CN103817007A

CN103817007A - 横向极板双极静电凝并除尘装置及其除尘方法

Info

Publication number: CN103817007A
Application number: CN201410076985.6A
Authority: CN
Inventors: 向晓东; 吴高明; 聂衍韬; 姚敢英; 严晖
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103817007B

Abstract

本发明公开了一种横向极板双极静电凝并除尘装置及其方法，解决了现有除尘装置结构复杂、除尘效果较差的问题。技术方案包括除尘器壳体以及位于壳体两端的进气管和出气口，所述除尘器壳体内沿气流的方向上垂直交替均匀布置有多个阴极框架和阳极框架，所述阴极框架上沿垂直方向交替均匀布置有多个阴极板及阴极电晕线，所述阳极框架上交替均匀布置有多个阳极板及阳极电晕线；并且，所述阴极电晕线与气流方向上相邻的阳极板中心线对应，所述阳极电晕线与气流方向上相邻的阴极板中心线对应；所述阴极框架经高压电缆线与高压直流电源的高压输出端相联相联，所述阳极框架经接地电缆线与高压直流电源的接地极相联。本发明结构简单、结构简单、体积小、操作简便、横向极板反面收尘作用突出、二次扬尘小、具有双极静电凝并除尘作用。

Description

横向极板双极静电凝并除尘装置及其除尘方法

技术领域

本发明涉及一种烟尘净化领域的静电除尘装置及方法，具体的说是一种横向极板双极静电凝并除尘装置及其除尘方法。

背景技术

横向极板电除尘器，因其收尘板板面方向和气流方向相互垂直，电场中电力线方向和气流方向一致，荷电粒子所受到的电场力与其本身的惯性力是同向的。所以，粒子被捕集时不仅有静电作用，同时还有气流惯性分离作用，使荷电粒子向收尘极板运动的驱近速度加快，提高了除尘效率。

六十年代西德、美国开始进行横向极板电除尘器的研究，七十年代苏联、日本也着手这方面的研究。我国八十年代初也开始这方面的实验研究工作（张国权.气溶胶力学——除尘净化理论基础,中国环境科学出版社,北京：1987）。

八十年代后，关于横向极板电除尘器的研究主要有三方面：

1.极配优化（邹永平,周永安等.横向极板电收尘器极线、极板配置的研究.江西冶金学院学报,1988,9(3):1-9；郭日生,张鸿迪,张希仲.用板电流特性考察一种新型电除尘器极配.环境工程,1990,6(3):113-118）。

2.流场分布（白希尧,白敏菂,满书玲.大风速电收尘器的实验研究.环境工程,1995,13(1):25-29；胡满银,李立峰等.横向极板电收尘器流场的数值模拟.中国电机工程学报,2007,27(2):36-40）。

3.降低二次扬尘的极板结构改进（潘玉良,吴立群.新式ω型高效静电收尘板结构研究.杭州电子工业学院学报,2004,24(4):82-85；依成武,吴春笃等.一种提高电除尘器中烟尘驱进速度方法及装置.CN200810019696.7；陈祖云,杨胜强等.纵横复合收尘极板电除尘器除尘性能研究.安全与环境学报,2006,6(3):100-103）。

然而，现有横向极板电除尘器的增效作用并不十分明显，其原因有三：

1.没有充分发挥横向极板背风面（背面）的收尘作用。虽然横向极板的迎风面（正面）捕尘效果较好，但横向极板的背风面捕尘量很少。

2.二次扬尘问题较突出。气流对横向极板正面冲刷，导致已沉积在极板上的部分粉尘再次吹起而回到气流中，削弱了横向极板电除尘器的除尘效果。

3.没有静电凝并效应。由于现有横向极板电除尘器中粉尘的荷电是单极性的，所以，微细粉尘之间相互排斥，不能凝并成较大颗粒后被捕集。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、操作简便、横向极板反面收尘作用突出、二次扬尘小、具有双极静电凝并除尘作用的横向极板双极静电凝并除尘装置。

本发明还提供一种用于上述除尘装置的方法。

技术方案包括除尘器壳体以及位于壳体两端的进气管和出气口，所述除尘器壳体内沿气流的方向上垂直交替均匀布置有多个阴极框架和阳极框架，所述阴极框架上交替均匀布置有多个阴极板及阴极电晕线，所述阳极框架上交替均匀布置有多个阳极板及阳极电晕线；并且，所述阴极电晕线与气流方向上相邻的阳极板中心线对应，所述阳极电晕线与气流方向上相邻的阴极板中心线对应；所述阴极框架经高压电缆线与高压直流电源的高压输出端相联相联，所述阳极框架经接地电缆线与高压直流电源的接地极相联。

相邻所述阴极框架和阳极框架之间的水平间距为100～250mm，更为优选150-200mm。

同一阴极框架中的所述阴极电晕线与相邻的阴极板之间的间距为100～250mm，更为优选150-200mm,；同一阴极框架中所述阳极电晕线与相邻的阳极板之间的间距为100～250mm，更为优选150-200mm。

所述阴极框架和阳极框架的数量分别为5～50个，且阴极框架的数量与阳极框架的数量相等或±1个。

每个所述阴极框架由2～20块阴极板和3～21根阴极电晕线组成，且阴极电晕线的数量比阴极板的数量多1个；每个所述阳极框架由2～20根阳极电晕线和3～21块阳极板组成，阳极板的数量比阳极电晕线的数量多1个。

所述的阴极电晕线和阳极电晕线为圆形线、RS型芒刺线、星形线、锯齿线或角钢芒刺线。

所述阴极板和阳极板为平板或为C型板。

所述阴极板和阳极板的宽度为200～400mm。

本发明中，将阴极框架和阳极框架交替均匀布置，且同一框架中相同极性的极板之间设置了同极电晕线，即在阴极框架的垂直平面中的阴极板间形成的气流通道中心线上设置了阴极电晕线，同时在阳极框架的垂直平面中的阳极板间的气流通道中心线上设置了阳极电晕线，以实现下述结构状态，在除尘器壳体内沿气流流动的方向（水平方向）来看：极板和电晕线相邻且极性相反；从垂直于气流流动方向来看：极板和电晕线相邻且极性相同。这样，在每个极板背面对应的气流通道中心线都会有一个极性相反的电晕线，从而在极板背面形成了与极板正面相同的收尘电场，由于电晕线具有阴极电晕线和阳极电晕线之分，从而会存在正、负两种极性的电晕放电。

本发明中，所述高压直流电源的极性与气流流动方向通过的第一层框架的极性相同。

进一步的，优选将电晕线和极板之间的间距（异极距）设置在100～250mm的原因是在满足捕集颗粒物所需的场强（4kV/cm左右）条件下，既符合高压电源供电能力，又较节省钢材。间距过大（超过250mm），高压电源需超过100kV，生产超高压电源技术难度大、成本高、可靠性和安全性差。间距过小（小于100mm），捕尘效果没有提高，但钢材耗量和除尘设备重量增加。

更进一步的，所述阴极板和阳极板的宽度最好为200～400mm。一是因为目前工业制造的电除尘器型板在200～400mm之间，便于直接应用。另一个重要原因是：在异极距100mm情况下，单根电晕线能覆盖200mm的板宽且形成较均匀的电场，在异极距200mm情况下，单根电晕线能覆盖400mm的板宽且形成较均匀的电场。只有电场较均匀，才能保证收尘效果。所以，对于本发明，异极距和板宽是相互制约的。板面过宽获过窄都不利于双极电收尘。

所述除尘方法为：将含尘空气经进气管送入除尘器壳体内，通过第一层阴极框架时，靠近阴极电晕线的粉尘被荷以负电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷负电的粉尘向第二层阳极框架上的阳极板运动，并沉降到阳极板的正面和背面上；未被捕集的粉尘随后进入第二层阳极框架的阳极电晕线和第三层阴极框架的阴极板组成的电场中，靠近阳极电晕线的粉尘被荷以正电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷正电的粉尘向第三层阴极框架的阴极板运动，并沉降到阴极板正面和背面；未被捕集的粉尘随气流又进入第三层阴极框架的阴极电晕线和第四层阳极框架的阳极板之间的电场中被进一步捕集，含尘气流依次穿过多个阴极框架和阳极框架进行多级除尘净化后，气流从出气管排出。

或者将含尘空气经进气管送入除尘器壳体内，通过第一层阳极框架时，靠近阳极电晕线的粉尘被荷以正电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷正电的粉尘向第二层阴极框架上的阴极板运动，并沉降到阴极板的正面和背面上；未被捕集的粉尘随后进入第二层阴极框架的阴极电晕线和第三层阳极框架的阳极板组成的电场中，靠近阴极电晕线的粉尘被荷以负电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷负电的粉尘向第三层阳极框架的阳极板运动，并沉降到阳极板正面和背面；未被捕集的粉尘随气流又进入第三层阳极框架的阳极电晕线和第四层阴极框架的阴极板之间的电场中被进一步捕集，含尘气流依次穿过多个阴极框架和阳极框架进行多级除尘净化后，气流从出气管排出。

采取本技术方案的优点是：

（1）横向极板正、反两面都收尘，提高了单位体积内收尘面积。原因是：在纵向上，由于电晕线与极板的极性相反，电晕线与上方极板的背面之间形成的电场和电晕线与下方极板的正面之间形成的电场相同，所以极板的背面的静电收尘作用与极板正面的静电收尘作用相同，从而实现了极板背面也收尘的增效作用。

（2）能有效降低二次扬尘。因为在极板背面是背着风流的，风速很小，避免了气流对极板的冲刷，有效地消减了二次扬尘，提高了除尘效率。

（3）具有一定的静电凝并收尘作用。在气流方向上，阴极电晕线位于上下接地阳极板的中心，阴极电晕线对着阳极板产生负电晕放电，使粉尘荷负电，向阳极板沉降，未被阳极板捕获的带负电粉尘进入气流中。与此同时，位于上下阴极板的中心的阳极电晕线对着高压阴极板产生正电晕放电，释放正离子，使粉尘荷正电，向阴极板沉降，未被阴极板捕获的带正电粉尘也进入气流中。于是气流中同时存在正、负两种极性的粉尘，异极性的粉尘就可能产生双极静电凝并而变成较大的凝聚粉尘团，会较容易地被后续的极板捕集。

（4）与现有横向极板电除尘器相比，本除尘器的结构简单，除尘效率高、体积小、所有极板型式、材质、规格都可相同，所有电晕线型式、材质、规格都可相同，加工制作极为简便，有利于模块化生产，具有广阔的市场前景。

（5）本发明除尘方法工艺简单、除尘效率好。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2阴极框架的结构示意图；

图3是本发明的阳极框架示意图。

图4为除尘效果对比实验分析图。

其中，1-进气管、2-阴极板、3-阴极电晕线、4-高压电缆线、5-高压直流电源、6-接地电缆线、7-出气管、8-阳极板、9-阳极电晕线、10-除尘器壳体、11-阴极框架、12-阳极框架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

一种横向极板双极电除尘器如图1所示。该除尘器由进气管1、阴极板2、阴极电晕线3、高压电缆线4、高压直流电源5、接地电缆线6、出气管7、阳极板8、阳极电晕线9、除尘器壳体10组成。

进气管1、出气管7分别与除尘器壳体10的两端焊接。阴极板2和阴极电晕线3交替均匀固定在阴极框架11上，阴极框架11经高压电缆线4与负高压直流电源5的阴极高压输出端相联。阳极板8和阳极电晕线9交替均匀固定在阳极框架上12上，阳极框架12经接地电缆线6与负高压直流电源5的阳极相联。所述的高压直流电源5为负高压直流电源。

所述的高压直流电源5的供电方式可以是恒直流供电或是脉冲供电。

在气流流动方向上，阴极电晕线3位于相邻两块阳极板8的对称中心，阴极电晕线3与相邻阳极板8的距离100～250mm。阳极电晕线9位于相邻两块阴极板2的对称中心，阳极电晕线9与相邻阴极板2的距离100～250mm。相当于相邻两个阴极框架11及阳极框架12的水平间距离h1。

在垂直气流方向上，阴极板2在相邻阴极电晕线3中间，阳极电晕线9位于相邻阳极板8中间。阴极板2与相邻阴极电晕线3的距离h2为100～250mm，阳极电晕线9与相邻阳极板8的距离h3为100～250mm。每块所述阴极框架11由2～20块阴极板2和3～21根阴极电晕3线组成，且阴极电晕线3的数量比阴极板的数量多1个，在本实施例中，如图2所示，每块所述阴极框架11由2阴极板2和3根阴极电晕线3组成，阴极电晕线3的根数比阴极板2的块数多1个。

每个所述阳极框架12由2～20根阳极电晕线9和3～21块阳极板8组成，阳极板8的数量比阳极电晕线9的数量多1个。在本实施例中，如图3所示，每块所述阳极框架12由2根阳极电晕线9和3块阳极板8组成，阳极板8的块数比阳极电晕线9的根数多1个。

所述的阴极框架11和阳极框架12沿除尘器壳体10的气流方向垂直交替布置，分别为5～50个，且阴极框架11的数量与阳极框架12的数量相等或±1个。本实施例中，进气方向的第一层框架为阴极框架11。阴极框架11和阳极框架12的间距h1在100～250mm，阴极框架和阳极框架数量各为5个。

在本实施例中，所述的阴极板2和阳极板8的宽度相同，阴极板2和阳极板8均采用平钢板，厚度1～2mm，宽度200～400mm。阴极电晕线3和阳极电晕线9的材质与直径相同，均采用圆形金属线，直径1.5～3mm。

本具体实施方式是将阴极板2和阳极板8、阴极电晕线3和阳极电晕线9交替错开布置，电晕线与极性相同的极板处在同一平面上，且位于极性相同的两块极板之间的气流通道中心。

所述的阴极电晕线3和阳极电晕线9材质与规格相同，可以为RS型芒刺线、星形线、锯齿线和角钢芒刺线中的一种。

工艺方法实施例：

将含尘空气经进气管1送入除尘器壳体10内，通过第一层阴极框架11时，靠近阴极电晕线3的粉尘被荷以负电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷负电的粉尘向第二层阳极框架12上的阳极板8运动，并沉降到阳极板8的正面和背面上；未被捕集的粉尘随后进入第二层阳极框架12的阳极电晕线9和第三层阴极框架11的阴极板2组成的电场中，靠近阳极电晕线9的粉尘被荷以正电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷正电的粉尘向第三层阴极框架11的阴极板2运动，并沉降到阴极板2正面和背面；未被捕集的粉尘随气流又进入第三层阴极框架11的阴极电晕线2和第四层阳极框架12的阳极板8之间的电场中被进一步捕集，含尘气流依次穿过多个阴极框架11和阳极框架12进行多级除尘净化后，气流从出气管7排出；

无论是在阴极板2的背面，或是阳极板8的背面，由于粉尘处在背风处，流速远远低于极板迎风面（正面）的速度，这就大大消减了气流对粉尘的二次扬尘作用，除尘效率会显著提高。

本发明中，由于既有阴极电晕线3负电晕放电，又有阳极电晕线9的正电晕放电，于是在气流中既有带正电的粉尘，也应带负电的粉尘，异极性的粉尘就可能发生双极静电凝并而变成较大的凝聚粉尘团，进一步促进除尘效果。

实施例2

一种横向极板双极电除尘器，除下述结构和技术参数外，其余同实施例1。

所述的直流高压电源5采用正高压直流电源，供电方式或是恒直流供电，或是脉冲供电。

所述的正高压直流电源的联结方式与实施例1相同，高压直流电源的正高压输出端经高压电缆线4与阳极框架12相联，高压直流电源5的接地极经接地电缆线6与阴极框架11相联。但此时，实施例1中的极板和电晕线的极性全部改变，即：阴极板2变为阳极板8，阴极电晕线3变为阳极电晕线9，阳极板8变为阴极板2，阳极电晕线9变为阴极电晕线3，进气方向的第一层框架为阳极框架12。

所述的阴极板2和阳极板8的材质与规格相同，均为C型板。宽度300～400mm。

工艺方法实施例：

将含尘空气经进气管1送入除尘器壳体10内，通过第一层阳极框架12时，靠近阳极电晕线9的粉尘被荷以正电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷正电的粉尘向第二层阴极框架11上的阴极板2运动，并沉降到阴极板2的正面和背面上；未被捕集的粉尘随后进入第二层阴极框架11的阴极电晕线3和第三层阳极框架12的阳极板8组成的电场中，靠近阴极电晕线3的粉尘被荷以负电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷负电的粉尘向第三层阳极框架12的阳极板8运动，并沉降到阳极板8正面和背面；未被捕集的粉尘随气流又进入第三层阳极框架12的阳极电晕线9和第四层阴极框架11的阴极板2之间的电场中被进一步捕集，含尘气流依次穿过多个阴极框架11和阳极框架12进行多级除尘净化后，气流从出气管排7出。

下面以本发明实施例1所述结构的除尘装置与现有普通线板式电除尘器的除尘效率进行对比实验做进一步说明。

实验条件：本实施例发明与现有普通线板式电除尘器极板的总电场长度相同（为2m），极板的总有效收尘面积相同（5m²），异极距h1均为140mm。采用烧结烟尘，粉尘中位径8.5μm。烟尘浓度约1000mg/m³。实验温度20～25℃，相对湿度59～64/％，处理烟尘量1340～2008m³/h。在上述实验条件下进行除尘效率对比实验，除尘效率对比如图4。

对比实验结果表明，无论电场平均风速高低，本发明除尘装置的除尘效率高于普通线板式电除尘器。电场平均风速提高，横向双极电除尘器的优势越显著。原因是双极电除尘器两极板之间的流速较低，减少了二次扬尘，另外有惯性捕尘和静电凝并作用。

本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

（1）将阴极板和阳极板、阴极电晕线和阳极电晕线交替错开布置，阴极板和阳极板都有收尘作用，增加了收尘面积，提高了除尘效率。

（2）在阴极板的背面和阳极板的背面形成低流速区，大幅度降低了气流对粉尘的二次扬尘作用，有助于对微细粉尘的捕集。

（3）采取阴极电晕线和阳极电晕线同时电晕放电方式，于是，在气流中带正电和带负电的粉尘同时存在，这将有利于异极性的粉尘的双极静电凝并而变成较大的粉尘颗粒团，从而进一步提高除尘效果。

（4）与现有横向极板电除尘器相比，本除尘器的结构简单，所有极板型式、材质、规格都相同，所有电晕线型式、材质、规格都相同，加工制作极为简便，有利于模块化生产。

Claims

1.一种横向极板双极静电凝并除尘装置，包括除尘器壳体以及位于壳体两端的进气管和出气管，其特征在于，所述除尘器壳体内沿气流的方向上垂直交替均匀布置有多个阴极框架和阳极框架，所述阴极框架上交替均匀布置有多个阴极板及阴极电晕线，所述阳极框架上交替均匀布置有多个阳极板及阳极电晕线；并且，所述阴极电晕线与气流方向上相邻的阳极板中心线对应，所述阳极电晕线与气流方向上相邻的阴极板中心线对应；所述阴极框架经高压电缆线与高压直流电源的高压输出端相联相联，所述阳极框架经接地电缆线与高压直流电源的接地极相联。

2.如权利要求1所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，相邻所述阴极框架和阳极框架之间的水平间距为100～250mm。

3.如权利要求1所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，同一阴极框架中的所述阴极电晕线与相邻的阴极板之间的间距为100～250mm；同一阴极框架中所述阳极电晕线与相邻的阳极板之间的间距为100～250mm。

4.如权利要求1-3任一项所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，所述阴极框架和阳极框架的数量分别为5～50个，且阴极框架的数量与阳极框架的数量相等或±1个。

5.如权利要求1-3任一项所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，每个所述阴极框架由2～20块阴极板和3～21根阴极电晕线组成，且阴极电晕线的数量比阴极板的数量多1个；每个所述阳极框架由2～20根阳极电晕线和3～21块阳极板组成，阳极板的数量比阳极电晕线的数量多1个。

6.如权利要求1所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，所述的阴极电晕线和阳极电晕线为圆形线、RS型芒刺线、星形线、锯齿线或角钢芒刺线。

7.如权利要求1所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，所述阴极板和阳极板为平板或为C型板。

8.如权利要求1所述的横向极板双极静电凝并除尘装置，其特征在于，所述阴极板和阳极板的宽度均为200～400mm。

9.一种权利要求1-8所述除尘装置的除尘方法，其特征在于，将含尘空气经进气管送入除尘器壳体内，通过第一层阴极框架时，靠近阴极电晕线的粉尘被荷以负电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷负电的粉尘向第二层阳极框架上的阳极板运动，并沉降到阳极板的正面和背面上；未被捕集的粉尘随后进入第二层阳极框架的阳极电晕线和第三层阴极框架的阴极板组成的电场中，靠近阳极电晕线的粉尘被荷以正电，在电场力和惯性力的共同作用下，荷正电的粉尘向第三层阴极框架的阴极板运动，并沉降到阴极板正面和背面；未被捕集的粉尘随气流又进入第三层阴极框架的阴极电晕线和第四层阳极框架的阳极板之间的电场中被进一步捕集，含尘气流依次穿过多个阴极框架和阳极框架进行多级除尘净化后，气流从出气管排出；