CN102600998A - 一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置及方法，其特征在于：它包括依次设置在通道内的双极预荷电段、导流段和混合段；双极预荷电段包括m₁个相互平行，且正、负相间的电极板，正、负电极板分别连接高压静电电源的正、负两极；各电极板两端分别通过连接件固定在通道内壁；导流段包括m₂行、n₂列导流叶片，各导流叶片的一侧设置有一连接通道的连接轴；混合段包括m₃行、n₃列产涡叶片，相邻产涡叶片与导流叶片的流向距离为l₂，相邻两行产涡叶片之间的行间距为l₃；各产涡叶片的一侧设置有一连接通道的连接轴，另一侧设置为规则或不规则凹槽形结构。本发明结构简单巧妙，操作方便，无污染且低能耗，可广泛用于存在颗粒物污染的所有工业中，特别是超细颗粒物污染控制过程中。

Description

一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种能够促使流体中不同类型的粒子聚并的装置及方法，特别是关于一种荷电辅助促进超细颗粒物(PM2.5)相互作用的装置及方法。

背景技术

许多工业生产过程中均会产生大量对人体有害的颗粒物，并排放入大气。这些颗粒物中，最具危害的为亚微米颗粒物。由于亚微米颗粒物容易被人体吸入，且富集有毒化合物，因此，全球各国政府已经制定并不断更新严厉的法律标准，来控制直径少于十个微米的颗粒物(PM10)的排放。同时，光化学烟雾、大气高不透明度等环境问题也是直接由颗粒物污染，特别是超细颗粒物污染造成的，鉴于粒径越小的颗粒物入肺越深，所以，直径少于2.5个微米(PM2.5)的颗粒物污染尤其成为各国政府关注的焦点问题。

在工业中，各种不同的方法已经被用做从烟气中移除飞灰或其他的颗粒污染物。但是一般来说，这些除尘装置或结构复杂，或操作繁复，因此，均具有相当大的局限性。如静电除尘器，很适合把较大的粒子从气流中移除，但对微细颗粒物的过滤效率相当低，特别是对于PM2.5；同时这种静电除尘器的能耗高，结构复杂、易坏损。又如布袋除尘器，其不仅增加了烟道阻力，还需定期清灰，并且对于湿度较高的烟气，极易糊袋。随着颗粒物污染排放标准越来越严格，原有除尘装置的除尘能力已接近极限，且已无太多潜力可挖。同时，工业中绝大多数设备在正常运行状态下，产生的粉粒体的浓度、粒径分布均是非稳态的，是随着时间不断变化的。而传统的粉粒体处理装置都无法根据工业中的实际工况设定工作状态，因此，使其能耗、效率大打折扣，并且在同类颗粒物聚并技术中，往往因为颗粒物结合力过低，导致聚并效率受到影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有主动可控性，能够明显、高效、低压阻的通过荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：它包括依次设置在通道内的双极预荷电段、导流段和混合段；所述双极预荷电段包括m₁个相互平行，且正、负相间的电极板，正、负所述电极板分别连接高压静电电源的正、负两极；各所述电极板的两端分别通过连接件固定在所述通道内壁；所述导流段包括m₂行、n₂列导流叶片，各所述导流叶片的一侧均设置一连接轴，所述连接轴连接在所述通道上；所述混合段包括m₃行、n₃列产涡叶片，相邻所述产涡叶片与所述导流叶片的流向距离为l₂，相邻两行所述产涡叶片之间的行间距为l₃；各所述产涡叶片的一侧设置有一连接所述通道的连接轴，另一侧设置为规则或不规则的凹槽形结构。

所述电极板的数量m₁≥2；所述导流段包括m₂行、n₂列所述导流叶片，m₂＝m₁-1，n₂≤3；所述混合段包括m₃行、n₃列产涡叶片，相邻所述产涡叶片与所述导流叶片的流向距离为l₂，相邻两行所述产涡叶片之间的行间距为l₃，m₃≥m₂+1，n₃≥4，l₃≥3*l₂，l₂≥0.5倍所述导流叶片的弦长。

各所述电极板的两端分别通过连接件固定在所述通道内壁，所述连接件采用不饱和聚酯树脂玻璃毡板。

每一所述导流叶片均呈叶形、三角形、瓦片形、楔形、棱形、“s”字形和椭圆形中的其中一种。

每一所述产涡叶片均呈“s”字形、叶形、瓦片形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的其中一种。

上述装置的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的方法，其特征包括以下步骤：1)在通道内设置若干相互平行，且正、负相间的电极板作为双极预荷电段，双极预荷电段后方设置有若干行若干列的导流叶片作为导流段，导流段后方设置有若干行若干列的产涡叶片作为混合段；2)通道中携带颗粒物的流体首先进入双极预荷电段，颗粒物被分别荷有正、负电荷的电极板荷电，带有正、负电荷；3)经荷电的流体流向导流段，被导流叶片引向混合段；4)在混合段中，气流吹向产涡叶片，在产涡叶片的拐角处产生小尺度涡，空气动力学直径较大的颗粒穿小尺度涡而过，细微颗粒被小尺度涡捕捉，大颗粒和细微颗粒碰撞，微细颗粒粘附在较大颗粒上，进入下游除尘设备，去除流体中的颗粒物。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在通道中设置有双极预荷电段，双极预荷电段中设置有若干电极板，经过双极预荷电段的流体首先被荷电，因此，可以使流体中大小颗粒的聚并作用更为明显、高效。2、本发明在双极预荷电段后方设置有导流段，因此，可以通过设置在导流段的导流叶片将带有正、负电荷的流体引向混合段。3、本发明在导流段后方设置有混合段，混合段中设置的产涡叶片会产生不同尺度的湍流涡，用以不同程度的吸入不同颗粒物，增加不同颗粒物的碰撞机会，促进气流中微细颗粒物向大颗粒的聚并，使颗粒物更容易在其后过程中被过滤或以其他方式移除。4、本发明可以根据来流调节产涡叶片和导流叶片的尺寸、形状及放置角度，以产生不同大小的涡，促进不同大小的颗粒物的相互作用，因此，具有主动可控性。本发明结构简单巧妙，操作方便，无污染且低能耗，可广泛用于存在颗粒物污染的所有工业中，特别是超细颗粒物污染控制过程中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明颗粒物聚并设备的一种样例示意图

图3是本发明产涡叶片的一种样例示意图

图4是本发明“s”字形产涡叶片的产涡示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明基于以下认识：

“空气动力学凝聚”：在流动的流体中，具有不同质量或空气动力学特性的颗粒，对流体内具有确定大小的湍流涡有不同的反应。即不同尺度的流体结构对颗粒物的选择性不同，颗粒物被湍流涡所卷入的程度不同，因此，颗粒物在通过湍流涡后，将有不同的运动轨迹，两种颗粒物碰撞或相互作用的可能性就增加了。

“双极预荷电”：在平行的平板上连接高压直流电源，即可在板间产生强电场，由此对流过平板间的灰尘进行预荷电。“双极预荷电”包括以下三个过程：电晕放电、气体电离、粒子荷电。带有电荷的颗粒间的相互作用将会更加强烈。

为了增加流体中两种不同颗粒间碰撞的可能，为了促进小颗粒团聚或吸附到大颗粒上，本发明采用以下装置。

如图1、图2所示，本发明装置包括依次设置在烟气通道或者其他通道内的双极预荷电段1、导流段2和混合段3。

双极预荷电段1包括m₁个相互平行，且正、负相间的电极板11，正、负电极板11分别接有高压静电电源的正、负两极，由此在板间形成高压静电场。通过控制高压静电电源的电压，即可达到控制荷电效率的目的。当高压源电压高于起晕电压、低于击穿电压时，板间形成电晕电场，可生成大量正、负离子，随即使颗粒带电。假如m₁＝5，也就是说有五个平行的电极板，那么这五个极板均要与高压静电电源连接，并且第一个电极板连接负极，第二个电极板连接正极，第三个电极板连接负极，第四个电极板连接正极，第五个电极板连接负极。

各电极板11均通过绝缘受力连接件间接固定在烟气通道内壁上。为满足绝缘需要，烟气通道壁面与连接件之间、连接件与电极板11之间均采用绝缘铆钉固定，并且连接件的材料采用高性能不饱和聚酯树脂玻璃毡板。由于电极板11平行于来流方向，所以双极预荷电段1的压阻极小。

上述实施例中，电极板11的数量m₁≥2；相邻两电极板11间的电压、距离l₁及面积根据实际烟气中的灰尘浓度、灰尘比电阻等性质计算得到，且相邻两电极板11之间的电压是可变的。

导流段2由m₂行、n₂列导流叶片组组成，一般情况下，m₂＝m₁-1，n₂≤3。每一导流叶片21的弦长为D₁，即导流叶片21前端顶点至尾部顶点的距离，根据导流需要由空气动力学绕流理论计算得到。

混合段3由m₃行n₃列产涡叶片组组成，相邻产涡叶片31与导流叶片21的流向距离为l₂，相邻两行产涡叶片组之间的行间距为l₃。一般情况下，m₃≥m₂+1，n₃≥4，l₃≥3*l₂，l₂≥0.5*D₁。

各导流叶片21的一侧均连接一连接轴，用于将导流叶片21连接在通道中，且可以转动。各导流叶片21可以呈叶形，也可以为三角形、瓦片形、楔形、棱形、“s”字形、“z”字形、椭圆形及不规则椭圆形、流线型及不规则流线型等，且上述形状的三维扭曲形状也可作为本发明中的叶片形状。

如图3所示，各产涡叶片31的一侧连接一连接轴32，用于将产涡叶片31连接在通道中，所有产涡叶片31均可以转动，各产涡叶片31的另一侧边缘设置为规则的或不规则的多个凹槽形或锯齿形。各产涡叶片31可以呈“s”字形，也可以呈叶形、瓦片形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形。且上述形状的三维扭曲形状也可作为本发明中的叶片形状。

本发明方法以颗粒物预荷电理论与流体力学两相流理论为基础，采用先荷电，再聚并的方式，在气流中制造不同尺度的湍流涡，继而不同程度的吸入分别带正、负电荷的颗粒物，从而增进气流中至少两种颗粒物的相互作用。

本发明方法具体包括以下步骤：

1)通道中携带颗粒物的流体首先进入双极预荷电段1，由于双极预荷电段1中的电极板11上分别荷有正、负电荷，因此，流体通过电极板11后，灰尘粒子上也带有正、负电荷。

2)经过荷电的流体流向导流段2，导流叶片21将带有正、负电荷的流体引向同一路径，此时由于气流混合运动的尺度较大，颗粒间的碰撞机会仍然很小。

3)经过导流段2后，同时携带正、负电荷灰尘粒子的气流被导入混合段3。在混合段3中，当气流吹向“S”字型的产涡叶片31时，在产涡叶片31的拐角处会产生小尺度涡(如图4所示)，空气动力学直径较大的颗粒惯性较大，不能够被小尺度涡捕捉，其运动将穿小尺度涡而过，细微颗粒被小尺度涡捕捉，延长了细微颗粒在该区域内的停留时间，即流体运动对颗粒物进行了选择，因此大颗粒和细微颗粒的碰撞机会被大大增加了，使微细颗粒容易粘附在较大颗粒上，从而更好的配合下游除尘设备，高效去除烟气中的颗粒物，特别是PM2.5的超细颗粒物。

上述实施例中，根据流体来流方向，产涡叶片31的形状、尺寸以及放置角度可以不同，因此，产涡叶片31产生的涡的尺寸是可以确定的，能够被其卷吸、夹带的颗粒大小也是确定的。因此，通过改变流体来流的方向、产涡叶片31的形状尺寸放置角度，可以选择被延长停留时间的颗粒的尺寸。

上述实施例中，根据流体来流，可以改变电极板11之间预荷电的电场场强。

上述实施例中，相互作用是指颗粒物碰撞、接触或靠得足够近而导致的聚并、吸附、凝结、催化和化学反应等多种作用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接和排列方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：它包括依次设置在通道内的双极预荷电段、导流段和混合段；

所述双极预荷电段包括m₁个相互平行，且正、负相间的电极板，正、负所述电极板分别连接高压静电电源的正、负两极；各所述电极板的两端分别通过连接件固定在所述通道内壁；

所述导流段包括m₂行、n₂列导流叶片，各所述导流叶片的一侧均设置一连接轴，所述连接轴连接在所述通道上；

所述混合段包括m₃行、n₃列产涡叶片，相邻所述产涡叶片与所述导流叶片的流向距离为l₂，相邻两行所述产涡叶片之间的行间距为l₃；各所述产涡叶片的一侧设置有一连接所述通道的连接轴，另一侧设置为规则或不规则的凹槽形结构。

2.如权利要求1所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：所述电极板的数量m₁≥2；所述导流段包括m₂行、n₂列所述导流叶片，m₂＝m₁＝1，n₂≤3；所述混合段包括m₃行、n₃列产涡叶片，相邻所述产涡叶片与所述导流叶片的流向距离为l₂，相邻两行所述产涡叶片之间的行间距为l₃，m₃≥m₂+1，n₃≥4，l₃≥3*l₂，l₂≥0.5倍所述导流叶片的弦长。

3.如权利要求1所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：各所述电极板的两端分别通过连接件固定在所述通道内壁，所述连接件采用不饱和聚酯树脂玻璃毡板。

4.如权利要求1所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：各所述电极板的两端分别通过连接件固定在所述通道内壁，所述连接件采用不饱和聚酯树脂玻璃毡板。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一所述导流叶片均呈叶形、三角形、瓦片形、楔形、棱形、“s”字形和椭圆形中的其中一种。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一所述产涡叶片均呈“s”字形、叶形、瓦片形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的其中一种。

7.如权利要求5所述的一种荷电辅助促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一所述产涡叶片均呈“s”字形、叶形、瓦片形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的其中一种。

8.一种如权利要求1～7任一项所述装置的荷电辅助促进颗粒物相互作用的方法，其特征包括以下步骤：

1)在通道内设置若干相互平行，且正、负相间的电极板作为双极预荷电段，双极预荷电段后方设置有若干行若干列的导流叶片作为导流段，导流段后方设置有若干行若干列的产涡叶片作为混合段；

2)通道中携带颗粒物的流体首先进入双极预荷电段，颗粒物被分别荷有正、负电荷的电极板荷电，带有正、负电荷；

3)经荷电的流体流向导流段，被导流叶片引向混合段；

4)在混合段中，气流吹向产涡叶片，在产涡叶片的拐角处产生小尺度涡，空气动力学直径较大的颗粒穿小尺度涡而过，细微颗粒被小尺度涡捕捉，大颗粒和细微颗粒碰撞，微细颗粒粘附在较大颗粒上，进入下游除尘设备，去除流体中的颗粒物。

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