CN105817322A - 一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，包括一箱体，所述箱体的两端设置进气口和出气口，中部设置除尘室，其中：除尘室中设置柱状电极组件，柱状电极组件的第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；两电极板相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面。本发明采用柱状电极组件，其可通过介电电泳力将粉尘从含尘气流中分离，并可避免户外强气流对介电电泳力的影响，提高工业除尘效果，且结构简单、制作容易、使用寿命长。

Description

一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备

技术领域

本发明涉及一种除尘设备，特别是一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备。

背景技术

当前环境保护在全球日益重视，为了降低空气污染，保护大气环境，作为控制大气颗粒污染物最主要的除尘设备，利用前景广阔。数据显示，2013年7月份，我国空气质量较差的10个城市全在北方，其中京津冀地区成为全国污染最严重的地区之一。京津冀地区13个城市空气达标天数比例范围为12.9％到71％.平均污染天数比例为63.5％，其中重污染比例为3.7％.这为除尘设备广泛使用创造了条件。由于我国的能源禀赋条件所限，一直以来煤炭都是我国主要的一次能源。这种以煤为主的能源结构决定了煤炭燃烧所产生二氧化碳、二氧化硫、烟尘、粉尘等是造成我国大气污染的重要因素。同时，冶金、水泥、垃圾焚烧等行业的高速发展带来的烟尘、粉尘排放进一步增加了环境保护的压力。这都为除尘设备市场需求的扩大提高了广阔的空间。

气体常用的除尘方法一般有：机械式除尘、湿式除尘、过滤式除尘、静电除尘。其中机械式除尘有重力除尘法、惯性力除尘法和离心力除尘法。下面介绍基本的除尘方法原理和设备。

重力除尘法：利用粉尘与气体的密度不同，依靠粉尘自身的重力从气流中自然沉降下来，达到分离或捕集含尘气流中粒子的目的。常用设备为水平气流沉降室。

惯性力除尘法：利用粉尘与气体在运动中的惯性不同，使粉尘从气流中分离出来。在惯性除尘方法中，除利用了粒子在运动中惯性较大外，还利用了粒子的重力和离心力。按惯性除尘器的结构形式分类，主要有反转式惯性除尘器和碰撞式惯性除尘器。

离心力除尘法：利用含尘气流的流动速度，使气流在除尘装置内沿某一定方向做连续的旋转运动，粒子在随气流的旋转中获得离心力，导致粒子从气流中分离出来。常用设备有旋风式除尘器和旋流式除尘器。

湿式除尘法：湿式除尘也称洗涤除尘，是用液体洗涤含尘气体，利用形成的液膜、液滴或气泡捕获气体中的尘粒，尘粒随液体排出，气体得到净化。按除尘机制不同，有喷雾式洗涤除尘器、旋风式洗涤除尘器、贮水式冲击水浴除尘器、塔板式鼓泡洗涤除尘器、填料式洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器、机械动力洗涤除尘器。

过滤除尘法：含尘气体通过多孔滤料，尘粒被截留下来，气体得到净化。按滤尘方式有内部过滤和外部过滤之分。外部过滤广泛采用的是袋式除尘器，内部过滤为颗粒层除尘器。

静电除尘法：目前指的是静电除尘，是利用高压直流电场产生使空气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电颗粒在电场力作用向极板运动，实现固体粒子或液体粒子与气流的分离。工业上广泛应用的是管式电除尘器和板式电除尘器。静电除尘法与介电电泳技术不同的是：

(1)介电电泳操纵的是中性颗粒，使其由于介电极化的作用而产生的平移运动；电泳操纵的是电子和离子，使其负荷在粉尘颗粒上产生定向移动。

(2)介电电泳中颗粒运动方向与电场的方向无关，只与其本身的介电常数和介质的介电常数有关；电泳中颗粒运动方向取决于颗粒所带电荷的符号和电场的方向，电场方向反转则运动方向反转。

(3)介电电泳需要非均匀电场；电泳在均匀或非均匀的场中都可发生。

(4)介电电泳力的大小正比于颗粒直径的立方；电泳力的大小正比于颗粒所带电荷的多少。

中国专利：一种介电电泳电极结构(申请号：201410407467.8，申请日：2014.08.19)公开了一种具有交叉结构的电极，由权利要求1和说明书第[0005]段的“所述第一导线群中的一部分导线连接电源正极，另一部分连接电源负极”可知，该电极在应用中，通入的是直流电源(只有直流电源才分正负极)。虽然申请人在说明书第[0006]段中阐述该电极结构能够产生不均匀电场，但从原理上来看这个不均匀电场是不能持续存在的。

当介质中的电极通入直流电后，因不能抵消的带电粒子由于前面所述的电泳效应，汇聚在极性相反的电极表面，产生类似于静电屏蔽的效果，外电场强度被削减为0。这样就达不到在电极中间产生不均匀电场的作用，因此上述设置达不到发明目的。

另一种被采用的介电电泳电极为独立的条状，通过导线连接在交流电源的对应输出端，需要逐个安装在分离室中并分别通过导线连接对应的输出端，不但费时费力，还导致分离室的结构比较松散、接线复杂、容易损坏。除此之外，条状电极还需要逐条制作，工艺成本较高。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种可通过介电电泳力将粉尘从含尘气流中分离，并可避免户外强气流对介电电泳力的影响，提高工业除尘效果，且结构简单、制作容易、使用寿命长的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，包括一箱体，所述箱体的两端设置进气口和出气口，中部设置除尘室，其特征在于：所述除尘室中设置柱状电极组件，所述柱状电极组件包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板；柱状电极组件包括第一电极板及第二电极板，在第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；第一电极板与第二电极板的带有柱状突起的突起面相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面，所述孔板电极组件的第一电极板及第二电极板上均设置使气体通过的缝隙；所述柱状电极组件垂直于气流方向，或与气流方向有锐角夹角。

靠近所述进气口的箱体中设置混流控制室，靠近所述出气口的箱体中设置出口烟箱，在所述除尘室的下部设置有集尘室，在所述集尘室的底部制有所述灰尘收集口；在所述混流控制室内纵向安装有节流孔板或与进气口同轴并渐扩的锥形导流板；在所述的出口烟箱内固装有一组平行排布的集灰挡板，所述集灰挡板为U型。

所述的集尘室与除尘室之间水平固装有一隔尘板，隔尘板为圆孔隔板、方孔隔板、格栅板或蜂窝隔板。

所述的第一电极板和第二电极板的表面具有绝缘层。

所述的第一电极板、第二电极板的突起面相对扣合后，其中一电极板所制的柱状突起的顶端与另一电极板的非突起面齐平。

所述的第一电极板、第二电极板采用金属薄板或薄片冲压成型，其上成型的柱状突起和孔位形成相互交错的阵列分布。

所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。

所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行均为柱状突起或孔位，第n+1行均为孔位或柱状突起；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。

所述的第一电极板、第二电极板的板厚相同；所述柱状突起的横截面直径≤2.5mm；所述柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。

所述的第一电极板及第二电极板为波纹板。

本发明的优点和有益效果为：

1、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，含尘气流从进气口进入，由混流控制室对流动状态做控制，再进入介电电泳除尘室，通过柱状电极组件产生的非均匀电场对粉尘颗粒捕集凝聚，随之在重力作用下沉降至下方集尘室内，由灰尘收集口排出，干净气流经出口烟箱从出气口排出，本除尘设备具有非接触性，不会改变颗粒的性质，电场分离无需使颗粒荷电，设备易于调控，便于自动化，可以单独使用，也可以与其他方法结合使用。

2、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其混流控制室前端为进气口，进气口承接上游含尘气流，混流控制室内安装有节流孔板，节流孔板视整套设备处理空气质量可以安装1-3片，节流孔板作用为分隔和控制气流流动，使气流按要求的速度大小和方向进入除尘室,避免气流速度过大或方向偏斜影响介电电泳力的除尘效果。

3、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其混流控制室内安装有与进气口同轴并渐扩的锥形导流板，其作用是将进气口的气流均匀分布，使气流按要求的速度大小和方向进入除尘室,避免气流速度过大或方向偏斜影响介电电泳力的除尘效果。

4、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，出口烟箱内固装有一组平行排布的U型集灰挡板，该挡板用于使出口气流更加平稳舒畅的流出设备，同时有助于防止落灰等原因形成的二次污染。

5、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，集尘室与介电电泳除尘室之间水平固装有一隔尘板，该隔尘板的目的是防止集尘室内收集的灰尘被气流吹起，形成二次污染。

6、本使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，采用柱状电极组件，柱状电极组件的的不同电极板的柱状突起和孔位相互配合，共同构成一个发射非均电场的工作单元体，在高频交变电流作用下，工作单元体处的表面大曲率使得工作单元体所在区域的面电荷密度增高，其所在区域的不均场强随之增强；柱状突起作为发射端点与贯通电极板的孔位共同构成的工作单元体为开放式对外结构，发射的非均电场均穿过电极板到达表面之外，而不是将电场封闭在两电极板之间，不能有效发挥非均电场的介电电泳效应，造成浪费。同时，相对于传统介电电泳电极的面发射而言，柱状突起能形成尖端发射点，在作用面之外形成的电场中的介电电泳力更强。

7、本发明结构设计科学合理，采用柱状电极组件，其可通过介电电泳力将粉尘从含尘气流中分离，并可避免户外强气流对介电电泳力的影响，提高工业除尘效果，且结构简单、制作容易、使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图(设置锥形导流板)；

图3是本发明的柱状电极组件的两块电极板的组合前相对位置示意图；

图4是本发明的柱状电极组件的两块电极板的组合前相对位置立体结构示意图；

图5是本发明的柱状电极组件的单块电极板的结构剖面图；

图6是本发明的柱状电极组件的单块电极板的立体结构示意图；

图7是本发明的柱状电极组件的两块电极板的组合后剖视图；

图8是本发明的柱状电极组件的两块电极板的组合后相对位置立体结构示意图；

图9是本发明的柱状电极组件在通电前的粒子分布状态示意图；

图10是本发明的柱状电极组件在通电后的粒子分布状态示意图；

图11是本发明的柱状电极组件在通电后产生的不均电场的电场强度等值线。

附图标记说明

1-进气口、2-混流控制室、3-节流孔板、4-介电电泳除尘室、5-柱状电极组件、6-出口烟箱、7-出气口、8-隔尘板、9-集尘室、10-灰尘收集口、11-箱体、12-锥形导流板、13-U型集灰挡板、14-第一电极板、15-第二电极板、16-柱状突起、17-孔位、18-作用面。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备主要包括箱体11、进气口1、混流控制室2、介电电泳除尘室4、柱状电极组件5、出口烟箱6、出气口7和集尘室9。其中箱体11为两头收窄中部鼓起的近似纺锤形结构，一头设置进气口1、另一头设置出气口7，靠进进气口1的收窄部为混流控制室2、鼓起部为介电电泳除尘室4、靠近出气口的收窄部为出口烟箱6。对应于介电电泳除尘室4下方的鼓起部上开口，从开口的外部连接一集尘室9，用于收集柱状电极组件通过介电电泳力捕获的微尘和颗粒物，在该集尘室9的底部制有可通向外部的灰尘收集口10。

在混流控制室2内垂直或近似垂直于气流方向安装有节流孔板3，节流孔板3可为平行排列的一组节流孔板，在节流孔板3上制有均匀分布的节流孔。节流孔板3作用为分隔和控制气流流动，使气流按要求的速度大小和方向进入介电电泳除尘室4,避免气流速度过大或方向偏斜影响介电电泳力的除尘效果。集尘室9与介电电泳除尘室4之间水平固装有一隔尘板8。隔尘板8为圆孔隔板、方孔隔板、格栅板或蜂窝隔板，目的是防止集尘室9内收集的灰尘被气流吹起，形成二次污染。

如图2所示，还可以采用如下方式：在混流控制室2内安装有与进气口1同轴并逐渐向介电电泳除尘室4扩展的锥形导流板12。锥形导流板12也可为同轴间隔套装的一组锥形导流板。锥形导流板12的作用是将进气口1的气流均匀分布，使气流按要求的速度大小和方向进入介电电泳除尘室4,避免气流速度过大或方向偏斜影响介电电泳力的除尘效果。除此之外，还在出口烟箱6内固装有一组平行排布的集灰挡板13，选取垂直于气流方向排布，且迎向气流方向一面向背向气流方向凹陷的U型板。

本发明所采用的柱状电极组件5，其具体结构为：

如图3、图4所示，本发明的柱状电极组件1包括第一电极板14、第二电极板15，第一电极板14和第二电极板15均为片状结构，其上均设置柱状突起16和孔位17，位于一电极板上的柱状突起16的形状尺寸与位于另一电极板上的孔位17的形状尺寸相配合，柱状突起16的高度与电极板的厚度一致。第一电极板14和第二电极板15外表面具有绝缘层，第一电极板14的柱状突起16和第二电极板15的孔位17的位置互补，反之亦然。

如图7、图8所示，安装时，第一电极板14、第二电极板15的突起面相对扣合，使第一电极板14的柱状突起16插入第二电极板15的孔位17之内，第二电极板15的柱状突起16插入第一电极板14的孔位17之内，两板的柱状突起16与孔位17配合为同心配合。第一电极板14的柱状突起16顶端与第二电极2的非突起面外表面平齐，第二电极板15的柱状突起16顶端与第一电极1的非突起面外表面平齐。

孔板电极组件的第一电极板及第二电极板上均设置使气体通过的缝隙，保证气流的通过性。缝隙可以在第一电极板及第二电极板上孔位与柱状凸起其余的位置上进行开通槽，从而形成供气流通过的缝隙。

第一电极板14和第二电极板15分别连接高频交流电源的不同输出端，通电时，在柱状突起16的周围形成一个发射非均电场的工作单元体。则介电电泳电极结构具有两个分布工作单元体的作用面18。根据所需处理的液体内颗粒自身特性，可变更柱状突起16和孔位17所组成的工作单元的横截面直径，和工作单元之间的间距距离，在介电电泳电极结构的两个作用面18上分布不均电场，实现对目标颗粒的在整个净化、分离、浓缩工作面上的高效工作处理。

第一电极板、第二电极板的板厚相同；柱状突起的横截面直径≤2.5mm；柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。

如图5、图6所示，以第一电极板14为例，第一电极板14通过一金属薄板或薄片冲压成型，其上的柱状突起16和孔位17呈相互交错的分布阵列。其分布方式包括：

1)第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起16，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位17。使柱状突起16相邻的4个位置上均为与之相异的孔位17，反之孔位17相邻的4个位置上均为与之相异的柱状突起16。当通电时，在介电电泳电极结构的面上形成无方向性的均匀分布的非均电场，即整体均匀分布，但在柱状突起16的周围为非均电场。

2)第n行均为柱状突起16/孔位17，第n+1行均为孔位17/柱状突起16。当通电时，在介电电泳电极结构的面上形成沿柱状突起16与孔位17配合形成的工作单元体分布的非均电场。

其第一电极板与第二电极板为连续的波纹板，并相互扣合。

如图9-图11所示，介电电泳电极结构，第一电极板14、第二电极板15分别连接高频交流电源的不同输出端，交流电相位相差180°。当接通交流电源时，由分别位于第一电极板14和第二电极板15的柱状突起16和孔位17共同构成的工作单元体向外发射非均电场，当交流电源输入的频率不同时，在作用面18上产生正介电电泳效应或负介电电泳效应。如图10所示，第一电极板14和第二电极板15分别连接高频交流电源的不同输出端，通电时，在柱状突起16与孔位17形成的发射非均电场的工作单元体顶部外平面的周围形成一个外放的强电场。

柱状电极组件中两电极板分别连接交流电源的一个输出端与另一个输出端，且优选两输出端之间的相位相差180°。当交流电源输入的频率不同时，产生正介电电泳效应或负介电电泳效应。含尘气流沿垂直于电极轴线方向进入四边形电极组区域，当经过交流电场覆盖范围时，其中的颗粒物受到介电电泳力的作用向电场强度大的方向移动，聚集于电极棱边处，当介电电泳力大于斯托克斯力时(颗粒物在低速流体中主要受力为粘滞阻力)，颗粒得以捕获在电极形成的电场范围内。且当颗粒浓度足够大时，电极周围的颗粒由于碰撞以及“链”效应凝聚成较大颗粒并沉降下来。这样就可以分离出气体或流体中的颗粒，并将它们收集起来。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，包括一箱体，所述箱体的两端设置进气口和出气口，中部设置除尘室，其特征在于：所述除尘室中设置柱状电极组件，所述柱状电极组件包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板；柱状电极组件包括第一电极板及第二电极板，在第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；第一电极板与第二电极板的带有柱状突起的突起面相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面，所述孔板电极组件的第一电极板及第二电极板上均设置使气体通过的缝隙；所述柱状电极组件垂直于气流方向，或与气流方向有锐角夹角。

2.根据权利要求1所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：靠近所述进气口的箱体中设置混流控制室，靠近所述出气口的箱体中设置出口烟箱，在所述除尘室的下部设置有集尘室，在所述集尘室的底部制有所述灰尘收集口；在所述混流控制室内纵向安装有节流孔板或与进气口同轴并渐扩的锥形导流板；在所述的出口烟箱内固装有一组平行排布的集灰挡板，所述集灰挡板为U型。

3.根据权利要求2所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的集尘室与除尘室之间水平固装有一隔尘板，隔尘板为圆孔隔板、方孔隔板、格栅板或蜂窝隔板。

4.根据权利要求1所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的第一电极板和第二电极板的表面具有绝缘层。

5.根据权利要求1或4所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的第一电极板、第二电极板的突起面相对扣合后，其中一电极板所制的柱状突起的顶端与另一电极板的非突起面齐平。

6.根据权利要求1所述的一种使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的第一电极板、第二电极板采用金属薄板或薄片冲压成型，其上成型的柱状突起和孔位形成相互交错的阵列分布。

7.根据权利要求6所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。

8.根据权利要求6所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行均为柱状突起或孔位，第n+1行均为孔位或柱状突起；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。

9.根据权利要求1或4或6或7或8所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的第一电极板、第二电极板的板厚相同；所述柱状突起的横截面直径≤2.5mm；所述柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。

10.根据权利要求1或4或6或7或8所述的使用柱状介电电泳电极的工业除尘设备，其特征在于：所述的第一电极板及第二电极板为波纹板。