CN111250263A - 荷电磁电复合场凝并装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种荷电磁电复合场凝并装置，包括用于传输粉尘气体的管道，所述管道于粉尘气体流动方向的两侧位置各设置有一组荷电机构，每组荷电机构均包括有朝管道中心方向依次排布的高压电晕极、接地极，所述两个高压电晕极分别通以反相且频率相同的高压交流电，每组荷电机构的高压电晕极与接地极之间均间隔形成有第一通路，两组荷电机构的接地极之间则间隔形成有第二通路，所述接地极包括有多个孔洞，所述两个高压电晕极之间还布置有磁场，所述磁场的磁感线与所述两组荷电机构的电场方向相平行。本发明相对于常规的荷电凝并装置而言，体积更小，能够有效改善电荷耗尽效应，且磁电凝并提高了凝并效率并降低了能耗。

Description

荷电磁电复合场凝并装置
技术领域
本发明涉及粉尘除尘领域，具体为一种荷电磁电复合场凝并装置。
背景技术
雾霾天气中，可吸入颗粒物是最主要的污染物，即PM2.5。PM2.5就是指粒径小于等于2.5的颗粒物。跟较大的颗粒物相比，PM2.5活性强，粒径小，一般附带有害、有毒物质（例如，细菌、病毒等），且在大气中的运动距离远，停留时间长，因而对空气质量和人体健康影响更大。由于细颗粒物（PM10、PM2.5）的粒径小，较难去除。一种有效的解决办法是通过荷电—凝并装置来改变空气中粉尘粒子的粒径分布，让细颗粒物粘附在大颗粒物上或是使细颗粒物之间相互粘附以能够凝并成大颗粒物，从而使之能够更容易的从空气中被分离、脱除。
现有的粒子凝并技术一般包括化学凝并技术、声凝并技术、电场凝并技术、湍流凝并技术等，其中凝并效率比较高的是电场凝并技术。目前现有技术中存在一种利用电场凝并技术实现的粉尘荷电凝并装置，其主要包括有可供气体通过的管道，管道中沿气体流经方向依次设置有荷电机构和电场凝并机构，其中荷电机构包括正高压电晕极、负高压电晕极和接地极，基于正高压电晕极在通电时朝接地极发射正离子、负高压电晕极在通电时朝接地极发射负离子的原理，使粉尘粒子在经过荷电机构时一部分带上正电荷，一部分则带上负电荷，以形成异极性荷电粒子。这些异极性荷电粒子经过电场凝并机构时，在电场力作用下做反向运动，进而能够相互碰撞凝聚形成大颗粒物。
现有的荷电凝并装置存在以下缺陷：
1）荷电机构和凝并机构各自独立运作，气体需要依次经过荷电装置和凝并装置进行荷电凝并，造成整个荷电凝并装置体积庞大，占用较多空间；
2）异极性荷电粒子相互碰撞凝并后，其所带的电荷会被中和，发生电荷耗尽效应，不利于后续的除尘。
3）电场凝并消耗比较多的电能，且凝并效率有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种体积更小、凝并效率更高，且能够有效改善电荷耗尽效应的荷电磁电复合场凝并装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种荷电磁电复合场凝并装置，包括用于传输粉尘气体的管道，所述管道于粉尘气体流动方向的两侧位置各设置有一组荷电机构，每组荷电机构均包括有朝管道中心方向依次排布的高压电晕极、接地极，所述两个高压电晕极分别通以反相且频率相同的高压交流电，每组荷电机构的高压电晕极与接地极之间均间隔形成有第一通路，两组荷电机构的接地极之间则间隔形成有第二通路，所述接地极包括有多个可供正负离子和异极性荷电粒子在第一通路和第二通路之间经过的孔洞，所述两个高压电晕极之间还布置有磁场，所述磁场的磁感线与所述两组荷电机构的电场方向相平行。
本发明的有益效果是：本发明将传统荷电凝并装置中的荷电部分和凝并部分结合在一起，减小了荷电凝并装置的整体体积。两个高压电晕极在通以反相且频率相同的高压交流电时，能够不断交替产生正负离子，一部分离子在朝接地极方向运动的过程中附着在流经第一通路的粉尘颗粒上，另一部分离子则会穿过接地极的孔洞进入到第二通路中并附着在流经第二通路的粉尘颗粒上，这些带有正负电荷的异极性荷电粒子在磁场洛伦兹力和电场力的综合作用下，做反向的螺旋运动，进而能够相互碰撞并凝并成大粒径的粉尘颗粒，提高了粉尘颗粒的凝并效率。由于粉尘颗粒的荷电和凝并同时进行，经过处理后的粉尘颗粒上仍然附着有电荷，后续除尘过程中不需要再重新进行荷电，方便后续除尘。
进一步地，所述高压电晕极包括高压极板以及多个均布在高压极板上的芒刺，所述接地极的孔洞设置在与芒刺相对齐的位置。
进一步设置带来的优点是：当高压极板通以高压交流电时会在芒刺的尖端处产生电晕放电作用，由于接地极的孔洞设置在与芒刺相对齐的位置，使得电晕时产生的部分离子能够穿过孔洞进入到第二通路中。
进一步地，所述两组荷电机构的芒刺及孔洞均为相互对齐设置。
进一步设置带来的优点是：使正负离子能够运动至更远的距离，能够提高荷电效果。
进一步地，所述接地极包括有两个平行设置的支撑棒以及多个连接在两根支撑棒之间的连接杆，所述多个连接杆沿支撑棒的两端方向均布，所述孔洞由多个连接杆之间相互间隔形成。
进一步设置带来的优点是：使接地极的结构更加简单，方便加工制造，且两根支撑棒之间的多个连接杆之间能够形成栅栏状的孔洞，具有较大的孔隙，使正负离子和异极性荷电粒子更容易穿过孔洞，方便对第二通路中的粉尘颗粒进行荷电以及方便异极性荷电粒子之间的碰撞凝并，同时栅栏状的孔洞也具有一定的扰流作用，能够提高凝并效果。
进一步地，所述连接杆与管道内的气体流向相垂直。
进一步设置带来的优点是：能够进一步地提高扰流效果。
进一步地，所述磁场形成于两个永磁体之间。
进一步设置带来的优点是：利用永磁体来提供所述磁场，不需要消耗电能，能够节约能耗，降低使用成本。
进一步地，所述两个永磁体分别设置在两个高压电晕极的背向接地极的一侧。
进一步设置带来的优点是：使永磁体不容易对电晕产生干涉，提高荷电凝并过程的稳定性。
进一步地，所述高压极板由黄铜材质制成。
进一步设置带来的优点是：黄铜材质具有更好的导电性能，且由于黄铜是非磁性材料，磁感线可以毫无阻挡地穿过它们，不会对磁场产生影响。
进一步地，所述芒刺由不锈钢材质制成。
进一步设置带来的优点是：不锈钢材质具有耐生锈、耐腐蚀等优点，还能够提高电晕发生效果。
进一步地，所述接地极由不锈钢材质制成。
进一步设置带来的优点是：不锈钢材质具有耐生锈、耐腐蚀等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构图；
图2为本发明实施例的侧视图；
图3为本发明实施例的俯视图；
图4为本发明的另一个实施方式的侧视图；
图5为本发明中荷电粒子在磁电复合场中的运动原理图。
具体实施方式
本发明荷电磁电复合场凝并装置的实施例如图1-3所示：包括用于传输粉尘气体的管道1，所述管道1两端分别包括有入口11和出口12，所述粉尘气体能够沿着入口11进入管道1并从出口12流出，所述管道1其宽度方向上的截面为矩形，但在其他示例中也可以是其他多边形或者圆形，所述管道1于粉尘气体流动方向的两侧位置各设置有一组荷电机构，所述两组荷电机构优选的固定设置在管道1的两个相对设置的内侧壁（13,14）处，采用这样设置对荷电机构具有一定的隐藏和遮挡效果，提高美观性，每组荷电机构均包括有朝管道1中心方向依次排布的高压电晕极21、接地极22，两组荷电机构的高压电晕极21、接地极22均沿同一直线方向排布，高压电晕极21在通以高压电时能够产生电晕作用，而电晕作用所产生正或负离子在接地极22的吸引下能够朝着接地极22方向运动，所述两个高压电晕极21分别通以反相且频率相同的高压交流电，所述高压电流电可以由两个分别连接在所述两个荷电机构上的高压反相AC电源3所提供，每组荷电机构的高压电晕极21与接地极22之间均间隔形成有第一通路41，两组荷电机构的接地极22之间则间隔形成有第二通路42，粉尘气体在通过管道1时会同时流经第一通路41和第二通路42，所述接地极22包括有多个可供正负离子和异极性荷电粒子在第一通路41和第二通路42之间经过的孔洞221，所述两个高压电晕极21之间还布置有磁场，所述磁场的磁感线a与所述两组荷电机构的电场方向相平行，在本实施例中所述磁感线a与两组荷电机构中高压电晕极21、接地极22的排布方向相平行，第二通路42的设置可以增大粉尘气体的流量，通过两个所述高压反相AC电源为两个荷电机构进行供电不仅可以使之产生双极性电晕，对粉尘颗粒进行异极性荷电，而且在两个高压极板211间形成交流电场，促进粉尘颗粒的荷电及凝并。
两个高压电晕极21在通以反相且频率相同的高压交流电时，能够不断交替产生正负离子，一部分离子在朝接地极22方向运动的过程中附着在流经第一通路41的粉尘颗粒上，另一部分离子则会穿过接地极22的孔洞进入到第二通路42中并附着在流经第二通路42的粉尘颗粒上，这些带有正负电荷的异极性荷电粒子在磁场洛伦兹力和电场力的综合作用下，做反相的螺旋运动，进而能够相互碰撞并凝并成大粒径的粉尘颗粒，提高了粉尘颗粒的凝并效率。由于粉尘颗粒的荷电和凝并同时进行，凝并后的粉尘颗粒上仍然附着有电荷，后续除尘过程中不需要再重新进行荷电，方便后续除尘。
所述高压电晕极21包括高压极板211以及多个均布在高压极板211上的芒刺212，这些芒刺212优选的沿高压极板211的长度及宽度方向均匀排布，所述芒刺212优选的至少其端部呈锥形，提高电晕效果。
所述接地极22的孔洞221设置在与芒刺212的尖端相对齐的位置，这使得芒刺212的尖端处产生的正负离子能够更好地穿过孔洞221从而进入到第二通路42中去。所述两组荷电机构的芒刺212及孔洞221均为相互对齐设置，这使得一些未附着在粉尘颗粒上的正负离子能够运动至更远的距离，从而能够提高荷电效果。由于电晕作用时产生的离子风一般是发散形的，总体方向为朝向接地极方向，为了使离子能够更好地穿过孔洞221，实际实施时可根据使用效果对孔洞221的孔径大小进行合理的配置。
所述接地极22包括有两个平行设置的支撑棒222以及多个连接在两根支撑棒222之间的连接杆223，所述多个连接杆223沿支撑棒222的两端方向均布，所述孔洞221由多个连接杆223之间相互间隔形成，这些连接杆223之间的孔洞221为栅栏状的结构，这些孔洞221能够在异极性荷电粒子沿管道1运动时对其产生扰流作用，能够提高凝并效果。所述两个支撑棒222设置在与高压电晕极21上下两侧相对应的位置，能够提高接地极22与高压电晕极21之间的覆盖面积，从而能够提高荷电和凝并效率，所述连接杆223优选的与管道1内的粉尘气体流向相垂直，能够进一步地提高扰流效果。
所述接地极22优选的由不锈钢材质制成，具有耐生锈、耐腐蚀等优点。
所述磁场可以是由电磁铁提供，但为了降低能耗及成本，优选的是由两个永磁体5所提供，两个间隔设置的永磁体5之间能够相互作用并形成磁场，两个永磁体5面对面朝向的磁极为相反的磁极，永磁体5优选采用钕铁硼强磁铁，其使用寿命较长，且具有更强的磁力。单个所述永磁体5可以一体成型的，也可以是由多个小的子永磁铁所组成。
为了进一步地减小体积以及对高压电晕的干扰，所述两个永磁体5分别设置在两个高压电晕极21的背向接地极22的一侧，且永磁体5设置在与其相邻的高压电晕极21和管道1内壁之间。
所述高压极板211优选的由黄铜材质制成，黄铜具有更好的导电性能，且为非磁性材料，位于两个高压极板211背面的两个永磁体5的磁感线可以毫无阻挡地穿过高压极板211，不会对磁场产生影响。
而所述芒刺212则优选的由不锈钢材质制成，能够提高电晕效果，长时间使用也不容易生锈，芒刺212的根部直接通过焊接方式连接固定在高压极板211上。
实际实施时，在将高压反相AC电源的电压设定为20-120KV，频率为20-100Hz，高压电晕极21与对应的接地极22的距离60-300mm，对应的两个接地极22之间的距离也为60-300mm，芒刺212长度为4-8mm时，能够处理的粉尘气体的流速能够达到5-20m/s。
本发明的另一个实施方式如图4所示，其与上述实施例的主要区别在于所述两个高压极板211及永磁体5均设置在管道1两侧外壁处，高压极板211和永磁体5可通过固定在管道1外壁上的壳体6进行安装固定及保护，将其设置在管道1外壁处可方便对其进行维修、更换等维护，也不容易对管道1的气体流量造成影响。当然，将其设置在管道1外壁时，所述芒刺212尖端穿过管壁后置于管道内侧，便于发生荷电作用，壳体6和管道1的材质优选为不导电且非磁性的材质，永磁体5的磁感线也可以透过管壁。
上述实施例中异极性荷电粒子在磁电复合场中的运动原理如图5所示：磁场方向、电场方向相平行，荷电粒子在垂直于磁场的方向上，粒子受到洛伦兹力的作用做匀速圆周运动。洛伦兹力与匀速圆周运动方向相垂直。在平行于电场的方向上，荷电粒子受到电场力的作用做变速直线运动。综合作用下，荷电粒子运动呈现螺旋运动形式。
上述实施例仅作为参考，代表本发明中的一种特例，其他基于本发明中记载的方法都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种荷电磁电复合场凝并装置，包括用于传输粉尘气体的管道，其特征在于：所述管道于粉尘气体流动方向的两侧位置各设置有一组荷电机构，每组荷电机构均包括有朝管道中心方向依次排布的高压电晕极、接地极，所述两个高压电晕极分别通以反相且频率相同的高压交流电，每组荷电机构的高压电晕极与接地极之间均间隔形成有第一通路，两组荷电机构的接地极之间则间隔形成有第二通路，所述接地极包括有多个可供正负离子和异极性荷电粒子在第一通路和第二通路之间经过的孔洞，所述两个高压电晕极之间还布置有磁场，所述磁场的磁感线与所述两组荷电机构的电场方向相平行。
2.根据权利要求1所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述高压电晕极包括高压极板以及多个均布在高压极板上的芒刺，所述接地极的孔洞设置在与芒刺相对齐的位置。
3.根据权利要求2所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述两组荷电机构的芒刺及孔洞均为相互对齐设置。
4.根据权利要求1所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述接地极包括有两个平行设置的支撑棒以及多个连接在两根支撑棒之间的连接杆，所述多个连接杆沿支撑棒的两端方向均布，所述孔洞由多个连接杆之间相互间隔形成。
5.根据权利要求4所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述连接杆与管道内的气体流向相垂直。
6.根据权利要求1所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述磁场形成于两个永磁体之间。
7.根据权利要求6所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述两个永磁体分别设置在两个高压电晕极的背向接地极的一侧。
8.根据权利要求7所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述高压极板由黄铜材质制成。
9.根据权利要求2或3所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述芒刺由不锈钢材质制成。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的荷电磁电复合场凝并装置，其特征在于：所述接地极由不锈钢材质制成。
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