CN102416359A - 磁流体除尘设备,用其去除空气中粉尘的方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流体除尘设备，其包括：浸润装置，其用于将进入到磁流体设备中的来自于空气中的粉尘颗粒润湿；凝聚装置，其用于将经过所述浸润装置的润湿过的粉尘颗粒凝聚形成大的粉尘颗粒；电离装置，其用于经过所述凝聚装置获得的大的粉尘颗粒带电；磁流体除尘装置，其用于将经过所述电离装置获得的带电的粉尘颗粒与所述磁流体除尘装置中的磁流体溶液接触，从而使所述带电的粉尘颗粒沉降从而去除。本发明的磁流体除尘设备，其能克服传统除尘设备除尘自动化程度低，对粉尘具有选择性，环境要求苛刻、需要人工参与等缺陷，能够很好的实现对于各种工业或生活粉尘有较高的去除率，并且自动完成对粉尘的后期清除工作。

Description

磁流体除尘设备,用其去除空气中粉尘的方法及用途

技术领域

本发明涉及一种除尘设备，特别是一种采用磁流体进行除尘的设备。 

背景技术

中国的经济规模日益庞大，钢铁产量、水泥产量、煤炭产量均居世界第一，发电量居世界第二位，但在重化工、原材料、能源工业等领域内的许多企业仍然采取粗放型的生产，生产工艺及设备相对落后，资源、能源耗费大，污染严重，产生的粉尘、烟尘数量巨大。近几十年来，我国在吸收国外技术的同时加强自主研发，如今除尘器在我国的环保产业中已经成为技术力量较为雄厚，装备水平较高、开发能力较强的行业之一。 

传统的除尘装置主要有湿式除尘器、布袋式除尘器和电除尘器。其中，湿法除尘器的机理为：尘粒与液滴通过碰撞、截留、扩散、凝聚等机理使尘粒从烟气中分离。湿法除尘投资少、工艺简单、运行费用低以及对温度变化、结露、易粘附有很强的适应性等优点，但普遍存在倒烟、泥浆难以全部成球、排放浓度多在200mg/m³左右，难以达标等问题，而且对于不易被水浸润疏水性粉尘，效果较差。 

袋式除尘器是用纤维编织物制作的袋式过滤布，在含尘空气单向通过滤布时，尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差过大时，会把已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使得除尘器效率下降。袋式除尘器效率很高，可以达到99％以上，除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度的影响。但当燃烧高硫煤或烟气未经脱硫等装置处理时，烟气中硫氧化物、氮氧化合物浓度很高时，除一些造价高昂的布料之外，绝大部分化纤合成纤维滤料均会被腐蚀损坏，布袋寿命缩短；而且，当烟气中粉尘含水分重量超过25％以上时，粉尘易粘袋堵袋，造成布袋清灰困难、阻力升高，导致布袋过早失效损坏。 

静电除尘器的原理主要是利用高压电场使烟气发生电离，使气流中的粉尘电荷，荷电粉尘在电场作用下与气流分离，从而对粉尘进行收集。静电除 尘器与其他除尘设备相比，能耗少，压损小，除尘效率高，而且可以用于烟气温度高，压力大的场合。但是，现有的静电除尘器只适宜捕集那些比电阻(即电阻率)在一定范围的粉尘，同时对于小于2μm的微小颗粒，静电除尘器的效率就会显著下降，在极端情况下，捕集率会降到50％以下，一般对于在0.5μm到2μm之间的颗粒，效率会低于90％。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的磁流体除尘设备，其能克服传统除尘设备除尘自动化程度低，对粉尘具有选择性，环境要求苛刻、需要人工参与等缺陷，能够很好的实现对于各种工业或生活粉尘有较高的去除率，并且自动完成对粉尘的后期清除工作。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁流体除尘设备，其包括： 

浸润装置，其用于将进入到磁流体除尘设备中的来自于空气中的粉尘颗粒润湿； 

凝聚装置，其用于将经过所述浸润装置的润湿过的粉尘颗粒凝聚形成大的粉尘颗粒； 

电离装置，其用于经过所述凝聚装置获得的大的粉尘颗粒带电； 

磁流体除尘装置，其用于将经过所述电离装置获得的带电的粉尘颗粒与所述磁流体除尘装置中的磁流体溶液接触，从而使所述带电的粉尘颗粒沉降从而去除。 

其中，所述磁流体除尘装置还包括：除尘室、位于除尘室上部的粉尘空气通道、位于除尘室底部的磁流体溶液和位于所述除尘室下方的产生交变磁场的电磁产生装置。 

其中，所述磁流体除尘装置还包括压力传感器和液位传感器。 

其中，所述浸润装置包括喷雾装置、加湿通道和回流管道。 

其中，所述凝聚装置包括分离通道、正极电板、负极电板、带负电的电晕线、带正电的电晕线和强制混合通道。 

其中，所述电离装置包括电离通道、离子发生器和绝缘板。 

其中，所述磁流体溶液包括磁性颗粒和作为基液的去离子水。 

为解决上述技术问题，本发明还提供了采用上述的磁流体除尘设备去除 空气中粉尘的方法，其包括： 

第一步，浸润步骤； 

第二步，电凝聚步骤； 

第三步，电离步骤； 

第四步，磁流体除尘步骤。 

其中，所述第一步浸润步骤进一步包括：所述含有粉尘的空气进入所述磁流体除尘设备的浸润装置中进行浸润，被浸润的粉尘颗粒更具有粘附性，距离较近的团聚在一起，形成大的粉尘颗粒，一部分较大的粉尘颗粒在重力的作用下落入浸润装置底部，并被回收； 

所述第二步电凝聚步骤进一步包括：经过所述浸润装置获得的浸润的粉尘空气在所述凝聚装置中经过所述分离通道被分割成两股空气，一股空气进入正极通道内，在正极电板和带负电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上了正电荷，另一股空气进入负极通道内，在负极电板和带正电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上负电荷，带上正电荷的粉尘空气和带上负电荷的粉尘空气在所述强制混合通道内混合，在库伦力的作用下，待正负电荷的粉尘颗粒相互吸引，粘附成为更大的粉尘颗粒，质量增加，尺寸变大； 

所述第三步电离步骤进一步包括：所述电离装置的所述离子发生器将经过所述凝聚装置获得的大颗粒的粉尘颗粒进行离子化处理，带上负电荷； 

所述第四步磁流体除尘步骤进一步包括：所述磁流体除尘装置将经过电离装置获得的带电粉尘颗粒空气通入到所述磁流体溶液中，通过所述磁流体溶液对所述带电粉尘颗粒的捕集从而将所述空气净化。 

为解决上述技术问题，本发明还提供了上述的磁流体除尘设备在工业环保中的应用。 

本发明有益的技术效果在于： 

含尘气流中的粉尘颗粒平均浓度在100mg-200mg每立方米之间，大小在0.5-10μm之间，这些颗粒悬浮在废气当中形成烟雾，由于颗粒太小，又呈悬浮状态，对于传统除尘器来说，形成了一定的困难，本发明提供一种新型的磁流体除尘设备，其能克服传统除尘设备除尘自动化程度低，对粉尘具有选择性，环境要求苛刻、需要人工参与等缺陷，能够很好的实现对于各种 工业或生活粉尘有较高的去除率，并且自动完成对粉尘的后期清除工作。 

附图说明

图1是磁流体除尘设备的结构示意图； 

图2带有磁场自动调节的磁流体除尘装置的结构示意图； 

图3带有磁场自动调节的磁流体除尘装置控制系统原理图。 

图1中，1-进风口，2-加压泵，3-回流管道，4-电磁阀，5-红宝石喷嘴阵列，6-浸润装置，7-供水管道，8-加湿通道，9-绝缘板，10-正电极板和电晕线，11-凝聚装置，12-负电极板和电晕线，13-正极通道，14-负极通道，15-强制混合通道，16-电离装置，17-电离通道，18-离子发生器，19-绝缘板，20-磁流体输入管道，21-磁流体除尘室，22-增压泵，23-变频器，24-磁流体溶液，25-电磁线圈阵列，26-引风机，27-变频器，28-下沉管道，29-压力传感器，30-出风口，31-废水输出管道，32-液位传感器。 

具体实施方式

本发明提供了一种磁流体除尘设备，其包括： 

浸润装置，其用于将进入到磁流体设备中的来自于空气中的粉尘颗粒润湿； 

凝聚装置，其用于将经过所述浸润装置的润湿过的粉尘颗粒凝聚形成大的粉尘颗粒； 

电离装置，其用于经过所述凝聚装置获得的大的粉尘颗粒带电； 

磁流体除尘装置，其用于将经过所述电离装置获得的带电的粉尘颗粒与所述磁流体除尘装置中的磁流体溶液接触，从而使所述带电的粉尘颗粒沉降从而去除。 

进一步，所述磁流体除尘设备仅由上述装置构成。 

其中，所述磁流体溶液包括磁性颗粒和作为基液的去离子水。 

其中，所述磁性颗粒占整个磁流体溶液中的体积分数优选为为3％-10％。 

其中，所述磁性颗粒的材料优选为兼具磁性和导电性能的纳米四氧化三铁/聚苯胺(Fe₃O₄/PANI)。 

其中，所述磁流体溶液中优选还包括油酸，所述油酸是用作防止磁性颗 粒团聚的活性剂。 

其中，所述磁流体溶液还可以含有NaOH，因而磁流体溶液呈现碱性，碱性液体与气体中的硫化物，发生化学反应，也可以去除烟气中的部分硫化物。 

其中，所述磁流体除尘装置包括：除尘室、位于除尘室上部的粉尘空气通道、位于除尘室底部的磁流体溶液和位于所述除尘室下方的产生交变磁场的电磁产生装置，含有粉尘的空气进入磁流体溶液后会形成很大的气泡，这些气泡进入除尘室的上部空气中，所述磁流体溶液在所述电磁产生装置产生的磁场的作用下粘度增大，其对粉尘的捕集能力大大增强，使得除尘室上部空气中的粉尘快速沉入所述除尘室底部，增强了粉尘去除的效果，但是由于空气中的粉尘被黏附在了液体表面，影响了后面粉尘的粘附，因此，加了交变的磁场，所述磁流体溶液在所述电磁产生装置产生的交变磁场的作用下也发生剧烈翻滚运动，磁流体的运动是在磁场力和油酸的张力两个力作用下形成的，这样粉尘可以很快沉入液面以下，增大了磁流体与粉尘空气的接触面积，从而促进了其对空气中粉尘的粘附作用，从而进一步增强了粉尘去除的效果。 

磁流体溶液吸尘的机理在于，磁流体溶液粘度随电磁产生装置提供的外加磁场的增强而逐渐增大，呈现非牛顿流体的特性，主要由于磁流体溶液中的磁性颗粒沿磁力线运动，这种运动主要会使悬浮的磁性颗粒流动阻力增大，表现为粘度的增大，利用磁流体溶液的粘度特性对空气中的粉尘进行粘附处理，磁流体溶液有较好的粘度，适用于粘附空气中的粉尘。 

粘度是流体粘滞性的一种度量，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。粘度大表现为内摩擦力大，分子量越大，碳氢结合越多，这种力量也越大，粘度常用运动粘度表示。将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层，各层速度不同，形成速度梯度(dv/dx)，这是流动的基本特性。由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此，液体产生运动阻力。为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相反的反向力。在单位液层面积上施加的这种力，称为应切力或剪切力τ(N/m²)。切变速度(D)D＝dv/dx(s^-1)，切应力与切变速度是表征体系流变性质的两个基本参数。两个不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔 距离”dx”且以不同的流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即τ＝ηdv/dx＝ηD(牛顿公式)，其中η与流体材料性质有关，我们称为“粘度”。 

在压强为101.325kPa、温度为20℃、磁感应强度为40mT的条件下，空气、水和磁流体溶液的动力粘度如下： 

空气      μ＝17.9×10^-6Pa·s， 

水        μ＝1.01×10^-3Pa·s， 

磁流体    μ＝200×10^-3Pa·s， 

由此可知，在特定条件下，磁流体溶液的动力粘度可达到水的数百倍，利用磁流体溶液的粘附力来粘附粉尘，粘附力是指由分子力引起的两种不同物质接触部分之间所产生的引力，其对粉尘的捕集能力大大增强，这正是磁流体吸尘的机理所在。 

另外，磁流体溶液在交变磁场的作用下的作用下发生剧烈运动，使得磁流体表面的粉尘沉入水中，这样磁流体与空气的接触面接就增加了，从而增强了粉尘的去除效果。 

其中，所述磁流体除尘装置还包括压力传感器和液位传感器，所述压力传感器和所述液位传感器均位于所述除尘室的底部，工控机根据从压力传感器采集来的信号调节电磁产生装置生成的磁场的大小，根据从液位传感器采集来的信号，调节磁流体溶液的浓度和容量，目的是保持磁流体溶液吸附粉尘的能力保持在一定的范围之内。 

其中，电磁产生装置优选由用于产生交变磁场的4-6组电磁线圈组构成，每组电磁线圈组优选有4-6个电磁线圈，电磁线圈的电流大小变化，即磁场的变化取决于安装在所述除尘室底部的压力传感器的信号数据，更有选所述电磁产生装置由四组电磁线圈组构成，每组电磁线圈组由4个电磁线圈构成。 

其中，所述粉尘空气通道优选为W型形状，磁流体溶液是液体，空气不能完全溶在水中，会有相当一部分空气中的粉尘随着气泡逃出磁流体溶液，为了增加除尘效率，这里特别设计了W型的管道，让粉尘再次进入磁流体溶液，进行再次除尘。 

其中，所述磁流体除尘装置还包括下沉管道、出风口、增压泵和引风机， 所述增压泵和所述引风机均位于所述除尘室外部，所述下沉管道的一端位于所述除尘室的外部，另一端深入所述磁流体溶液中，所述增压泵位于所述带电的粉尘空气进入所述除尘室的一边，所述增压泵将所述带电的粉尘空气加压，经所述下沉管道送入所述磁流体溶液中，所述引风机位于经过除尘处理过的干净空气从所述除尘室出来的一边，将所述除尘室中获得的干净的空气抽出，所述出风口用于将所述干净的空气排出。 

其中，所述增压泵和所述引风机的工作都是由所述工控机和变频器通信控制的，当磁流体除尘室内的粉尘浓度高时，所述工控机控制所述引风电机低速运行；当磁流体除尘室内的粉尘浓度低时，所述工控机控制所述引风机高速运行。 

其中，所述下沉管道优选采用下弯管形状。 

其中，所述出风口处由于具有较高的风速，因此优选采用上弯管式结构，获得的干净空气侧向排出，从而防止对人体的意外伤害。 

其中，所述增压泵进一步优选为卧式增压泵，采用半开式叶轮结构，叶轮数目多级，更进一步优选济南索隆特流体设备有限公司制造的空气增压泵，扬程10000(m)，轴功率0.10(kW)。 

其中，所述变频器优选为欧姆龙公司的3G3MX2-A2001型变频器，该变频器输出功率0.1kW，额定输出电压三相200～240V，额定输出电流1A。 

其中，所述压力传感器优选为宝鸡麦克传感器有限公司生产的MPM380型压力传感器。 

其中，所述引风机优选为淄博传益通风设备有限公司制造的Y160M-6型引风机26，转速960r/min，流量14978～27374m3/h，功率7.5千瓦。 

其中，控制所述引风机工作的所述变频器优选为型号为G3MX2-A2075，输出功率7.5kW，额定输出电压三相200～240V，额定输出电流33.0A的变频器。 

由于长时间运行之后，磁流体溶液吸收了大量灰尘，其性质发生变化，对灰尘的吸附能力下降，每隔一段时间将除尘室内的磁流体溶液更换一次，磁流体废液被统一回收到废液回收池中。 

进一步，所述磁流体除尘装置仅由上述部件构成。 

其中，所述浸润装置包括喷雾装置、加湿通道和回流管道，所述喷雾装 置位于所述加湿通道的上方，用于向所述加湿通道中喷射雾状水滴，使经过所述加湿通道的粉尘空气中的粉尘颗粒充分浸润，一部分经过浸润后变得较大的粉尘颗粒在重力的作用下落入所述浸润装置的底部，通过位于所述浸润装置底部的所述回流管道进入废水回收池。 

其中，所述喷雾装置包括加压泵、供水管道、电磁阀和喷嘴阵列。 

其中，所述喷嘴阵列优选为2-4个喷嘴，孔径优选为0.1mM-0.3mM，更进一步优选为广州东莞施普德电子科技有限公司制造的红宝石喷嘴，孔径为0.20mM，喷嘴作为雾气制造装置，水压50bar，97mL/min。 

其中，所述加压泵优选为耐腐蚀加压泵，更优选为欧式耐腐蚀加压泵，其具有封闭式单吸式叶轮结构，更进一步优选凌霄管道加压泵BLC70/037流量1-7(m/h)，叶轮数目1，扬程17-10(m)，汽蚀余量2(m)，轴功率0.37(kW)，加压泵为喷雾装置中的水流提供3MPa的压力。 

其中，所述电磁阀优选为北京中西远大科技有限公司的抗腐蚀电磁阀M324969，电磁阀在工控机开关信号的控制下打开或者关闭水管道。 

进一步，所述浸润装置仅由上述部件构成。 

所述浸润装置内的红宝石喷嘴阵列把水雾化为大小10-20μm的水滴颗粒，这些水滴颗粒或小于粉尘颗粒，或等于大于粉尘颗粒；当水滴颗粒尺寸小于粉尘颗粒的时候，水滴颗粒包围在每一个粉尘颗粒周围；当二者尺寸近似相等时，彼此一对一的附着在一起；当水滴颗粒尺寸大于粉尘颗粒大小的时候，粉尘颗粒可以粘附在水滴颗粒之上，空气中的粉尘颗粒被浸润装置中的雾状水滴浸润，使其更具有粘附性，距离较近的悬浮颗粒团聚在一起，小的粉尘颗粒变成了大的粉尘颗粒，一部分经过浸润后变得较大的粉尘颗粒在重力的作用下落入所述浸润装置的底部，从而去除一部分的粉尘颗粒。 

另外，所述浸润装置的另一个目的是为了防止在除尘过程中，由于粉尘浓度过高导致粉尘爆炸。 

其中，所述凝聚装置包括分离通道、正极电板、负极电板、带负电的电晕线、带正电的电晕线和强制混合通道。 

其中，所述分离通道进一步包括正极通道和负极通道，在所述正极通道内安装有正极电板和带负电的电晕线，在所述负极通道内安装有负极电板和带正电的电晕线。 

其中，所述正极通道和所述负极通道中还具有第一绝缘板和第二绝缘板。 

其中，经过所述浸润装置获得的浸润的粉尘空气经过所述分离通道被分割成两股空气，一股空气进入正极通道内，在正极电板和带负电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上了正电荷，另一股空气进入负极通道内，在负极电板和带正电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上负电荷，带上正电荷的粉尘空气和带上负电荷的粉尘空气在所述强制混合通道内混合，在库伦力的作用下，待正负电荷的粉尘颗粒相互吸引，粘附成为更大的粉尘颗粒，质量增加，尺寸变大，这为后面的磁流体溶液对粉尘的吸收创造了良好的条件。 

进一步，所述凝聚装置仅由上述部件构成。 

其中，所述电离装置包括电离通道、离子发生器和绝缘板。 

其中，所述离子发生器将经过所述凝聚装置获得的大颗粒的粉尘颗粒进行离子化处理，带上负电荷，离子发生器额定电压优选为7kV-11kV，利用脉冲、振荡电器将低电压升至直流负高压，利用碳毛刷尖端直流高压产生高电晕，高速地放出大量的电子(e^-)，而电子无法长久存在于空气中(存在的电子寿命只有nS级)，立刻会被空气中的氧分子(O₂)捕捉，形成负离子。负离子遇见空气中的粉尘等颗粒容易与粉尘结合使得粉尘颗粒落地。 

经过浸润装置、凝聚装置和电离装置的粉尘颗粒中98％以上的为大直径颗粒，且均处于离子状态，有利于所述磁流体溶液对粉尘颗粒的捕集。 

本发明还提供了一种采用上述的磁流体除尘设备进行空气中粉尘去除的方法，其包括： 

第一步，浸润步骤； 

第二步，电凝聚步骤； 

第三步，电离步骤； 

第四步，磁流体除尘步骤。 

其中，所述第一步浸润步骤进一步包括：所述含有粉尘的空气进入所述磁流体除尘设备的浸润装置中进行浸润，被浸润的粉尘颗粒更具有粘附性，距离较近的团聚在一起，形成大的粉尘颗粒，一部分较大的粉尘颗粒在重力的作用下落入浸润装置底部，并被回收。 

其中，所述第二步电凝聚步骤进一步包括：经过所述浸润装置获得的浸润的粉尘空气在所述凝聚装置中经过所述分离通道被分割成两股空气，一股空气进入正极通道内，在正极电板和带负电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上了正电荷，另一股空气进入负极通道内，在负极电板和带正电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上负电荷，带上正电荷的粉尘空气和带上负电荷的粉尘空气在所述强制混合通道内混合，在库伦力的作用下，待正负电荷的粉尘颗粒相互吸引，粘附成为更大的粉尘颗粒，质量增加，尺寸变大。 

其中，所述第三步电离步骤进一步包括：所述电离装置的所述离子发生器将经过所述凝聚装置获得的大颗粒的粉尘颗粒进行离子化处理，带上负电荷。 

其中，所述第四步磁流体除尘步骤进一步包括：所述磁流体除尘装置将经过电离装置获得的带电粉尘颗粒空气通入到所述磁流体溶液中，通过所述磁流体溶液对所述带电粉尘颗粒的捕集从而将所述空气净化。 

本发明还提供了上述磁流体除尘设备在空气除尘过程中的应用。 

本发明还提供了上述磁流体除尘设备在工业环保中的应用。 

本发明使用的磁流体除尘方法主要利用粉尘的粘附性和凝聚性两种特性设计而成的，而粉尘的粘附性和凝聚性的强弱主要取决于粉尘的性质(粉尘的形状、粒度、湿度、荷电性等)和外界条件(空气的温度和湿度、尘粒的运动状况、电场力和磁场力等)。微小尘粒在空气中受到高温、布朗运动以及声波的作用，做不规则、不均质的运动，尘粒间便发生冲击碰撞使之凝并成粒子团。从表1中可以看出，极微小的尘粒在空气中都是以布朗运动为主，所以在除尘中，可利用这种性质先使尘粒凝聚，然后从空气中再分离出来就容易得多了。本发明采用四级除尘方式，前三级是为了粉尘浸润，凝聚，荷电，第四级利用磁流体的粘性吸附空气中的灰尘。大量的实验表明，此种方法除尘取得了很好的效果。 

表1 

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。 

如图1所示，本发明的磁流体除尘设备由四个装置组成，他们分别是浸润装置，凝聚装置，电离装置和磁流体除尘装置，其中前三个设备对粉尘进行前期处理，起主要除尘作用的是磁流体除尘装置。 

浸润装置6由喷雾系统，加湿通道8，回流管道3组成。喷雾系统由加压泵2，供水管道7，电磁阀4和红宝石喷嘴阵列5组成。加压泵2采用凌霄管道加压泵BLC70/037卧式耐腐蚀水泵，该泵为卧式增压泵，封闭式单吸式叶轮结构，流量1-7(m/h)，叶轮数目1，扬程17-10(m)，汽蚀余量2(m)，轴功率0.37(kW)，电磁阀4采用北京中西远大科技有限公司的抗腐蚀电磁阀M324969，红宝石喷嘴阵列5由两个喷嘴组成，喷嘴采用广州东莞施普德电子科技有限公司制造的红宝石喷嘴，孔径为0.20mM，喷嘴作为雾气制造装置，水压50bar，97mL/min。空气中的粉尘颗粒从进风口1进入浸润装置6，被浸润装置6中的雾滴浸润，使其更具有粘附性，距离较近的悬浮颗粒团聚在了一起，小的粉尘颗粒变成了大的粉尘颗粒。浸润装置6的另一个目的是为了防止在除尘过程中，由于粉尘浓度过高导致的粉尘爆炸。 

凝聚装置11由分离通道、正电极板和电晕线10、负电极板和电晕线12、绝缘板9，强制混合通道15组成。分离通道由正极通道13和负极通道14两个通道组成，正极通道13中安装有正电极板和电晕线10，绝缘板9；负电通道中安装有负电极板和电晕线12，绝缘板9，正电极板10和负电极板12电压均为12kV。粉尘空气在正极通道中，受电场的作用，粉尘颗粒带上了正电荷；在负极通道中，受电场的作用，粉尘带上了负电荷。通过分离通道之后进入强制混合通道15，在库仑力作用下，带有正负电荷的粉尘颗粒 相互吸引，凝聚成一个大颗粒。 

电离装置16由电离通道17，离子发生器18和绝缘板19组成。离子发生器18额定电压9kV，利用脉冲、振荡电器将低电压升至直流负高压，利用碳毛刷尖端直流高压产生高电晕，高速地放出大量的电子(e-)，而电子无法长久存在于空气中(存在的电子寿命只有nS级)，立刻会被空气中的氧分子(O2)捕捉，形成负离子。负离子遇见空气中的粉尘等颗粒容易与粉尘结合使得粉尘颗粒落地 

本发明经过上述三个阶段的处理，98％的粉尘颗粒为大直径颗粒，且均处于离子状态，这有利于磁流体对粉尘的捕集。 

如图1和图2所示，本发明最主要的除尘设备是磁流体除尘装置，其主要由磁流体除尘室21、增压泵22、磁流体24，用于产生交变磁场的电磁线圈25，引风机26，压力传感器29，液位传感器32组成，上半部分为粉尘空气通道，采用W型设计，有利于粉尘的沉降，下半部分为磁流体溶液，具体结构如图2所示。采用兼具磁性和导电性能的纳米四氧化三铁/聚苯胺(Fe₃O₄/PANI)材料作为磁性颗粒，去离子水作为基液、油酸作为防止团聚的活性剂，配置体积分数为6％的Fe₃O₄磁流体溶液24。磁流体除尘室21前部安装有济南索隆特流体设备有限公司制造的气体增压泵22，该泵为卧式增压泵，半开式叶轮结构，叶轮数目多级，扬程10000(m)，轴功率0.10(kW)，增压泵22将含尘空气加压，送入下沉管道28，增压泵的运行由工控机与欧姆龙公司的3G3MX2-A2001型变频器23通信控制，该变频器输出功率0.1kW，额定输出电压三相200-240V，额定输出电流1A。下沉管道28采用下弯管设计，深入磁流体溶液内部，大气压力将含尘空气压入磁流体溶液中。磁流体除尘室21内的磁流体溶液24在外部电磁线圈阵列25生成的磁场作用下不停运动。电磁体陈列25由4*4，共16个电磁线圈组成，电磁线圈的电流大小变化，即磁场的变化取决于安装在磁流体除尘室底部的四个宝鸡麦克传感器有限公司生产的MPM380型压力传感器29的信号数据。工控机根据从压力传感器29采集来的信号调节电磁线圈生成的磁场的大小，根据从液位传感器32采集来的信号，调节磁流体溶液24的浓度和容量，目的是保持磁流体溶液24吸附粉尘的能力保持在一定的范围之内，工控机与传感器和执行设备的具体连接如图3所示。磁流体溶液在交变磁场的作用下剧烈运动，使得 漂浮在磁流体表面的粉尘快速沉入磁流体除尘室底部，磁流体溶液与粉尘空气的接触面积增大，增强了粉尘去除的效果。在磁流体除尘室21后部，安装有一台淄博传益通风设备有限公司制造的Y160M-6型引风机26，转速960r/min，流量14978～27374m3/h，功率7.5千瓦。工控机连接变频器27，该变频器型号为G3MX2-A2075，输出功率7.5kW，额定输出电压三相200-240V，额定输出电流33.0A。引风机在工控机的控制下变速运行，将磁流体除尘室内的新鲜气体抽出。当磁流体除尘室21内的粉尘浓度高时，引风电机低速运行；当磁流体除尘室21内的粉尘浓度低时，引风机高速运行。由于长时间运行之后，磁流体溶液吸收了大量灰尘，其性质发生变化，对灰尘的吸附能力下降，每隔一段时间将磁流体除尘室内的溶液更换一次，磁流体废液被统一回收到废液回收池中，在所述磁流体除尘室21的底部具有磁流体输入管道20和废水输出管道31，用于所述磁流体溶液24在磁流体除尘室21中的输入与排除。 

磁流体除尘室21后端为出风口30，出风口30处具有较高的风速，故采用上弯管式结构设计，气流侧向喷射，从而防止对人体的意外伤害。新鲜气体从出风口30排出，磁流体除尘过程完成。 

采用本发明的磁流体除尘设备具体工作过程如下： 

第一步，粉尘气体首先在浸润装置内经过浸润处理，浸润装置内的红宝石喷水阵列把水雾化为大小10-20μm的水滴颗粒，这些水滴颗粒或小于灰尘颗粒，或等于大于灰尘颗粒；当水滴颗粒尺寸小于灰尘颗粒的时候，水滴颗粒包围在每一个灰尘颗粒周围；当二者尺寸近似相等时，彼此一对一的附着在一起；当水滴颗粒尺寸大于灰尘颗粒大小的时候，灰尘颗粒可以粘附在水滴颗粒之上。经过浸润装置之后，空气中的粉尘颗粒得到充分浸润，一部分较大的粉尘颗粒在重力的作用下，落入浸润装置底部，通过回流管道进入废水回收池，统一回收。 

第二步，经过浸润的粉尘气体在凝聚装置中首先被分成两股携尘气流，其中一股粉尘空气进入正极通道，在通道中带正电的电极板和带负电的电晕线的作用下荷上正电；另一股粉尘空气进入负极通道，在通道中带负电的电极板和带正电的电晕线的作用下荷上负电。在强制混合通道中，两股气流合并成一股气流，在正负电荷之间库仑力的作用下，气流中的细微颗粒和粗颗 粒吸引粘附成为更大的粉尘颗粒，质量增加，尺寸变大，这为第四阶段的磁流体溶液对粉尘的吸收创造了良好的条件。 

第三步，在离子装置中离子发生器的作用下，所有粉尘颗粒经过离子化处理均带上了负电荷，处于离子状态。经过上述前三个阶段的预处理，细微的粉尘颗粒凝聚成大颗粒并且均带有负电荷，直径越大的颗粒沉降距离越大，同时由于大量实验证明粉尘颗粒带有电荷，磁流体对粉尘会发生更为强力的吸附作用。 

第四步，在磁流体除尘通道中，磁流体溶液粘度随外加磁场的增强而逐渐增大，呈现非牛顿流体的特性，主要由于磁粒子沿磁力线运动，这种运动主要会使悬浮粒子流动阻力增大，表现为粘度的增大。粘度是流体粘滞性的一种度量，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。粘度大表现为内摩擦力大，分子量越大，碳氢结合越多，这种力量也越大，粘度常用运动粘度表示。将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层，各层速度不同，形成速度梯度(dv/dx)，这是流动的基本特性。由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此，液体产生运动阻力。为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相反的反向力。在单位液层面积上施加的这种力，称为应切力或剪切力τ(N/m²)。切变速度(D)D＝dv/dx(S^-1)切应力与切变速度是表征体系流变性质的两个基本参数。两个不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dx”且以不同的流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即τ＝ηdv/dx＝ηD(牛顿公式)，其中与材料性质有关，我们称为“粘度”。 

在压强为101.325kPa、温度为20℃、磁感应强度为40mT的条件下，空气、水和磁流体的动力粘度如下： 

空气    μ＝17.9×10^-6Pa·s， 

水      μ＝1.01×10^-3Pa·s， 

磁流体  μ＝200×10^-3Pa·s， 

由此可知，在特定条件下，磁流体溶液的动力粘度可达到水的数百倍，其对粉尘的捕集能力大大增强，这正是磁流体吸尘的机理所在。 

另外，根据磁流体制备的不同工艺要求，制备后的磁流体溶液中含有一 定量的NaOH，因而磁流体溶液呈现碱性，碱性液体与气体中的硫化物，发生化学反应，也可以去除烟气中的部分硫化物。 

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。 

Claims (10)

1.一种磁流体除尘设备，其特征在于，包括：

浸润装置，其用于将进入到磁流体除尘设备中的来自于空气中的粉尘颗粒润湿；

凝聚装置，其用于将经过所述浸润装置的润湿过的粉尘颗粒凝聚形成大的粉尘颗粒；

电离装置，其用于经过所述凝聚装置获得的大的粉尘颗粒带电；

磁流体除尘装置，其用于将经过所述电离装置获得的带电的粉尘颗粒与所述磁流体除尘装置中的磁流体溶液接触，从而使所述带电的粉尘颗粒沉降从而去除。

2.如权利要求1所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述磁流体除尘装置还包括：除尘室、位于除尘室上部的粉尘空气通道、位于除尘室底部的磁流体溶液和位于所述除尘室下方的产生交变磁场的电磁产生装置。

3.如权利要求1或2所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述磁流体除尘装置还包括压力传感器和液位传感器。

4.如权利要求1至3所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述浸润装置包括喷雾装置、加湿通道和回流管道。

5.如权利要求1至4所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述凝聚装置包括分离通道、正极电板、负极电板、带负电的电晕线、带正电的电晕线和强制混合通道。

6.如权利要求1至5所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述电离装置包括电离通道、离子发生器和绝缘板。

7.如权利要求1至6所述的磁流体除尘设备，其特征在于：所述磁流体溶液包括磁性颗粒和作为基液的去离子水。

8.采用权利要求1至7任一项所述的磁流体除尘设备去除空气中粉尘的方法，其特征在于，包括：

第一步，浸润步骤；

第二步，电凝聚步骤；

第三步，电离步骤；

第四步，磁流体除尘步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述第一步浸润步骤进一步包括：所述含有粉尘的空气进入所述磁流体除尘设备的浸润装置中进行浸润，被浸润的粉尘颗粒更具有粘附性，距离较近的团聚在一起，形成大的粉尘颗粒，一部分较大的粉尘颗粒在重力的作用下落入浸润装置底部，并被回收；

所述第二步电凝聚步骤进一步包括：经过所述浸润装置获得的浸润的粉尘空气在所述凝聚装置中经过所述分离通道被分割成两股空气，一股空气进入正极通道内，在正极电板和带负电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上了正电荷，另一股空气进入负极通道内，在负极电板和带正电的电晕线的作用下，使所述空气中的粉尘带上负电荷，带上正电荷的粉尘空气和带上负电荷的粉尘空气在所述强制混合通道内混合，在库伦力的作用下，待正负电荷的粉尘颗粒相互吸引，粘附成为更大的粉尘颗粒，质量增加，尺寸变大；

所述第三步电离步骤进一步包括：所述电离装置的所述离子发生器将经过所述凝聚装置获得的大颗粒的粉尘颗粒进行离子化处理，带上负电荷；

所述第四步磁流体除尘步骤进一步包括：所述磁流体除尘装置将经过电离装置获得的带电粉尘颗粒空气通入到所述磁流体溶液中，通过所述磁流体溶液对所述带电粉尘颗粒的捕集从而将所述空气净化。

10.权利要求1至7任一项所述的磁流体除尘设备在工业环保中的应用。

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