CN115382323A - 一种智能化感应式静电喷雾降尘系统 - Google Patents

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韩涵
章琦
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Abstract

本发明公开一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，包括供水管路、供气管路、感应式静电双流体喷嘴、粉尘浓度传感器、PLC控制器以及高压静电发生器；供水管路与供气管路上依次安装电磁阀与水压、气压传感器，与感应式静电双流体喷嘴中进水口、进气口相连；感应式静电双流体喷嘴由感应式充电装置、安装底座及双流体喷嘴组成，通过电线与高压静电发生器相连；PLC控制器的信号输入端与粉尘浓度传感器、水压传感器、气压传感器、高压静电发生器连接，PLC控制器的信号输出端与电磁阀及高压静电发生器连接；本发明可实现智能运行和人工操作两种工作方式。本发明为产尘场所提供了一种高效率、低能耗、智能化的静电喷雾降尘系统，本质安全，具有广阔应用前景。

Description

一种智能化感应式静电喷雾降尘系统
技术领域
本发明涉及粉尘治理技术领域，尤其涉及一种智能化感应式静电喷雾降尘系统。
背景技术
粉尘作为工业生产过程中的伴生产物，容易引发粉尘爆炸事故、导致尘肺病、污染周边环境等危害，严重影响企业安全生产和人民的生命健康。喷雾除尘由于具有成本低、结构简单、安装方便被广泛用于工作场所的粉尘治理。
雾化喷嘴是喷雾降尘技术的关键部件，喷嘴将高压水喷出，高压水在被喷出的瞬间破碎而在喷嘴前形成喷雾场。由于水滴对粉尘具有捕集作用，从而降低生产环境中的粉尘浓度。静电喷雾是指在喷雾过程中形成静电场，使雾滴通过静电场后荷电，改变雾化特性的一种技术，目前已广泛应用于工业喷涂、农药喷洒、燃烧、薄膜制备、工业降尘等领域。但现阶段对于静电喷嘴的设计局限于低压单流体喷嘴，而双流体喷嘴具有耗水量小、雾化特性好、降尘效率高的特点，已广泛代替单流体喷嘴在工业场所喷雾降尘中的应用。此外，现有静电喷雾降尘系统无法根据粉尘浓度变化自动调节喷雾参数，降尘效果有限且容易造成大量水资源浪费，污染工作现场环境。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，可以根据粉尘浓度智能运行，保证雾化效果的同时对喷雾场中雾滴进行荷电，进一步提高喷雾降尘效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，包括供水管路、供气管路、感应式静电双流体喷嘴、粉尘浓度传感器、PLC控制器以及高压静电发生器；所述供水管路上依次安装电磁阀门与水压传感器，所述供气管路上依次安装电磁阀门与气压传感器，分别与感应式静电双流体喷嘴中进水口、进气口相连；所述PLC控制器的信号输入端通过通信电缆与数据处理器、水压传感器、气压传感器连接，PLC控制器的信号输出端通过通信电缆与电磁阀门、高压静电发生器连接；所述感应式静电双流体喷嘴包括：感应式充电装置、安装底座及双流体喷嘴，感应式充电装置由电极罩、密封盖、仿形电极、接线口、电线及螺纹组成，电极罩梯形内部空腔放置四边形仿形电机，仿形电极与电极罩斜面内壁紧密贴合，电极罩右侧有接线口，可通过电线与高压静电发生器相连；
进一步地，电极罩外侧底部与密封盖内侧底部有螺纹相连，两者可紧密贴合并固定仿形电极的位置；安装底座通过内侧中部螺纹与密封盖相连，通过内侧底部螺纹与双流体喷嘴连接；双流体喷嘴上设有进气口与进水口，喷嘴头喷出的喷雾场从圆孔中间喷出，与电极罩斜面外壁保持一定距离；
进一步地，所述电极罩采用环氧树脂制作，为渐缩圆环结构中间有圆孔，圆孔距离可根据双流体喷嘴雾化角及喷嘴结构调整，电极罩内部为梯形镂空结构，外壁与喷雾场有一定间隔，内壁可与仿形电极紧密贴合，
作为优选，圆环直径为20～40mm，收缩角度为30～45°。
进一步地，电极罩左侧接线口仅可使电线进入电机罩内，接通电压为10-16kV。
进一步地，密封盖为空心圆环结构中间有圆孔，圆孔直径与电极罩圆孔直径相同，密封盖内侧底部及电极罩外侧底部有螺纹，两者通过螺纹连接，可对两者进行拆卸更换仿形电极。
进一步地，安装底座为空心圆环结构中间有圆孔，圆孔直径与密封盖圆孔直径一致，且不超过喷嘴最大直径，安装底座通过螺纹与双流体喷嘴及感应式充电装置连接，安装底座与双流体喷嘴的连接螺纹位于双流体喷嘴头下部，与密封罩的连接螺纹位于密封罩底部外侧。
进一步地，双流体喷嘴固定于圆孔中心进行喷雾，密封罩底部不超过双流体喷嘴头前部，保证仿形电极完全覆盖喷雾场。
进一步地，双流体喷嘴底部装有进水口，喷嘴中部装有进气口，以工作场所静水压、气压为驱动力，采用两种流体优化雾化效果。
作为优选，双流体喷嘴出口直径为1.2mm，供水压力为0～1MPa，供气压力为0～1MPa。
进一步地，所述PLC控制器的控制程序，可通过实验确定最优喷雾性能的工作参数实现编程。
进一步地，所述PLC控制器通过数据处理器与无线数据传输器相连，可实现远程终端控制。
本发明的工作模式包括自动运行与人工操作：
所述自动运行包括如下步骤：粉尘浓度传感器将监测结果传输给数据处理器；数据处理器通过计算将处理出的最佳喷嘴工作参数传输至PLC控制器，PLC控制器发出命令，控制电磁阀及高压静电发生器，喷雾降尘工作开始；系统运行过程中水压传感器、气压力传感器及高压静电发生器将工作参数实时传递至PLC控制器LED显示屏，同时根据监测到的粉尘浓度数据实时调整电磁阀和高压静电发生器；当粉尘浓度低于预设值时，喷雾系统结束运行；
所述人工操作是利用PLC控制器上的操作旋钮操作系统运行，系统开始运行后可通过PLC控制器外部旋钮发送调整命令；另一种人工操作方法为：可通过调整高压静电发生器的电压参数，电压参数反馈至PLC控制器，PLC控制器接收到电压数据自主调整供水压力与供气压力至最佳喷嘴最佳喷雾性能；同时也可通过远程操作终端对系统参数进行调整，发送控制命令至无线数据传输器，控制命令传送至数据处理器，经过信号处理后将控制命令转换为喷嘴参数控制命令传输至PLC控制器，实现喷雾参数的远程操控；
相比于现有技术，本发明的特点和优势是：
1.本发明公开的感应式充电装置可实现高效荷电并能够防止漏电，具体是仿形电极通过电线外接高压电，电压可达10～16kV，保证喷雾场中雾滴快速荷电，同时感应式充电装置整体采用环氧树脂材料，且所有连接处通过螺纹连接紧密贴合，可有效防止水雾进入电极罩内，保证装置的安全性；
2.喷雾场从圆孔中心喷出，并且喷雾场外侧与电极罩外壁保持一定距离，既保证了较好的雾化面积，又避免了雾滴与电极罩的碰撞，防治雾滴进入电极罩内部；
3.双流体喷嘴头位于密封盖后方，保证了电极罩对喷雾场的全覆盖，有效提高了雾滴荷电效果；
4.本发明使用的喷嘴为双流体喷嘴，该喷嘴的雾化特性较单流体喷嘴更好，产生的雾滴粒径更小、浓度更大且耗水量更小，供水压力仅需0～1MPa，保证降尘效率；
5.该喷嘴由多个部件组合构成，且不同部件之间均采用螺纹连接的方式进行连接，不仅拆装方便，个别部件出现损坏时也易于更换；
6.本发明拥有智能运行和人工操作两种模式，在智能运行模式下，系统可以根据现场的粉尘浓度优选出最佳水压，智能调节供水压力并使喷雾参数达到最佳，用最小的耗水量取得最大的降尘效率，同时提供了三种人工操作方法，满足了现场多种需要。本发明克服了常规喷雾系统喷雾量不足或冗余的现象，提高了系统的稳定性，降低了系统的运行和维护成本。
附图说明
图1为一种智能化感应式静电喷雾降尘系统的结构示意图；
图2为感应式静电双流体喷嘴的剖面图；
图3为感应式充电装置的俯视示意图；
图4为安装底座的俯视示意图；
图中：1-供水管路；2-供气管路；3-静电双流体喷嘴；4-粉尘浓度传感器；5-PLC控制器；6-电磁阀；7-水压传感器；8-气压传感器；9-高压静电发生器；10-通信电缆；11-数据处理器；12-无线数据接收器；
31-感应荷电装置；32-安装底座；33-双流体喷嘴；34-电极罩；35-仿形电极；36-接线口；37-电线；38-密封罩；39-螺纹；13-进气口；14-进水口；15-喷嘴头气液混合腔；16-喷雾场；
34-1-电极罩渐缩外壁，34-2-感应式充电装置空心圆孔；
32-1-安装底盘，39-1-荷电装置连接螺纹，39-2-喷嘴连接螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明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精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
为推广静电喷嘴在粉尘防治领域中的应用，提高工业场所喷雾降尘效率，本实施方式中公开一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，包括供水管路1、供气管路2、感应式静电双流体喷嘴3、粉尘浓度传感器4、PLC控制器5以及高压静电发生器9；
外部水源通过供水管路1、电磁阀门10与水压传感器7从进水口14进入感应式静电双流体喷嘴3中的喷嘴头混合腔15，压缩空气通过供气管路2、电磁阀门6与气压传感器8从进气口13进入感应式静电双流体喷嘴3中的喷嘴头混合腔15；
感应式静电双流体喷嘴3包括：感应式充电装置31、安装底座32及双流体喷嘴33；感应式充电装置31由电极罩34、密封盖38、仿形电极35及接线口36组成，电极罩34内部放置四边形仿形电机35，仿形电极35可紧密贴合电极罩34内壁，电极罩34底部与密封盖38通过螺纹39相连，两者可紧密贴合并固定仿形电极35位置；电极罩34右侧有接线口36，仿形电极35通过接线口36及电线37与外部高压静电发生器9相连实现荷电；其中，密封罩38通过螺纹39与安装底座32连接；安装底座32内侧底部有螺纹与双流体喷嘴33连接；
所述电极罩采用环氧树脂制作，为渐缩圆环结构中间有圆孔如图3所示，圆孔距离可根据双流体喷嘴雾化角及喷嘴结构调整，电极罩内部为梯形镂空结构，外壁与喷雾场有一定间隔，圆环直径为20～40mm，收缩角度为30～45°。
具体的，电极罩外壁与喷雾场保持一定距离可防止雾滴撞击壁面，减小漏电事故的发生，同时由于双流体喷嘴雾化角大多小于40°，因此电极罩收缩角度为30～45°时与喷雾场形态更贴合。
仿形电极35的接通电压为10-16kV。
密封盖为空心圆环结构中间有圆孔，圆孔直径与电极罩圆孔直径相同，可对两者进行拆卸更换仿形电极；安装底座为空心圆环结构中间有圆孔，圆孔直径与密封盖圆孔直径一致。
双流体喷嘴固定于圆孔中心进行喷雾，密封罩底部不超过双流体喷嘴头前部，保证仿形电极完全覆盖喷雾场。
本发明使用的双流体喷嘴采用水压与气压为驱动力实现雾化，供水压力为0～1MPa，供气压力为0～1MPa。
如图1所示，利用上述实施例的降尘方法，采用智能运行或人工操作模式。
其中智能运行包括如下步骤：
a1.粉尘浓度传感器监测作业场所中的粉尘浓度，将监测结果传输给数据处理器；
b1.数据处理器通过计算将处理出的最佳喷嘴工作参数传输至PLC控制器，PLC控制器发出命令，控制电磁阀及高压静电发生器，喷雾降尘工作开始；
c1.系统运行过程中水压传感器、气压力传感器及高压静电发生器将工作参数实时传递至PLC控制器LED显示屏，同时根据监测到的粉尘浓度数据实时调整电磁阀和高压静电发生器；
d1.当粉尘浓度低于预设值时，喷雾系统结束运行；
所述人工操作是利用PLC控制器上的操作旋钮操作系统运行，系统开始运行后可通过PLC控制器外部旋钮发送调整命令；
进一步地，可通过调整高压静电发生器的电压参数，电压参数反馈至PLC控制器，PLC控制器接收到电压数据自主调整供水压力与供气压力至最佳喷嘴最佳喷雾性能；
同时也可通过远程操作终端对系统参数进行调整，发送控制命令至无线数据传输器，控制命令传送至数据处理器，经过信号处理后将控制命令转换为喷嘴参数控制命令传输至PLC控制器，实现喷雾参数的远程操控；
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：包括供水管路(1)、供气管路(2)、感应式静电双流体喷嘴(3)、粉尘浓度传感器(4)、PLC控制器(5)以及高压静电发生器(9)；所述供水管路(1)上依次安装电磁阀门(10)与水压传感器(7)，所述供气管路(2)上依次安装电磁阀门(6)与气压传感器(8)，两条管路分别与感应式静电双流体喷嘴(3)中进水口(14)、进气口(13)相连；所述感应式静电双流体喷嘴(3)包括：感应式充电装置(31)、安装底座(32)及双流体喷嘴(33)；所述感应式充电装置(31)由电极罩(34)、密封盖(38)、仿形电极(35)、接线口(36)、电线(37)及螺纹(39)组成，电极罩(34)内部放置四边形仿形电机(35)，仿形电极(35)可紧密贴合电极罩(34)内壁，电极罩(34)外侧底部与密封盖(38)内侧底部有螺纹(39)相连，两者可紧密贴合并固定仿形电极(35)的位置；电极罩(34)右侧有接线口(36)，通过电线(37)与高压静电发生器(9)相连实现荷电；所述安装底座(32)内侧中部与底部有螺纹(39)，通过中部螺纹与密封盖(38)相连，通过底部螺纹(39)与双流体喷嘴(33)连接；双流体喷嘴(33)上设有进气口(13)与进水口(14)，喷雾场(16)从电极罩(34)中部喷出；所述PLC控制器(5)的信号输入端通过通信电缆(10)与数据处理器(11)、水压传感器(7)、气压传感器(8)连接，PLC控制器(5)的信号输出端通过通信电缆(10)与电磁阀门(6)、高压静电发生器(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：所述感应式充电装置(31)为圆环渐缩结构，采用环氧树脂材料制作，可有效绝缘，电极罩(34)内部为梯形镂空结构，外壁与喷雾场(16)有一定间隔，内壁可与仿形电极(35)紧密贴合，圆环渐缩角度为30～45°。所述仿形电极(35)通过电线(37)与高压静电发生器(9)相连，电线(37)通过接线口(36)进入电极罩(34)内部，保证外部水雾无法进入，接通电压为10-16kV。极罩(34)与密封盖(38)通过螺纹(39)紧密连接，密封盖(38)中间孔距与电极罩(34)孔距相同，两者紧密贴合防止水雾进入电极罩内，同时可对仿形电极(35)进行更换。所述安装底座(32)为空心圆环结构，通过螺纹(39)与双流体喷嘴(33)及感应式充电装置(31)连接，安装底座(32)与双流体喷嘴(33)的连接螺纹(39)位于双流体喷嘴头(15)下部，与密封罩(38)的连接螺纹(39)位于密封罩(38)底部外侧。
3.根据权利要求1所述的一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：所述感应式充电装置(31)与安装底座(32)为空心的圆环结构，双流体喷嘴(33)固定于圆心进行喷雾，三者全都通过螺纹(39)连接，密封罩(38)底部不超过双流体喷嘴头(33)前部，保证仿形电极(35)完全覆盖喷雾场(16)。感应式充电装置(31)与安装底座(32)的圆孔直径可根据双流体喷嘴(33)雾化角及结构大小进行选型，圆环直径为20～40mm。
4.根据权利要求1所述的一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：所述粉尘浓度传感器(4)将采集的粉尘浓度实时数据通过通信电缆(10)传输至数据处理器(11)，经数据处理器(11)处理后传输至PLC控制器(5)，为喷嘴工作参数的自主调控提供依据。同时数据处理器(11)与无线数据传输器(12)相连，将粉尘浓度实时数据传输至终端系统，并用于接收人工远程操作信号，实现工作参数的远程调控。
5.根据权利要求1所述的一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：其工作模式包括自动运行与人工操作；所述自动运行包括如下步骤：粉尘浓度传感器(4)将监测结果传输给数据处理器(11)；数据处理器(11)通过计算将处理出的最佳喷嘴工作参数传输至PLC控制器(4)，PLC控制器(4)发出命令，控制电磁阀(10)及高压静电发生器(9)，喷雾降尘工作开始；系统运行过程中水压传感器(7)、气压力传感器(8)及高压静电发生器(9)将工作参数实时传递至PLC控制器LED显示屏，同时根据监测到的粉尘浓度数据实时调整电磁阀(10)和高压静电发生器(9)；当粉尘浓度低于预设值时，喷雾系统结束运行；
所述人工操作是利用PLC控制器上的操作旋钮操作系统运行，系统开始运行后可通过PLC控制器外部旋钮发送调整命令；另一种人工操作方法为：可通过调整高压静电发生器(9)的电压参数，电压参数反馈至PLC控制器，PLC控制器接收到电压数据自主调整供水压力与供气压力至最佳喷嘴最佳喷雾性能；同时也可通过远程操作终端对系统参数进行调整，发送控制命令至无线数据传输器(12)，控制命令传送至数据处理器(11)，经过信号处理后将控制命令转换为喷嘴参数控制命令传输至PLC控制器，实现喷雾参数的远程操控。
6.根据权利要求1所述的一种智能化感应式静电喷雾降尘系统，其特征在于：所述双流体喷嘴(33)底部装有进水口(14)，喷嘴中部装有进气口(13)，以工作场所静水压、气压为驱动力，采用两种流体优化雾化效果，水压为0～1MPa，气压为0～1MPa。
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煤炭科学研究院重庆研究所编译: "《综采工作面人机环境系统安全研究》", 煤炭工业出版社, pages: 253 - 255 *

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