CN103639045B - 基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，解决了现有除尘装置作用单一，对微细颗粒物除尘效果差、能耗高等问题。技术方案包括筒体以及电机，还包括有由电机驱动的至少一层静电组件，所述静电组件包括绝缘联轴器，以及与绝缘连轴器连接的带电轴，沿所述带电轴轴向设置有1-3层导电圆盘，所述导电圆盘上均匀设置有多根组合电极线，所述组合电极线一端连接在导电圆盘上，另一端为自由端；所述组合电极线由多根编织线及金属导电丝交错分布后捆扎而成，所述编织线为具有吸湿性的纤维质材料。本发明结构极为简单、操作简便、阻力低、效率高、占地面积小、耐腐蚀、无结垢堵塞、重量轻、能耗小、成本低、兼具除尘、杀菌、除雾作用。

Description

基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置

技术领域

本发明涉及一种工业用的气体净化装置，具体的说是一种基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置。

背景技术

现有的工业烟气除尘方法及除尘设施种类繁多，包括干法除尘、湿法除尘等，无论何种方法，往往其作用单一，且主要对大颗粒的灰尘除尘效果好，而对微细颗粒物的除尘，特别是对pM2.5、pM10及气溶胶等捕集效果极差，如何实现同步高效、低成本、低能耗、快速分离一直是本领域技术人员希望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、操作简便、阻力低、效率高、占地面积小、耐腐蚀、无结垢堵塞、重量轻、能耗小、成本低、兼具除尘、杀菌、除雾作用的适于工业排放气净化的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置。

本发明装置包括底部设有进气口、顶部设有出气口的筒体，以及经支撑梁固定在筒体上段中心轴线位置的至少一个电机，其特征在于，还包括有由电机驱动的至少一层静电组件，所述静电组件包括绝缘联轴器，以及与绝缘连轴器连接的带电轴，沿所述带电轴轴向设置有1-3层导电圆盘，所述导电圆盘上均匀设置有多根组合电极线，所述组合电极线一端连接在导电圆盘上，另一端为自由端；所述组合电极线由多根编织线及金属导电丝交错分布后捆扎而成，所述编织线为具有吸湿性的纤维质材料。

所述组合电极线的长度控制为：所述自由端在高速旋转时距离筒壁不小于5cm。

所述编织线及金属导电丝的直径均为0.1－2mm；

所述组合电极线的直径为2-10mm，其中，采用编织线及金属导电丝的根数比为10：9-11。

所述每个导电圆盘上沿周向均匀连接有4-10根组合电极线;相邻两层所述导电圆盘之间距离为100-200mm。

所述带电轴经电刷组件与高压直流电源的正极或负极相连接。

所述静电组件至少有2层，由同一电机或各自对应的电机驱动，相邻两层静电组件中的带电轴分别经电刷组件与高压直流电源极性相反的电极连接，且最下层静电组件中的带电轴经电刷组件与高压直流电源的负极相连接。使相邻两层静电组件所带的静电电性相反且最下层静电组件带有负电。

所述筒体下段的筒壁上沿筒体圆周方向环形设有多个用于对进气口处的气体进行加湿的进水喷嘴。

所述筒体上段沿筒体圆周方向环形设置多个用于冲洗筒壁的冲洗喷嘴；所述筒体下段设有多个尘泥出口，所述尘泥出口处的筒壁上设有上段向筒内突出的环形挡泥板。

所述导电圆盘经导电圆环套装在带电轴上，所述导电圆环由两个经螺栓连接的半圆环构成。

所述的每层静电组件既可以共用同一电机驱动，可以采用单独的电机驱动。电机的转轴与带电轴之间、带电轴与带电轴间的连接均通过绝缘联轴器连接。

本发明中，电机经转轴、联轴器、带电轴最终驱动组合电极线高速旋转。由于组合电极线是由多根编织线及金属导电丝交错分布后捆扎而成，因而较常规的金属叶轮或者是金属棒而言，具有以下几个特点：（1）具有带电性能：组合电极线中均匀捆扎有金属导电丝，而组合电极线又经导电圆盘、导电圆环和带电轴连接，因而组合电极线也带有了高压静电，对带有相反电荷及未荷电的雾滴和微细颗粒物具有静电吸附作用，进而可在离心力的作用下将使该部分雾滴和微细颗粒被抛向筒内壁，达到尘气分离的作用，并且高压静电下，对气体中的病菌也有高效的杀灭作用；（2）具有放电性：由于组合电极线直径较小，易放电；（3）具有吸水性能及柔性：组合电极线中交错捆扎有编织线，具有纤维的柔性，组合电极在高速转旋状态下还在离心力作用下呈伞状张开，当气体通过时，气体中的微细颗粒物/雾滴与组合电极线的相对运动速度高达数十米甚至数百米，其强烈的惯性碰撞作用使微细颗粒物/雾滴极易撞击到组合电极线上，由于组合电极线中含有编织线，因而这些微细颗粒物/雾滴也能够被捕集。同时，组合电极线还会使附近的含微细颗粒物/雾滴气流高速旋转，其旋转气流产生的离心力比普通离心式除雾器高百倍以上，离心除尘/雾作用显著。高速旋转的组合电极线还会产生强烈紊流扩散效应，使非常细的颗粒物/雾滴附着在旋线表面而被捕集。即使微细颗粒物在离心力作用下脱落，脱落后必向筒体内壁运动，运动时又被吸附到电极线表面，依次到达电极线末端，最终，在离心力作用下，被捕集的微细颗粒物/雾滴被高速旋转的组合电极线的自由端甩向筒壁，然后通过清洗喷头喷出的水清洗下来从尘泥排口排出。实现了含尘/雾气流的净化。由于液滴本身对细小颗粒具有吸附作用，因此除雾的同时也实现了除尘；另一方面编织线在被湿润后会由绝缘状态变为带电状态，促进微细颗粒物的吸附，也会进一步提高了静电除尘的效果。

综上，采用本发明的组合电极线，使其高速旋转并带高压静电，可以同时实现除尘、杀菌和除雾的作用。

所述组合电极线的长度控制为：所述自由端在高速旋转时应距离筒壁不小于5cm，以避免高速转旋下的组合电极线与筒壁接触发生漏电的问题。

为保证捆扎后的组合电极线具有优异的吸湿性和带电性能，所述编织线及金属导电丝的直径优选均为0.1－2mm；所述组合电极线的直径为2-10mm，其中，编织线及金属导电丝的根数比优选为1：0.9-1.1。所述每层导电圆盘上设置的组合电极线优选为4－10根，具体设置的根数与电极线的长度相关。电极线越长，设置的根数相应增加，但不作严格规定，而电极线的长度则跟筒体的直径有关，以不接触筒壁为好。所述编织线为具有吸湿性的纤维材质编织而成，如天然纤维或合成纤维，所述耐腐蚀的金属导电丝可以为导电性能较好的不锈钢丝、铜丝等，具体选择时应考虑防腐蚀问题，以期尽可能提高其使用寿命。

所述导电圆盘经导电圆环套装在带电轴上，所述导电圆环可以为一整体加工而成的金属件，优选采用可拆装结构，即两个半圆环经过螺栓连接后套装在带电轴上，这样当组合电极线损坏时，可方便进行拆装和更换。所述导电圆盘优选为1-3层，所述相邻两个导电圆盘之间距离为100-200mm，这样当多层组合电极线高速旋转时可形成一层具有同一电性的伞状静电层，从而使每层伞状静电层具有一定的层高。

所述进水喷嘴的目的是为了给进入筒体内的气体加湿，以增加气流湿度，便于提高后续伞状静电层的静电捕集效率。

所述挡泥板的作用一方面是为了收集由筒壁滑落下来的灰尘及雾滴，并将其导流至泥尘出口排出筒体外，另一方面，由于挡泥板的上段向筒内突出，因而对上升的气体还具有一定的导向作用，不使其沿筒壁上升，由组合电极线的自由端与筒壁间的间隙穿过，而是集中向筒体的中心上升，能够穿过组合电极形成的伞状静电层，保证净化效果。

进一步的，在筒体上段沿筒体圆周方向环形设计多个冲洗喷嘴用于冲洗筒体，清洗附着在筒壁上的尘泥和雾滴，避免对筒壁的腐蚀和堵塞，所述冲洗过程可定时或人为控制进行。

由于工业上引出的气体往往为带压状态，因此本发明装置无需另外配置引风叶轮进行抽吸，而只需将筒体的进气口与工业气排放口连接，直接对其进行净化处理即可。

使带电轴通电的相关结构为现有技术，在此不作详述，本领域技术人员可根据具体情况进行合理设计，以使带电轴带上高压静电，如通过电刷组件，将高压电源的正极或负极与带电轴相连接，最终使组合电极线带电。所述电刷组件可以列举出滑环电刷等。

进一步的，为了提高静电吸附效果，优选采用多层（至少2层）静电组件串联形式，并使相邻两层静电组件所带电性相反，但要求最下层（与气体接触的第一层）的静电组件带上负高压静电。这样可在筒体内交错形成多层带不同电性的伞状静电层，当气体上升至最下层的伞状静电层时，因该层的高压静电接入为负极，则该伞状静电层具有负高压静电，电极放电使气体中的部分微细颗粒物及雾滴被荷电，和原先带有负电荷的微细颗粒物及雾滴一起被相邻带有正电的伞状静电层吸附或者在离力心的作用下抛向壁面被筒体吸附。同时气体中其余未被荷电及原先就带负电荷的微细颗粒物和雾滴则会被吸附并滞留在该层，并被高速旋转的组合电级线吸附并在离心力的作用下分离，甩向筒壁；当气体上升至相邻上层的伞状静电层时，因该层的高压静电接入为正极，则该伞状静电层具有正高压静电，气体中余下未分离的带正电荷的微细颗粒物及雾滴会被吸附并滞留在该层，并被高速旋转的组合电级线吸附并离心分离。以此类类推，当气体穿越上述多层伞状静电层后，其含有的微细颗粒物/雾滴会被层层分离，高效去除。

所述电机优选变频调速电机，可以根据实际需要调节相应的转速，或者其组合电级线旋转在高速与低速间交替进行，利于吸附，提高除尘效果。

由于使用对象为工业上的排放气，这类气体往往具有腐蚀性，有的还为含雾气流，因此本发明装置各部分可根据需要进行防腐蚀和密封处理，以减少气流对部件的影响，提高设备使用寿命。

本发明装置结构极为简单、阻力低、效率高、占地面积小、耐腐蚀、无结垢堵塞、重量轻、能耗小、成本低、兼具除尘、杀菌、除雾作用的适于适用于工业含尘、含雾气体的处理，特别对于微细颗粒物（pM2.5、pM10及气溶胶等）的捕集效率达60%以上，除雾效率高（可达96%以上）、灭菌效果可达90%以上。本发明装置最适宜用于各类工业除尘器的烟囱中，也可以与吸尘器的出气口或者是空调的出风口进行连接，对其出口气处的空气进行进一步净化，适用范围广，具有广阔的市场。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为组合电极线的主视图。

图3为组合电极线捆扎状态的A-A截面图。

图4为导电圆环及导电圆盘安装示意图。

图5为导电圆环的截面图。

其中，1、绝缘联轴器；2、电机；3、筒体；4、冲洗喷嘴；5、支撑梁；6、电刷组件；7、尘泥出口；8、导电圆盘、9、进水喷嘴；11、带电轴；12、挡泥板；13、螺栓；14、组合电极线；14.1、编织线；14.2、金属导电丝；15、导电圆环；15.1、半圆环；16、进气口；17、出气口；18、金属捆扎带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明装置作进一步解释说明：

筒体3的底部设有进气口16、顶部设有出气口17，在筒体3上段筒体中心轴线位置设有电机2，所述电机2经支撑梁5固定在筒体3内壁上，所述电机2（本实施例中采用一台电机）的转轴串联两层（可以为多层，本实施例中为两层）静电组件，所述静电组件包括绝缘联轴器1以及与绝丝联轴器1连接的带电轴11（可通过轴承系统进行导向及支撑），通过绝缘联轴器1使电机2的转轴与带电轴11、以及不同静电组件中的带电轴11间进行绝缘，避免转轴带电，也避免相邻带电轴11间导电，所述带电轴11上套装（键连接）有导电圆环15，所述导电圆环15上设有至少一层导电圆盘8（优选1-3层，间距为100-200mm），所述导电圆盘8上均匀设置有多根组合电极线14（优选4－10根），所述组合电极线14一端连接在导电圆盘8上，另一端为自由端；参见图2，所述组合电极线14由多根编织线14.1（本实施例中为棉线）及金属导电丝14.2（本实施例为经防腐蚀处理过的不锈钢丝）交错分布后由金属捆扎带18捆扎而成，所述金属捆扎带18之间的距离为组合电极线14直径的4-8倍，参照图3，所述导电圆环15由两个经螺栓18连接的半圆环15.1构成，可方便拆卸更换组合电极线。所述组合电极线14的长度控制为：所述自由端末端在高速旋转时距离筒壁不小于5cm，以保证与筒壁的有效距离。所述编织线14.1及金属导电丝14.2的直径均为0.1－2mm；所述组合电极线14的直径为2-10mm，其中，编织线14.1及金属导电丝14.2的掺入数量比为10：9-11。所述筒体3下段的筒壁上沿筒体圆周方向环形设有多个用于对进气口16处的气体进行加湿的进水喷嘴9。所述筒体3下段还设有多个尘泥出口7，所述尘泥出口7处的筒壁上设有环形的挡泥板12，所述挡泥板12的上段向筒内突出形成一个半漏斗形，用于收集由筒壁滑落下来的灰尘和液体，并且将其引入泥尘出口7排出，避免分离出的泥尘下落过程中再次与进气口引入的气体混合增加净化负荷。所述筒体3上段沿筒体圆周方向环形设有多个用于冲洗筒壁的冲洗喷嘴4，该冲洗喷嘴4指向筒壁，对其进间喷洒冲洗，从而冲刷被组合电极线14甩至筒壁上的尘泥，避免其在筒壁上长时间粘附而带来的堵塞和腐蚀等问题。所述带电轴11经电刷组件6与高压直流电源（2-10万伏）的正极或负极连接，以使旋转状态的带电轴11保持带电，本实施例中，下层静电组件接入高压静电为负电，上层静电组件接入的高压静电为正电，若静电组件为两层以上，则以此类推，保证相邻相层静电组件接入的电性相反。

净化过程：

电机2没启动时，电机2的转轴、带电轴11、导电圆环15不动，一端固定在导电圆环15上的组合电极线14在自重作用下处于自然下垂状态（均不带电）。电机4启动后，电机2的转轴经联轴器1带动带电轴11高速转动（还可以高速和低速交替进行，所述高速旋转的转速为600-100转/min，所述低速旋转的转速为100-500转/min，高速旋转时长为5-15s，低速旋转时长为50-100s），同时高压电源线经电刷组件6向带电轴11供电（4-10万伏电压），带电轴11带动和导电圆环15一起旋转，也使导电圆环15上的导电圆盘8一起旋转，高速旋转使原先自然下垂的多根组合电极线14在离心力作用下呈伞状张开，在高压静电的作用下形成伞状静电层。此时组合电极线14的自由端仍与筒体3的內壁面保证不小于5cm的间隙。由于导电圆环15、导电圆盘8均为导体，因此若接入的高压电源为正电，则最终可使旋转的组合电极线14带有正高压静电，反之则为负高压静电；由于本实施例中具有两层静电组件，因此会形成两层不同电性的伞状静电层，下层为负高压静电、上层为正高压静电。

净化前气体由进气口16进入筒体3内被进水喷嘴9喷出的水雾湿化（所述加湿程度为将进入筒体的气流湿度加到90%以上）后上升，湿化后的气体先进入下层静电组件所对应具有负高压静电的伞状静电层，气体穿过该伞状静电层时，细菌被杀灭，气体中的部分微细颗粒物及雾滴被荷电，这些被荷电的以及原先带有负电的雾滴及微细颗粒物大部分在旋转的组合电极线产生的离心力作用下被抛向筒内壁而被筒壁吸附；同时，在高压静电作用下，气体中的其余部分未被荷电的及原先带有正电的微细颗粒物及雾滴则被吸附在组合电极线表面或其周围，随后在旋转的组合电极线14产生的离心力的作用下，吸附在组合电极线14表面或其周围的雾滴及微细颗粒物滑落至组合电极线14的自由端后被抛向筒内壁后下滑，最终，筒壁上的所有尘泥在冲洗水的冲刷下流向泥尘出口7，并且在高压静电作用下，气体中的细菌也被有效杀灭；另一方面在切向方向上，气体中的微细颗粒物/雾滴与组合电极线14的相对运动速度高达数十米到数百米，其惯性碰撞作用比普通惯性除雾器高几十倍。于是，气流中的微细颗粒物/雾滴更易撞击到旋线上而被捕集，其结果是惯性除尘/雾效率大幅度提升。同时，高速旋转的组合电极线14使附近的气体也产生了高速的旋转运动，气流旋转速度接近组合电极线14的速度，由于旋转气流产生的离心力与旋转速度的平方成正比，所以本发明所产生的离心力比普通离心式除尘/雾器高上百倍。当然，组合电极线14与液滴的高速碰撞，有可能击碎液滴形成更细的水雾，但由于编织线14.1具有吸水作用（毛细现象），撞到组合电极线表面14的液滴能渗入编织线14.1内部，避免了液滴从高速旋转的组合电极线表面14二次脱落。另外，组合电极线14所产生的气体紊流扩散作用是巨大的，这种紊流扩散效应非常有利于很细的雾汽及微细颗粒物附着在组合电极线14表面而被捕集。组合电极线14上的液体在离心力作用下顺着组合电极线14的自由端甩向筒体3的内壁面，然后沿筒壁下滑，配合冲洗喷嘴4喷出的冲洗水对壁面的冲刷，使泥水经挡泥板12收集后由泥尘出口7排出；

穿过下层的伞状静电层后，气体继续上升进入上层的伞状静电层，气体在穿过该具有正高压静电的伞状静电层时，在正高压静电的作用下，气体中未分离的带有负电荷的微细颗粒物及雾滴被吸附到带有正高压静电的组合电极线14表面，其吸附和分离过程同上所述，使带有负电荷的微细颗粒物和雾滴被捕集，抛向筒壁并沿筒壁下滑，最终被挡泥板12收集后由泥尘出口7排出。通过两层带电极性相反的伞状静电层后，气体中的雾滴及微细颗粒物大部分被分离，最终实现了气体的净化分离，净化后的气体继续上升由顶部的出气口17排出。

实验证明：本发明对气体中的微细颗粒物（pM2.5、pM10及气溶胶等）的捕集效率达60%以上，除雾效率达96%以上，灭菌效果可达90%以上。

Claims (10)

1.一种基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，包括底部设有进气口、顶部设有出气口的筒体，以及经支撑梁固定在筒体上段中心轴线位置的至少一个电机，其特征在于，还包括有由电机驱动的至少一层静电组件，所述静电组件包括绝缘联轴器，以及与绝缘联轴器连接的带电轴，沿所述带电轴轴向设置有1-3层导电圆盘，所述导电圆盘上均匀设置有多根组合电极线，所述组合电极线一端连接在导电圆盘上，另一端为自由端；所述组合电极线由多根编织线及金属导电丝交错分布后捆扎而成，所述编织线为具有吸湿性的纤维质材料。

2.如权利要求1所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述组合电极线的长度控制为：所述自由端在高速旋转时距离筒壁不小于5cm。

3.如权利要求1所述基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述编织线及金属导电丝的直径均为0.1－2mm。

4.如权利要求1所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述组合电极线的直径为2-10mm，其中，采用编织线及金属导电丝的根数比为10：9-11。

5.如权利要求1所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述每个导电圆盘上沿周向均匀连接有4-10根组合电极线；相邻两层所述导电圆盘之间距离为100-200mm。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述带电轴经电刷组件与高压直流电源的正极或负极相连接。

7.如权利要求6所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述静电组件至少有2层，由同一电机或各自对应的电机驱动，相邻两层静电组件中的带电轴分别经电刷组件与高压直流电源极性相反的电极连接，且最下层静电组件中的带电轴经电刷组件与高压直流电源的负极相连接。

8.如权利要求1所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述筒体下段的筒壁上沿筒体圆周方向环形设有多个用于对进气口处的气体进行加湿的进水喷嘴。

9.如权利要求1所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述筒体上段沿筒体圆周方向环形设置多个用于冲洗筒壁的冲洗喷嘴；所述筒体下段设有多个尘泥出口，所述尘泥出口处的筒壁上设有上段向筒内突出的环形挡泥板。

10.如权利要求1-5任一项所述的基于旋转极线的微细颗粒物静电捕集装置，其特征在于，所述导电圆盘经导电圆环套装在带电轴上，所述导电圆环由两个经螺栓连接的半圆环构成。