se、Pb、Cr等)和PAHs、VOCs等有机污染物；还易贴附SO₂、NOx及其副产物硫酸、硝酸、硫酸盐、硝酸盐等污染物，这些污染物多为致癌物质或基因毒性诱变物质。这些微量污染物可在其表面进一步迁移和富集，其危害性极大。治理PM0.1大气污染已成为我国刻不容缓的重大民生问题。

一次颗粒物荷电增粗通过气体电离后产生的单极性离子与其碰撞来实现，增粗机制分为两种，一种是电场荷电增粗，气体单极性离子在外加电场作用下沿电力线方向做有规则运动时与颗粒物碰撞荷电增粗；另一种扩散荷电增粗，气体做不规则运动时与颗粒物碰撞荷电增粗。一次颗粒物荷电增粗机制依其粒径不同而异。当粒径＞1μm时以电场荷电增粗为主导；当粒径＜0.1μm时则以扩散荷电增粗为主导。目前电除尘技术是以电场荷电增粗为主，主要捕集粒径＞1μm的颗粒物。对PM0.1则无能为力。

发明内容

本发明解决了现有捕集粒径小于0.1μm一次颗粒物存在的问题，提供一种粒径小于0.1μm一次颗粒物扩散荷电增粗的新方法。此法将含有PM0.1一次颗粒物的气体和高浓度单极性离子一并注入高频高压交变电场中，单极性离子以极高速度在高频高压交变电场中做10³～10⁴次上下往复运动，PM0.1一次颗粒物与单极性离子或带电PM0.1一次颗粒物扩散荷电增粗数万次，甚至数十万次；PM0.1一次颗粒物通过高频高压交变电场扩散荷电增粗后，粒径增大10～10³倍，荷电凝聚成粒径＞2μm一次颗粒物。为消除PM0.1一次颗粒物大气污染物提供一种有效的方法，且具有一次投资、运行成本、能耗等均大幅度的降低等优点。

PM0.1一次颗粒物扩散荷电是作无规则热运动的离子与其碰撞而使之荷电。对于粒径＜0.1μm尘粒的扩散荷电与其大小、荷电量及离子热运动强度、碰撞几率、运动速度和在电场中停留时间等多种因素有关。尘粒荷电过程及荷电量计算式推导都遵循气体分子运动的有关理论。

设距尘粒相当远外，电场中单位体中的单极性离子数位N；紧靠尘粒周围的离子数为N1，根据气体分子运动理论，可得两者关系的表示式：

N₁=N×exp（-eV/kT)式1

式中：ｅ为离子的电荷量；V为尘粒所在之处的电位；k为波慈曼常数；Ｔ为气体温度；离子在单位时间内穿过尘粒单位外表面积的数目用Ｎ₂表示时，则

N2=N1kT2πm]]>式2

式中：m为离子的质量。根据高斯定理知，位于尘粒外围区域电场强度为

E2=qp4πϵ0r2]]>式3

式中：q_p为一次颗粒物电荷量；E₂为尘粒外围荷电量为q_p时的电场场强；ε₀为真空介质常数；r为颗粒物外围荷电半径。将式3的微分形式对r积分，则得尘粒荷电后在半径r处的电位