CN104963746A - 一种雾霾颗粒收集处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是要提供一种雾霾颗粒处理装置，该装置不仅可以有效的对废气中的细颗粒物进行收集和处理，还可以直接收集和处理大气中已经大量存在的PM2.5（粒径小于等于2.5微米的细颗粒物）。用动力装置将含有雾霾颗粒的空气由装置进气口抽送到该雾霾颗粒收集处理装置中进行净化，由装置出气口流出的即为符合国家标准的空气。并且该装置的通用性很强，不仅可以应用于工业领域还可以应用于柴油机等设备的废气排放出口上。将其应用在工业生产中，可以大幅减少废气中的颗粒物和炭烟含量，并且不会造成二次扬尘污染。将其应用在柴油车上，颗粒的收集和处理效率与传统方法相比有大幅的提升，使柴油车排气具有排气背压小，压降低，颗粒收集效率高，颗粒后处理完全等优点。

Description

一种雾霾颗粒收集处理装置

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，特别是涉及一种雾霾颗粒收集处理装置。

背景技术

近些年来，“雾霾”成了我们讨论的热点问题，并受到国家和人们的重视。而PM2.5(直径小于等于2.5微米的细颗粒物）被认为是造成雾霾天气的主要原因。现如今国家已将细颗粒物（PM2.5）浓度添加到空气质量指数指标中，空气中细颗粒物浓度成为了评定空气质量好坏的指标之一，国家的排放法规也变得日益严格。PM2.5在大气中的含量虽然不多，但与较粗大的颗粒物相比，PM2.5的粒径小，并且富含有大量的有害物质，且其在空气中的停留的时间长、输送的距离远，因而对人体健康和环境的影响更大。工业锅炉以及在工业生产过程中排放的烟尘、粉尘等是城市工业区大气污染的重要来源，如今工业中常用的除尘方法是旋风除尘和静电除尘。旋风除尘器，在气体流速较高时，其除尘效率较高，而当气体流速低时，由于颗粒物受到的离心力不足，造成颗粒的收集效率很低，并且其对细微粒的去除效果甚微。而如今在工业上广泛应用的静电除尘器，对于10微米以上的颗粒能达到99.9%的除尘效果，但是对PM2.5的除尘效率并不高，并且在气体流速大的情况下，由于电场作用于颗粒上的时间变短，其除尘效率会有明显的下降。

随着工业发展和汽车保有量连年增加，汽车尾气和工业废气成为大气中PM2.5的主要来源，比如柴油车，其颗粒和炭烟的排放要比汽油机大几十倍甚至更多，柴油机颗粒排放已成为大气污染物的重要来源，也是造成雾霾天气的主要原因。然而现如今应用在汽车上的颗粒捕捉器，虽然颗粒的捕捉效率已经可以达到很高，有些甚至可以达到90%，然而其存在进气阻力大，压降大，在使用一段时间后，由于颗粒物的积累，造成排气背压变大，由此造成发动机动力性变坏，燃油经济性变差，颗粒捕捉效率变差等问题。而常规的除尘技术在处理现有工业设备所产生的废气和烟尘中如PM2.5等粒径较小的颗粒时，其效率低、可行性差，难以满足日益严格的排放法规的要求。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种颗粒收集效率高，集颗粒凝聚、颗粒收集与颗粒处理于一体的一种新型的雾霾颗粒收集处理装置。

本发明所采用的技术解决方案是一种雾霾颗粒收集处理装置，包括装置进气口、电荷区总成、凝聚器、静电旋风颗粒捕捉器总成、电磁颗粒捕捉器总成和装置出气口，所述的装置进气口与电荷区总成相连接，所述的电荷区总成与静电旋风颗粒捕捉器总成之间设置有凝聚器，所述的静电旋风颗粒捕捉器总成与电磁颗粒捕捉器总成相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成的一端设置有装置出气口。

还包括电子控制单元、空气流量计和第一空气阀，所述的空气流量计设置在装置进气口，所述的空气流量计的信号出端与电子控制单元的信号输入端相连接。

所述的电荷区总成包括正极金属网、负极金属网、绝缘板和外壳，所述的绝缘板设置在外壳中间，将电荷区分隔成两部分，每部分内均匀设置有金属网，被分隔开的金属网与正电极相连接的为正极金属网与负电极相连接的为负极金属网。

所述的凝聚器的壳体内设置有由叶轮叶片和叶轮轴组成的叶轮，所述的凝聚器和静电旋风颗粒捕捉器总成之间设置有第一空气阀。所述的第一空气阀的信号出端与电子控制单元的信号入端相连接。

所述的静电旋风颗粒捕捉器总成包括静电旋风颗粒捕捉器总成进气口、外筒、内筒、颗粒收集器、静电旋风颗粒捕捉器总成出气口、芒刺电极和中心柱，所述的静电旋风颗粒捕捉器总成进气口与凝聚器出气口相连接，所述的内筒设置在外筒内一端与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的外筒内设置有中心柱，所述的中心柱的表面均匀设置有芒刺电极，所述的外筒底部设置有颗粒收集器。

所述的电磁颗粒捕捉器总成分为正电荷区、磁场区、负电荷区和加热区，包括电磁颗粒捕捉器总成进气口、第二空气阀、正电荷区外壳、正电荷区电极、加热区外壳、负电荷区电极、阀门、电磁颗粒捕捉器总成出气口、电热丝、上下收集板、旁通阀、匀强磁场和旁通道，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口设置有旁通道和二次空气入口，所述的二次空气入口内设置有第二空气阀，所述的旁通道另一端与电磁颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口与正电荷区外壳相连接，所述的正电荷区电极均匀分布在正电荷区外壳内，所述的上下收集板之间设置有匀强磁场和负电荷区电极，所述的上下收集板外为加热区，内设置有电热丝，所述的电磁颗粒捕捉器总成出气口处设置有阀门，所述的旁通道内设置有旁通阀。

所述的叶轮、旁通阀、阀门、第一空气阀和第二空气阀的信号输入端与电子控制单元的信号输出端相连接。

所述的电荷区总成外壳、凝聚器外壳、叶轮叶片和正电荷区外壳采用绝缘材料制成。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：使颗粒的收集效率大大提高，弥补了传统除尘器的缺陷，不仅可以用来有效去除工业废中的颗粒和烟尘，有效的降低柴油机PM2.5的排放，使颗粒物浓度降低到环保排放要求，还可以对现存于大气中的雾霾颗粒进行收集处理，净化我们的空气，改善我们的空气质量和生活环境。具有很高的实用价值和应用前景，具有集颗粒凝聚、颗粒收集与颗粒处理于一体的优点。应用于柴油机上，可以使柴油机在排气过程中具有排气背压小，压降低，颗粒收集效率高，颗粒后处理完全等优点，使其可以满足日益严格的排放法规的要求。应用在产生废气的工业设备废气排放出口处，该雾霾颗粒收集处理装置可以大幅减少PM2.5的排放，从而改善我们的空气质量和生存环境。

附图说明    

图1是本发明总的结构示意图；

图2是为本发明的电荷区总成示意图；

图3是为本发明的电荷区总成AA剖视图；

    图4为本发明的静电旋风颗粒捕捉器总成示意图；

图5为本发明的电磁颗粒捕捉器总成示意图；

图6为叶轮示意图；

图7为叶轮侧视图。

图中：

1-装置进气口 2-空气流量计 3电荷区总成 4-凝聚器 5-第一空气阀

6-静电旋风颗粒捕捉器总成 7-电磁颗粒捕捉器总成 8-装置出气口

9-正极金属网 10-负极金属网 11-绝缘板 12-外壳 13-静电旋风颗粒捕捉器总成进气口  14-外筒  15-内筒  16-颗粒收集器17-静电旋风颗粒捕捉器总成出气口  18-芒刺电极  19-中心柱 20-电磁颗粒捕捉器总成进气口

21-第二空气阀  22-正电荷区外壳  23-正电荷区电极 24-正电荷区  25-加热区外壳 26-加热区  27-负电荷区电极  28-阀门 29-电磁颗粒捕捉器总成出气口 30-电热丝  31-负电荷区  32-磁场区 33-上下收集板  34-旁通阀  35-匀强磁场  36-旁通道 37-叶轮叶片  38-叶轮轴  39-电子控制单元。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种雾霾颗粒收集处理装置，包括装置进气口1、电荷区总成3、凝聚器4、静电旋风颗粒捕捉器总成6、电磁颗粒捕捉器总成7和装置出气口8和与装置进气口1相连接的抽风装置，所述的进气口与电荷区总成3相连接，所述的电荷区总成3与静电旋风颗粒捕捉器总成6之间设置有凝聚器4，所述的静电旋风颗粒捕捉器总成6与电磁颗粒捕捉器总成7相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成7的一端设置有装置出气口8。

还包括电子控制单元39和空气流量计2，电子控制单元39，选用Xilinx公司的Virtex系列的FPGA控制单元。所述的空气流量计2设置在装置进气口1，所述的空气流量计2的信号出端与电子控制单元39的信号输入端相连接。空气流量计2用来准确的监测流入颗粒处理装置的气体，并将气体的进气量、进气密度、进气温度信号传输给电子控制单元39。

如图2和图3所示：所述的电荷区总成3包括正极金属网9、负极金属网10、绝缘板11和外壳12，所述的绝缘板11设置在外壳中间，将电荷区分隔成两部分，每部分内均匀设置有金属网，被分隔开的金属网与正电极相连接的为正极金属网9，使其带高压正电；与负电极相连接的为负极金属网10，使其带高压负电。这样做的目的是为了使含有颗粒的气体经过电荷区，使其中的颗粒分别带上正负电荷。

如图6和图7所示：所述的凝聚器4的壳体内设置有由叶轮叶片37和叶轮轴38组成的叶轮，所述的凝聚器4和静电旋风颗粒捕捉器总成6之间设置有第一空气阀5。在凝聚器4内部带异种电荷的颗粒可以充分混合并发生凝聚，从而使颗粒的粒径变大。以便于后面的颗粒的收集和处理。

如图4所示：所述的静电旋风颗粒捕捉器总成6包括静电旋风颗粒捕捉器总成进气口13、外筒14、内筒15、颗粒收集器16、静电旋风颗粒捕捉器总成出气口17、芒刺电极18和中心柱19，所述的电旋风颗粒捕捉器总成进气口与凝聚器4出气口相连接，所述的内筒15设置在外筒14内一端与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口17相连接，所述的外筒14内设置有中心柱19，所述的中心柱19的表面均匀设置有芒刺电极18，所述的外筒14底部设置有颗粒收集器16。气流由上边的静电旋风颗粒捕捉器总成进气口13切向流入，中心柱19接高压电源，外筒14接地。气体由下部静电旋风颗粒捕捉器总成出气口17排出。

如图5所示：所述的电磁颗粒捕捉器总成7分为正电荷区24、磁场区32、负电荷区31和加热区26，包括电磁颗粒捕捉器总成进气口20、第二空气阀21、正电荷区外壳22、正电荷区电极23、加热区外壳25、负电荷区电极27、阀门、电磁颗粒捕捉器总成出气口29、电热丝30、上下收集板33、旁通阀34、匀强磁场35和旁通道36，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口20与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口17相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口20设置有旁通道36和二次空气入口，所述的二次空气入口内设置有第二空气阀21，所述的旁通道36另一端与电磁颗粒捕捉器总成出气口29相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口20与正电荷区外壳22相连接，所述的正电荷区电极23均匀分布在正电荷区外壳22内，正电荷区电极23接有10-105kv的高压正电，所述的上下收集板33之间设置有匀强磁场35和负电荷区电极27，磁场区32具体为若干线圈产生的匀强磁场35构成，上半部分磁场方向垂直纸面向外，下半部分垂直纸面向里。负电荷区装有若干个接有10-105kv的高压负电的负电荷区电极27；所述的上下收集板33外为加热区26，设置有电热丝30，目的是接收来自电子控制单元39的信号，给负电荷区和磁场区32进行加热，对吸附的颗粒进行颗粒的加热处理，将吸附在负电荷区域和磁场区32域的颗粒燃烧掉，防止背压变得过大；所述的电磁颗粒捕捉器总成出气口29设置有阀门，所述的旁通道36内设置有旁通阀34，旁通阀34平时是关闭的，目的是在对吸附的颗粒进行颗粒燃烧处理时，关闭阀门，打开旁通阀34，使经过一次颗粒处理后的气体从旁通道36经过旁通阀34流走，以便于对负电荷区31和磁场区32吸附的颗粒进行燃烧；所述的二次空气入口中装有第二空气阀21目的是当电热丝30开始加热时，第二空气阀平时是关闭的，第二空气阀打开供给一定量的二次空气。

所述的叶轮、旁通阀34、阀门、第一空气阀5和第二空气阀21的信号输入端与电子控制单元39的信号输出端相连接。电子控制单元39经过判断空气流量计2输入的信息控制第一空气阀5的开度，从而控制气体的流速。

所述的电荷区总成外壳、凝聚器外壳、叶轮叶片37和正电荷区外壳采用绝缘材料制成。本领域熟练技术人员可根据现有技术进行选择。

工作过程：气体由装置进气口1进入该雾霾颗粒收集处理装置，在电荷区总成3内，含有颗粒的气体分别流过带有高压正电的正极金属网9和带高压负电的负极金属网10，从而使气体中的颗粒分别带上正电荷和负电荷。正极金属网9和负极金属网10之间用绝缘板隔开。分别带有正电荷和负电荷的气体流入凝聚器4中，气体冲击叶轮的叶片使叶轮转动，使带有不同电荷的颗粒充分混合并发生凝聚，从而使气体中的颗粒的粒径变大，实现颗粒的生长，以便于后续颗粒的收集与处理。含有粒径变大的颗粒的气体切向流入静电旋风颗粒捕捉器总成6，气体在静电旋风颗粒捕捉器总内的运动示意图如图4所示，气体中的颗粒在离心力和静电场力的作用下被甩到了外筒14的内壁上，并且在重力的作用下滑落到颗粒收集器16中。另外，本静电旋风颗粒捕捉总成仍具有传统的旋风除尘器的优点，具有自动清灰功能，并且不会产生二次扬尘。最后经过一次颗粒捕捉的气体由静电旋风微粒捕捉器总成出气口流出，流入电磁颗粒捕捉器总成7。气体中未被有效去除的颗粒经过正电荷区电极23而带正电，而后带有正电荷的颗粒进入匀强磁场35，在洛仑磁力和库仑力的共同作用下发生偏转，分别偏向上下收集板。而后仍然残剩下来的带有正电荷的颗粒进入负电荷区31，吸附在负电荷区31内，最后满足排放要求的气体由电磁颗粒捕捉器总成出气口29排出该雾霾颗粒收集处理装置。所述对电极和电磁线圈的选择和设置为本领域的现有技术，本领域熟练技术人员可根据现有技术进行选择和设置。

在本发明中，将静电除尘器与旋风除尘器结合起来，克服了他们单独作用时的缺陷，并对其结构进行了优化，本发明的突出特点之一即为先将小的颗粒进行聚合，使颗粒的粒径变大，这样有利于旋风静电颗粒捕捉器总成对颗粒进行捕捉与收集，大大提高了颗粒的收集效率。另外在气流速很低的情况下，电子控制单元39将空气流量计2的信息进行分析，然后控制第一空气阀5的开度，从而使气体的流速增加，使颗粒所受离心力变大，有利于颗粒的分离，从而提高静电旋风颗粒捕捉器的捕捉效率，而当气体流速较快时，电子控制单元39控制第一空气阀5的开度，改变气体的流速并改变电磁颗粒捕捉器总成7中磁场区32中匀强磁场35的磁场强度，使颗粒在磁场区32所受洛仑磁力变大，增强磁场区32的颗粒捕捉能力，从而弥补由于气体流速增加而造成静电捕捉效率的降低，从而使整个雾霾颗粒收集处理装置的颗粒捕捉能力得以提升。在电磁颗粒捕捉总成中，吸附的颗粒主要存在于磁场区32和负电荷区，这样时间长了必然会造成背压的增加。因此，经过试验，设定一个合理的时间，然后将设定好的时间存储在电子控制单元39内，当达到设定的时间后，电子控制单元39发出指令，关闭阀门28，并打开旁通阀34，使从静电旋风颗粒捕捉器总成6中出来的气体经旁通阀34流走。另外电子控制单元39控制第二空气阀21使其打开，供给一定量的二次空气，电子控制单元39控制电热丝30对负电荷区31和磁场区32进行加热，使其上面吸附的颗粒可以得以充分的燃烧，设定一定的燃烧时间存储于电子控制单元39内，当燃烧完全后，电子控制单元39控制阀门28使其打开，使燃烧后的气体排出，并关闭旁通阀34和第二空气阀21。由于这段燃烧的时间是非常短的，并且气体已经经过静电旋风颗粒捕捉器总成6的处理，因此在这段颗粒的燃烧过程中排出的气体中颗粒的含量其实是很少，并且显著减小了排气背压。

实施例2：

还可将该装置的装置进气口与柴油机等其它产生废气的设备的废气排放出口相连接，可以大幅减少废气中的颗粒物、炭烟含量以及PM2.5的排放，并且不会造成二次扬尘污染。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：包括装置进气口、电荷区总成、凝聚器、静电旋风颗粒捕捉器总成、电磁颗粒捕捉器总成和装置出气口，所述的装置进气口与电荷区总成相连接，所述的电荷区总成与静电旋风颗粒捕捉器总成之间设置有凝聚器，所述的静电旋风颗粒捕捉器总成与电磁颗粒捕捉器总成相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成的一端设置有装置出气口。

2.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：还包括电子控制单元、空气流量计和第一空气阀，所述的空气流量计设置在装置进气口，所述的空气流量计的信号出端与电子控制单元的信号输入端相连接。

3.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的电荷区总成包括正极金属网、负极金属网、绝缘板和外壳，所述的绝缘板设置在外壳中间，将电荷区分隔成两部分，每部分内均匀设置有金属网，被分隔开的金属网与正电极相连接的为正极金属网与负电极相连接的为负极金属网。

4.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的凝聚器的壳体内设置有由叶轮叶片和叶轮轴组成的叶轮，所述的凝聚器和静电旋风颗粒捕捉器总成之间设置有第一空气阀，所述的第一空气阀的信号出端与电子控制单元的信号入端相连接。

5.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的静电旋风颗粒捕捉器总成包括静电旋风颗粒捕捉器总成进气口、外筒、内筒、颗粒收集器、静电旋风颗粒捕捉器总成出气口、芒刺电极和中心柱，所述的静电旋风颗粒捕捉器总成进气口与凝聚器出气口相连接，所述的内筒设置在外筒内一端与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的外筒内设置有中心柱，所述的中心柱的表面均匀设置有芒刺电极，所述的外筒底部设置有颗粒收集器。

6.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的电磁颗粒捕捉器总成分为正电荷区、磁场区、负电荷区和加热区，包括电磁颗粒捕捉器总成进气口、第二空气阀、正电荷区外壳、正电荷区电极、加热区外壳、负电荷区电极、阀门、电磁颗粒捕捉器总成出气口、电热丝、上下收集板、旁通阀、匀强磁场和旁通道，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口与静电旋风颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口设置有旁通道和二次空气入口，所述的二次空气入口内设置有第二空气阀，所述的旁通道另一端与电磁颗粒捕捉器总成出气口相连接，所述的电磁颗粒捕捉器总成进气口与正电荷区外壳相连接，所述的正电荷区电极均匀分布在正电荷区外壳内，所述的上下收集板之间设置有匀强磁场和负电荷区电极，所述的上下收集板外为加热区，内设置有电热丝，所述的电磁颗粒捕捉器总成出气口处设置有阀门，所述的旁通道内设置有旁通阀。

7.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的叶轮、旁通阀、阀门、第一空气阀和第二空气阀的信号输入端与电子控制单元的信号输出端相连接。

8.  根据权利要求1所述的雾霾颗粒收集处理装置，其特征是：所述的电荷区总成外壳、凝聚器外壳、叶轮叶片和正电荷区外壳采用绝缘材料制成。