一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置的制作方法

本发明属于废气除尘技术领域，具体涉及一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置。

背景技术：

随着国民经济的飞速发展，我国部分地区雾霾频发，罪魁祸首便是大气颗粒污染物。按照空气动力学直径（da）的大小，大气颗粒污染物可以划分为总悬浮颗粒物（TSPs，da<100 μm）、可吸入颗粒物（PM10，da<10 μm）和可入肺颗粒物（PM2.5，da<2.5 μm）。与较粗的大气颗粒污染物相比，PM2.5的粒径小，吸附有大量的有毒、有害物质，可以被血液和人体组织吸收，且在大气中的停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量的影响更大。燃煤发电、煤化工、垃圾焚烧、冶金、水泥等行业通过烟道排放的粉尘颗粒是大气颗粒污染物的主要来源之一。由于PM2.5的粒径小传统的除尘技术脱除效率相对较差，目前主要从两方面提高其其脱除效率，一是改进传统除尘技术，但效果有效；二是通过凝并（凝聚或团聚）的方法将小颗粒凝并成大颗粒，这样就可使用传统除尘技术强化脱除PM2.5等微小颗粒，后一种方法是目前竞相发展的重点。

目前的粉尘颗粒的凝并方法包括声波凝并、电凝并、磁凝并、化学凝并、蒸汽相变凝并等技术，其中电凝并研究较为深入、应用前景较大。在电凝并技术中又以双极荷电-湍流凝并技术的最有工业化应用前景，其基本原理如附图1所示。双极荷电-湍流凝并装置是一段矩形的管道，该管道分为双极荷电段和湍流凝并段两部分。双极荷电段是一组正、负电场作用的平行通道，含粉尘颗粒气通过此段时，按其通道的正负分别获得正电荷和负电荷，然后进入湍流凝并段凝并；湍流凝并段内设置扰流柱或者涡片（附图1是在垂直纸面方向设置了扰流柱），用于增强气流通过该段时的湍动程度，从而增加带电颗粒之间的碰撞概率、提高凝并效率。双极荷电-湍流凝并技术的基本机理是双极荷电颗粒在湍流作用下实现空间大尺度的输送和混合，在Kolmogorov尺度碰撞、凝并，而库伦力在短距离内对颗粒凝并起到促进作用。

颗粒凝并易发生在粒径差异大的多分散体系，也易发生在具有库仑力作用的异极性荷电颗粒之间，基于上述两点原因，实现不同粒径颗粒的“选择性混合”才能保证湍流凝并的高效率；所谓的“选择性混合”是指气流中荷正电的细颗粒与从相邻负极性通道流出的荷负电的大颗粒混合，气流中荷负电的细颗粒与从相邻正极性通道流出的荷正电的大颗粒混合；由于湍流本身的复杂性，使得设计能实现不同粒径颗粒“选择性混合”的成为一个难点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置，该装置能有效实现不同粒径颗粒的“选择性混合”。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置，所述的装置包括：顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器；所述的顺时针旋风荷电器由圆筒S1、上进口S2、细颗粒分离器S3、下进口S4和电棒S5组成，所述的圆筒S1为一圆筒形钢管，上端用圆形钢板封闭形成上端面，下端开口即为凝并粉尘颗粒气出口，所述的电棒S5为纯铜制作的实心棒，从圆筒的上端面中心处垂直贯穿深入圆筒S1内，电棒S5与圆筒S1的上端面绝缘，所述的上进口S2是一矩形管道，由上侧面S2-1、下侧面S2-2、外侧面S2-3和内侧面S2-4构成，上进口S2的一端与圆筒S1的上部侧面相切、连通，相切时上进口S2的外侧面S2-3与圆筒S1的外壁相切，上侧面S2-1与圆筒S1的上端面齐平，上进口S2的另一端为第一入口，所述的细颗粒分离器S3为一直角弯管，具有互成直角的第一直管段S3-1和第二直管段S3-2，设置在圆筒S1的中部，第一直管段S3-1的中心轴与圆筒S1的中心轴重合，开口端指向上端面，第二直管段S3-2与圆筒S1的壁贯穿并伸出圆筒S1外，第二直管段S3-2的开口即为细颗粒出口，所述的下进口S4是一矩形管道，由上侧面S4-1、下侧面S4-2、外侧面S4-3和内侧面S4-4构成，下进口S4的一端与圆筒S1的下部侧面相切、连通，相切时下进口S4的外侧面S4-3与圆筒S1的外壁相切，下进口S4的另端为第二入口；所述的逆时针旋风荷电器由圆筒N1、上进口N2、细颗粒分离器N3、下进口N4和电棒N5组成，所述的圆筒N1为一圆筒形钢管，上端用圆形钢板封闭形成上端面，下端开口即为凝并粉尘颗粒气出口，所述的电棒N5为纯铜制作的实心棒，从圆筒的上端面中心处垂直贯穿深入圆筒N1内，电棒N5与圆筒N1的上端面绝缘，所述的上进口N2是一矩形管道，由上侧面N2-1、下侧面N2-2、外侧面N2-3和内侧面N2-4构成，上进口N2的一端与圆筒N1的上部侧面相切、连通，相切时上进口N2的外侧面N2-3与圆筒N1的外壁相切，上侧面N2-1与圆筒N1的上端面齐平，上进口N2的另一端为第一入口，所述的细颗粒分离器N3为一直角弯管，具有互成直角的第一直管段N3-1和第二直管段N3-2，设置在圆筒N1的中部，第一直管段N3-1的中心轴与圆筒N1的中心轴重合，开口端指向上端面，第二直管段N3-2与圆筒N1的壁贯穿并伸出圆筒N1外，第二直管段N3-2的开口即为细颗粒出口，所述的下进口N4是一矩形管道，由上侧面N4-1、下侧面N4-2、外侧面N4-3和内侧面N4-4构成，下进口N4的一端与圆筒N1的下部侧面相切、连通，相切时下进口N4的外侧面N4-3与圆筒N1的外壁相切，下进口S4的另一端为第二入口。

作为改进，所述的顺时针旋风荷电器的上进口S2的中心线与其细颗粒分离器S3的第二直管段S3-2的中心线呈α1夹角，α1夹角的范围为0~360度；所述的顺时针旋风荷电器的下进口S4的中心线与其细颗粒分离器S3的第二直管段S3-2的中心线呈β1夹角，β1夹角的范围为0~360度。

作为改进，所述的逆时针旋风荷电器的上进口N2的中心线与其细颗粒分离器N3的第二直管段N3-2的中心线呈α2夹角，α2夹角的范围为0~360度；所述的逆时针旋风荷电器的下进口N4的中心线与其细颗粒分离器N3的第二直管段N3-2的中心线呈β2夹角，β2夹角的范围为0~360度。

作为改进，所述的顺时针旋风荷电器的圆筒S1的直径为SD，SD的数值范围为0.1~2.0 m；所述的顺时针旋风荷电器的上进口S2和下进口S4的高度相同，均为SB，SB=0.5~1.0SD，上进口S2和下进口S4的宽度相同，均为SC，SC=0.25~0.5SD；所述的顺时针旋风荷电器的上进口S2的下侧面S2-2与顺时针旋风荷电器的电棒S5的下端的距离为SE，SE=0.5~1.0SD；所述的顺时针旋风荷电器的细颗粒分离器S3的第一直管段S3-1和第二直管段S3-2的直径相同，均为SF，SF=0.25~0.5SD。

作为改进，所述的逆时针旋风荷电器的圆筒N1的直径为ND，ND的数值范围为0.1~2.0 m；所述的逆时针旋风荷电器的上进口N2和下进口N4的高度相同，均为NB，NB=0.5~1.0 ND，上进口N2和下进口N4的宽度相同，均为NC，NC=0.25~0.5ND；所述的逆时针旋风荷电器的上进口N2的下侧面N2-2与逆时针旋风荷电器的电棒N5的下端的距离为NE，NE=0.5~1.0ND；所述的逆时针旋风荷电器的细颗粒分离器N3的第一直管段N3-1和第二直管段N3-2的直径相同均为NF，NF=0.25~0.5ND。

再改进，第一管路的一端为含粉尘颗粒气的入口，另一端与第一三通的第一个口相连通，第一三通的第二个口通过第二管路与顺时针旋风荷电器的第一入口相连通，第一三通的第三个口通过第三管路与逆时针旋风荷电器的第一入口相连通；顺时针旋风荷电器的细颗粒出口通过第四管路与逆时针旋风荷电器的第二入口相连通；逆时针旋风荷电器的细颗粒出口通过第五管路与顺时针旋风荷电器的第二入口相连通；顺时针旋风荷电器的凝并粉尘颗粒气出口通过第六管路与第二三通的第一个口相连通，逆时针旋风荷电器的凝并粉尘颗粒气出口通过第七管路与第二三通的第二个口相连通；第二三通的第三个口即为凝并粉尘颗粒气总排出口。

进一步改进，所述的顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流正电压，电压范围为+10~+100 kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流负电压，电压范围为-10~-100 kV；顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流负电压，电压范围为-10~-100 kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流正电压，电压范围为+10~+100 kV。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器分别对含粉尘颗粒的气流进行荷电，再利用旋风分离作用将荷同种电荷的粉尘颗粒的粗、细颗粒分开，再将荷不同电荷的粗、细颗粒混合，从而实现不同粒径颗粒的“选择性混合”，进而强化双极荷电颗粒之间的凝并作用。本发明的装置具有简单、可靠、有效的优点。

附图说明

图1是双极荷电-湍流凝并技术的原理示意图。

图2是本发明的顺时针旋风荷电器的立体示意图。

图3是本发明的顺时针旋风荷电器的正视示意图。

图4是本发明的顺时针旋风荷电器的俯视示意图。

图5是本发明的逆时针旋风荷电器的立体示意图。

图6是本发明的逆时针旋风荷电器的正视示意图。

图7是本发明的逆时针旋风荷电器的俯视示意图。

图8是本发明的一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置的立体示意图。

其中：前缀S代表顺时针旋风荷电器，前缀N代表逆时针旋风荷电器，1为圆筒，2为上进口，3为细颗粒分离器，4为下进口，5为电棒，2-1为上进口的上侧面，2-2为上进口的下侧面，2-3为上进口的外侧面，2-4为上进口的内侧面，3-1为第一直管段，3-2为第二直管段，4-1为下进口的上侧面，4-2为下进口的下侧面，4-3为下进口的外侧面，4-4为下进口的内侧面，D为圆筒的直径，B为上进口和下进口的高度，C为上进口和下进口的宽度，E为上进口的下侧面与电棒的下端的距离，F为第一直管段和第二直管段的直径。

具体实施方式

下面结合附图2、附图3、附图4、图5、附图6、附图7和附图8，通过实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置包括，顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器；所述的顺时针旋风荷电器由圆筒S1、上进口S2、细颗粒分离器S3、下进口S4和电棒S5组成，所述的圆筒S1为一圆筒形钢管，上端用圆形钢板封闭形成上端面，下端开口即为凝并粉尘颗粒气出口，所述的电棒S5为纯铜制作的实心棒，从圆筒的上端面中心处垂直贯穿深入圆筒S1内，电棒S5与圆筒S1的上端面绝缘，所述的上进口S2是一矩形管道，由上侧面S2-1、下侧面S2-2、外侧面S2-3和内侧面S2-4构成，上进口S2的一端与圆筒S1的上部侧面相切、连通，相切时上进口S2的外侧面S2-3与圆筒S1的外壁相切，上侧面S2-1与圆筒S1的上端面齐平，上进口S2的另一端为第一入口，所述的细颗粒分离器S3为一直角弯管，具有互成直角的第一直管段S3-1和第二直管段S3-2，设置在圆筒S1的中部，第一直管段S3-1的中心轴与圆筒S1的中心轴重合，开口端指向上端面，第二直管段S3-2与圆筒S1的壁贯穿并伸出圆筒S1外，第二直管段S3-2的开口即为细颗粒出口，所述的下进口S4是一矩形管道，由上侧面S4-1、下侧面S4-2、外侧面S4-3和内侧面S4-4构成，下进口S4的一端与圆筒S1的下部侧面相切、连通，相切时下进口S4的外侧面S4-3与圆筒S1的外壁相切，下进口S4的另端为第二入口；所述的逆时针旋风荷电器由圆筒N1、上进口N2、细颗粒分离器N3、下进口N4和电棒N5组成，所述的圆筒N1为一圆筒形钢管，上端用圆形钢板封闭形成上端面，下端开口即为凝并粉尘颗粒气出口，所述的电棒N5为纯铜制作的实心棒，从圆筒的上端面中心处垂直贯穿深入圆筒N1内，电棒N5与圆筒N1的上端面绝缘，所述的上进口N2是一矩形管道，由上侧面N2-1、下侧面N2-2、外侧面N2-3和内侧面N2-4构成，上进口N2的一端与圆筒N1的上部侧面相切、连通，相切时上进口N2的外侧面N2-3与圆筒N1的外壁相切，上侧面N2-1与圆筒N1的上端面齐平，上进口N2的另一端为第一入口，所述的细颗粒分离器N3为一直角弯管，具有互成直角的第一直管段N3-1和第二直管段N3-2，设置在圆筒N1的中部，第一直管段N3-1的中心轴与圆筒N1的中心轴重合，开口端指向上端面，第二直管段N3-2与圆筒N1的壁贯穿并伸出圆筒N1外，第二直管段N3-2的开口即为细颗粒出口，所述的下进口N4是一矩形管道，由上侧面N4-1、下侧面N4-2、外侧面N4-3和内侧面N4-4构成，下进口N4的一端与圆筒N1的下部侧面相切、连通，相切时下进口N4的外侧面N4-3与圆筒N1的外壁相切，下进口S4的另一端为第二入口。顺时针旋风荷电器的上进口S2的中心线与其细颗粒分离器S3的第二直管段S3-2的中心线呈α1夹角，α1夹角为0度；顺时针旋风荷电器的下进口S4的中心线与其细颗粒分离器S3的第二直管段S3-2的中心线呈β1夹角，β1夹角为0度。逆时针旋风荷电器的上进口N2的中心线与其细颗粒分离器N3的第二直管段N3-2的中心线呈α2夹角，α2夹角为0度；所述的逆时针旋风荷电器的下进口N4的中心线与其细颗粒分离器N3的第二直管段N3-2的中心线呈β2夹角，β2夹角为0度。顺时针旋风荷电器的圆筒S1的直径为SD，SD的数值为0.1 m；所述的顺时针旋风荷电器的上进口S2和下进口S4的高度相同，均为SB，SB=0.5SD，上进口S2和下进口S4的宽度相同，均为SC，SC=0.25SD；所述的顺时针旋风荷电器的上进口S2的下侧面S2-2与顺时针旋风荷电器的电棒S5的下端的距离为SE，SE=0.5SD；所述的顺时针旋风荷电器的细颗粒分离器S3的第一直管段S3-1和第二直管段S3-2的直径相同，均为SF，SF=0.25SD。逆时针旋风荷电器的圆筒N1的直径为ND，ND的数值为0.1 m；所述的逆时针旋风荷电器的上进口N2和下进口N4的高度相同，均为NB，NB=0.5 ND，上进口N2和下进口N4的宽度相同，均为NC，NC=0.25ND；所述的逆时针旋风荷电器的上进口N2的下侧面N2-2与逆时针旋风荷电器的电棒N5的下端的距离为NE，NE=0.5ND；所述的逆时针旋风荷电器的细颗粒分离器N3的第一直管段N3-1和第二直管段N3-2的直径相同均为NF，NF=0.25ND。

第一管路的一端为含粉尘颗粒气的入口，另一端与第一三通的第一个口相连通，第一三通的第二个口通过第二管路与顺时针旋风荷电器的第一入口相连通，第一三通的第三个口通过第三管路与逆时针旋风荷电器的第一入口相连通；顺时针旋风荷电器的细颗粒出口通过第四管路与逆时针旋风荷电器的第二入口相连通；逆时针旋风荷电器的细颗粒出口通过第五管路与顺时针旋风荷电器的第二入口相连通；顺时针旋风荷电器的凝并粉尘颗粒气出口通过第六管路与第二三通的第一个口相连通，逆时针旋风荷电器的凝并粉尘颗粒气出口通过第七管路与第二三通的第二个口相连通；第二三通的第三个口即为凝并粉尘颗粒气总排出口。

进一步改进，所述的顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流正电压，电压为+10 kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流负电压，电压为-10 kV。

实施例2

一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置包括顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器，所述的顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器的基本结构和管路连接与实施例1相同，实施例2的特殊点如下：α1夹角为180度、β1夹角为180度、α2夹角为90度、β2夹角为90度、SD的数值为2 m、SC=0.5SD、SE=SD、SF=0.5SD、ND的数值为2m、NB=0.5ND、NC=0.25ND、NE=ND、NF=0.5ND。顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流负电压，电压范围为-10kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流正电压，电压为+10 kV。

实施例3

一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置包括顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器，所述的顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器的基本结构和管路连接与实施例1相同，实施例3的特殊点如下：α1夹角为45度、β1夹角为360度、α2夹角为360度、β2夹角为45度、SD的数值为1.3m、SC=0.3SD、SE=0.8SD、SF=0.3SD、ND的数值为0.8m、NB=0.5ND、NC=0.25ND、NE=ND、NF=0.5ND。顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流正电压，电压为+100kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流负电压，电压范围为-100kV。

实施例4

一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置包括顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器，所述的顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器的基本结构和管路连接与实施例1相同，实施例4的特殊点如下：α1夹角为360度、β1夹角为45度、α2夹角为45度、β2夹角为360度、SD的数值为1.1m、SC=0.35SD、SE=0.85SD、SF=0.35SD、ND的数值为1.6m、NB=0.35ND、NC=0.45ND、NE=0.7ND、NF=0.7ND。顺时针旋风荷电器的电棒S5负载直流负电压，电压范围为-100kV时，逆时针旋风荷电器的电棒N5负载直流正电压，电压为+100 kV。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。