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模拟静电除尘的全过程
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作者：张本袁 来源： 更新日期：2006-08-10
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静电除尘器
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张本袁
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经济的高速发展，意味着人们将越来越多的矿物资源转化为工业原材料和产品，同时将越来越多的废弃物抛向大自然。 从工厂的烟囱中冒出的滚滚浓烟中就含有大量颗粒状粉尘，它们严重污染了环境，影响到作物的生长和人类的健康。（如右图）
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采用除尘技术以后，从烟囱的排放物中，再也看不到浓黑的烟雾了。 静电除尘是被人们公认的高效可靠的除尘技术。
我们先在实验室内模拟一下静电除尘的全过程。
在模拟烟囱内，可以看到，有烟尘从“烟囱”上飘出。 加上电源，烟囱上面的烟尘不见了。
如果撤去电源，烟尘又出现在我们眼前。 （如下图）
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通了电以后，粉尘哪里去了呢？我们先来看看静电除尘装置的结构。
在烟囱的轴线上，悬置了一根导线，称之谓电晕线；在烟囱的四周设置了一个金属线圈，我们称它为集电极。
直流高压电源的正极接在线圈上，负极接在电晕线上，如下图所示。
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可以看出，接通电源以后，集电极与电晕线之间就建立了一个非均匀电场，电晕线周围电场最大。 改变直流高压电源的电压值，就可以改变电晕线周围的电场强度。 当实际电场强度与空气的击穿电场相近时空气发生电离，形成大量的正离子和自由电子。 自由电子随电场向正极飘移，在飘移的过程中和尘埃中的中性分子或颗粒发生碰撞，这些粉尘颗粒吸附电子以后就成了荷电粒子，这样就使原来中性的尘埃带上了负电。 在电场的作用下，这些带负电的尘埃颗粒继续向正极运动，并最后附着在集电极上。 （集电极可以是金属线圈，也可以是金属圆桶壁）当尘埃积聚到一定程度时，通过振动装置，尘埃颗粒就落入灰斗中。 这种结构也称管式静电除尘器。 如下左图所示。
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对管式静电除尘器中的电压设置，我们可以等价于同轴电缆来计算。
如上右图所示，分别表示电晕极与集电极的半径，L及D分别表示圆筒高度及直径。 一般L为3-5m
，D为200-300mm，故L>>D，此时电晕线外的电场可以认为是无限长带电圆柱面的电场。 设单位长度的圆柱面带电荷为。 用静电场高斯定理求出距轴线任意距离r处点P的场强为
(1）式中为沿径矢的单位矢量。 内外两极间电压U与电场强度E之关系为
（2）将式（1）代入式（2），积分后得故
（3）由于电晕线附近的电场强度最大，使它达到空气电离的最大电场强度时，就可获得高压电源必须具备的电压取计算结果若施加电压U低于临界值，则没有击穿电流(i=0)。 实现不了除尘的目的。也就是说，在这样尺寸的除尘器中，通常当电压达到的数量级时，就可以实现良好的静电除尘效果静电除尘器除了上述的管式结构外还有其它的结构形式，如板式结构等。 同学们可以参阅有关资料，仿上计算，也可以自行独立设计一种新型结构的静电除尘器。
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