CN105797524B - 一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能脱除烟气中细微粉尘、特别是PM2.5的异极性荷电雾滴聚并除尘装置及方法，两个引风机分别将含尘气体输送入上腔室中，含尘气体粉尘、含尘气流分别进入两个预处理室中，向下经过两个过滤网，过滤后的粉尘和气流向下分别进入负静电雾化区和正静电雾化区；两个毛细管雾化喷嘴在对应的负电晕放电电极和正电晕放电电极的作用下，在负静电雾化区和正静电雾化区形成稳定的锥射流雾化，分别在负静电雾化区和正静电雾化区产生带有不同极性的两种雾滴或雾滴群吸附含尘气体的细微粉尘，增加了细微粉尘的脱除效率，吸附粉尘后的液滴完成聚并，增大了雾滴尺度，有利于液滴的沉降，实现超细微颗粒物的有效脱除。

Description

一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置及方法

技术领域

本发明涉及一种除尘装置，具体是脱除烟气中细微粉尘、特别是PM2.5的装置。

背景技术

雾霾是一种大气污染状态，是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的总体表述，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的“元凶”。雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒等组成，它们与雾气结合在一起，既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。

目前有效脱除粉尘的方法很多，并且能够脱除99%以上的颗粒物，但对PM2.5的脱除仍存在一定的困难。目前对烟尘中细微颗粒物的脱除，主要有以下几种方法：（1）静电除尘。常用的是静电除尘器，利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电，在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降。（2）陶瓷除尘。常用的是陶瓷过滤器，其过滤元件普遍采用高密度材料，陶瓷过滤元件主要有棒式、管式、交叉流式三种。含尘气体从短通道端进入过滤器，然后在每个通道过滤后进入通道较长的清洁气体端，清洁气体通道的一端封死，使清洁气体流入清洁气体汇集箱，短通道内所捕集的尘粒通过反向脉冲气流定期清除。陶瓷过滤器对高温燃气中的粉尘进行过滤效果比较好，但是不能够得到普遍应用。（3）湿式除尘。常用的是湿式除尘器，含尘气体由筒体下部顺切向引入，旋转上升，尘粒受离心力作用而被分离，抛向筒体内壁，被筒体内壁流动的水膜层所吸附，随水流到底部锥体，经排尘口泄出。水膜层的形成是由布置在筒体的上部几个喷嘴、将水顺切向喷至器壁。这样，在筒体内壁始终覆盖一层旋转向下流动的超薄水膜，达到提高除尘效果的目的。这种湿式除尘器结构简单，金属耗量小，耗水量小。其缺点是高度较大，布置困难，并且在实际运行中发现有带水现象。

中国专利号200410066936.0的文献中公开一种双极性电晕放电烟尘凝并电除尘方法及设备，将含尘烟气中的极其细小的尘埃微粒通过正负电晕放电区，使其带上正负电荷后相互凝并聚集成为较大颗粒，再输入电除尘器进行电除尘。该专利技术的实施装置极其复杂，实施难度较大。但该设备采用电晕电极放电后容易在产生结灰，不利于持续的电晕放电。且干式除尘不利于粉尘的收集，容易造成空气的再次污染。中国专利号201010105584.0的文献中公开一种水雾荷电增效静电除尘方法及装置，将水雾荷电装置与静电除尘器相结合,通过水雾对烟气调质、含团聚剂的荷电液滴促进粉尘颗粒团聚并改善粉尘颗粒的荷电特性,提高静电除尘器脱除效率。但该装置在除尘过程中未对水雾吸附烟尘后进行后处理，并且在管道内进行喷雾时，雾滴与烟尘结合后会生成灰垢容易生锈。中国专利号201510158477.7的文献中中公开一种高压荷电水雾凝集式空气净化装置，电控装置分别与冷凝装置、高压静电发生器、自动补水装置电连接，经过各装置共同运作以达到除尘的目的。但该装置箱体内部极其复杂，内部的高压静电发生器会存在一定的安全隐患，并且后期对***内部进行清理会比较复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有除尘方法及设备存在的诸多问题，提供了一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置及方法，在实现超细微颗粒物有效脱除的同时还能避免二次粉尘的形成。

本发明一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置采用的技术方案是：具有一个上端封闭的筒体，筒体下端连接废液收集箱，筒体内部设有位于同一高度位置的左侧、右侧过滤网，两个过滤网的正下方间隔一定距离设置多孔球过滤层和沙砾过滤层，多孔球过滤层紧密叠放在沙砾过滤层上，两个过滤网、多孔球过滤层和沙砾过滤层将筒体内部分成上、中、下三个腔室，上腔室两侧设有沿筒体的中心轴对称布置的两个进风通道，一个进风通道中装有一个引风机；两个引风机之间的正中间设有一块隔板，隔板将筒体上腔室隔成左预处理室和右预处理室，隔板的底部连接于两个过滤网之间，隔板的其余部分与筒体内壁密封连接；在筒体中腔室的侧壁上连接沿筒体中心轴对称且从筒体外部伸入筒体中的左、右两个毛细管雾化喷嘴；左侧的毛细管雾化喷嘴喷雾出口处前方形成负静电雾化区，右侧的毛细管雾化喷嘴喷雾出口处前方形成正静电雾化区，正静电雾化区和负静电雾化区的正下方处形成雾化聚并区；左侧毛细管雾化喷嘴下方设有与负高压静电发生器相连的负电晕放电电极，右侧毛细管雾化喷嘴下方设有与正高压静电发生器相连的正电晕放电电极，正电晕放电电极和负电晕放电电极均连接筒体中腔室的侧壁。

本发明一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置的除尘采用的技术方案是包括以下步骤：

A、两个引风机分别将含尘气体输送入上腔室中，在隔板的作用下，含尘气体粉尘、含尘气流分别进入两个预处理室中，向下经过两个过滤网，两个过滤网将含尘气体中的植物纤维性粉尘及较大粉尘颗粒过滤掉，过滤后的粉尘和气流向下分别进入负静电雾化区和正静电雾化区；

B、两个毛细管雾化喷嘴在对应的负电晕放电电极和正电晕放电电极的作用下，在负静电雾化区和正静电雾化区形成稳定的锥射流雾化，分别在负静电雾化区和正静电雾化区产生带有不同极性的两种雾滴或雾滴群吸附含尘气体的细微粉尘，并在气流与重力的作用下进入雾化聚并区，实现正负荷电雾滴的聚并，形成尺度较大的液滴；

C、聚并后的液滴经过多孔球过滤层和沙砾过滤层，对未被液滴吸附的含尘气体进行吸附与净化，液滴滴落后被收集在废液收集箱内。

本发明采用上述技术方案后具有的优点在于：

1. 采用不同极性的雾滴吸收粉尘，通过正负两种静电雾化产生不同极性带电液滴分别吸附超细微颗粒物，避免了单极性脱除粉尘过程中粉尘自身极性对吸收过程的影响，增加了细微粉尘的脱除效率。

2. 吸附粉尘后的液滴完成聚并，增大了雾滴尺度，有利于液滴的沉降，避免了雾滴蒸发造成的细微粉尘再次产生，增加了总体的吸收效果，从而实现超细微颗粒物的有效脱除。

3. 通过控制电压，静电雾化时过程中能够形成尺度均匀的雾滴和合适的带电量，提高了超细微粉尘的脱除效率。

4. 多孔球过滤层和沙砾过滤层中的填充材料表面含有水膜，能够进一步脱除气流中粉尘，从而提高粉尘的脱除效率。

5.采用电晕放电实现了尖端电极与毛细管喷嘴之间形成无声放电作用，可以有效杀灭气流中细菌。

6. 吸收粉尘后的异性液滴在异极性雾化射流的交集区内完成聚并，并在下落过程中进一步完成聚并，有利于提高聚并效率和沉降速率。

7. 水雾荷电后有利于更好地吸附粉尘，异极性液滴聚并后能够有效避免因雾滴太小而在烟气中的快速蒸发，从而避免了二次粉尘的形成。

附图说明

图1为本发明异极性荷电雾滴聚并除尘装置的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面图；

图1中：1.左引风机；2.过滤网；3.负静电雾化区；4.左供液箱；5.毛细管雾化喷嘴；6.负高压静电发生器；7.负电晕放电电极；8.多孔球过滤层；9.沙砾过滤层；10.废液收集箱；11.聚并区；12.固定支架；13.正电晕放电电极；14.正高压静电发生器；15.毛细管雾化喷嘴；16.右供液箱；17.正静电雾化区；18.右引风机；19.过滤网；20.预处理室；21.隔板；22.预处理室；23.筒体。

具体实施方式

参见图1，本发明一种异极性荷电雾滴聚并烟气除尘装置，具有一个筒体23，筒体23的上端封闭，下端连接废液收集箱10，废液收集箱10与筒体23内部连通。筒体23内部设有两个位于同一高度位置的左侧和右侧的过滤网2、19，两个过滤网2、19的正下方间隔有一定距离是多孔球过滤层8和沙砾过滤层9，多孔球过滤层8和沙砾过滤层9上下紧密叠放在一起，多孔球过滤层8的下方叠放沙砾过滤层9。这样，两个过滤网2、19、多孔球过滤层8和沙砾过滤层9将筒体23内部分成上、中、下三个腔室。上腔室两侧设有沿筒体23的中心轴对称布置的两个进风通道，如图1中的左、右进风通道，在每个进风通道中安装一个引风机，分别是左侧的引风机1和右侧的引风机18。两个引风机1、18将含尘气体通过进风通道输送到筒体23内。

在两个引风机1、18之间的正中间，筒体23内部的中心轴处设有一块隔板21，参见图2所示，隔板21将两个引风机1、18引入的两股含尘气体分开，隔板21使筒体23上腔室被隔成两个预处理室，分别是左侧的预处理室22和右侧的预处理室20。隔板21的底部连接于两个过滤网2、19之间，隔板21的其余部分与筒体23内壁密封连接。左侧、右侧的两个预处理室22、20通过对应的左侧、右侧的过滤网2、19与下方的中腔室连通。左侧的过滤网2和右侧的过滤网19均通过支架可拆卸式地连接筒体23内壁，可以定期拆卸进行清洗。

在筒体23的中腔室的侧壁上，即位于过滤网和多孔球过滤层8的侧壁上连接沿筒体23的中心轴对称的两个毛细管雾化喷嘴5、15，两个毛细管雾化喷嘴5、15从筒体23外部伸入筒体23中腔室内，两个毛细管雾化喷嘴5、15分别是左侧的毛细管雾化喷嘴5和右侧的毛细管雾化喷嘴15，两个毛细管雾化喷嘴5、15位于同一高度位置。两个毛细管雾化喷嘴5、15的内径均是0.6~1.6mm，并且在沿水平方向呈-30°~30°的范围内可以调节，以适应不同的运行工况。

在右侧的毛细管雾化喷嘴15的下方设置正电晕放电电极13，左侧的毛细管雾化喷嘴5的下方设置负电晕放电电极7。正电晕放电电极13和负电晕放电电极7分别也均连接于筒体23的中腔室的侧壁上。如图1中，左侧毛细管雾化喷嘴5的下方是负电晕放电电极7，右侧毛细管雾化喷嘴15的下方是正电晕放电电极13。在正电晕放电电极13、负电晕放电电极7与筒体23侧壁之间安装有绝缘性材料，以防止漏电。

在筒体23外部有两个供液箱4、16，两个供液箱4、16均接地。两个供液箱4、16各连接一个毛细管雾化喷嘴，每个毛细管雾化喷嘴5、15各通过胶质管路与对应的供液箱4、16相连，在每个管路上各设置节流阀和流量计，以控制运行过程中的液气比。两个供液箱4、16分别是左侧的供液箱4和右侧的供液箱16，左侧的供液箱4连接左侧的毛细管雾化喷嘴5，右侧的供液箱16连接右侧的毛细管雾化喷嘴15。在筒体23外部还有两个高压静电发生器6、14，分别是左侧的负高压静电发生器6和右侧的正高压静电发生器14。负高压静电发生器6通过导线连接负电晕放电电极7，正高压静电发生器14通过导线连接正电晕放电电极13。

在筒体23的中腔室内，左侧的毛细管雾化喷嘴5喷雾的出口处前方形成负静电雾化区3，右侧的毛细管雾化喷嘴15喷雾的出口处前方形成正静电雾化区17，在正静电雾化区17和负静电雾化区3的正下方处形成雾化聚并区11。雾化聚并区11的正下方是多孔球过滤层8和沙砾过滤层9，多孔球过滤层8和沙砾过滤层9通过固定支架12固定安装在筒体23内壁上。

多孔球过滤层8和沙砾过滤层9起双层过滤作用，上层的多孔球过滤层8中有直径为10.0mm的空心小球填充；下层的沙砾过滤层9中的填充物为1.0~2.0mm粒径的沙砾，沙砾过滤层9很薄，厚度约为8.0~10.0mm。筒体23的中腔室通过多孔球过滤层8和沙砾过滤层9与筒体23的下腔室相通。下腔室的结构为半球形状，下腔室正下方连接外部的废液收集储罐10，废液经下腔室进入废液收集储罐10，进行废液收集。

装置工作时，开启引风机1、18、供液箱4、16、正高压静电发生器14、负高压静电发生器6以及毛细管雾化喷嘴5、15与对应管路上的节流阀和流量计。两个引风机1、18以速度为0.8~1.0m/s的速度分别将含尘气体输送入上腔室中。在中间的隔板21的作用下，含尘气体粉尘、含尘气流进入预处理室20、22中，然后向下经过过滤网2、19，过滤网2、19将含尘气体中的植物纤维性粉尘以及较大粉尘颗粒过滤掉，进行预处理脱除。过滤后的含纤维粉尘的气流进入过滤网2、19正下方的负静电雾化区3和正静电雾化区17。

毛细管雾化喷嘴5、15在对应的负电晕放电电极7和正电晕放电电极13的作用下，在负静电雾化区3和正静电雾化区17形成稳定的锥射流雾化，带电雾滴粒径控制在15~30μm，并且通过流量计实现液气比控制在0.1~0.3%，液气比是指雾化形成的液滴与废气的体积比，即液滴体积：废气体积=0.1~0.3：100。正电晕放电电极13和负电晕放电电极7通过电晕放电的方式使雾滴带电， 分别在负静电雾化区3和正静电雾化区17产生带有不同极性的两种雾滴或雾滴群，雾滴的粒径控制在20~50μm。正负荷电雾滴分别在负静电雾化区3和正静电雾化区17吸附经过滤网2、19后的含尘气体的细微粉尘，并在气流与重力的作用下进入雾化聚并区11，实现正负荷电雾滴的聚并（此时荷电雾滴已经含尘），形成尺度较大的液滴。此外，由于粉尘自然荷电所带极性的原因，在负静电雾化区3和正静电雾化区17内未被吸附的粉尘，将在雾化聚并区11从相反极性静电雾化室内产生的荷电雾滴所吸附，从而提高了细微粉尘的总体捕集效率。聚并后的液滴再经过雾化聚并区11下方的多孔球过滤层8和沙砾过滤层9，双过滤层能够对未被液滴吸附的含尘气体进行进一步的吸附与净化，实现粉尘的进一步脱除。最后，含尘气流被净化，液滴滴落后被收集在最下方的废液收集箱10内。

Claims (6)

1.一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置，具有一个上端封闭的筒体（23），筒体（23）下端连接废液收集箱（10），其特征是：筒体（23）内部设有位于同一高度位置的左侧、右侧过滤网（2、19），两个过滤网（2、19）的正下方间隔一定距离设置多孔球过滤层（8）和沙砾过滤层（9），多孔球过滤层（8）紧密叠放在沙砾过滤层（9）上，两个过滤网（2、19）、多孔球过滤层（8）和沙砾过滤层（9）将筒体（23）内部分成上、中、下三个腔室，上腔室两侧设有沿筒体（23）的中心轴对称布置两个进风通道，每个进风通道中装有一个引风机；两个引风机（1、18）之间的正中间设有一块隔板（21），隔板（21）将筒体（23）上腔室分成左预处理室（22）和右预处理室（20），隔板（21）的底部连接在两个过滤网（2、19）之间，隔板（21）的其余部分与筒体（23）内壁密封连接；在筒体（23）中腔室的侧壁上连接沿筒体（23）中心轴对称且从筒体（23）外部伸入筒体（23）中的左、右两个毛细管雾化喷嘴（5、15）；左侧的毛细管雾化喷嘴（5）喷雾出口处前方形成负静电雾化区（3），右侧的毛细管雾化喷嘴（15）喷雾出口处前方形成正静电雾化区（17），正静电雾化区（17）和负静电雾化区（3）正下方处形成雾化聚并区（11）；左侧毛细管雾化喷嘴（5）下方设有与负高压静电发生器（6）相连的负电晕放电电极（7），右侧毛细管雾化喷嘴（15）下方设有与正高压静电发生器（14）相连的正电晕放电电极（13），正电晕放电电极（13）和负电晕放电电极（7）均连接筒体（23）中腔室的侧壁。

2.根据权利要求1所述的一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置，其特征是：所述多孔球过滤层（8）中设有直径为10.0mm的空心小球，所述沙砾过滤层（9）中设有粒径为1.0~2.0mm的沙砾填充物，沙砾过滤层（9）的上下厚度为8.0~10.0mm。

3.根据权利要求1所述的一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置，其特征是：两个过滤网（2、19）均通过支架可拆卸式连接筒体（23）内壁。

4.根据权利要求1所述的一种异极性荷电雾滴聚并除尘装置，其特征是：两个毛细管雾化喷嘴（5、15）的内径均是0.6~1.6mm，在沿水平方向呈-30°~30°的范围内可调。

5.一种如权利要求1所述的异极性荷电雾滴聚并除尘装置的除尘方法，其特征是包括以下步骤：

A、两个引风机（1、18）分别将含尘气体输送入上腔室中，在隔板（21）的作用下，含尘气体粉尘、含尘气流分别进入两个预处理室（20、22）中，向下经过两个过滤网（2、19）将含尘气体中的植物纤维性粉尘及较大粉尘颗粒过滤掉，过滤后的粉尘和气流向下分别进入负静电雾化区（3）和正静电雾化区（17）；

B、两个毛细管雾化喷嘴（5、15）在对应的负电晕放电电极（7）和正电晕放电电极（13）的作用下，在负静电雾化区（3）和正静电雾化区（17）形成稳定的锥射流雾化，分别在负静电雾化区（3）和正静电雾化区（17）产生带有不同极性的两种雾滴或雾滴群以吸附含尘气体的细微粉尘，并在气流与重力的作用下进入雾化聚并区（11），实现正负荷电雾滴的聚并，形成尺度较大的液滴；

C、聚并后的液滴经过多孔球过滤层（8）和沙砾过滤层（9），对未被液滴吸附的含尘气体进行吸附与净化，液滴滴落后被收集在废液收集箱（10）内。

6.根据权利要求5所述的除尘方法，其特征是：两个引风机（1、18）以0.8~1.0m/s的速度将含尘气体输送入上腔室中，在负静电雾化区（3）和正静电雾化区（17）中的带电雾滴粒径为15~30μm。