CN105080271A - 旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统 - Google Patents

旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统，将含微尘空气形成荷电气雾；利用旋风分离形成洁净空气相和含尘固液相，有效形成分离；本发明利用荷电水雾耦合旋风水雾分离的原理并结合特定的方式方法，不但去除空气中较大颗粒的微尘，还能去除空气中PM10及以下的可吸入颗粒污染，尤其是针对PM2.5去除效果最好，去除效率可高达97％以上，对空气中的二氧化硫等酸性气体达98％以上的去除效率，利用静电还对空气进行有效杀菌；可用于公共场馆、办公场所、企业生产车间、家居等封闭体系的空气净化，还可用于敞开空间的空气净化、除尘，或者是用于燃煤电厂、冶炼厂、水泥厂、生物质及生活垃圾焚烧发电厂的烟气处理，避免PM10及以下微尘进入大气，具有较好的环保效果。

Description

旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种空气净化领域，特别涉及一种去除密闭或敞开体系空气中PM2.5和PM10细颗粒污染物，同时能够除菌及脱除酸性气体的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法。
背景技术
微尘(特别是PM10及以下微尘包括PM2.5等颗粒物)大量存在于空气中；并且，随着社会经济的发展，能源消费水平不断提高，化石燃料燃烧和汽车尾气排放出大量的细颗粒物，其中以PM2.5最为典型。PM2.5是环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。传统的除尘装置如旋风、静电、布袋等对粒径较大的粉尘颗粒有较好的除去效果，但对细颗粒物，特别是粒径小于2.5μm的PM2.5作用甚微。近年来，报道的PM2.5去除主要采用过滤和团聚技术。过滤虽然可以去除大多数的细颗粒物，但需要经常更换滤板，滤板材料价格贵，成本高，仅适用于小型室内空气净化。化学团聚技术由于采用高分子化学物质，一是成本高，二是容易造成二次污染。水雾具有降尘的作用，当水雾粒径与空气中细颗粒物的粒径相当时，效果较为明显，但现有的水雾除尘装置缺乏收尘装置，对降PM2.5仅有短暂作用，水雾一旦蒸发，PM2.5又会产生，没有从根本上消除PM2.5对空气的污染影响。另外，空气中除了PM2.5等颗粒污染物外，还含有一定量的二氧化硫等酸性气体、细菌等有害成分。现有的除尘净化装置，仅限于去除细颗粒物，对空气中的细菌特别是酸性气体没有任何去除作用。
现有技术中，较多的去除较大颗粒的方案，但同时适用于PM10及以下颗粒的方案并没有，导致大气中微尘造成较大的环境问题。
因此，需要一种净化方法以及系统，不但能够去除大气中较大颗粒污染物，还能对PM10及以下颗粒物形成有效去除。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统，不但能够去除大气中较大颗粒微尘污染物，还能高效率的去除密闭或敞开体系空气中PM10及以下，尤其是PM2.5的细颗粒污染物，还具有杀菌抑菌、洗去空气中含有的微量酸性气体的作用。
本发明的一种旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将水雾化成能够与微尘混合的细水雾，该细水雾与含微尘的空气混合并形成含尘荷电气雾；
b.将含尘荷电气雾进行旋风分离形成洁净空气相和含尘固液相；
进一步，步骤a中，将水雾化成能够与PM10及以下微尘混合的细水雾并与空气混合形成含尘气雾，对含尘气雾加载静电形成含尘荷电气雾；
进一步，还包括步骤c，将步骤b的含尘固液相经固液分离后，液相循环使用；步骤b中旋风分离后的洁净空气相进行除雾处理；
进一步，步骤a中，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-150μm；细水雾与空气的体积比为0.001～0.2；所述荷电电压为1-150KV；
进一步，步骤b中，旋风分离的进口风速为10-35m/s；
进一步，步骤a中，细水雾与含PM10及以下微尘的空气混合后加载静电形成含尘荷电气雾后进一步混合；
进一步，步骤a中，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-50μm；细水雾与空气的体积比为0.05～0.1；荷电电压为10-100KV；步骤b中，旋风分离的进口风速为15-25m/s；
进一步，步骤b中，在旋风分离前将含尘荷电气雾中的多余荷电进行去除。
本发明还公开一种适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化除尘系统，包括水雾发生器、静电发生器和旋风水雾分离器，含PM10及以下微尘的空气先经水雾发生器与水雾混合后经静电发生器处理并形成荷电气雾，荷电气雾进入旋风水雾分离器进行强制分离；
进一步，所述静电发生器与旋风水雾分离器之间设置有使荷电气雾充分混合的混合反应器；所述水雾发生器所产生的水雾适合于与空气中PM10及以下微尘混合；所述混合反应器内设置有折流板或/和填料，并且混合反应器内设有捕集多余静电的静电捕集网。
本发明的有益效果：本发明的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法及其系统，利用荷电水雾耦合旋风水雾分离的原理并结合特定的方式方法，能够有效去除空气中的颗粒微尘污染物(包括大颗粒微尘)，还能去除空气中PM10及以下的可吸入颗粒污染，尤其是针对PM2.5去除效果最好，去除效率可高达97％以上，对空气中存在的二氧化硫等酸性气体可实现超过98％的去除效率；其通过采用细水雾和电荷的捕集作用将空气中的细颗粒物捕捉，细水雾经过凝聚长大后经旋风水雾分离去除，在该过程中又可产生适量氧化剂对空气起到杀菌、抑菌作用，对空气中含有的二氧化硫等酸性气体有明显的脱除效果。分离后的固液相可重新回收利用，不会对净化空气造成二次污染，既环保又节约经济成本。另外，使用该方法的装置具有结构简便、运行简单、维护方便的特点，可用于公共场馆、办公场所、企业生产车间、家居等封闭体系的空气净化，还可用于敞开空间的空气净化、除尘，或者是用于燃煤电厂、冶炼厂、水泥厂、生物质及生活垃圾焚烧发电厂的烟气处理，避免PM10及以下微尘进入大气，具有较好的环保效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
本实施例的一种旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将水雾化成能够与微尘(空气中悬浮的所有微尘，包括大颗粒微尘和PM2.5及以下)混合的细水雾，该细水雾与含微尘的空气混合并形成含尘荷电气雾；能够与微尘混合的细水雾具有确定的粒径，针对空气中含有微尘的浓度和主体粒径即能确定，而特定粒径的细水雾通过特定结构的水雾发生器即能实现，在此不再赘述。
b.将含尘荷电气雾进行旋风分离形成洁净空气相和含尘固液相；采用细水雾和电荷的捕集作用将空气中的细颗粒物捕捉，细水雾经过凝聚长大后经旋风水雾分离去除，在该过程中又可产生适量氧化剂对空气起到杀菌、抑菌作用，对空气中含有的二氧化硫等酸性气体有明显的脱除效果。
本实施例中，步骤a中，将水雾化成能够与PM10及以下微尘混合的细水雾并与空气混合形成含尘气雾，对含尘气雾加载静电形成含尘荷电气雾；通过气雾对微尘颗粒(PM10及以下，包括PM2.5)进行附着后使其荷电，使含尘气雾的荷电充分富集，实现空气中的微尘颗粒实现高效率的捕集，提高净化效率；同时，可充分利用静电对空气进行有效杀菌；当然，本实施例中的水雾对大颗粒微尘同样具有较好的混合去除效果，具有对去除大颗粒微尘和PM2.5及以下微尘的作用。
本实施例中，还包括步骤c，将步骤b的含尘固液相经固液分离后，液相循环使用；步骤b中旋风分离后的洁净空气相进行除雾处理；净化后的空气经除雾处理后排出，避免携带有微尘的雾气对净化后的空气造成二次污染，含尘固液相经固液分离后可继续用于雾化，达到循环使用的目的，既环保又经济。
本实施例中，步骤a中，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-150μm；细水雾与空气的体积比(雾气比)为0.001～0.2；所述荷电电压为1-150KV；通过控制细水雾与含尘空气的体积比确保含尘空气中的颗粒污染物均被细水雾粒有效附着，提高雾化效果和荷电效果，进而提高净化效率；上述范围的参数之间相互协调和作用，更能适用于PM10及以下微尘与水雾进行混合并利用静电进行集聚，通过控制参数使细水雾粒更容易附着于含尘空气中的PM10及以下颗粒污染物，并增大含尘空气中的颗粒污染物的附着有效面积，进而增大颗粒污染物的粒径，便于后续进行旋风分离，进而提高颗粒污染物的净化效率；当然，本实施例中的水雾对大颗粒微尘同样具有较好的混合去除效果。
本实施例中，步骤b中，旋风分离的进口风速为10-35m/s；该风速更能适应于PM10及以下的空气微尘形成的荷电气雾进行旋风分离，达到较好的分离效果，并确保提供相对较大惯性离心力使液相和气相分离，进而提高分离效率。
本实施例中，步骤a中，细水雾与含PM10及以下微尘的空气混合后加载静电形成含尘荷电气雾后进一步混合；充分混合后极大地增加了微尘与水雾之间的集聚，便于对含尘荷电气雾进行有效的捕集以加强后续的旋风分离效果。
本实施例中，步骤a中，优选为，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-50μm；细水雾与空气的体积比为0.05～0.1；荷电电压为10-100KV；步骤b中，旋风分离的进口风速为15-25m/s；本实施例的上述参数，进一步适应于PM2.5的分离，使PM2.5能够充分与水雾形成结合，便于后续配合以合适的旋风分离速度，达到较好的分离效果。
本实施例中，步骤b中，在旋风分离前将含尘荷电气雾中的多余荷电进行去除，避免多余的荷电对旋风分离的干扰影响分离效果，以及避免多余的荷电对旋风分离设备造成影响，进而影响旋风分离设备的使用效果。
本发明还公开了用于上述方法的适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化的除尘系统，包括水雾发生器1、静电发生器2和旋风水雾分离器3，含PM10及以下微尘的空气先经水雾发生器1与水雾混合后经静电发生器2处理并形成荷电气雾，荷电气雾进入旋风水雾分离器3进行强制分离；由水雾发生器1产生的水雾与利用送风装置引入待处理的含尘空气混合后流经静电发生器2形成含尘荷电气雾，含尘荷电气雾经充分混合后进入旋风水雾分离器3进行离心沉降分离，送风装置可以为风机6，所述风机6可以采用引风式或鼓风式，优选鼓风式；其所形成的空气射流将荷电细水雾在大空间局域环境内进行输运弥散。
本实施例中，所述静电发生器2与旋风水雾分离器3之间设置有使荷电气雾充分混合的混合反应器4，所述混合反应器4内设置有折流板或/和填料等用于增加碰撞几率、混合流程和面积的部件，便于充分混合，增加分离效果；所述水雾发生器所产生的水雾适合于与空气中PM10及以下微尘混合，即产生的水雾具有合适的粒径1-150μm，优选为1-50μm(尤其适用于PM2.5)，本实施例中，优选入口空气中PM2.5的浓度范围在10～500μg/m3；同时，旋风水雾分离器3的排液口连通的水循环系统，所述水循环系统的出水口与水雾发生器1连通设置；从荷电气雾混合反应器4和旋风水雾分离器3底部排出的水经水循环系统净化处置后即可以循环使用，属于现有技术，在此不再赘述，整个过程节约能源且不影响PM2.5的去除率。所述旋风水雾分离器3内气相通道上设置有除雾装置，除雾装置用于本实施例中确保排出空气的净化质量，避免有害物质随雾气排出到空气中，除雾装置可采用利用重力和惯性撞击作用的原理,当含有雾沫气体以一定的速度通过除雾器时,会与除雾器内部结构相撞,并依附在其表面上，除雾器内部结构的表面上雾沫,经过扩散和重力的作用会逐步聚集,当重量达到一定水平后,就会从除雾器内部结构上分离，属于现有技术，在此不再赘述；荷电气雾混合反应器4还设有用于捕集多余静电的静电捕集网5，避免多余静电的存在影响最终的分离效果。
本实施例中，所述水雾发生器1为超声水雾发生器、高压水喷雾发生器和压缩空气-水二流体喷雾发生器中的一种；所述静电发生器2包括高压静电发生器和电极，静电压为1-150KV，优选10-100KV，所述电极为电晕电极或感应电极，优选电晕电极，电晕线上带有规则或不规则凸起，通过适当控制产生适量氧化剂用于装置的杀菌功能；还包括与适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化除尘系统实现通信连接的空气质量检测仪7，所述空气质量检测仪7位于装置进风口，用于检测空气入口的细颗粒物如PM2.5和PM10的浓度，并应用于装置的自动控制：空气质量检测仪7与适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化除尘系统实现数据交互，当检测到空气入口的细颗粒物PM2.5和PM10超出设定的浓度值时，会自动启动装置运行，反之则暂停装置运行，该自动控制技术属于现有技术，即包括用于接收空气质量检测仪7数据信号的中央处理器，还包括由中央处理器控制的风机控制单元、水雾发生器控制单元和旋风水雾分离器控制单元等，在此处不再赘述。
实施例一
由压缩空气式水雾发生器1出来的粒径小于20μm的水雾，含尘空气中PM2.5和PM10含量分别为65μg/m3和286μg/m3，二氧化硫浓度150ppm,气雾混合后流经电晕电极，混合时，细水雾与空气的体积比为0.2，形成的荷电气雾进入荷电气雾混合反应器4中进行充分混合并经电荷捕集网后以15m/s的速度进入旋风水雾分离器3，含尘液体沿器壁旋流而下排入水循环系统经固液分离后回用，净化后的空气由出口排出，净化气中PM2.5检测为6μg/m3，PM10为20μg/m3，二氧化硫3ppm，PM2.5和PM10的去除率分别为90.7％和93％，二氧化硫去除率98％。
实施例二
由压缩空气式水雾发生器1出来的粒径小于10μm的水雾，含尘空气中PM2.5和PM10含量分别为200μg/m3和710μg/m3，气雾混合后流经电晕电极，混合时，细水雾与空气的体积比为0.05，形成的荷电气雾进入荷电气雾混合反应器4中进行充分混合并经电荷捕集网后以20m/s的速度进入旋风水雾分离器3，含尘液体沿器壁旋流而下排入水循环系统经固液分离后回用，净化后的空气由出口排出，净化气中PM2.5检测为15μg/m3，PM10为25μg/m3，PM2.5和PM10的去除率分别为92.5％和94.5％。
实施例三
由压缩空气式水雾发生器1出来的粒径小于5μm的水雾，含尘空气中PM2.5和PM10含量分别为500μg/m3和400μg/m3，气雾混合后流经电晕电极，混合时，细水雾与空气的体积比为0.1，形成的荷电气雾进入荷电气雾混合反应器4中进行充分混合并经电荷捕集网后以25m/s的速度进入旋风水雾分离器3，含尘液体沿器壁旋流而下排入水循环系统经固液分离后回用，净化后的空气由出口排出，净化气中PM2.5检测为12μg/m3，PM10为18μg/m3，PM2.5和PM10的去除率分别为97％和93％。
实施例四
由压缩空气式水雾发生器1出来的粒径小于150μm的水雾，含尘空气中PM2.5和PM10含量分别为300μg/m3和800μg/m3，气雾混合后流经电晕电极，混合时，细水雾与空气的体积比为0.001，形成的荷电气雾进入荷电气雾混合反应器4中进行充分混合并经电荷捕集网后以35m/s的速度进入旋风水雾分离器3，含尘液体沿器壁旋流而下排入水循环系统经固液分离后回用，净化后的空气由出口排出，净化气中PM2.5检测为30μg/m3，PM10为21μg/m3，PM2.5和PM10的去除率分别为90％和97.3％。
实施例五
由压缩空气式水雾发生器1出来的粒径小于50μm的水雾，含尘空气中PM2.5和PM10含量分别为300μg/m3和800μg/m3，气雾混合后流经电晕电极，混合时，细水雾与空气的体积比为0.08，形成的荷电气雾进入荷电气雾混合反应器4中进行充分混合并经电荷捕集网后以10m/s的速度进入旋风水雾分离器3，含尘液体沿器壁旋流而下排入水循环系统经固液分离后回用，净化后的空气由出口排出，净化气中PM2.5检测为13μg/m3，PM10为31μg/m3，PM2.5和PM10的去除率分别为95.6％和96.1％。
由以上实施例可以看出，水雾粒径小于50μm时，配以合适的旋风分离速度以及雾气比，针对PM2.5效果较为明显。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将水雾化成能够与微尘混合的细水雾，该细水雾与含有微尘的空气混合并形成含尘荷电气雾；
b.将含尘荷电气雾进行旋风分离形成洁净空气相和含尘固液相。
2.根据权利要求1所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤a中，将水雾化成能够与PM10及以下微尘混合的细水雾并与空气混合形成含尘气雾，对含尘气雾加载静电形成含尘荷电气雾。
3.根据权利要求1所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：还包括步骤c，将步骤b的含尘固液相经固液分离后，液相循环使用；步骤b中旋风分离后的洁净空气相进行除雾处理。
4.根据权利要求1所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤a中，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-150μm；细水雾与空气的体积比为0.001～0.2；所述荷电电压为1-150KV。
5.根据权利要求4所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤b中，旋风分离的进口风速为10-35m/s。
6.根据权利要求1所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤a中，细水雾与含PM10及以下微尘的空气混合后加载静电形成含尘荷电气雾后进一步混合。
7.根据权利要求4所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤a中，能够与PM10及以下微尘混合的细水雾粒径为1-20μm；细水雾与空气的体积比为0.05～0.1；荷电电压为10-100KV；步骤b中，旋风分离的进口风速为15-25m/s。
8.根据权利要求1所述的旋风式荷电水雾空气净化除尘方法，其特征在于：步骤b中，在旋风分离前将含尘荷电气雾中的多余荷电进行去除。
9.一种适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化除尘系统，其特征在于：包括水雾发生器、静电发生器和旋风水雾分离器，含PM10及以下微尘的空气先经水雾发生器与水雾混合后经静电发生器处理并形成荷电气雾，荷电气雾进入旋风水雾分离器进行强制分离。
10.根据权利要求9所述的适用于PM10及以下的旋风式荷电水雾空气净化除尘系统，其特征在于：所述静电发生器与旋风水雾分离器之间设置有使荷电气雾充分混合的混合反应器；所述水雾发生器所产生的水雾适合于与空气中PM10及以下微尘混合；所述混合反应器内设置有折流板或/和填料，并且混合反应器内设有捕集多余静电的静电捕集网。
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