CN110327723B - 一种声电耦合细颗粒物脱除装置及脱除细颗粒物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声电耦合细颗粒物脱除装置及脱除细颗粒物的方法，采用两个等尺寸等高并排布置的除尘箱体，声波发生器安装在除尘箱体的顶部，用于形成垂直贯通的声场；板电极分别贯穿一号除尘箱体的脉冲电晕放电凝并区和惯性沉降区以及二号除尘箱体的气溶胶收尘区和惯性收尘区；水槽分别位于脉冲电晕放电凝并区和气溶胶收尘区的上部，用于为板电极提供水流，使板电极内壁面形成水膜；线电极设置在脉冲电晕放电凝并区，芒刺线电极设置在声电耦合团聚收尘区，均用于产生径向分布的电场。本发明采用声场电场耦合作用，逐段分级凝并脱除，颗粒物适应范围广泛，细颗粒物脱除效率高，系统稳定运行时间较长。

Description

一种声电耦合细颗粒物脱除装置及脱除细颗粒物的方法

技术领域

本发明涉及烟气除尘技术领域，具体地讲，涉及一种声电耦合细颗粒物脱除装置及脱除细颗粒物的方法。

背景技术

煤炭燃烧在为我们提供热源和动力的同时，也带来了严重的颗粒物污染，在细颗粒物的来源中，燃煤锅炉排放占有很大一部分，特别是在各行业广泛使用的中小型工业锅炉和工业窑炉，由于缺乏相应的环保控制设备，污染尤为严重。气溶胶颗粒物，特别是细颗粒物PM_2.5，被排入到空气中之后会严重影响人们的日常生活和工作，甚至威胁到人们的生命安全。由于细颗粒物的体积小、重量轻，因此在大气中停留时间长，漂浮距离远，影响范围广。而且由于它独特的消光作用，会严重降低环境的能见度，造成大面积灰霾天气，影响人们正常出行。另外，细颗粒物的比表面积比较大，大量有毒有害的重金属会富集在其表面，而人体对细颗粒物的阻挡能力有限导致细颗粒物可以进入人体呼吸道、沉积在肺泡内，其中的重金属会进入人体血液，引发哮喘、支气管和心血管等方面的疾病，危害人体健康。

目前我国大多数燃煤电站锅炉主要采用静电除尘器（ESP）脱除尾部烟气中的颗粒物。高效的静电除尘器除尘效率可以高达99.9%，但是对于细颗粒物，尤其是粒径在0.1微米到1.0微米的颗粒物，仍然会有15%左右的比例逃逸到大气。因此考虑在静电收尘机制上叠加多种颗粒物团聚作用，让细颗粒物先团聚长大成较大粒径的颗粒物，再通过静电收尘作用进行收集。目前正在研究的团聚方法包括：电团聚、声波团聚、相变凝结长大和化学团聚等等，但是这些团聚方法单独作用时都有一定的弊端，对细颗粒物的团聚效果不是很明显，所以最终的细颗粒物脱除效率不能得到有效提高。

例如：授权公告号为CN103736356B的中国专利：一种声波凝聚-常规除尘复合的脱除细颗粒物的装置，该专利申请中采用在烟气管道四面或相邻两面铺设线声源或面声源，利用声波团聚机制使细颗粒物吸附到大颗粒物或细颗粒物凝聚成大颗粒物，再利用常规除尘器进行除尘，虽然能一定程度地脱除细颗粒物，但是脱除效率比较低。

因此，开发一种新型的基于多种方法协同作用的细颗粒物高效脱除装置非常必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、脱除效率高的声电耦合脱除细颗粒物的装置，并给出脱除细颗粒物的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种声电耦合细颗粒物脱除装置，包括竖直设置的尺寸相同且等高并排布置的一号除尘箱体和二号除尘箱体，所述一号除尘箱体和二号除尘箱体的顶部均设置有声波发生器，用于在除尘箱体内部形成垂直贯通的声场，所述除尘箱体的底部连接有灰斗，所述一号除尘箱体和二号除尘箱体通过斜坡输运区相连通；其特征在于：还包括聚效环、挡板、水膜电极外接水源接入管路、水槽和板电极；所述一号除尘箱体的上部设置有水平布置的气溶胶颗粒物入口通道，所述一号除尘箱体的下部沿灰斗壁面斜向上设置有与斜坡输运区相连通的出口通道；所述一号除尘箱体的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波预处理区、脉冲电晕放电凝并区和惯性沉降区；所述气溶胶颗粒物入口通道与气溶胶紊流及声波预处理区相连通；所述一号除尘箱体的出口通道与惯性沉降区相连通；所述二号除尘箱体的上部设置有水平布置并与斜坡输运区相连通的入口通道，所述二号除尘箱体的下部设置有水平布置的气溶胶出口通道；所述二号除尘箱体的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波团聚区、气溶胶收尘区和惯性收尘区；所述二号除尘箱体的入口通道与气溶胶紊流及声波团聚区相连通；所述二号除尘箱体的气溶胶出口通道与惯性收尘区相连通；所述聚效环分别与一号除尘箱体和二号除尘箱体的内壁贴合布置，并分别位于气溶胶紊流及声波预处理区和气溶胶紊流及声波团聚区内；所述板电极呈上下均开口的薄壁筒状结构，并分别与一号除尘箱体和二号除尘箱体的内壁保持一定距离地套装在一号除尘箱体和二号除尘箱体内，且分别贯穿一号除尘箱体的脉冲电晕放电凝并区和惯性沉降区以及二号除尘箱体的气溶胶收尘区和惯性收尘区；所述水槽分别位于脉冲电晕放电凝并区和气溶胶收尘区的上部，用于为板电极提供水流，使板电极的内壁面形成水膜；所述水膜电极外接水源接入管路与水槽相连通，所述挡板与板电极相邻布置；所述脉冲电晕放电凝并区的中心处沿竖直方向设置有线电极，用于产生径向分布的电场；所述气溶胶收尘区的中心处沿竖直方向设置有芒刺线电极，用于产生径向分布的电场。

优选的，所述一号除尘箱体和二号除尘箱体均为圆筒形结构；所述气溶胶颗粒物入口通道切向布置于气溶胶紊流及声波预处理区的顶部，与圆筒形一号除尘箱体以及聚效环共同构成切向进气的类旋风切割器结构；所述二号除尘箱体的入口通道切向布置于气溶胶紊流及声波团聚区的顶部，与圆筒形二号除尘箱体以及聚效环共同构成切向进气的类旋风切割器结构；所述气溶胶颗粒物入口通道和二号除尘箱体的入口通道采用相同方向的切向布置方式；所述聚效环的倾斜角设置至少为60º。

优选的，所述斜坡输运区的下部与一号除尘箱体的出口通道相连通，所述斜坡输运区的上部与二号除尘箱体的入口通道相连通；所述斜坡输运区的斜坡倾斜角设置与灰斗保持一致或至少为60º。

优选的，所述灰斗的底部开设有灰斗浆液出口；所述灰斗的内壁面涂覆有耐磨损耐腐蚀的吸声材料。

优选的，所述水膜电极外接水源接入管路从外部分别穿过一号除尘箱体和二号除尘箱体的箱体壁，从而连接水槽，用于给水槽供水。

优选的，所述水槽呈环状分别安装在一号除尘箱体、二号除尘箱体的内壁与板电极的外壁之间的区域内，并位于聚效环的下方，所述聚效环的下部连接一圈挡板，所述挡板的外壁与板电极内壁之间具有一定间隙；所述水槽的顶面略高于板电极的顶面，所述水槽的顶面上开设有溢流口，从溢流口流出的水在聚效环的底面以及挡板的作用下，沿所述挡板的外壁与板电极的内壁之间的间隙向下流出，使板电极形成水膜电极。

优选的，所述线电极连接有一根高压正脉冲电线；所述高压正脉冲电线的一端穿出一号除尘箱体，从而与外部电源连接。

优选的，所述芒刺线电极连接有一根高压负直流电线；所述高压负直流电线的一端穿出二号除尘箱体，从而与外部电源连接。

优选的，所述线电极、板电极和芒刺线电极均采用不锈钢材料；所述芒刺线电极上的芒刺等间距径向分布于电极上，在圆筒形二号除尘箱体内部构成径向分布的电场。

为解决上述技术问题，本发明还提供另一技术方案：一种利用声电耦合细颗粒物脱除装置进行脱除细颗粒物的方法，步骤如下：

第一步：启动装置：启动声波发生器，使一号除尘箱体和二号除尘箱体的内部形成垂直贯通的声场；通过水膜电极外接水源接入管路向水槽内供水，使板电极形成水膜电极；线电极和芒刺线电极分别通电产生径向分布的电场；

第二步：气溶胶颗粒物经气溶胶颗粒物入口通道进入气溶胶紊流及声波预处理区，随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着一号除尘箱体的箱体壁向下到达板电极后被水膜捕集冲刷进入灰斗；由于聚效环产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器产生的声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进了局部上升气流涡旋中颗粒物的碰撞团聚效应，以及在一号除尘箱体顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入脉冲电晕放电凝并区；

第三步：脉冲荷电凝并方法：线电极施加正脉冲高压电之后产生流光电晕放电，电晕区可以贯通正负电极，流光通道内存在大量高能量的电子和正负离子，电子的荷电能力强于离子，正离子的数目多于负离子，在整个脉冲周期内存在着电子的迁移扩散荷电以及离子的扩散荷电，使大小不同粒径的颗粒物带上不同极性的电荷，荷电颗粒通过扩散作用和库仑作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗，其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路进入水槽，水槽的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板与板电极的空隙处，在挡板的作用下，水流在板电极的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗并通过灰斗浆液出口向外排出，从而不会在板电极表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第四步：脉冲荷电凝并后的气溶胶颗粒物进入惯性沉降区，由于一号除尘箱体的出口通道呈斜向上布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流超过90º转向进入一号除尘箱体的出口通道，由于板电极的水膜冲刷作用在一号除尘箱体的出口通道处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物；

第五步：惯性沉降后的气溶胶颗粒物进入斜坡输运区，由于斜坡倾斜角设置与灰斗保持一致或至少为60º，使得气溶胶颗粒物中的大粒径颗粒物和携带的水汽粒子在重力作用下达到斜坡壁面并最终进入一号除尘箱体的灰斗；

第六步：斜坡输运后的气溶胶颗粒物经二号除尘箱体的入口通道进入气溶胶紊流及声波团聚区，随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着二号除尘箱体的箱体壁向下到达板电极后被水膜捕集冲刷进入灰斗；由于聚效环产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器产生的声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进了局部上升气流涡旋中颗粒物和携带的水汽粒子的碰撞团聚效应，以及在二号除尘箱体顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入气溶胶收尘区；

第七步：气溶胶收尘方法：在芒刺线电极上施加负直流高压电，芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与板电极之间的区域形成径向分布的电场，在狭小的电晕区域内同时存在大量的正离子、负离子和高能自由电子，在电晕区域内颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被异极性荷电，荷电颗粒通过扩散作用和库伦作用相互碰撞凝并；在电晕区域外，同时存在负离子和自由电子，颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被同极性荷电，部分荷电颗粒通过扩散作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗，其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路进入水槽，水槽的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板与板电极的空隙处，在挡板的作用下，水流在板电极的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗并通过灰斗浆液出口向外排出，从而不会在板电极表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第八步：剩余的气溶胶颗粒物进入惯性收尘区，由于气溶胶出口通道与气流流向呈垂直布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流90º转向进入气溶胶出口通道排出，由于板电极的水膜冲刷作用在气溶胶出口通道处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物，从而完成气溶胶颗粒物的脱除过程。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、除尘箱体采用多场协同作用的垂直一体化圆筒形结构形式，保持气溶胶颗粒物通道流场的畅通，避免局部区域出现积灰和结垢；

2、采用先预除尘、再声电耦合凝并、后声电耦合除尘的布置方式，将预除尘和声电耦合凝并集中在一个除尘箱体中，最大化实现颗粒物的第一级凝并脱除，然后通过声电耦合除尘实现颗粒物的高效脱除；

3、以垂直贯穿的声场和重力场作为基本作用场，依次结合离心分离作用、电凝并作用、电除尘作用和惯性沉降收尘作用，实现气溶胶颗粒物的脱除，尤其是细颗粒物的凝并脱除过程进行逐段分级，减轻了单一除尘区域的工作压力，有利于提高颗粒物的脱除效果；

4、将“气溶胶紊流及声波预处理区”和“气溶胶紊流及声波团聚区”分别布置每一个除尘箱体作用的最上端，一方面通过离心分离作用将大粒径颗粒物进行预分离去除，另一方面通过声场作用促进小粒径颗粒物的团聚，从而极大地减轻后续区域的凝并除尘工作负荷；同时，聚效环倾斜角设置为至少60º，远大于一般飞灰的安息角，避免聚效环的积灰；

5、在“脉冲电晕放电凝并区”中构建垂直贯通声场和径向分布电场的相互交叉作用场，一方面通过脉冲电晕放电产生的大量高能电子和大量离子强化大小不同粒径的颗粒物的异极性荷电效果，极大地促进了颗粒物的电凝并，同时相对直流放电提高了电场强度，也促进了荷电颗粒的凝并，另一方面声场耦合电场增大了颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，进一步促进颗粒物的碰撞凝并，增强了颗粒物的脱除效果；

6、在“气溶胶收尘区”中构建垂直贯通声场和径向分布电场的相互交叉作用场，增大了颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，进一步促进颗粒物的碰撞凝并，增强了颗粒物的脱除效果；

7、在“惯性沉降区”和“惯性收尘区”中将惯性分离和水幕冲洗作用相结合，进一步分离脱除气溶胶中的颗粒物；

8、采用水膜电极清灰方法，便于板电极的清灰，同时水膜电极垂直布置，在水力冲刷和流场力共同作用下，避免在板电极表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效果；

9、该声电耦合细颗粒物脱除装置将声波团聚、电凝并和静电收尘作用有效结合，采用逐段分级凝并脱除，使细颗粒物在电场力、声场力、热泳力、液桥力和固桥力等多种作用力的作用下团聚长大成较大粒径的颗粒物，最终通过静电除尘技术实现高效脱除，颗粒物适应范围广泛，细颗粒物脱除效率高，系统稳定运行时间较长。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：气溶胶颗粒物入口通道1、气溶胶紊流及声波预处理区2、脉冲电晕放电凝并区3、惯性沉降区4、斜坡输运区5、气溶胶紊流及声波团聚区6、气溶胶收尘区7、惯性收尘区8、气溶胶出口通道9、声波发生器10、聚效环11、挡板12、水膜电极外接水源接入管路13、水槽14、高压正脉冲电线15、线电极16、板电极17、灰斗18、灰斗浆液出口19、高压负直流电线20、芒刺线电极21、一号除尘箱体22、二号除尘箱体23。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例中的声电耦合细颗粒物脱除装置，包括竖直设置的尺寸相同且等高并排布置的一号除尘箱体22和二号除尘箱体23，一号除尘箱体22和二号除尘箱体23的顶部均设置有声波发生器10，用于在除尘箱体内部形成垂直贯通的声场，除尘箱体的底部连接有灰斗18，一号除尘箱体22和二号除尘箱体23通过斜坡输运区5相连通；还包括聚效环11、挡板12、水膜电极外接水源接入管路13、水槽14和板电极17。

本实施例中，一号除尘箱体22的上部设置有水平布置的气溶胶颗粒物入口通道1，一号除尘箱体22的下部沿灰斗18壁面斜向上设置有与斜坡输运区5相连通的出口通道；一号除尘箱体22的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波预处理区2、脉冲电晕放电凝并区3和惯性沉降区4；气溶胶颗粒物入口通道1与气溶胶紊流及声波预处理区2相连通；一号除尘箱体22的出口通道与惯性沉降区4相连通。

本实施例中，二号除尘箱体23的上部设置有水平布置并与斜坡输运区5相连通的入口通道，二号除尘箱体23的下部设置有水平布置的气溶胶出口通道9；二号除尘箱体23的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波团聚区6、气溶胶收尘区7和惯性收尘区8；二号除尘箱体23的入口通道与气溶胶紊流及声波团聚区6相连通；二号除尘箱体23的气溶胶出口通道9与惯性收尘区8相连通。

本实施例中，聚效环11分别与一号除尘箱体22和二号除尘箱体23的内壁贴合布置，并分别位于气溶胶紊流及声波预处理区2和气溶胶紊流及声波团聚区6内；板电极17呈上下均开口的薄壁筒状结构，并分别与一号除尘箱体22和二号除尘箱体23的内壁保持一定距离地套装在一号除尘箱体22和二号除尘箱体23内，且分别贯穿一号除尘箱体22的脉冲电晕放电凝并区3和惯性沉降区4以及二号除尘箱体23的气溶胶收尘区7和惯性收尘区8；水槽14分别位于脉冲电晕放电凝并区3和气溶胶收尘区7的上部，用于为板电极17提供水流，使板电极17的内壁面形成水膜；水膜电极外接水源接入管路13与水槽14相连通，挡板12与板电极17相邻布置；脉冲电晕放电凝并区3的中心处沿竖直方向设置有线电极16，用于产生径向分布的电场；气溶胶收尘区7的中心处沿竖直方向设置有芒刺线电极21，用于产生径向分布的电场。

本实施例中，一号除尘箱体22和二号除尘箱体23均为圆筒形结构；气溶胶颗粒物入口通道1切向布置于气溶胶紊流及声波预处理区2的顶部，与圆筒形一号除尘箱体22以及聚效环11共同构成切向进气的类旋风切割器结构；二号除尘箱体23的入口通道切向布置于气溶胶紊流及声波团聚区6的顶部，与圆筒形二号除尘箱体23以及聚效环11共同构成切向进气的类旋风切割器结构；气溶胶颗粒物入口通道1和二号除尘箱体23的入口通道采用相同方向的切向布置方式；聚效环11的倾斜角设置至少为60º。

本实施例中，斜坡输运区5的下部与一号除尘箱体22的出口通道相连通，斜坡输运区5的上部与二号除尘箱体23的入口通道相连通；斜坡输运区5的斜坡倾斜角设置与灰斗18保持一致或至少为60º。

本实施例中，灰斗18的底部开设有灰斗浆液出口19；灰斗18的内壁面涂覆有耐磨损耐腐蚀的吸声材料。

本实施例中，水膜电极外接水源接入管路13从外部分别穿过一号除尘箱体22和二号除尘箱体23的箱体壁，从而连接水槽14，用于给水槽14供水。

本实施例中，水槽14呈环状分别安装在一号除尘箱体22、二号除尘箱体23的内壁与板电极17的外壁之间的区域内，并位于聚效环11的下方，聚效环11的下部连接一圈挡板12，挡板12的外壁与板电极17内壁之间具有一定间隙；水槽14的顶面略高于板电极17的顶面，水槽14的顶面上开设有溢流口，从溢流口流出的水在聚效环11的底面以及挡板12的作用下，沿挡板12的外壁与板电极17的内壁之间的间隙向下流出，使板电极17形成水膜电极。

本实施例中，线电极16连接有一根高压正脉冲电线15；高压正脉冲电线15的一端穿出一号除尘箱体22，从而与外部电源连接。

本实施例中，芒刺线电极21连接有一根高压负直流电线20；高压负直流电线20的一端穿出二号除尘箱体23，从而与外部电源连接。

本实施例中，线电极16、板电极17和芒刺线电极21均采用不锈钢材料；芒刺线电极21上的芒刺等间距径向分布于电极上，在圆筒形二号除尘箱体23内部构成径向分布的电场。

本实施例中，利用声电耦合细颗粒物脱除装置进行脱除细颗粒物的方法，步骤如下：

第一步：启动装置：启动声波发生器10，使一号除尘箱体22和二号除尘箱体23的内部形成垂直贯通的声场；通过水膜电极外接水源接入管路13向水槽14内供水，使板电极17形成水膜电极；线电极16和芒刺线电极21分别通电产生径向分布的电场；

第二步：气溶胶颗粒物经气溶胶颗粒物入口通道1进入气溶胶紊流及声波预处理区2，随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着一号除尘箱体22的箱体壁向下到达板电极17后被水膜捕集冲刷进入灰斗18；由于聚效环11产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器10产生的声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进了局部上升气流涡旋中颗粒物的碰撞团聚效应，以及在一号除尘箱体22顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入脉冲电晕放电凝并区3；

第三步：脉冲荷电凝并方法：线电极16施加正脉冲高压电之后产生流光电晕放电，电晕区可以贯通正负电极，流光通道内存在大量高能量的电子和正负离子，电子的荷电能力强于离子，正离子的数目多于负离子，在整个脉冲周期内存在着电子的迁移扩散荷电以及离子的扩散荷电，使大小不同粒径的颗粒物带上不同极性的电荷，荷电颗粒通过扩散作用和库仑作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极17移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗18，其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路13进入水槽14，水槽14的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽14内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板12与板电极17的空隙处，在挡板12的作用下，水流在板电极17的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极17捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗18并通过灰斗浆液出口19向外排出，从而不会在板电极17表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第四步：脉冲荷电凝并后的气溶胶颗粒物进入惯性沉降区4，由于一号除尘箱体22的出口通道呈斜向上布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗18被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流超过90º转向进入一号除尘箱体22的出口通道，由于板电极17的水膜冲刷作用在一号除尘箱体22的出口通道处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物；

第五步：惯性沉降后的气溶胶颗粒物进入斜坡输运区5，由于斜坡倾斜角设置与灰斗18保持一致或至少为60º，使得气溶胶颗粒物中的大粒径颗粒物和携带的水汽粒子在重力作用下达到斜坡壁面并最终进入一号除尘箱体22的灰斗18；

第六步：斜坡输运后的气溶胶颗粒物经二号除尘箱体23的入口通道进入气溶胶紊流及声波团聚区6，随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着二号除尘箱体23的箱体壁向下到达板电极17后被水膜捕集冲刷进入灰斗18；由于聚效环11产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器10产生的声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进了局部上升气流涡旋中颗粒物和携带的水汽粒子的碰撞团聚效应，以及在二号除尘箱体23顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入气溶胶收尘区7；

第七步：气溶胶收尘方法：在芒刺线电极21上施加负直流高压电，芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与板电极17之间的区域形成径向分布的电场，在狭小的电晕区域内同时存在大量的正离子、负离子和高能自由电子，在电晕区域内颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被异极性荷电，荷电颗粒通过扩散作用和库伦作用相互碰撞凝并；在电晕区域外，同时存在负离子和自由电子，颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被同极性荷电，部分荷电颗粒通过扩散作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用（同向团聚、声致湍流和声波尾流效应）促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极17移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗18，其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路13进入水槽14，水槽14的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽14内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板12与板电极17的空隙处，在挡板12的作用下，水流在板电极17的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极17捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗18并通过灰斗浆液出口19向外排出，从而不会在板电极17表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第八步：剩余的气溶胶颗粒物进入惯性收尘区8，由于气溶胶出口通道9与气流流向呈垂直布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗18被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流90º转向进入气溶胶出口通道9排出，由于板电极17的水膜冲刷作用在气溶胶出口通道9处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物，从而完成气溶胶颗粒物的脱除过程。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种声电耦合细颗粒物脱除装置，包括竖直设置的尺寸相同且等高并排布置的一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23），所述一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）的顶部均设置有声波发生器（10），用于在除尘箱体内部形成垂直贯通的声场，所述除尘箱体的底部连接有灰斗（18），所述一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）通过斜坡输运区（5）相连通；其特征在于：还包括聚效环（11）、挡板（12）、水膜电极外接水源接入管路（13）、水槽（14）和板电极（17）；所述一号除尘箱体（22）的上部设置有水平布置的气溶胶颗粒物入口通道（1），所述一号除尘箱体（22）的下部沿灰斗（18）壁面斜向上设置有与斜坡输运区（5）相连通的出口通道；所述一号除尘箱体（22）的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波预处理区（2）、脉冲电晕放电凝并区（3）和惯性沉降区（4）；所述气溶胶颗粒物入口通道（1）与气溶胶紊流及声波预处理区（2）相连通；所述一号除尘箱体（22）的出口通道与惯性沉降区（4）相连通；所述二号除尘箱体（23）的上部设置有水平布置并与斜坡输运区（5）相连通的入口通道，所述二号除尘箱体（23）的下部设置有水平布置的气溶胶出口通道（9）；所述二号除尘箱体（23）的内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波团聚区（6）、气溶胶收尘区（7）和惯性收尘区（8）；所述二号除尘箱体（23）的入口通道与气溶胶紊流及声波团聚区（6）相连通；所述二号除尘箱体（23）的气溶胶出口通道（9）与惯性收尘区（8）相连通；所述聚效环（11）分别与一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）的内壁贴合布置，并分别位于气溶胶紊流及声波预处理区（2）和气溶胶紊流及声波团聚区（6）内；所述板电极（17）呈上下均开口的薄壁筒状结构，并分别与一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）的内壁保持一定距离地套装在一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）内，且分别贯穿一号除尘箱体（22）的脉冲电晕放电凝并区（3）和惯性沉降区（4）以及二号除尘箱体（23）的气溶胶收尘区（7）和惯性收尘区（8）；所述水槽（14）分别位于脉冲电晕放电凝并区（3）和气溶胶收尘区（7）的上部，用于为板电极（17）提供水流，使板电极（17）的内壁面形成水膜；所述水膜电极外接水源接入管路（13）与水槽（14）相连通，所述挡板（12）与板电极（17）相邻布置；所述脉冲电晕放电凝并区（3）的中心处沿竖直方向设置有线电极（16），用于产生径向分布的电场；所述气溶胶收尘区（7）的中心处沿竖直方向设置有芒刺线电极（21），用于产生径向分布的电场；所述灰斗（18）的底部开设有灰斗浆液出口（19）；所述线电极（16）连接有一根高压正脉冲电线（15）；所述芒刺线电极（21）连接有一根高压负直流电线（20）。

2.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）均为圆筒形结构；所述气溶胶颗粒物入口通道（1）切向布置于气溶胶紊流及声波预处理区（2）的顶部，与圆筒形一号除尘箱体（22）以及聚效环（11）共同构成切向进气的类旋风切割器结构；所述二号除尘箱体（23）的入口通道切向布置于气溶胶紊流及声波团聚区（6）的顶部，与圆筒形二号除尘箱体（23）以及聚效环（11）共同构成切向进气的类旋风切割器结构；所述气溶胶颗粒物入口通道（1）和二号除尘箱体（23）的入口通道采用相同方向的切向布置方式；所述聚效环（11）的倾斜角设置至少为60º。

3.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述斜坡输运区（5）的下部与一号除尘箱体（22）的出口通道相连通，所述斜坡输运区（5）的上部与二号除尘箱体（23）的入口通道相连通；所述斜坡输运区（5）的斜坡倾斜角设置与灰斗（18）保持一致或至少为60º。

4.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述灰斗（18）的内壁面涂覆有耐磨损耐腐蚀的吸声材料。

5.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述水膜电极外接水源接入管路（13）从外部分别穿过一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）的箱体壁，从而连接水槽（14），用于给水槽（14）供水。

6.根据权利要求1或5所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述水槽（14）呈环状分别安装在一号除尘箱体（22）、二号除尘箱体（23）的内壁与板电极（17）的外壁之间的区域内，并位于聚效环（11）的下方，所述聚效环（11）的下部连接一圈挡板（12），所述挡板（12）的外壁与板电极（17）内壁之间具有一定间隙；所述水槽（14）的顶面高于板电极（17）的顶面，所述水槽（14）的顶面上开设有溢流口，从溢流口流出的水在聚效环（11）的底面以及挡板（12）的作用下，沿所述挡板（12）的外壁与板电极（17）的内壁之间的间隙向下流出，使板电极（17）形成水膜电极。

7.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述高压正脉冲电线（15）的一端穿出一号除尘箱体（22），从而与外部电源连接。

8.根据权利要求1所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述高压负直流电线（20）的一端穿出二号除尘箱体（23），从而与外部电源连接。

9.根据权利要求1或7或8所述的声电耦合细颗粒物脱除装置，其特征在于：所述线电极（16）、板电极（17）和芒刺线电极（21）均采用不锈钢材料；所述芒刺线电极（21）上的芒刺等间距径向分布于电极上，在圆筒形二号除尘箱体（23）内部构成径向分布的电场。

10.一种利用权利要求1-9任一权利要求所述的声电耦合细颗粒物脱除装置进行脱除细颗粒物的方法，其特征在于：步骤如下：

第一步：启动装置：启动声波发生器（10），使一号除尘箱体（22）和二号除尘箱体（23）的内部形成垂直贯通的声场；通过水膜电极外接水源接入管路（13）向水槽（14）内供水，使板电极（17）形成水膜电极；线电极（16）和芒刺线电极（21）分别通电产生径向分布的电场；

第二步：气溶胶颗粒物经气溶胶颗粒物入口通道（1）进入气溶胶紊流及声波预处理区（2），随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着一号除尘箱体（22）的箱体壁向下到达板电极（17）后被水膜捕集冲刷进入灰斗（18）；由于聚效环（11）产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器（10）产生的声场作用促进了局部上升气流涡旋中颗粒物的碰撞团聚效应，以及在一号除尘箱体（22）顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入脉冲电晕放电凝并区（3）；

第三步：脉冲荷电凝并方法：线电极（16）施加正脉冲高压电之后产生流光电晕放电，电晕区可以贯通正负电极，流光通道内存在大量高能量的电子和正负离子，电子的荷电能力强于离子，正离子的数目多于负离子，在整个脉冲周期内存在着电子的迁移扩散荷电以及离子的扩散荷电，使大小不同粒径的颗粒物带上不同极性的电荷，荷电颗粒通过扩散作用和库仑作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极（17）移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗（18），其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路（13）进入水槽（14），水槽（14）的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽（14）内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板（12）与板电极（17）的空隙处，在挡板（12）的作用下，水流在板电极（17）的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极（17）捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗（18）并通过灰斗浆液出口（19）向外排出，从而不会在板电极（17）表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第四步：脉冲荷电凝并后的气溶胶颗粒物进入惯性沉降区（4），由于一号除尘箱体（22）的出口通道呈斜向上布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗（18）被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流超过90º转向进入一号除尘箱体（22）的出口通道，由于板电极（17）的水膜冲刷作用在一号除尘箱体（22）的出口通道处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物；

第五步：惯性沉降后的气溶胶颗粒物进入斜坡输运区（5），由于斜坡倾斜角设置与灰斗（18）保持一致或至少为60º，使得气溶胶颗粒物中的大粒径颗粒物和携带的水汽粒子在重力作用下达到斜坡壁面并最终进入一号除尘箱体（22）的灰斗（18）；

第六步：斜坡输运后的气溶胶颗粒物经二号除尘箱体（23）的入口通道进入气溶胶紊流及声波团聚区（6），随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着二号除尘箱体（23）的箱体壁向下到达板电极（17）后被水膜捕集冲刷进入灰斗（18）；由于聚效环（11）产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器（10）产生的声场作用促进了局部上升气流涡旋中颗粒物和携带的水汽粒子的碰撞团聚效应，以及在二号除尘箱体（23）顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入气溶胶收尘区（7）；

第七步：气溶胶收尘方法：在芒刺线电极（21）上施加负直流高压电，芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与板电极（17）之间的区域形成径向分布的电场，在狭小的电晕区域内同时存在大量的正离子、负离子和高能自由电子，在电晕区域内颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被异极性荷电，荷电颗粒通过扩散作用和库伦作用相互碰撞凝并；在电晕区域外，同时存在负离子和自由电子，颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被同极性荷电，部分荷电颗粒通过扩散作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极（17）移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗（18），其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路（13）进入水槽（14），水槽（14）的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽（14）内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板（12）与板电极（17）的空隙处，在挡板（12）的作用下，水流在板电极（17）的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极（17）捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗（18）并通过灰斗浆液出口（19）向外排出，从而不会在板电极（17）表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第八步：剩余的气溶胶颗粒物进入惯性收尘区（8），由于气溶胶出口通道（9）与气流流向呈垂直布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗（18）被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流90º转向进入气溶胶出口通道（9）排出，由于板电极（17）的水膜冲刷作用在气溶胶出口通道（9）处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物，从而完成气溶胶颗粒物的脱除过程。

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