CN116592667B - 一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，包括除雾节水系统；所述除雾节水系统采用三级结构，包括纳秒脉冲放电等离子体荷电部分、交流凝并部分和直流静电收集部分，各个部分之间通过绝缘材料进行绝缘；所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分用于使得液滴带上负电，荷电完成后，水蒸气进入交流凝并部分；所述交流凝并部分使得荷电后的液滴在交变电场中做往复运动，实现微米级液滴的凝并长大，液滴经充分凝并后，进入直流静电收集部分；所述直流静电收集部分使得液滴会在电场的作用下运动，实现液滴高效静电收集。具有以下优点：不仅大大增强了冷却塔的除雾节水能力，并且解决了更小液滴难以收集等问题。

Description

一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置

技术领域

本发明涉及热交换装置技术领域，具体涉及一种利用纳秒脉冲放电、交流和直流电场收集的冷却塔除雾节水装置。

背景技术

冷却塔是将携带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中，冷却塔除雾的方式主要有两种，一种是彻底把水蒸气气化，另一种是让水蒸气凝结成水滴，回到系统，起到节约水的作用。现在广泛使用的冷却塔存在着蒸发热能损失太大和出水口雾大的问题，这将导致严重的水资源浪费。电除雾器通常是利用负直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使液滴在电场力的作用下向极板运动并捕集。目前，电极采用竖直放置的平行板电极和水平放置的线电极组成，线电极与板电极保持平行。当液滴粒径≤10 μm时，其受到的重力远小于气流的推力，由于冷却塔高度限制，板电极高度有限，在电场中停留时间较短，在高流速下液滴没有足够的时间在整个线板电极间实现偏移收集。因此，现有冷却塔除雾技术主要对>10 μm的液滴进行收集，忽略了更小液滴的收集。在一些工况下除雾效率非常高，但是对于工业上大流速、大蒸发量的工况效率并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，利用三级“荷电凝并，电场收集”的方式进行冷却塔主动除雾节水，不仅大大增强了冷却塔的除雾节水能力，并且解决了更小液滴难以收集等问题，在线-板式电极结构的基础上，通过第二级交流凝并方案实现液滴增大，进一步设计灵活排布的电极排列方案，在保证除雾节水能力的同时，尽可能降低电能等工业成本。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，包括除雾节水系统；

所述除雾节水系统采用三级结构，包括纳秒脉冲放电等离子体荷电部分、交流凝并部分和直流静电收集部分，各个部分之间通过绝缘材料进行绝缘；

所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分用于在小空间内产生高密度的等离子体，使得液滴带上负电，荷电完成后，水蒸气进入交流凝并部分；

所述交流凝并部分产生交变电场，荷电后的液滴在交变电场中做往复运动，实现微米级液滴的凝并长大，液滴经充分凝并后，进入直流静电收集部分；

所述直流静电收集部分产生静电场，液滴会在电场的作用下运动，实现液滴高效静电收集。

进一步的，所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分包括第一电极结构和纳秒脉冲电源，第一电极结构包括线电极和板电极，线电极通过导线与纳秒脉冲电源连接作为高压电极，板电极通过导线接地作为地电极。

进一步的，所述线电极和板电极交替放置，线电极放置在两个板电极之间，线电极和板电极之间产生放电。

进一步的，所述线电极和板电极之间距离为90 mm至120 mm。

进一步的，所述交流凝并部分包括第二电极结构和交流电源，第二电极结构包括板电极，一部分所述板电极通过导线与交流电源连接作为高压电极，另一部分板电极通过导线接地作为地电极，相邻两个板电极之间会形成交变电场。

进一步的，所述板电极之间的距离为120 mm至150 mm。

进一步的，所述直流静电收集部分包括第三电极结构和直流电源，第三电极结构包括板电极，一部分所述板电极通过导线与直流电源连接作为高压电极，另一部分板电极通过导线接地作为地电极，相邻两个板电极之间会形成静电场。

进一步的，所述板电极之间的距离为100 mm至110 mm。

进一步的，作为高压电极的板电极与作为地电极的板电极交替放置，作为高压电极的板电极放置在两个作为地电极的板电极之间。

进一步的，还包括电压电流测量系统，所述电压电流测量系统包括电流探头、示波器和高压探头，示波器连接电流探头和高压探头，电压电流测量系统利用电流探头测量除雾节水系统的放电电流，利用高压探头测量除雾节水系统的工作电压，电压电流波形显示在示波器上。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、采用三级“荷电凝并，电场收集”的方式保证了液体较高的荷电效率，实现微米级液滴的凝并长大，解决了粒径≤10 μm的液滴难以收集的问题。

2、主要功率消耗的第一级采用纳秒脉冲放电形式，功耗最高不超过同等参数直流激励的1/10，第二级、第三级均无明显放电产生，基本没有功率消耗，能够大幅度降低冷却塔的能量消耗，在提高收水率的同时可节约80%以上的能量消耗。

3、各级结构可以在摒弃原有平行线板结构的基础上灵活弯曲排布，并在三级中逐渐收缩，便于形成期望中外观结构设计。

4、三级“荷电凝并，电场收集”的方式可以大幅度提高冷却塔除雾节水的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明中冷却塔主动除雾节水装置的结构图；

图2是本发明中除雾节水系统的原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，包括电压电流测量系统Ⅰ、除雾节水系统Ⅱ、蒸汽发生系统Ⅲ和水蒸气检测系统8，电压电流测量系统Ⅰ测量除雾节水系统Ⅱ中的电流及电压，以监控除雾节水系统Ⅱ三级电极结构的放电模式，除雾节水系统Ⅱ为人工控制启动和停止运行，为独立系统，蒸汽发生系统Ⅲ为模拟冷却塔水蒸气的产生，水蒸气检测系统8用于检测除雾节水效果。

所述除雾节水系统Ⅱ采用三级结构，通过“荷电凝并、电场收集”的方式进行冷却塔主动除雾节水，包括纳秒脉冲放电等离子体荷电部分12、交流凝并部分11和直流静电收集部分10，各个部分之间通过绝缘材料进行绝缘。

所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分12包括第一电极结构和纳秒脉冲电源4，第一电极结构包括线电极13和板电极7，线电极13和板电极7交替放置，线电极13放置在两个板电极7之间，线电极13和板电极7之间距离为90 mm至120 mm。

所述线电极13采用304以上不锈钢钢丝制成，通过圆形螺栓固定在两端。如图2中A部分所示，线电极13通过导线与纳秒脉冲电源4连接作为高压电极，板电极7通过导线接地作为地电极9，在线电极13和板电极7之间产生放电，使得液滴带上负电。

所述交流凝并部分11包括第二电极结构和交流电源5，第二电极结构包括板电极7，板电极7之间的距离为120 mm至150 mm，板电极采用304以上不锈钢材料制成。如图2中B部分所示，一部分板电极7通过导线与交流电源5连接作为高压电极，另一部分板电极7通过导线接地作为地电极9，作为高压电极的板电极7与作为地电极9的板电极7交替放置，作为高压电极的板电极7放置在两个作为地电极9的板电极7之间，相邻两个板电极7之间会形成交变电场，微小液滴会在电场中做往复运动，实现微米级液滴的凝并长大。

所述直流静电收集部分10包括第三电极结构和直流电源6，第三电极结构包括板电极7，板电极7交替放置，板电极7之间的距离为100 mm至110 mm之间，依靠直流电源在板电极7之间形成静电场。如图2中C部分所示，一部分板电极7通过导线与直流电源6连接作为高压电极，另一部分板电极7通过导线接地作为地电极9，作为高压电极的板电极7与作为地电极9的板电极7交替放置，作为高压电极的板电极7放置在两个作为地电极9的板电极7之间，相邻两个板电极之间会形成静电场，液滴会在电场的作用下向接地的板电极7运动从而达到收集的目的。

所述纳秒脉冲电源4的采用的参数为：脉冲峰值电压50 kV，脉冲电压上升沿50ns，脉冲宽度80 ns，脉冲频率450 Hz；交流电源5采用的参数为：峰值电压在8 kV，频率在1kHz；直流电源6采用的参数为：电场强度12 kV/m；风速为10 m/s；三级结构运行功率约为800 W；节水率约为86%。

所述除雾节水系统Ⅱ的第一级采用纳秒脉冲放电等离子体荷电部分12，线-板式电极结构为典型的电晕放电的形式，由于放电从电晕转化为弧光、火花等形式一般需要微秒量级的时间，因此采用纳秒脉冲电源4，可以及时在放电转变为火花前切断放电，可以适当增加激励电压以提高电场强度，同时还可以有效的避免火花的产生。另一方面，纳秒脉冲的放电持续时间小于空间电荷产生的特征时间，因此空间电荷来不及产生与空间电场方向相反的内建电场，如图2所示，对于提升能量利用率和收集液滴效率具有极优的效果，在提高收水率的同时可节约80%以上的能量消耗。

所述电压电流测量系统Ⅰ包括电流探头1、示波器2和高压探头3，示波器2连接电流探头1和高压探头3，电压电流测量系统Ⅰ利用电流探头1测量除雾节水系统Ⅱ的放电电流，利用高压探头3测量除雾节水系统Ⅱ的工作电压，电压电流波形显示在示波器2上。

所述电流探头1为皮尔森探头，为环形，依次套在除雾节水系统Ⅱ的地电极上；高压探头3依次并联在除雾节水系统Ⅱ的高压电极上。

所述蒸汽发生系统Ⅲ包括锅炉16、风机15和导风槽14，风机15位于锅炉16的上方，导风槽14位于风机15的上方，大流量高温水蒸气通过锅炉16产生后，经风机15加速通过导风槽14后进入除雾节水系统Ⅱ的第一级，即纳秒脉冲放电等离子体荷电部分12，在小空间内产生高密度的等离子体。荷电完成后，水蒸气进入第二级，即交流凝并部分11，荷电后的液滴在交流电源5提供的交变电场中做往复运动，实现微米级液滴的凝并长大。经充分凝并后，进入第三级，即直流静电收集部分10，直流电源6在板-板电极7之间提供静电场，能够实现高效静电收集。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：包括除雾节水系统（Ⅱ）；

所述除雾节水系统（Ⅱ）采用三级结构，包括纳秒脉冲放电等离子体荷电部分（12）、交流凝并部分（11）和直流静电收集部分（10），各个部分之间通过绝缘材料进行绝缘；

所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分（12）用于在小空间内产生高密度的等离子体，使得液滴带上负电，荷电完成后，水蒸气进入交流凝并部分（11）；

所述交流凝并部分（11）产生交变电场，荷电后的液滴在交变电场中做往复运动，实现微米级液滴的凝并长大，液滴经充分凝并后，进入直流静电收集部分（10）；

所述直流静电收集部分（10）产生静电场，液滴会在电场的作用下运动，实现液滴高效静电收集；

所述纳秒脉冲放电等离子体荷电部分（12）包括第一电极结构和纳秒脉冲电源（4），第一电极结构包括线电极（13）和板电极（7），线电极（13）通过导线与纳秒脉冲电源（4）连接作为高压电极，板电极（7）通过导线接地作为地电极（9）；

所述线电极（13）和板电极（7）交替放置，线电极（13）放置在两个板电极（7）之间，线电极（13）和板电极（7）之间产生放电。

2.如权利要求1所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：所述线电极（13）和板电极（7）之间距离为90 mm至120 mm。

3.如权利要求1所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：所述交流凝并部分（11）包括第二电极结构和交流电源（5），第二电极结构包括板电极（7），一部分所述板电极（7）通过导线与交流电源（5）连接作为高压电极，另一部分板电极（7）通过导线接地作为地电极（9），相邻两个板电极（7）之间会形成交变电场。

4.如权利要求3所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：所述板电极（7）之间的距离为120 mm至150 mm。

5.如权利要求1所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：所述直流静电收集部分（10）包括第三电极结构和直流电源（6），第三电极结构包括板电极（7），一部分所述板电极（7）通过导线与直流电源（6）连接作为高压电极，另一部分板电极（7）通过导线接地作为地电极（9），相邻两个板电极之间会形成静电场。

6.如权利要求5所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：所述板电极（7）之间的距离为100 mm至110 mm。

7.如权利要求3或5中任意一权利要求所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：作为高压电极的板电极（7）与作为地电极（9）的板电极（7）交替放置，作为高压电极的板电极（7）放置在两个作为地电极（9）的板电极（7）之间。

8.如权利要求1所述的一种基于多级荷电凝的冷却塔除雾节水装置，其特征在于：还包括电压电流测量系统（Ⅰ），所述电压电流测量系统（Ⅰ）包括电流探头（1）、示波器（2）和高压探头（3），示波器（2）连接电流探头（1）和高压探头（3），电压电流测量系统（Ⅰ）利用电流探头（1）测量除雾节水系统（Ⅱ）的放电电流，利用高压探头（3）测量除雾节水系统（Ⅱ）的工作电压，电压电流波形显示在示波器（2）上。