一种空气污染物加热清除的方法及装置与流程

本发明涉及空气污染物治理技术领域，特别是涉及一种空气污染物加热清除的方法及装置。

背景技术：

空气污染的日益加剧是摆在人们面前一亟待解决的重要任务。污染的来源包括悬浮粒子，如汽油、柴油等燃料燃烧、垃圾焚化、建筑、金属冶炼等；二氧化硫(SO₂)，如以煤炭及石油作燃料的熔炉、金属冶炼等；一氧化碳(CO)，主要由汽车排出；二氧化碳，如生活和燃料燃烧释放的二氧化碳；各类碳氢化合物，由多种工业的工序产生，如干洗、工业涂料蒸发、工业制品清洗等；氟氯碳化物，如作为冷却剂用于冷气系统及冰箱，作为发泡剂用以制造发泡胶，作为喷雾剂的喷射物质，作为溶剂清洁电路板及电脑配件等。空气污染可显著影响人类和其他生物的健康，多种疾病与环境污染有关，如呼吸系统疾病、血液系统疾病、癌症、心血管系统疾病等。空气中二氧化硫及氮化合物会产生酸雨，影响植物的生长及土壤里的矿物质。空气中氟氯碳化物可破坏臭氧层。大气中二氧化碳的浓度逐年增加，以致可能引起“温室效应”，使地球的气温上升。空气中悬浮粒子增加能影响能见度。局部空气中污染物的积累取决于三个条件：污染物排放、地面静风和大气逆温层形成。城市的污染物产生速度显著大于乡村。城市还有所谓“锅盖效应，因此其污染物的排放速度明显低于周围环境，使城市的污染程度明显大于乡村。在一些污染严重的大城市，人们常在下雨或刮风后才能见到蓝色的天空。因此降低城市空气污染，除严格控制污染物的产生及排放外，设法制造或加快空气流动，增加空气中污染物的清除速度，可产生显著的污染环境改善效果。

目前最大的空气污染是雾霾，主要由于空气中污染物排放的增加和大气垂直方向出现逆温层所导致，其中大气逆温层是指随着高度增加温度增加，而正常情况下是随着高度增加温度降低，而逆温层的形成是目前造成雾霾的主要原因。以北京为例，空气污染物的排放每天都有，但重度雾霾的出现是间断性的，造成这种现象的主要原因是由于气候变化，导致大气垂直逆温层形成，产生锅盖效应，使不断排放的污染物不能被扩散，进而聚集形成雾霾，因此，破坏大气逆温层，打破锅盖效应的平衡是促进城市雾霾清除的最有效手段。在雾霾的局部打破逆温环境，给雾霾锅盖上开天窗，能够打破雾霾蓄积的平衡，加速扩散，清除雾霾，对雾霾治理具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空气污染物加热清除的方法及装置，通过对空气污染空间进行局部加热，实现破坏局部逆温层，清除局部污染空气。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种空气污染物加热清除的方法，根据被清除的污染空气垂直纵向到底部的高度分为上层部分和下层部分，在所述下层部分设置空气加热单元，所述空气加热单元包括空气加热装置，所述加热单元的水平面积不大于所述污染空气水平总面积的10％。

优选的，所述加热单元为1个，所述加热单元位于所述污染空气的中央部位；

优选的，所述加热单元为2个以上，所述加热单元均匀分散设置在所述污染空气的不同部位；

优选的，所述加热单元内设置有2个以上的所述空气加热装置，所述空气加热装置均匀分散设置在所述加热单元的不同部位；

优选的，所述空气加热装置的加热方式选择电加热、燃料加热、红外加热、爆破加热中的一种或多种组合；所述爆破加热优选采用炮弹式结构加热；所述空气加热装置的加热燃料优选为化学燃烧物，所述化学燃烧物优选为酒精、燃油、天然气、氢气、氧气；

优选的，所述加热单元的高度选择在所述下层部分的总高度的1-100％，优选是5-50％，进一步优选的是10-30％；

所述空气加热装置对所述加热单元中污染空气的加热升温速度选择每小时6℃-360℃，优选每小时10℃-300℃，进一步优选每小时30℃-240℃；

所述空气加热装置对所述加热单元中污染空气的加热后的温度范围是1℃-200℃，优选1℃-100℃，进一步优选1℃-50℃；

所述上层部分和所述下层部分高度的比例范围为1:1～7:3，优选为3:2或7:3。

本发明还提供了一种空气污染物加热清除装置，所述空气加热装置包括空气加热装置单元，所述空气加热装置单元包括开放式燃烧装置、支撑结构、燃料输送结构和燃料存储结构，所述燃料存储结构设置于一支撑底板上，所述支撑结构安装于所述支撑底板上，所述支撑结构包括一个主杆，所述主杆为固定主杆或伸缩式主杆，所述主杆两侧对称设置有多组支杆，相邻所述支杆的夹角为0°-45°；所述开放式燃烧装置设置于所述支杆的末端，所述燃料输送结构设置于所述主杆和所述支杆的内部或延所述主杆和所述支杆外部排列且与所述开放式燃烧装置连通。

优选的，所述空气加热装置单元为多个，多个所述空气加热装置单元通过连接结构互相连接成网状；所述空气加热装置单元的底部安装有驱动轮；

优选的，所述空气加热装置单元还连接有牵引装置；所述主杆与所述支撑底板之间设置有侧向支撑结构，所述侧向支撑结构为拉纤或支撑杆；

优选的，所述空气加热装置还设置有点火装置、开放式燃烧装置的旋转装置和发射装置、温度传感器、燃料输送控制器和自动控制装置中的至少一个；所述点火装置设置于所述开放式燃烧装置内；所述开放式燃烧装置的旋转装置设置于所述支撑结构与所述开放式燃烧装置的连接结构的连接部位；所述温度传感器设置于所述支撑结构以及所述开放式燃烧装置的连接结构的不同部位，含有2个以上；所述燃料输送控制器为一种流量可控制的开关式结构，设置于燃料输送结构内部；所述发射装置设置于所述支撑结构上，为炮弹式加热结构的发射结构；所述自动控制装置设置于所述开放式燃烧装置、所述支撑结构、所述燃料输送控制器、所述开放式燃烧装置的旋转装置中的至少一种，采用遥控控制、程序数字控制的一种或多种组合。

本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：

1、本发明通过在污染空气下部(即下层部分)加热，改变随着高度增加温度也增加的逆温现象为随着高度增加温度降低的正常空气温度高度的变化特点，促进污染物的快速清除。

2、本发明通过对空气污染空间进行局部加热，不仅可以实现破坏局部逆温层，清除局部污染空气的目的，还可以实现由此带动加热周围污染空气温度的变化，带动周围逆温层的减弱或消失，达到空气污染物的清除效果，大大提高清除效率。

3、本发明对污染空气的快速加热，使局部快速形成逆温层破坏的局部环境，迅速建立局部污染空气的扩散清除，有利于最有效地带动周围污染空气的扩散清除。

4、本发明设定被加热污染空气的温度高达50℃，保证了与上层空气比较的下高上低的正常气温分布状态，利于污染空气扩散。

5、本发明通过对较大面积的污染空气的加热，破坏逆温层，将对频发的雾霾的清理发挥非常重要的作用，具有非常重要的实用价值和良好的社会意义和市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例多个加热单元的整体结构示意图；

图3为本发明实施例多个空气加热装置的加热单元结构示意图；

图4为本发明实施例空气污染物加热清除装置的结构示意图；

图5为本发明实施例空气污染物加热清除装置的网状连接结构示意图；

图6为本发明实施例空气污染物加热清除装置的可伸缩性支撑结构示意图；

图7为本发明实施例空气污染物加热清除装置的可移动性结构示意图；

图8为本发明实施例空气污染物加热清除装置的牵引可移动可伸缩结构收缩状态示意图；

图9为本发明实施例空气污染物加热清除装置的牵引可移动可伸缩结构伸展状态示意图；

其中，1-上层部分、2-下层部分、3-空气加热单元、4-空气加热装置、5-支架、6-开放式燃烧装置、7-支撑结构、8-燃料输送结构、9-燃料存储结构、10-支撑底板、11-伸缩式主杆、12-从动轮、13-空气加热装置单元、14-连接结构、15-牵引装置、16-侧向支撑结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更为清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种空气污染物加热清除的方法及装置，通过对空气污染空间进行局部加热，实现破坏局部逆温层，清除局部污染空气。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-9，本实施例对本发明空气污染物加热清除的方法及装置的结构和工作原理做进一步的说明。

如图1-3，本实施例提供了一种空气污染物加热清除的方法，根据被清除的污染空气垂直纵向到底部的高度分为上层部分1和下层部分2，上层部分1和下层部分2高度的比例范围为1:1～7:3，如图1，在本实施例中上层部分1和下层部分2高度的比例具体为3:2；在下层部分2设置空气加热单元3，空气加热单元3包括空气加热装置4，加热单元的水平面积不大于污染空气水平总面积的10％。空气加热单元3内的空气加热装置4启动加热，使空气加热单元3内的污染空气加热，形成从下向上的污染空气温度递降状态，即下部分的温度比上部分的温度高，这种温度梯度向上扩散，形成下层部分2的污染空气温度比上层部分1污染空气的温度高的正常大气温度梯度状态。在这种状态下形成有效的污染空气向外扩散的空气流动状态，不仅加速了污染物的排除，同时阻止了空气中污染物的聚集，避免了空气污染状态的再度形成。

根据加热单元以及加热单元内的空气加热装置4数量的不同采取相应的位置设置：

如图1，加热单元为1个，加热单元位于污染空气的中央部位；

如图2，加热单元为多个，加热单元均匀分散设置在污染空气的不同部位；

如图3，每个加热单元内设置有多个的空气加热装置4，空气加热装置4均匀分散设置在加热单元的不同部位；

加热单元的高度选择在下层部分2的总高度的10-30％；

空气加热装置4对加热单元中污染空气的加热升温速度选择每小时30℃-240℃；

空气加热装置4对加热单元中污染空气的加热后的温度范围是1℃-50℃；

如图3，当加热单元内设置有2个以上的空气加热装置4，空气加热装置4均匀分散设置在加热单元的不同部位并通过支架5分别进行固定；这样设置能够加速空气加热单元3内局部污染空气的快速升温，迅速破坏逆温环境，使污染空气迅速向上扩散，显著提高了空气加热单元3的污染空气清除能力。

本实施例中空气加热装置4的加热方式可选择电加热、燃料加热、红外加热、爆破加热中的一种或多种组合；爆破加热优选采用炮弹式结构加热；空气加热装置4的加热燃料优选为化学燃烧物，化学燃烧物优选为酒精、燃油、天然气、氢气、氧气的任意一种。

如图4和图6，本实施例还提供了一种空气污染物加热清除装置，空气加热装置4包括空气加热装置单元13，空气加热装置单元13包括开放式燃烧装置6、支撑结构7、燃料输送结构8和燃料存储结构9，燃料存储结构9设置于一支撑底板10上，支撑结构7安装于支撑底板10上，支撑结构7包括一个主杆，主杆为固定主杆或伸缩式主杆11，主杆两侧对称设置有多组支杆，相邻支杆的夹角为0°-45°；开放式燃烧装置6设置于支杆的末端，燃料输送结构8设置于主杆和支杆的内部或延所述主杆和所述支杆外部排列且与开放式燃烧装置6连通。图6中支撑结构7的主杆采用的是伸缩式主杆11，在使用时可以根据高度的选择进行伸长，可以通过伸缩调整开放式燃烧结构6的高度，进而调整待加热污染空气的加热范围，在运输和储藏时具有伸缩式主杆11支的撑结构保持收缩状态。如图9，主杆与支撑底板10之间设置有侧向支撑结构16，伸展时采用侧向支撑结构16进行固定，侧向支撑结构16为拉纤或支撑杆。

如图5，空气加热装置单元13为多个，多个空气加热装置单元13通过连接结构14互相连接成网状，这样形成在加热空间内的稳定的加热结构布局。

如图7，空气加热装置单元13底部的支撑底板10安装有驱动轮12，可以通过驱动轮12使空气污染物加热清除装置进行前后左右的水平方向移动。

如图8和9，空气加热装置单元13还连接有牵引装置；牵引结构15使用类似油罐车样结构，既有发挥牵引作用的驱动轮12结构，同时又作为燃料存储结构9。

空气加热装置还包括设置有点火装置、开放式燃烧装置的旋转装置和发射装置、温度传感器、燃料输送控制器和自动控制装置中的至少一个；所述点火装置设置于所述开放式燃烧装置内；所述开放式燃烧装置的旋转装置设置于所述支撑结构与所述开放式燃烧装置的连接结构的连接部位；所述温度传感器设置于所述支撑结构以及所述开放式燃烧装置的连接结构的不同部位，含有2个以上；所述燃料输送控制器为一种流量可控制的开关式结构，设置于燃料输送结构内部；所述发射装置设置于所述支撑结构上，为炮弹式加热结构的发射结构；所述自动控制装置设置于所述开放式燃烧装置、所述支撑结构、所述燃料输送控制器、所述开放式燃烧装置的旋转装置中的至少一种，采用遥控控制、程序数字控制的一种或多种组合。

需要说明的是，本发明加热单元的高度选择在下层部分的总高度并非限于本实施例的10-30％，也可以为1-100％或5-50％，均能对污染空气快速清除。本发明中空气加热装置对加热单元中污染空气的加热升温速度，并不限于本实施例中选择每小时30℃-240℃，还可以选择每小时10℃-300℃或者每小时6℃-360℃，均能达到对加热单元中污染空气的加热升温良好效果。本发明空气加热装置对加热单元中污染空气的加热后的温度范围并不限于本实施例中选择的1℃-50℃，还可以选择1℃-200℃或者1℃-100℃，以上对加热单元中污染空气的加热后的温度范围均能实现对污染空气的快速清除。

本发明的工作原理为：空气污染物的聚集与空气污染空间出现随着高度增加温度也增加的逆温层有着密切的关系，因此，破坏逆温层是实现空气污染物排放的关键技术手段。本发明通过在污染空气下部加热，快速破坏随着高度增加温度也增加的逆温现象为随着高度增加温度降低的正常空气温度高度的变化特点，促进污染物的快速清除。

大气逆温层多见于500-1800米的高度，厚度几十到几百米，因此，在实际应用中，加热单元的高度也应该为100米或更高，实现局部破坏大气逆温层的效果，形成低空污染空气与高空清洁空气的对流，加速污染空气向高空扩散，同时局部升温可带动气流向下和周围流动，减少水平方向静风现象，在近地部位形成风，发挥清除和扩散的双重作用。本发明可以采用局部燃料燃烧的空气加热装置，也可以采用电加热、红外加热、爆破加热等多种方法，一次雾霾清除需要持续加热半天时间，因此，对于频发的雾霾，选择移动式加热装置将是较为理想的选择。根据实时监测的逆温层所处的部位，确定加热的方位以及加热单元的高度。

下面通过实验室中的模拟实验来说明本发明的效果：

实验例(一)、本发明以电加热清除污染空气实验：

1)实验材料：直径2米高2米的不锈钢桶、液氮、电热宝、香烟。

2)实验方法：在不锈钢桶内加入少量液氮，使不锈钢桶约1/2以下的部位制冷，将液氮倒掉，用香烟将烟雾吹入不锈钢桶内，将电热宝放入不锈钢桶底部，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：烟雾喷入不锈钢桶內时，观察5分钟，不锈钢桶内的烟雾形成锅盖样形状，飘浮在桶内，没有任何扩散的迹象。将电加热后的电热宝放到盛有烟雾的不锈钢桶内的底部中央，可见烟雾锅盖样形状被迅速打破，可见烟雾向外扩散。反复试验，从电热宝放入到烟雾完全清除的时间为2.2-2.4分钟。说明本发明技术可以加速污染空气清除。

实验例(二)、本发明以燃料加热清除污染空气实验：

1)实验材料：直径2米高2米的不锈钢桶、液氮、酒精、香烟、棉花。

2)实验方法：在不锈钢桶内加入少量液氮，使不锈钢桶约1/2以下的部位制冷，将液氮倒掉，用香烟将烟雾吹入不锈钢桶内，将浸有酒精的直径约1厘米的棉花团点燃，放入不锈钢桶底部，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：烟雾喷入不锈钢桶內时，观察5分钟，不锈钢桶内的烟雾形成锅盖样形状，飘浮在桶内，没有任何扩散的迹象。将点燃后的棉花团放到盛有烟雾的不锈钢桶内的底部中央，可见烟雾锅盖样形状被迅速打破，烟雾迅速扩散消失。反复试验，从点燃后的棉花团放入到烟雾完全清除的时间为38-42秒。说明本发明技术可以加速污染空气清除。

实验例(三)、本发明底部加热清除污染空气实验：

1)实验材料：直径2米高2米的不锈钢桶、液氮、电热吹风器、香烟。

2)实验方法：在不锈钢桶内加入少量液氮，使不锈钢桶约1/2以下的部位制冷，将液氮倒掉，用香烟将烟雾吹入不锈钢桶内，用电热吹风器在不锈钢桶底部外侧中央吹热风，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：烟雾喷入不锈钢桶內时，观察5分钟，不锈钢桶内的烟雾形成锅盖样形状，飘浮在桶内，没有任何扩散的迹象。用电热吹风器在不锈钢桶底部外侧中央吹热风，可见烟雾锅盖样形状被迅速打破，烟雾迅速扩散消失。反复试验，从电热吹风器在不锈钢桶底部外侧中央吹热风到烟雾完全清除的时间为78-96秒。说明本发明技术可以加速污染空气清除。

实验例(四)、本发明污染空气逆温停留及加热清除污染空气实验：

1)实验材料：直径2米高2米的不锈钢桶、液氮、酒精、香烟、棉花。

2)实验方法：在不锈钢桶内加入少量液氮，使不锈钢桶约1/2以下的部位制冷，将液氮倒掉，用香烟将烟雾吹入不锈钢桶内，在不锈钢桶壁的外侧喷射液氮，使不锈钢桶约1/2以下的部位保持制冷2小时，观察并记录烟雾的消散情况，然后将浸有酒精的直径约1厘米的棉花团点燃，放入不锈钢桶底部，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：

烟雾喷入不锈钢桶內时，观察2小时，不锈钢桶内的烟雾形成锅盖样形状，飘浮在桶内，没有任何扩散的迹象。将点燃后的棉花团放到盛有烟雾的不锈钢桶内的底部中央，可见烟雾锅盖样形状被迅速打破，烟雾迅速扩散消失。反复试验，从点燃后的棉花团放入到烟雾完全清除的时间为36-43秒。说明逆温层是维持污染物聚集稳定的重要因素，本发明技术可以加速污染空气的清除。

实验例(五)、本发明污染空气逆温停留及加热清除污染空气实验：

1)实验材料：高3米的塑料膜、铁管、液氮、酒精、麦秸。

2)实验方法：选用直径约50米的空地，周围竖立铁管，用塑料膜包围，形成直径50米高3米的围栏结构。在围栏结构内喷洒液氮，使围栏结构内空气降温，形成内外约10度的温差，保持液氮喷洒。在围栏结构外，燃烧麦秸，将燃烧烟雾从围栏结构的底部吹入围栏结构内，观察并记录烟雾的消散情况1个小时。然后将放置于中央的浸有酒精的直径约1米的麦秸点燃，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：烟雾喷入围栏结构內时，观察1小时，围栏结构内的烟雾没有明显的消散迹象。将位于围栏结构中央的浸有酒精的麦秸点燃后，可见点燃麦秸上方的烟雾迅速扩散，然后周围的烟雾也快速扩散消失。反复试验，从浸有酒精的麦秸点燃后到烟雾完全清除的时间为5.3-8.2分。说明逆温层是维持污染物聚集稳定的重要因素，本发明技术可以加速污染空气的清除。

实验例(六)、本发明空气污染物加热清除技术装置的制备：

1)实验材料：直径50mm不锈钢管、三通接口、燃气管、煤气罐、燃气喷嘴、三角钢、燃气点火枪。

2)实验方法：参照图4，采用三通接口、燃气管、燃气喷嘴连接为三节结构，穿入不锈钢管内，在不锈钢管的各连接部位焊接，底部用三角钢焊接十字支架，与不锈钢管底部焊接连接直立，底部燃气管与煤气罐连接，制成高1米的三节空气污染物加热清除技术装置。

3)实验结果：打开煤气罐阀门，用燃气点火枪在六个燃气喷嘴处点火，可见煤气在喷嘴外燃烧，调节煤气罐阀门可调节燃烧火焰的大小。关闭煤气罐阀门。结束实验。

实验例(七)、本发明污染空气逆温停留及加热清除污染空气实验：

1)实验材料：高3米的塑料膜、铁管、液氮、麦秸、实验例(六)空气污染物加热清除技术装置。

2)实验方法：选用直径约50米的空地，周围竖立铁管，用塑料膜包围，形成直径50米高3米的围栏结构。在围栏结构内喷洒液氮，使围栏结构内空气降温，形成内外约10度的温差，保持液氮喷洒。将实验例(六)空气污染物加热清除技术装置放入围栏结构的中央。在围栏结构外，燃烧麦秸，将燃烧烟雾从围栏结构的底部吹入围栏结构内，观察并记录烟雾的消散情况1个小时。然后将放置于中央的实验例(六)空气污染物加热清除技术装置点燃，观察并记录烟雾的消散情况。

3)实验结果：烟雾喷入围栏结构內时，观察1小时，围栏结构内的烟雾没有明显的消散迹象。将位于围栏结构中央的实验例(六)空气污染物加热清除技术装置点燃后，可见点燃装置上方的烟雾迅速扩散，然后周围的烟雾也快速扩散消失。反复试验，从实验例(六)空气污染物加热清除技术装置点燃后到烟雾完全清除的时间为4.8-6.3分。说明逆温层是维持污染物聚集稳定的重要因素，本发明技术装置可以加速污染空气的清除。

需要说明的是，上述模拟实验的实施例中并没有排出外界因素的影响。虽然模拟实验中没有增添外界干扰因素，如风、雨、雪等自然因素，但是在有雾霾的情况下，风、雨、雪等自然因素对雾霾的去除是良性的，能够加快去除雾霾，而在正常晴天时，本发明的作用能够去除雾霾，如果出现与其他自然因素并存的情况，只能是更好的去除雾霾，而不会对雾霾的增加起到任何促进作用。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。