CN104587780B - 一种去除气体中纳米级粉尘的设备及其除尘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种去除纳米级粉尘的设备及其除尘方法，该除尘设备将分离力直接作用于粒子上，可以去除气体中纳米级粉尘，适用于光通信、新能源行业除尘。包括板式正极、管式负极、喷淋装置、气流分布装置、外壳、缓冲槽、排风管和引风机；外壳内安装有板式正极安装支架、管式负极安装支架，板式正极安装支架上安装有板式正极，管式负极安装支架上安装有管式负极，管式负极处在板式正极之间；喷淋装置包括水管、喷淋头，水管分布在外壳内上、中、下三个部位，喷淋头均匀分布在水管上，喷淋头成360度方向分布；气流分布装置由渐扩管和气流分布板组成；缓冲槽安装在外壳下部，在外壳顶部安装有排风管，在排风管上装有引风机。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种去除纳米级粉尘的设备及其除尘方法，该除尘设备将分离力直接作用于粒子上，可以去除气体中纳米级粉尘，适用于光通信、新能源行业除尘。
背景技术
现有的主要除尘设备有机械式除尘器，过滤式除尘器，电除尘器和湿式除尘器。普通电除尘器在使用过程中，大量的粉尘将附着在正极上。在处理大量废气时（处理风量≥20×104m3/h），桶形结构、采用普通材料的正极将被腐蚀或发生变形，一旦正负极发生变形，正负极间将发生频繁的放电，负极将会出现摆动，负极的变形量将会加重，最终断裂。即使在负极的底部安装重锤，也无法完全纠正变形。
采用常规的振荡方式无法完全去除正极上的粉尘，即使采用水喷淋，对于大型的除尘器，喷淋水无法到达设备的底部，电除尘器的底部将积尘严重，这将降低除尘器运行的稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决正极表面易积尘和负极易变形的问题，提供一种去除气体中纳米级粉尘的设备及其除尘方法。
本发明一种去除气体中纳米级粉尘的设备以及除尘方法基于以下技术方案实现的:
一种去除气体中纳米级粉尘的设备包括板式正极、管式负极、喷淋装置、气流分布装置、外壳、缓冲槽、排风管和引风机。外壳内安装有板式正极安装支架、管式负极安装支架，板式正极安装支架上安装有板式正极，管式负极安装支架上安装有管式负极，管式负极处在板式正极之间。
喷淋装置包括水管、喷淋头，水管分布在外壳内上、中、下三个部位，喷淋头均匀分布在水管上，喷淋头成360度方向分布，可以全方位喷淋在板式正极、管式负极上，去除吸附的纳米级粉尘。
气流分布装置由渐扩管和气流分布板组成，渐扩管安装在外壳底部，气流分布板安装在渐扩管上部，在气流分布板上均匀分布气流孔。
缓冲槽安装在外壳下部，用于接受冲洗吸附粉尘产生的废水。
在外壳顶部设置有出口，安装有排风管，在排风管上装有引风机（见附图1）。
板式正极：该除尘设备采用板式正极，下部为内三角结构，稳定性较强。该板式正极便于粉尘在上面沉积，避免二次扬尘，同时便于清灰，形状简单易于制作并有足够的刚度（见附图2）。
板式正极采用树脂、石墨粉、碳纤维加工而成，可耐高温和电化学腐蚀。相比于传统的钢制材料，该正极的使用寿命大大增加，且可以在酸性环境下长时间使用而不变形。
管式负极：该除尘设备的负极是产生电晕放电的主要部件，其性能好坏直接影响除尘的性能。该除尘设备采用管式负极，表面曲率大，拥有起晕电压低，电晕电流大的特点。管式负极表面上设置有放电针，机械强度高，其最大优势在于在实际运行过程中，可以保证负极与正极的间距不会发生变形，避免异常放电，维持较佳的除尘效率（见附图3）。
为了应对高温以及强腐蚀性酸气的腐蚀，通过反复的研究，确定了采用镍基合金（钛合金或者超级不锈钢）制作该除尘设备的负极。
该除尘设备在大量理论计算和试验的基础上，确定了合理的正负极间距（间距10cm-50cm）以及正极间距（15cm-50cm），避免了正负极间距太大减弱放电强度，或者正极间距过小使放电强度降低的缺点。
喷淋装置：该除尘设备采用高压、多层、全方向水喷淋系统去除板式正极和管式负极上吸附的粉尘，当水冲洗板式正极时，板式正极表面可形成一层水膜，粉尘便随水膜一起流下。该水喷淋装置为多层、全方向结构，即使是处理大量废气时（处理风量≥20×104m3/h），也可有效去板式正极和管式负极上的积尘。避免粉尘沉积在正极上影响电晕电流大小和均匀性，导致除尘效率降低。
同时，该水喷淋装置可根据装置内温度调节水压、水量，也可根据装置的运行时间调整喷水频次，合理使用水量。
气流分布装置：该除尘设备内气流分布的均匀性对除尘效率影响较大，该除尘设备的入口设渐扩管，渐扩管上设气流分布板。该气流分布板上分布了均匀的孔洞（见附图4），孔洞的数量以及孔洞间距通过多次试验后确认（数量：10-30个/平方米，孔径：30mm-80mm，厚度为2mm-5mm）。该气流分布装置分布均匀性好、阻力损失小，可减少涡流，保证气流分布均匀。
外壳：该除尘设备的外壳为玻璃钢一体加工而成，外壳分为数段，每段外壳采用法兰对接，对接的内部再进行玻璃钢包覆，可保证密封，可以根据不同的酸气选择不同材质的玻璃钢外壳。
缓冲槽：该除尘设备底部为缓冲槽，用于收集吸附粉尘产生的废水。
一种去除气体中纳米级粉尘的设备的除尘方法如下：
光纤预制棒生产过程中产生含有纳米级二氧化硅的废气，废气从该除尘设备底部进入，通过渐扩管和气流分布板，风速降为3-7.5m/s，气体均匀分布于设备内部。除尘设备内设有板式正极、管式负极，将板式正极、管式负极接于电压20KV-50KV,电流50mA-500mA的高压直流电两端，板式正极、管式负极之间产生一个足以使气体电离的静电场。当含有纳米级粉尘的废气通过气流分布装置后，将通过两极间非均匀电场，通过时，在负极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子并使粉尘粒子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力作用下向板式正极运动并在板式正极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当板式正极上粉尘达到一定厚度时，采用喷淋装置将粉尘冲洗到底部缓冲槽。去除纳米级粉尘后的废气将通过排风管、引风机后排放。总体来说，该除尘设备的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移、捕集等过程（见附图5）。
一种去除气体中纳米级粉尘的设备及其除尘方法优点：
该除尘设备及其方法与其他除尘器的根本区别在于除尘过程的分离力直接作用于粒子上，而不是作用于整个气流上。
该除尘设备以及方法中的板式正极具有集尘面积大，易于清理，以及形状简单易于制作并有足够的刚度。该板式正极采用树脂、石墨粉、碳纤维加工而成，可耐高温和电化学腐蚀。相比于传统的钢制材料，该正极的使用寿命大大增加，且可以在酸性环境下长时间使用而不变形。
该除尘设备以及方法中的管式负极具有强度高，不易变形的特点，可以保证放电极与集尘极的间距不会发生变化，避免异常放电，维持较佳的除尘效率（可达99%以上）。
该除尘设备以及方法中的喷淋装置为多层、全方向结构，即使是处理大量废气时（处理风量≥20×104m3/h），也可有效去板式正极和管式负极上的积尘。避免粉尘沉积在板式正极上影响电晕电流大小和均匀性，导致除尘效率降低。该水喷淋系统可根据装置内温度调节水压、水量，也可根据装置的运行时间调整喷水频次，合理使用水量，能耗低（耗电0.2-0.8kwh/1000m3废气）。
该除尘设备以及方法中的气流分布装置分布均匀性好、阻力损失小（100-300pa），可减少涡流，保证气流分布均匀。
该除尘设备以及方法中的外壳采用玻璃钢材质，在保证气密性的同时，还可以同时抵抗多种酸性气体的腐蚀。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的去除气体中纳米级粉尘的设备的结构图。
图中：1.喷淋装置；2.固定支架；3. 管式负极；4. 板式正极；5.气流分布装置；6.外壳；7.缓冲槽；8.排风管；9.引风机。
图2是本发明的去除气体中纳米级粉尘的设备的板式正极示意图。
图3是本发明的去除气体中纳米级粉尘的设备的管式负极示意图。
图4是本发明的去除气体中纳米级粉尘的设备的气流分布装置示意图。
图5是本发明的去除气体中纳米级粉尘的设备以及除尘方法的工作原理图。
图中：a. 电晕放电；b. 气体电离；c. 粒子荷电；d. 荷电粒子迁移；e. 荷电粒子捕集。
具体实施方式
参照附图1～5，一种去除气体中纳米级粉尘的设备包括板式正极、管式负极、喷淋装置1、气流分布装置5、外壳6、缓冲槽7、排风管8和引风机9。外壳6内安装有板式正极安装支架、管式负极安装支架，板式正极安装支架上安装有板式正极4，管式负极安装支架上安装有管式负极3，管式负极3处在板式正极4之间。
喷淋装置1包括水管、喷淋头，水管分布在外壳内上、中、下三个部位，喷淋头均匀分布在水管上，喷淋头成360度方向分布，可以全方位喷淋在板式正极、管式负极上，去除吸附的纳米级粉尘。
气流分布装置5由渐扩管和气流分布板组成，渐扩管安装在外壳底部，气流分布板安装在渐扩管上部，在气流分布板上均匀分布气流孔。
缓冲槽7安装在外壳下部，用于接受冲洗吸附粉尘产生的废水。
在外壳6顶部设置有出口，安装有排风管8，在排风管8上装有引风机9（见附图1）。
板式正极：该除尘设备采用板式正极4，下部为内三角结构，稳定性较强。该板式正极便于粉尘在上面沉积，避免二次扬尘，同时便于清灰，形状简单易于制作并有足够的刚度（见附图2）。
板式正极采用树脂、石墨粉、碳纤维加工而成，可耐高温和电化学腐蚀。相比于传统的钢制材料，该正极的使用寿命大大增加，且可以在酸性环境下长时间使用而不变形。
管式负极：该除尘设备的负极是产生电晕放电的主要部件，其性能好坏直接影响除尘的性能。该除尘设备采用管式负极3，表面曲率大，拥有起晕电压低，电晕电流大的特点。管式负极3表面上设置有放电针，机械强度高，其最大优势在于在实际运行过程中，可以保证管式负极与板式正极的间距不会发生变形，避免异常放电，维持较佳的除尘效率（见附图3）。
为了应对高温以及强腐蚀性酸气的腐蚀，通过反复的研究，确定了采用镍基合金（钛合金或者超级不锈钢）制作该除尘设备的负极。
该除尘设备在大量理论计算和试验的基础上，确定了合理的正负极间距（间距10cm-50cm）以及正极间距（15cm-50cm），避免了正负极间距太大减弱放电强度，或者正极间距过小使放电强度降低的缺点。
喷淋装置：该除尘设备采用高压、多层、全方向水喷淋装置1去除板式正极和管式负极上吸附的粉尘，当水冲洗板式正极时，板式正极表面可形成一层水膜，粉尘便随水膜一起流下。该水喷淋装置为多层、全方向结构，即使是处理大量废气时（处理风量≥20×104m3/h），也可有效去板式正极和管式负极上的积尘。避免粉尘沉积在板式正极上影响电晕电流大小和均匀性，导致除尘效率降低。
同时，该水喷淋装置可根据装置内温度调节水压、水量，也可根据装置的运行时间调整喷水频次，合理使用水量。
气流分布装置：该除尘设备内气流分布的均匀性对除尘效率影响较大，该除尘设备的入口设渐扩管，渐扩管上设气流分布板。该气流分布板上分布了均匀的孔洞（见附图4），孔洞的数量以及孔洞间距通过多次试验后确认（数量：10-30个/平方米，孔径：30mm-80mm，厚度为2mm-5mm）。该气流分布装置分布均匀性好、阻力损失小，可减少涡流，保证气流分布均匀。
外壳：该除尘设备的外壳为玻璃钢一体加工而成，外壳分为数段，每段外壳采用法兰对接，对接的内部再进行玻璃钢包覆，可保证密封，可以根据不同的酸气选择不同材质的玻璃钢外壳。
缓冲槽：该除尘设备底部为缓冲槽，用于收集吸附粉尘产生的废水。
一种去除气体中纳米级粉尘的设备的除尘方法如下：
光纤预制棒生产过程中产生含有纳米级二氧化硅的废气，废气从该除尘设备底部进入，通过渐扩管和气流分布板，风速降为3-7.5m/s，气体均匀分布于设备内部。除尘设备内设有板式正极、管式负极，将板式正极、管式负极接于电压20KV-50KV,电流50mA-500mA的高压直流电两端，板式正极、管式负极之间产生一个足以使气体电离的静电场。当含有纳米级粉尘的废气通过气流分布装置后，将通过两极间非均匀电场，通过时，在管式负极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子并使粉尘粒子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力作用下向板式正极运动并在板式正极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当板式正极上粉尘达到一定厚度时，采用喷淋装置将粉尘冲洗到底部缓冲槽。去除纳米级粉尘后的废气将通过排风管、引风机后排放。总体来说，该除尘设备的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移、捕集等过程（见附图5）。
Claims (4)
1.一种去除气体中纳米级粉尘的设备，其特征在于：包括板式正极、管式负极、喷淋装置、气流分布装置、外壳、缓冲槽、排风管和引风机；外壳内安装有板式正极安装支架、管式负极安装支架，板式正极安装支架上安装有板式正极，管式负极安装支架上安装有管式负极，管式负极处在板式正极之间；
喷淋装置包括水管、喷淋头，水管分布在外壳内上、中、下三个部位，喷淋头均匀分布在水管上，喷淋头成360度方向分布，可以全方位喷淋在板式正极、管式负极上，去除吸附的纳米级粉尘；
气流分布装置由渐扩管和气流分布板组成，渐扩管安装在外壳底部，气流分布板安装在渐扩管上部，在气流分布板上均匀分布气流孔；
缓冲槽安装在外壳下部，用于接受冲洗吸附粉尘产生的废水；
在外壳顶部设置有出口，安装有排风管，在排风管上装有引风机；
所述的板式正极下部为内三角结构，稳定性较强；
所述的板式正极采用树脂、石墨粉、碳纤维加工而成。
2.根据权利要求1所述的一种去除气体中纳米级粉尘的设备，其特征在于：所述的管式负极表面上设置有放电针。
3.根据权利要求1所述的一种去除气体中纳米级粉尘的设备，其特征在于：外壳分为数段，每段外壳采用法兰对接，对接的内部再进行玻璃钢包覆，可保证密封。
4.权利要求1所述的一种去除气体中纳米级粉尘的设备的除尘方法，其特征在于：
光纤预制棒生产过程中产生含有纳米级二氧化硅的废气，废气从该除尘设备底部进入，通过渐扩管和气流分布板，风速降为3-7.5m/s，气体均匀分布于设备内部，除尘设备内设有板式正极、管式负极，将板式正极、管式负极接于电压20KV-50KV,电流50mA-500mA的高压直流电两端，板式正极、管式负极之间产生一个足以使气体电离的静电场；当含有纳米级粉尘的废气通过气流分布装置后，将通过两极间非均匀电场，通过时，在管式负极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子并使粉尘粒子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力作用下向板式正极运动并在板式正极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的；当板式正极上粉尘达到一定厚度时，采用喷淋装置将粉尘冲洗到底部缓冲槽；去除纳米级粉尘后的废气将通过排风管、引风机后排放。
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