超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置

摘要

本发明公开了一种超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置。属于烟气净化技术领域，包括预荷电区、团聚区和过滤区；所述预荷电区包括导电金属板一、三元稀土钨(W‑La2O3‑CeO2‑Y2O3)芒刺及导电金属板二；所述团聚区包括初级凝并区及交变电场凝并区；所述过滤区是由多孔颗粒群构成的颗粒层。本发明先以带有三元稀土钨芒刺的电极板为放电阴极，利用纳秒脉冲电源供电方式，通过“弥散放电”现象，在整个电场通道内具有高密度的自由电子、负离子和正离子，使超细粉尘颗粒充分、均匀的异极性荷电；其次，利用湍流边界层、库伦力及交变电场的协同效应强化超细粉尘颗粒的团聚、凝并；最后，通过由多孔颗粒构成的颗粒层将其高效捕集。

说明书

技术领域

本发明属于烟气净化技术领域，涉及一种超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置。

背景技术

超细颗粒物尤其是亚微米颗粒的高效脱除是目前能源、冶金、化工、医药、食品等行业面临的共性难题，不仅对保障人们身体健康意义重大，而且对于安全生产也至关重要。迄今为止，提高细颗粒物的捕集效率主要有两种方法：一：是将细颗粒物进一步团聚凝并成大颗粒物(即凝并)，然后利用传统除尘设备将其去除；二：是通过将现有除尘技术有机结合在一起以进一步提高细颗粒物捕集效率的复合技术，如静电布袋除尘器、静电旋风除尘器、静电增强纤维过滤器、静电增强颗粒层过滤器等。

凝并技术主要包括电凝并、声凝并、磁凝并、光凝并、热凝并、化学凝并以及湍流边界层凝并等。其中，电凝并因其更容易满足实际工作条件，处理气体流量大，适应粒径范围广而备受关注；电凝并技术主要有同极荷电颗粒在交变电场中的凝并、异极性荷电粉尘的库伦凝并、异极荷电颗粒在交变电场中的凝并、异极荷电颗粒在直流电场中的凝并等四种，其中异极荷电颗粒在交变电场中的凝并效果最佳，该技术的关键是如何使超细颗粒物获得足够高的异极性荷电量；现有的粉尘异极性荷电方法是交替使用正负电极电晕放电，但由于工作电压与气体放电强度所限，超细颗粒物的荷电量低，这也是其凝并效果难以有实质性改善的瓶颈；目前，针对上述技术已经开展了相关的研究并取得了一些进展，但仍难以实现对超细颗粒物尤其是亚微米颗粒的高效净化。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置；首先以带有三元稀土钨芒刺的电极板为放电阴极，利用纳秒脉冲电源供电方式，通过“弥散放电”现象，产生大面积均匀的低温等离子体，从而在整个电场通道内具有高密度的自由电子、负离子和正离子，使超细粉尘颗粒充分、均匀的异极性荷电；其次，利用湍流边界层、库伦力以及交变电场的协同效应强化超细粉尘颗粒的团聚、凝并；最后，通过由多孔颗粒构成的颗粒层将其高效捕集。

技术方案：本发明所述的超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置，包括相邻的预荷电区(1)、团聚区(2)和过滤区(3)三部分；

在所述预荷电区(1)的中端安设有导电金属板一(11)，在所述导电金属板一(11)的正、反两面的外壁上分别均布安设有垂直于导电金属板一(11)板面的16-32个三元稀土钨芒刺(12)。

进一步的，所述团聚区(2)包括左侧、连接预荷电区(1)的初级凝并区(21)及右侧、连接过滤区(3)的交变电场凝并区(22)。

进一步的，在所述导电金属板一(11)的两侧各平行安设有一块接地的导电金属板二(13)。

进一步的，在所述初级凝并区(21)内交错安设有6-12块板面与气流方向垂直的挡板(211)；

在所述交变电场凝并区(22)的两侧各安设有一块板面与气流方向平行的导电金属板三(221)。

进一步的，在所述过滤区(3)的一侧安设有过滤层(31)；所述的过滤层(31)是由直径为1-2.5mm的多孔颗粒群构成的颗粒层(32)；

其中，所述多孔颗粒群中单个多孔颗粒(311)中微孔(312)的直径为10-95μm。

有益效果：本发明与现有技术相比，无论是阴极的放电性能、颗粒物的异极荷电强度，还是荷电颗粒的团聚、过滤效率均有显著改善；不仅能克服现行相关技术的某些缺陷，而且具有诸多优点：(1)、现行的颗粒异极性荷电方法是：在荷电区中交替布置多个阴极电晕线和阳极电晕线，在高压直流电源的作用下，阴极电晕线通过负电晕放电产生负离子和自由电子，使粉尘荷负电荷；阳极电晕线通过正电晕放电产生正离子，使粉尘荷正电荷；其主要缺点是：结构复杂，建造成本和能耗高；虽然能使粉尘颗粒群产生异极性荷电(部分荷以正电荷，其它荷以负电荷)，但电场内平均离子密度较低，导致超细粉尘荷质比小，影响其静电聚并和捕集效果；本技术以带有三元稀土钨芒刺的电极板为放电阴极，利用纳秒脉冲电源供电方式，通过“弥散放电”现象，产生大面积均匀的低温等离子体，不仅结构简单，而且能耗低(比直流电晕放电降低50％以上)；可在整个烟气通道内产生高密度的自由电子、负离子和正离子(比直流电晕放电高4个数量级以上)，使微细粉尘颗粒充分、均匀的异极性荷电，显著提高超细粉尘的荷质比，从而提高其静电聚并与捕集效果；(2)、通过两级凝并的方法，提高超细颗粒的聚并效率；首先以一截面积逐渐变小的渐缩通道作为初级凝并区：在该区域内与气流垂直方向交错放置6-12块挡板，因流通面积渐缩而加速气流冲击这些挡板形成多个湍流区域，通过湍流边界层和库伦力的综合作用，促进异极性荷电粉尘的凝并；；此后，用一个由交变电场区作为二级凝并区：两块平行放置的导电金属板，与交变电源相连，在两板间形成比较均匀的交变电场；在交变电场的作用下，来自初级凝并区的异极性荷电颗粒被进一步凝并、变大；(3)、在凝并区和过滤层之间设置一截面积逐渐变大的渐扩通道作为过渡区，以降低颗粒层过滤风速，提高过滤效率；(4)、过滤颗粒层由直径为1-2.5mm多孔颗粒群构成，作为过滤介质的多孔颗粒内部含有大量直径为10-95μm的微孔。进入过滤区的异极性荷电颗粒，在穿越由上述多孔颗粒群构成的复杂细微通道(各颗粒的内部孔隙以及各颗粒之间组成的孔隙)时，一方面由于库伦力和惯性力作用而相互附着，进一步聚并变大；另外一方面通过惯性碰撞、拦截、扩散和静电力沉降等综合作用而沉积在颗粒层中；以上各作用机制的协同效应强化了颗粒层对超细颗粒物的过滤效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明过滤区中颗粒层的结构示意图；

图3是本发明过滤区中多孔颗粒的结构示意图；

图中1是预荷电区，11是导电金属板一，12是三元稀土钨芒刺,13是导电金属板二；

2是团聚区，21是初级凝并区，211是挡板；22是交变电场凝并区，221是导电金属板三；

3是过滤区，31是过滤层，32是颗粒层，311是多孔颗粒，312是微孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做出进一步说明。

如图所述，本发明所述的超细颗粒物的强化聚并与高效颗粒层过滤装置，包括相邻的预荷电区1、团聚区2和过滤区3三部分；

在所述预荷电区1的中端安设有导电金属板一11，在所述导电金属板一11的正、反两面的外壁上分别均布安设有垂直于导电金属板一11板面的16-32个三元稀土钨芒刺12。

进一步的，所述团聚区2包括左侧、连接预荷电区1的初级凝并区21及右侧、连接过滤区3的交变电场凝并区22。

进一步的，在所述导电金属板一11的两侧各平行安设有一块接地的导电金属板二13。

进一步的，在所述初级凝并区21与内交错安设有6-12块板面与气流方向垂直的挡板211；

在所述交变电场凝并区22的上下两侧各安设有一块板面与气流方向平行的导电金属板三221。

进一步的，在所述过滤区3的一侧安设有过滤层31；所述的过滤层31是由直径为1-2.5mm的多孔颗粒群构成的颗粒层32；

其中，所述多孔颗粒群中单个多孔颗粒311中微孔312的直径为10-95μm。

具体的，该装置由预荷电区1、团聚区2和过滤区3三部分构成，其基本结构如图1所示；

预荷电区1采用板式结构：在导电金属板一11的两面分别均匀、垂直于板面布置16-32个三元稀土钨芒刺12，该导电金属板一11接纳秒高压脉冲电源的负极，作为放电阴极；在该放电阴极的两侧各平行放置一块接地的导电金属板二13，作为荷电区的阳极；

采用上述结构，其目的，一：是在三元稀土钨芒刺12的尖端处形成局部脉冲高场强，强化其场致电子发射和周围气体放电，在整个烟气通道内形成类似“弥散放电”，产生大面积均匀的低温等离子体，促进超细粉尘的异极性荷电；二：是优化预荷电区1的电除尘性能；预荷电区1本身也有一定的除尘性能：荷电后的颗粒在电场力的作用下分别向相反极性的电极板迁移，一部分到达极板后被捕集，放电阴极与阳极均采用板式结构，有利于在两者之间形成比较均匀的电场，从而提高预荷电区1对荷电超细颗粒的捕集效率。

从预荷电区1逃逸出来的那部分带有异极性电荷的颗粒，进入团聚区2；团聚区2包括两部分，一是位于预荷电区1和交变电场之间的收缩通道，作为初级凝并区21：在该区域内与气流垂直方向交错放置6-12块挡板211，气流加速冲击这些挡板211形成多个湍流区域，通过湍流边界层和库伦力的综合作用，促进异极性荷电粉尘的凝并；另外一个是交变电场凝并区22：两块平行放置的导电金属板三221，与交变电源相连，在两板间形成比较均匀的交变电场；在交变电场的作用下，来自初级凝并区21的异极性荷电颗粒被进一步凝并、变大；通过上述两级凝并，可显著提高超细颗粒的聚并效率。

聚并变大后的异极荷电颗粒，随气流通过一渐扩通道流入过滤层31；该区域是由直径为1-2.5mm多孔颗粒群构成的颗粒层32，多孔颗粒311中微孔312的直径为10-95μm,如图2、图3所示；进入过滤区3的异极荷电颗粒，在穿越由多孔颗粒群构成的复杂细微通道(各颗粒的内部孔隙以及各颗粒之间组成的孔隙)时，由于库伦力和惯性力作用而相互附着，进一步聚并变大，同时通过惯性碰撞、拦截、扩散和静电力沉降等综合作用被深度净化。

实施例

性能测试：

按照下表1的工艺参数值，设置六组不同运行条件，分别对装置的除尘效率进行测试，可以看出：荷电区纳秒脉冲电源参数(如脉冲频率、峰值电压)、交变电场凝并区电源参数(如频率、峰值电压)以及粉尘粒径等均对过滤性能有影响。该装置对于0.01-10μm飞灰颗粒的过滤效率可达99.99％；提高荷电区纳秒脉冲电源电压和交变电场凝并区交变电源电压，可改善对亚微米颗粒的过滤效果，当荷电区纳秒脉冲电源脉冲重复频率、峰值电压分别为50Hz、61.8KV以及交变电场凝并区交变电源频率、峰值电压分别为50Hz、7KV时，对0.02-0.8μm烟尘的过滤效果最佳，可达95.89％。

表1不同工艺参数下的过滤效率

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。