CN102764553A - 一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了环境保护技术领域中的一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置。将谢尔宾斯基海绵模型结构应用于颗粒脱除，形成一种新型工业除尘装置；喷淋构件通过支撑架固定在谢尔宾斯基海绵结构通道出口截面上方，在喷淋构件的中心位置设置与其连通的给水管道，喷淋构件的定时启闭，对通道内的细颗粒物进行定时清洗，维持通道洁净；高温烟气作为热源，从海绵结构通道入口流入，与谢尔宾斯基海绵结构通道表面形成温度场，利用热泳沉积效应和湍流效应，可以有效的脱除烟气中的细颗粒物。该脱除装置可安装在工业锅炉烟气系统、核电站排气烟囱、汽车排气系统等含颗粒排气系统上，安全、高效、可靠，实施方便，控制简单，可模块化组装。

Description

一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置。
背景技术
根据近几年我国环境公报公布的结果，可吸入颗粒物污染一直是影响我国空气质量的首要污染物，其中的细颗粒特别是直径小于2.5μm的颗粒物的污染问题十分严重。对于粒径小于2.5μm的细颗粒物，俗称PM2.5，由于其粒径小，质量轻，漂浮性强，积累性好，比面积大等特点，可以在大气中长期漂浮，在大气中不断蓄积，导致能见度低，污染严重。此外，细颗粒物通常具有较大的比表面积，能够富集各种重金属元素（如As、Se、Pb、Cr等）和多环芳烃类、二恶英类等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。颗粒物粒径小于10μm（PM10）以下的颗粒物可以进入口腔，7μm以下的细微颗粒物可以进入咽喉，而尺度小于2.5μm的颗粒称为可吸入颗粒，它能够进入人体肺泡并沉积下来，甚至进入血液循环系统中，对人危害极大。
在压水堆核电站的严重事故中，可能产生大量放射性裂变颗粒，能否脱除放射性裂变产物不仅直接关系到核电站的安全，也关系着核电站内工作人员以及核电站周围的人们的生命安全。我国重点发展的第四代反应堆中模块式球床高温气冷堆是国际公认的新一代先进反应堆，模块式球床高温气冷堆中石墨粉尘的产生会引发一系列的问题，并可能会影响反应堆的安全与正常运行。另外第四代堆钠冷快堆中，事故钠颗粒的迁移也会危及系统安全性以及周围人们的安全。
PM10、PM2.5等细颗粒物，由于其质量微小，对气流的跟随性极好，几乎总是跟随气流一起运动，难以从气流中分离出来，因而常规的除尘方法的脱除效率都比较低，无法满足目前日益严格的环保要求，必须寻找脱除细微颗粒的新原理和新方法。在1915~1916年，波兰数学家谢尔宾斯基(W. Sierpinski)将三分康托尔集的构造思想推广到二维平面，构造出谢尔宾斯基海绵。谢尔宾斯基海绵具有内比表面积大、多通道等特征。为此，将这种理想化的谢尔宾斯基海绵结构应用于颗粒脱除，提出了一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，该装置能有效的脱除细颗粒物。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足提出一种新型的谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，利用谢尔宾斯基海绵结构内比表面积大、多通道等特征并利用细颗粒物热泳沉积效应和湍流效应，对细颗粒进行脱除。
本发明采用的技术方案为：
谢尔宾斯基海绵结构通道为长方体结构，4个侧面由装置壁面包裹，余下两个相对的面分别作为谢尔宾斯基海绵结构通道的入口和出口；喷淋构件通过支撑架固定在谢尔宾斯基海绵结构通道出口截面上方，可定时清除沉积在谢尔宾斯基海绵结构通道表面上的细颗粒物并维持通道内温度场；喷淋构件由多根管道纵横交错连结并互通，在喷淋构件的中心位置设置与其连通的给水管道，且在给水管道上安装自动排水阀，对喷淋构件进行定时给水控制；喷淋构件的管道上均匀设置若干个喷淋水孔。喷淋构件的定时启闭，对通道内的细颗粒物进行定时清洗，维持通道洁净；并对通道进行冷却，维持通道温度场，保证较高的颗粒热泳沉积率。
所述谢尔宾斯基海绵结构通道的材料是0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢，耐腐蚀、抗氧化、结构稳定、易于冷却。
所述谢尔宾斯基海绵结构可进行模块化组装。
所述谢尔宾斯基海绵结构通道的孔的内径不小于0.1mm。
本发明的有益效果为：
谢尔宾斯基海绵结构具有内比表面积大、多通道的特点，细颗粒物在该通道内的沉积率高。
该装置具有安全、高效、可靠，实施方便，控制简单，可模块化组装等特点。可安装在锅炉烟气系统、核电站排气烟囱、汽车排气系统运行或其他含颗粒排气系统技术领域。特别对PM10、PM2.5等细颗粒物脱除有重要的应用价值，可有效降低细颗粒物的排放量，达到保护公众健康和环境的目的。
附图说明
图1为谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置的三维示意图；
图2为喷淋构件示意图；
图中标号：
1-给水管道；2-喷淋构件；3-支撑架；4-谢尔宾斯基海绵结构通道出口截面；5-装置壁面；6-喷淋水孔。
具体实施方式
本发明提出一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
所述脱除装置的结构如图1所示，谢尔宾斯基海绵结构通道为长方体结构，4个侧面由装置壁面4包裹，余下两个相对的面分别作为谢尔宾斯基海绵结构通道的入口和出口；喷淋构件2通过支撑架3固定在谢尔宾斯基海绵结构通道出口截面4上方，可定时清除沉积在谢尔宾斯基海绵结构通道表面上的细颗粒物并维持通道内温度场；喷淋构件2由多根管道纵横交错连结并互通，在喷淋构件2的中心位置设置与其连通的给水管道1，且在给水管道1上安装自动排水阀，对喷淋构件2进行定时给水控制；喷淋构件2的管道上均匀设置若干个喷淋水孔6，如图2所示。喷淋构件的定时启闭，对通道内的细颗粒物进行定时清洗，维持通道洁净；并对通道进行冷却，维持通道温度场，保证较高的颗粒热泳沉积率。
谢尔宾斯基海绵结构通道的材料是0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢，耐腐蚀、抗氧化、结构稳定、易于冷却。谢尔宾斯基海绵结构可根据需要，进行模块化组装；在模块化组装时，内部谢尔宾斯基海绵结构壁面可以不封闭，只需要对模块外围谢尔宾斯基海绵结构壁面进行封闭，留前后两面，作为通道的进出口。谢尔宾斯基海绵结构通道的孔的内径不小于0.1mm。
所设计的谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置可安装在工业锅炉烟气系统、核电站排气烟囱、汽车排气系统等含颗粒排气系统上。高温烟气从装置入口以一定流速流入，与谢尔宾斯基海绵结构通道冷表面形成温度场，由于热泳沉积效应和湍流效应的影响，通道中的细颗粒物容易沉积在谢尔宾斯基海绵结构通道表面，由此，烟气中的细颗粒物被有效的脱除。

Claims (4)

1.一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，其特征在于：谢尔宾斯基海绵结构通道为长方体结构，4个侧面由装置壁面（5）包裹，余下两个相对的面分别作为谢尔宾斯基海绵结构通道的入口和出口；喷淋构件（2）通过支撑架（3）固定在谢尔宾斯基海绵结构通道出口截面（4）上方，可定时清除沉积在谢尔宾斯基海绵结构通道表面上的细颗粒物并维持通道内温度场；喷淋构件（2）由多根管道纵横交错连结并互通，在喷淋构件（2）的中心位置设置与其连通的给水管道（1），且在给水管道（1）上安装自动排水阀，对喷淋构件（2）进行定时给水控制；喷淋构件（2）的管道上均匀设置若干个喷淋水孔（6）。
2.根据权利要求1所述的一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，其特征在于，所述谢尔宾斯基海绵结构通道的材料是0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，其特征在于，所述谢尔宾斯基海绵结构可进行模块化组装。
4.根据权利要求1所述的一种谢尔宾斯基海绵结构细颗粒物脱除装置，其特征在于，所述谢尔宾斯基海绵结构通道的孔的内径不小于0.1mm。
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