CN103736589A - 一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特点是，包括：由顶板、底座板、前后壁板和左右侧壁板固连形成的中空墙体；在中空墙体的顶板内设有通气孔道，在顶板的通气孔道内设置伸入中空墙体内的梳状电极，在顶板上部设有与顶板内通气孔道和气路相通的风机，在中空墙体的外侧设置通风管，通风管的上端置在风机的风口处，通风管的下端与中空墙体的中空通道气路连通，在前后壁板内竖向埋设形成电回路的带状电极，顶板、底座板和左右侧壁板均为普通混凝土材料板，前后壁板为碳纤维导电混凝土材料板。具有结构合理，不另外占用空间体积，成本和维护费用低，除尘效果好的优点。

Description

一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置

技术领域

本发明涉及除尘装置技术领域，是一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置。

背景技术

随着现代社会工业化进程的加快，粉尘气体的大量排放导致环境污染日益加剧，为治理和消除灰尘对人类的危害，各种除尘装置也孕育而生。在现有的除尘装置中，按捕集机理可分为机械除尘器、电除尘器、过滤除尘器和洗涤除尘器等。机械除尘器依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。电除尘器利用静电力实现尘粒与气流分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99％以上，但投资较高，占地面积较大。过滤除尘器使含尘气流通过滤料将尘粒分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90％～99％，不适用于温度高的含尘气体。洗涤除尘器用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，除尘效率为80％～95％，运转费用较高。为提高对微粒的捕集效率，荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等综合几种除尘机制的新型除尘器也正在研制中。但是，现有的除尘装置始终没有摆脱固有的缺点：其设备庞大、系统复杂，耗材量多，通常高压供电设备的输出峰值电压为70～100KV；制造、安装和管理的技术水平要求较高。如果在车间内设置传统的除尘设备，则需要一套专业的除尘工艺布置，投资成本高。现有技术中，对于混凝土的用途主要是作为结构的承重材料。迄今为止，未见有关碳纤维导电混凝土结构作为除尘装置的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，这种装置既作为建筑物的墙体、更重要的功能是用于除尘，具有结构合理，不另外占用空间体积，成本和维护费用低，除尘效果好的优点。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，它包括：由顶板、底座板、前后壁板和左右侧壁板固连形成的中空墙体；在中空墙体的顶板内设有通气孔道，在顶板的通气孔道内设置伸入中空墙体内的梳状电极，在顶板上部设有与顶板内通气孔道和气路相通的风机，在中空墙体的外侧设置通风管，所述通风管的上端置在风机的风口处，所述通风管的下端与中空墙体的中空通道气路连通，在前后壁板内竖向埋设形成电回路的带状电极，所述顶板、底座板和左右侧壁板均为普通混凝土材料板，所述前后壁板为碳纤维导电混凝土材料板。

所述中空墙体的底座板内设有锥形中空集尘口。

所述前后壁板均由按质量份比的原料组成：普通硅酸盐水泥6.5～8份，长度6～10mm的短切聚丙烯腈基碳纤维0.15～1.7份，硅灰1.5～2份，粒径1～3mm的普通砂10～26份，粒径5～10mm的矾石10～42份，分散剂0.02～0.08份，减水剂0.06～0.20份，除泡剂0.01～0.05份和水4～7份。

所述分散剂为甲基纤维素。

所述减水剂为FDN-1高效减水剂。

所述除泡剂为聚硅氧烷。

本发明的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，能够充分利用碳纤维所具有的优良导电性能，制成具有中空墙体的除尘结构，中空墙体的前后壁板为碳纤维导电混凝土材料板，在前后壁板内竖向埋设形成电回路的带状电极，即等同于平行板电容的两极板，对其进行通电，且利用在顶板的通气孔道内设置伸入中空墙体内的梳状电极使粉尘颗粒带点，再利用电容内部电场吸附粉尘颗粒，不仅作为建筑物的墙体、更能够用于除尘。具有结构合理，不另外占用空间体积，成本和维护费用低，除尘效果好等优点，

附图说明

图1为一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置的结构剖视示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为图1中B-B剖面示意图。

图中：1电源，2前后壁板，3带状电极，4导线，5顶板，6底座板，7左右侧壁板，8开关，9梳状电极，10风机，11通风管，12抽屉。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本发明的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置中空墙体的前后壁板2由碳纤维导电混凝土制作，等同于电容极板，对在前后壁板2内竖向埋设形成电回路的带状电极进行通电，装置两个极板分别产生正、负电荷，此时利用风机10，风机10可提供速度为v₁=0.5m/s的气流，将环境中的粉尘颗粒吸入中空墙体内，当粉尘颗粒经过中空墙体入口处的梳状电极9时，分别被赋予了正电荷或负电荷，带点的粉尘颗粒进入中空墙体的中空通道内，由于电场力和气流风力的作用，粉尘颗粒向中空墙体出口和装置电极板方向做曲线运动。设颗粒单独由气流v₁作用通过中空墙体所需的时间为T₁，单独由电场力作用向极板以驱进速度v_r运动，被吸附到极板上所需的时间为T₂，那么当T₂≤T₁时，粉尘颗粒则能被吸附到中空墙体的前后壁板2的内壁上，经计算此时要求电源1的输出电压为U₀=13.4kV，即除尘最小电压。断电后，尘粒便下落到中空墙体的底座板6内设有的锥形中空集尘口部，然后回收处理以达到除尘目的。

本发明的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置除尘最小电压的计算：

在电场强度Er的作用下，带电尘粒向电容极板，即前后壁板2运动的驱进速度

$v_r=\frac{{\mathrm{qE}}_r}{6\mathrm{\π\μa}}=\frac{q(U_A-U_C)}{6\mathrm{\π\μad}}$

式中：U_A—电容极板A处的电压；U_C—带电尘粒所处位置的电压；q—尘粒带电量；μ—气体的内摩擦系数，即气体的粘度；a—尘粒半径；d—电容极板之间的距离。

尘粒在电场力作用下运动的最不利情况就是运动时间最长的情况，即初始位置在一个电容极板附近而终点位置在另一电容极板附近，所以

$v_r=\frac{{\mathrm{qE}}_r}{6\mathrm{\π\μa}}=\frac{q(U_A-U_B)}{6\mathrm{\π\μad}}$ 即 $v_r=\frac{{\mathrm{qU}}_0}{6\mathrm{\π\μad}},$

式中：U_B—电容极板B处的电压；U₀—电容模型电压。

当带电尘粒以v_r从极板A向极板B驱进，到达极板B所需时间

而尘粒由于风力v₁作用，穿越电容所需时间

b—电容高度。那么只有当t₂≤t₁时，带点尘粒能被吸附到极板上，即

移项得到

即

最后得到除尘最小输出电压 $U_0\≥\frac{{6d}^2{\mathrm{\π\μav}}_1}{\mathrm{qb}}.$

以本发明的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置为例，装置b=2.85m，极板距离d=0.15m，尘粒半径a=1μm，尘粒带电量q=10^-16C,v₁=0.5m/s，室温0℃时气体内摩擦系数μ=1.8×10^-5kg/(m·s)，带入公式得到U₀=13.4kV。

本发明为一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，由于加入了碳纤维使普通混凝土的电阻率由10⁶～10⁹Ω﹒m降低至10^-3～10²Ω﹒m，导电性能良好，碳纤维导电混凝土墙式除尘装置在通入电压U₀后其内部静电电场能对带电的粉尘进行有效吸附，将粉尘颗粒吸附到中空墙体的内壁上。断电后吸附作用消失，粉尘颗粒可沿着内壁滑下，通过中空墙体的底座板内设置的锥形中空集尘口落入集尘抽屉里，从而达到净化空气目的，积灰回收处理简单方便，并且可节省建筑空间，减少专业除尘设备的使用，降低投资消耗；通过在普通混凝土中添加碳纤维材料而制成具有电除尘功能的装置，用以吸附粉尘颗粒、净化空气是本发明具有突出的实质性特点和显著进步之所在。

参照图1-图3，本发明的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，包括：由顶板5、底座板6、前后壁板2和左右侧壁板7固连形成的中空墙体，长×厚×高=6000×250×3600mm的立方体结构。顶板5材料采用普通混凝土厚500mm，中间预留d=100mm圆孔安装梳状电极9。在顶板5上部设有与顶板5内通气孔道和气路相通的风机10，在中空墙体的外侧设置d=100mm的通风管11，所述通风管11的上端置在风机10的风口处，所述通风管11的下端与中空墙体的中空通道气路连通，将气流循环送至风机10风口处。在前后壁板2内竖向埋设形成电回路的带状电极3。所述顶板5、底座板6和左右侧壁板7均为普通混凝土材料板，左右侧壁板7的厚度50mm；所述前后壁板2为碳纤维导电混凝土材料板，前后壁板2的厚度相同，均为100mm，前后壁板2的间距，即中空墙体前、后空隙150mm；底座板6的厚度250mm，并制作成45°的锥形中空集尘口，亦即漏斗形状，中间预留宽50mm方孔作为出尘口，并设置封闭可取出式集尘抽屉12，以方便断电后粉尘颗粒的清除和收集。粉尘颗粒可通过风机10，气流速度v₁=0.5m/s送进中空墙体的中空通道内。为保证电流电压均匀分配，带状电极3采用长3000mm、宽35mm、厚1.5mm的不锈钢带，沿墙体进深方向间隔1m布置，为保证电极左右的混凝土能够贯通，须在电极上打上孔洞，孔洞直径25mm，间距35mm，电极两端用不锈钢螺杆、螺母及垫片与导线4连接在一起。

所述前后壁板2均由按质量份比的原料组成：强度等级32.5的普通硅酸盐水泥6.5～8份，长度6～10mm的短切聚丙烯腈基碳纤维PAN0.15～1.7份，硅灰1.5～2份，粒径1～3mm的普通砂10～26份，粒径5～10mm的矾石10～42份，分散剂0.02～0.08份，减水剂0.06～0.20份，除泡剂0.01～0.05份和水4～7份。所述分散剂为甲基纤维素。所述减水剂为FDN-1高效减水剂。所述除泡剂为聚硅氧烷。

中空墙体的顶板5、底座板6、前后壁板2和左右侧壁板7制作方法为本领域技术人员所熟悉。

本申请人制作的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置的样机进行通电测试，根据最小输出电压

公式计算，最小输出电压为12.3kv。通电5小时后断电，碳纤维导电混凝土除尘墙体底部漏斗处粉尘颗粒均沉积明显，且经过10个月的试运行，除尘效果良好。

Claims (6)

1.一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，它包括：由顶板、底座板、前后壁板和左右侧壁板固连形成的中空墙体；在中空墙体的顶板内设有通气孔道，在顶板的通气孔道内设置伸入中空墙体内的梳状电极，在顶板上部设有与顶板内通气孔道和气路相通的风机，在中空墙体的外侧设置通风管，所述通风管的上端置在风机的风口处，所述通风管的下端与中空墙体的中空通道气路连通，在前后壁板内竖向埋设形成电回路的带状电极，所述顶板、底座板和左右侧壁板均为普通混凝土材料板，所述前后壁板为碳纤维导电混凝土材料板。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，所述中空墙体的底座板内设有锥形中空集尘口。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，所述中空墙体的前后壁板均由按质量份比的各原料组成：普通硅酸盐水泥6.5～8份，长度6～10mm的短切聚丙烯腈基碳纤维0.15～1.7份，硅灰1.5～2份，粒径1～3mm的普通砂10～26份，粒径5～10mm的矾石10～42份，分散剂0.02～0.08份，减水剂0.06～0.20份，除泡剂0.01～0.05份和水4～7份。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，所述分散剂为甲基纤维素。

5.根据权利要求3所述的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，所述减水剂为FDN-1高效减水剂。

6.根据权利要求3所述的一种碳纤维导电混凝土墙式除尘装置，其特征是，所述除泡剂为聚硅氧烷。

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