荣鹏分析除尘设备的多孔化设计与使用：柴油机排放微粒的主要物质是碳，其粒度一般小于0.3um，可深入人的肺部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的自净机制，从而使其他化合物容易发挥致癌作用，碳粒还吸附有多种 物质，具有不同程度的诱发和致癌作用。在柴油车较多的城市中，柴油机排放的微粒可使市内光线受折射，使天空变暗。对于轿车和轻型车用的轻型柴油机，微粒排放量在0.11.0g/km的数量级，对于重型车用的重型柴油机，微粒排放量在0.11.0g/（kW？h）的数量级。电除尘是利用高电压产生的强场强使气体电离，即产生电晕放电，进而使粉尘荷电，并在电场力作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的技术。本文研究的是利用电除尘技术作为柴油机排气微粒净化的又一种新技术。
1柴油机排气微粒净化技术简介柴油机排气微粒基本上是很多碳质微粒的聚集体，称为碳烟粒。经电子显微镜观测表明，柴油机排气微粒是一种由很多原生微球聚集而成的聚集体，这种聚集体可以包含10 3 10 4个微球体。这些微球体都是燃烧产生的碳粒，其直径在10100nm数量级，但大多数在15 40nm范围内。测得的微粒粒度大多在0.021.0um范围内，其体积平均粒度为0.10.3um.
研究的车用柴油机排气微粒净化技术是微粒过滤器DPF（Diesel Particulate Filter，缩写DPF）。微粒过滤过程按滤芯结构特征不同分为表面过滤型和体积过滤型两种。
体积过滤型DPF主要用比较疏松的过滤体积容纳微粒，滤芯是用泡沫陶瓷、钢丝棉或陶瓷纤维筒等较疏松材料制成的，共同缺点是过滤效率、排气阻力与外形尺寸之间有很大的矛盾，即在令人满意的效率和可以接受的阻力下，外形尺寸显得过大。
表面过滤型滤芯用比较密实的过滤表面阻挡微粒，一般单位体积的表面积很大，材料壁薄，既可获得较高的过滤效率，又可具有较小的阻力。 ，公认 成功的表面过滤型DPF滤芯是蜂窝陶瓷DPF，但滤芯形状复杂，在很高的温度和温度梯度下易于损坏。
DPF只能把微粒从柴油机的排气中过滤出来，沉积在滤芯内，它本身并不能清除微粒。清除DPF中积聚的微粒，以恢复到接近原先的低阻力特性，这个过程称为DPF的 。
已经开发的用丙烷或柴油作为燃料、用电点火的燃烧器来引发DPF的 。柴油燃烧器应用与柴油机相同的燃料，比较方便，但燃烧过程的组织比较困难，尤其冷起动时可能燃烧不良，引起二次污染；应用丙烷作为燃烧器的燃料，容易 燃烧，但需要单独的高压丙烷气瓶。平均温度在700～800℃，以便可靠点燃已沉积的微粒，但陶瓷滤芯因尺寸大 周期延长，使滤芯过热而易碎裂或熔融。
用电阻加热器供热 ，电阻加热器由车载蓄电池供电。一种结构型式是把螺旋形电阻丝塞入蜂窝陶瓷滤芯进口一侧的蜂窝，另一种结构型式是采用回形电阻丝，布置在各蜂窝孔道的进口段。电阻丝直接点燃微粒，DPF前部微粒燃烧的火焰随着排气气流向DPF的尾部传播，将整个通道内的微粒燃烧完毕。用电阻加热器供热 可避免采用复杂昂贵的燃烧器，同时电加热可消除对任何二次污染，但由于蜂窝陶瓷滤芯孔道数很多，这种结构 复杂。
2电除尘器的基本原理电除尘器是利用高电压产生的强场强使气体局部电离，并利用电场力实现粒子（固体或液体）与气流的分离。。接地的金属圆管叫收尘极（或集尘极），与直流高压电源输出相连的细金属线叫电晕极（放电极）。电晕极置于圆管的 ，靠下端的重锤张紧。含尘气流从除尘器下部进气管引入，净化后的清洁气体从上部排气管排出。
在电晕极与收尘极之间施加足够高的直流电压（不产生火花），两极间产生极不均匀的电场，电晕极附近的电场强度 高，使电晕极周围的气体电离，即产生电晕放电，电压越高，电晕放电越强烈。气体电离生成的大量自由电子和正离子，在电晕外区（低场强区），自由电子由于动能的降低，不足以使气体发生碰撞电离而附着在气体分子上形成负离子。负离子在电场力作用下向收尘极运动，在电场空间充满了大量负离子。当含尘气体通过电场时，负离子与尘粒碰撞并附着其上，实现了粉尘的荷电。
荷电粉尘在电场中受电场力的作用被驱往收尘极，经过 时间后达到收尘极表面，放出所带负电荷而沉集其上。收尘极表面上的粉尘沉集到 厚度后，用机械振打等方法将其清除掉，使之落入下部灰斗中。
电晕区内的正离子在电场力的作用下向邻近的电晕极运动，在运动过程中与烟气中的尘粒碰撞使其荷电，荷正电的尘粒受电场力驱使沉集在电晕极上，只是电晕极上附着的粉尘量比收尘极少得多。
3多孔泡沫金属材料的结构及特点分析多孔泡沫金属材料的几何结构如所示，多孔材料中孔所占的体积百分比越高，材料的密度 越低。多孔泡沫金属材料具有耐热、抗冲击、刚性好，有吸音、透过、耐蚀等性能。由实验得其他的与除尘有关的特性见所示。可知，泡沫金属材料的性能适合发动机的工作环境。
4净化柴油机排气微粒的多孔泡沫金属电除尘器的结构设计4.1多孔泡沫金属电除尘器净化柴油机排气微粒的基本设计思想本文研究将电除尘器做为净化柴油机排气微粒的新技术。该除尘器在普通管式除尘器的基础上做了改进，改进后的电除尘器结构示意图如所示，其特点是：一是集尘极采用多孔泡沫金属材料做成，由若干块断面不同的集尘极组合而成的可整体拆装的板排结构，集尘极间距密，垂直悬挂在电场中；二是电晕为刚性线，位于每两块集尘极板的通道中间。
将电除尘器安装在柴油机排气气道中部，柴油机废气从下而上流过，排气微粒通过静电被吸附在集尘极上，从而洁净排气微粒，降低污染。运行规定时间后，停止发动机运行，取出电除尘器内的多孔泡沫金属集尘极进行水或压缩空气清洗，安装后继续使用。
4.2做为柴油机排气微粒净化应用的电除尘器的特点做为柴油机排气微粒净化应用的多孔泡沫金属电除尘器的优点是：4.2.1因多孔泡沫金属材料的多孔性，即多孔相当于金属带尖角的地方增多，使得电力线的密度增大，局部电场增强，以使净化效率提高。
4.2.2采用多孔泡沫金属材料做集尘极板，相当于增加了平行板的数量，可以使极板的面积无限增大，相对于平行板面积扩大了，使净化效率提高。
4.2.3多孔泡沫金属除尘器作成集尘极后，使得排气系统的阻力大为降低（可控制在200MPa以内）。
4.2.4集尘极采用板排结构，沿气流垂直方向，根据柴油机功率及排气道面积大小，可以任意增设电场室数及电场长度，组装成各种规格，净化效率提高；该结构易实现沿电场断面烟气的均匀布置，净化效率提高。
4.2.5由于采用可拆卸多孔泡沫金属材料制造成的集尘极板排，因集尘极清洁后可以重复使用，使用时间可以与车的时间一样长，运行成本很低。
5小结本文研究提出了柴油机排气微粒的净化新方法-多孔泡沫金属电除尘技术。阐述了普通管式电除尘器的除尘原理，说明了泡沫金属材料的特性，提出了电除尘做为柴油机排气微粒净化的新技术，并设计了以多孔泡沫金属为集尘极的电除尘器的结构及原理，分析了该装置的优点。
