专利名称：一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置及方法，属于除尘技术领域。
背景技术：
人类活动所产生的大量气态污染物和颗粒物正威胁着人类所赖于生存的基本物质一洁净的空气。可吸入颗粒物(PMltl)特别是细颗粒物(PM2.5)污染已成为突出的大气环境问题，并日益引起世界各国的高度重视。人们已经认识到大气颗粒物(特别是其中的细颗粒物)是导致人类死亡率上升的主要原因。同时，大气颗粒物也是导致大气能见度降低、酸雨、全球气候变化和臭氧层破坏等重大大气污染问题的主要原因。控制细颗粒物的污染是全球节能减排战略的重大需求。在相当长的时期内，细颗粒物作为我国大气污染的首要污染物的基本状况不会改变。目前，我国大气PM2.5浓度比发达国家高数倍，已对人体健康和经济社会发展造成很大的威胁，细颗粒物的排放控制已是迫在眉睫。目前，国际上总颗粒物控制技术虽然可以达到很高的水平，但对于细颗粒的捕获率却很低，造成数量巨大的细颗粒物进入环境大气中。以燃煤电站为例，虽然现有除尘装置的除尘效率可高达99%以上，但这些除尘器对细颗粒物的捕获率较低。这部分飞灰以粒径小于2. 5微米甚至亚微米级的细颗粒为主，以颗粒的数量计可达到颗粒物总数的90%以上。这也是我国在大气中总悬浮颗粒物(TSP)呈逐年下降趋势，颗粒物排放总量也下降的情况下，PM2.5却呈上升趋势的原因，因此，颗粒物控制的重点在于细颗粒物，必须寻求更有效和更有针对性的技术发展途径。国内外致力于提高和优化传统污染物控制设备脱除细颗粒物捕捉能力的研究逐渐增多。例如在传统袋式除尘设备基础上改进滤袋的纤维材料和结构，在传统静电除尘设备基础上通过增加中间高能电极等方法。在更加严格的细颗粒物排放标准下，采用任何单一脱除技术都无法满足需求，因此发展不同控制方式协同脱除技术日益迫切。以静电场为脱除机理的静电除尘器作为目前常用的烟气除尘装置，在电力企业与水泥行业得到很普遍的应用。利用静电场脱除颗粒物在工业上的应用主要是将静电力直接施加到颗粒物上，使颗粒荷电，并运动到异性电极上，从而实现脱除。实际操作中，多以高压直流电在两极间产生电晕放电，含尘气流通过两电极间电场时，颗粒物被强制荷电，荷电的颗粒在静电力的作用下向极性相反的极板运动并被极板捕集。电除尘器对于大粒径颗粒物有很好的脱除效果，但对于小颗粒尤其是细颗粒物的脱除效率并不高。为了更好地脱除细颗粒物，在实际工程应用中往往设置多级电场，以尽可能地提高对颗粒物的脱除效率。但是利用这种方法，对除尘效率的提高并不明显。造成这种现象的一个重要原因就是该粒径范围的细颗粒物易于跟随烟气流动，横向扩散弱，以及可能发生二次扬尘。如何增强静电场横向作用依旧是提高细颗粒物捕集效率的重要发展方向。目前已经工业化的湿式静电除尘装置均采用极板施加水膜技术，诸如中国专利02222513. 7,00215471. 4,200410058967.1等。施加水膜的方法均采用向极板表面喷水的方式进行，为避免极板表面局部形成干区或水膜不完整所造成的收尘极板腐蚀以及除尘效率低，需要喷入大量的水维持系统的正常运行，这样势必导致耗水量的增加。中国专利20111048292. 7提出了一种湿式静电除尘器的收尘极液膜的测试装置，可监测极板表面是否出现干区问题。综上所述，如何提供一种有效保证极板液膜覆盖完整的湿式静电除尘装置，实现高效脱除颗粒物的同时降低水的消耗，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低耗水、高效率的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置及方法。本发明的目的是通过如下技术方案实现的 一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，该装置包括多个收尘单元和粉尘收集器，每个收尘单元包括收尘极板和极线，其特征在于收尘极板为中空极板，其内部腔室为六面体结构；中空极板表面由多孔介质材料构成；在中空极板上分别通过管道与进水阀门和供气阀门连接。本发明所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于所述的多孔介质材料采用金属、金属合金、陶瓷、高分子化合物、碳、玻璃、树脂或棉麻。本发明所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于所述的多孔介质材料的孔隙率为O. 3 O. 9，平均孔径为O.1 100 μ m。本发明所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于中空极板与两侧极线相对的表面内部间距为10 50mm。本发明提供的一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘方法，其特征在于该方法包括如下步骤I)供气阀门关闭时，进水阀门开启，水进入中空极板并充满整个腔室，水从多孔介质材料孔隙流出并在中空极板外表面形成水膜，捕集由静电场作用沉积于收尘极板表面的颗粒物，并流入静电除尘器的粉尘收集器；2)进水阀门关闭时，待中空极板腔室内水分排出后，供气阀门开启，通入的气体从多孔介质材料孔隙穿过，并将中空极板外表面沉积颗粒物清除；3)重复步骤I)和2)。本发明所述的一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘方法，，其特征在于系统运行过程中，供气时中空极板表面单位面积通入的气体平均流量为O. 005 lm3/s，通气时间为I 10s。本发明所述的一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘方法，，其特征在于通入气体时中空极板腔室内水体积小于腔室体积的1/3。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果①在对常规静电除尘器设计不进行较大改动的前提下，通过更换现有收尘极板并连接进水和供气的管道和阀门即可实施，可方便用于现有静电除尘设备的设计升级与装置改造；②由于采用了供水管道给中空极板供水，水从多孔介质流出并在中空极板外表面形成水膜，以脱除颗粒物，无需专门设置外部喷嘴清洗极板表面颗粒物，与现有常规湿式静电除尘器相比，可降低系统费用；③采用多孔介质材料后，收尘极板表面水膜覆盖完整，可保证较高的收尘效率；气体供入中空极板后，在中空极板多孔介质材料表面所形成的气膜可有效去除粘附于表面的颗粒，保证清灰的效果，且可减少水的消耗。
图1为本发明提供的多孔介质材料构成的中空极板与供气阀门和进水阀门的结构示意图。图2为中空极板表面施加水膜时的中空极板和极线布置简图。图3为中空极板表面施加气膜时的中空极板和极线布置简图。图中1 一中空极板,2 —极线，3 —进水阀门,4 一供气阀门，5 —水膜。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程做进一步的说明。本发明提供的一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，该装置包括多个收尘单元和粉尘收集器，每个收尘单元包括收尘极板和极线2，收尘极板采用中空极板1，其内部腔室为六面体结构；中空极板表面由多孔介质材料构成；在中空极板I上分别通过管道与进水阀门3和供气阀门4连接。中空极板静电除尘装置所采用的多孔介质材料采用金属、金属合金、陶瓷、高分子化合物、碳、玻璃、树脂或棉麻。当采用柔性材料时，如棉麻、碳纤维布或玻璃纤维布，需要设置金属框架结构，以维持中空极板I的形状。多孔介质材料的孔隙率为O. 3 O. 9，平均孔径为O.1 100 μ m。中空极板与两侧极线相对的表面内部间距为10 50mm。本发明所提出的收尘单元在组装静电除尘器整体系统时，末端收尘单元只设置供水管道，不设置供气管道。主要是避免供气所导致的扬尘后期不能被捕集的问题。本发明的工作过程如下I)供气阀门4关闭时，进水阀门3开启，水进入中空极板I并充满整个腔室，水从多孔介质材料孔隙流出并在中空极板I外表面形成水膜5，捕集由静电场作用沉积于收尘极板表面的颗粒物，并流入静电除尘器的粉尘收集器；2 )进水阀门3关闭时，待中空极板I腔室内水分排出后，供气阀门4开启，通入的气体从多孔介质材料孔隙穿过，并将中空极板I外表面沉积颗粒物清除；3)重复步骤I)和2)。系统运行过程中，供气时中空极板表面单位面积通入的气体平均流量一般为O. 005 lm3/s，通气时间为I 10s。通入气体时中空极板腔室内水体积小于腔室体积的1/3。在静电除尘器控制系统设计时，除常规静电除尘器控制策略外，还需要考虑如下策略供气阀门的开启频率设定需要依据中空极板表面所粘附颗粒物的性质决定。如果出现极板腐蚀，极板表面存在破损问题时，停止进水阀门的开启，采用间断供气方式进行清灰。
权利要求
1.一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，该装置包括多个收尘单元和粉尘收集器，每个收尘单元包括收尘极板和极线(2)，其特征在于收尘极板采用中空极板(1)， 其内部腔室为六面体结构；中空极板表面由多孔介质材料构成；在中空极板上分别通过管道与进水阀门(3 )和供气阀门(4 )连接。
2.按照权利要求1所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于 所述的多孔介质材料采用金属、金属合金、陶瓷、高分子化合物、碳、玻璃、树脂或棉麻。
3.按照权利要求1所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于 所述的多孔介质材料的孔隙率为O. 3 O. 9，平均孔径为O.1 100 μ m。
4.按照权利要求1所述的多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置，其特征在于 中空极板与两侧极线相对的表面内部间距为10 50mm。
5.一种采用如权利要求1所述装置的中空极板静电除尘方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)供气阀门(4)关闭时，进水阀门(3)开启，水进入中空极板(I)并充满整个腔室，水从多孔介质材料孔隙流出并在中空极板(I)外表面形成水膜(5)，捕集由静电场作用沉积于收尘极板表面的颗粒物，并流入静电除尘器的粉尘收集器；2)进水阀门(3)关闭时，待中空极板(I)腔室内水分排出后，供气阀门(4)开启，通入的气体从多孔介质材料孔隙穿过，并将中空极板(I)外表面沉积颗粒物清除；3)重复步骤I)和2)。
6.按照权利要求5所述的中空极板静电除尘方法，其特征在于系统运行过程中，供气时中空极板表面单位面积通入的气体平均流量为O. 005 lm3/s，通气时间为I 10s。
7.按照权利要求5所述的中空极板静电除尘方法，其特征在于通入气体时中空极板腔室内水体积小于腔室体积的1/3。
全文摘要
一种多孔介质材料构成的中空极板静电除尘装置及方法，属于除尘技术领域。本发明特征在于采用了多孔介质材料构成的中空极板，通入水后，水穿过多孔介质材料在极板表面形成水膜，捕集由静电场作用沉积于极板表面的颗粒物，当极板表面有较多难以清除的颗粒物沉积时，向极板内部通入气体，气体穿过多孔介质材料在极板表面形成短暂气膜，清除颗粒物。进水与供气交替进行。本发明可有效降低湿式除尘的耗水量，保证收尘极板的水膜覆盖完整以实现高效脱除颗粒物的目的。采用本装置的静电除尘系统具有结构紧凑、少水高效、易于大型化应用的优势。
文档编号B03C3/47GK103008109SQ201210553549
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者由长福, 王晓华 申请人:清华大学