一种双极荷电-旋风除尘实验装置的制作方法

本发明属于废气除尘技术领域领域，尤其涉及一种双极荷电-旋风除尘实验装置。

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<100μm）、可吸入颗粒物（pm10，da<10μm）和可入肺颗粒物（pm2.5，da<2.5μm）。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，其基本原理参见“一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置,zl2017100074193”。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，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。

颗粒间的库伦力对湍流凝并的促进作用是双极荷电-湍流凝并技术具有较高效率的关键。若旋风分离过程中存在湍流凝并作用，那么在旋风分离器入口处设置双极荷电装置给颗粒荷上双极电荷，就能利用双极荷电颗粒间的库伦力来强化旋风分离细颗粒物的效率。有研究表明旋风分离器中存在较强的湍流凝并效应。受上述研究的启发，发明人已提出在旋风分离器前运用双极荷电技术，使烟道飞灰荷上双极电荷，再进入到旋风场中进行凝并、分离，可强化细颗粒物的捕集效率，参见“用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置和工艺，zl2016104375087”。在实验研究双极荷电-旋风分离颗粒物过程中急需提出进行该方面研究的实验平台，因此有必要提出一种双极荷电-旋风除尘实验装置。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术现状而提供一种双极荷电-旋风除尘实验装置，用以满足相关实验需求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种双极荷电-旋风除尘实验装置，其特征在于所述的装置由除尘系统、气溶胶发生发送系统和颗粒物粒径分布检测系统构成；所述的除尘系统由空气过滤器（1）、第一采样段（4）、双极荷电段（5）、旋风分离器（7）、颗粒物收集罐（8）、第二采样段（10）、第一变频风机（11）、布袋除尘器（12）组成；所述的第一采样段（4）和第二采样段（10）的结构相同，均为圆管，圆管的一端为进口、另一端为出口，在圆管的侧面开有一个采样口；所述的双极荷电段（5）为两端开口的方管，在其侧面分别设有铜制的正电极板（5-1）和负电极板（5-2），在平行于正电极板（5-1）和负电极板（5-2）的中间设置有不锈钢制的接地极板（5-3），所述双极荷电段的上、下面为透明有机玻璃制的板；所述的旋风分离器（7）为标准旋风分离器，设置有进口、出口和颗粒物出口；所述的空气过滤器（1）通过管路与第一三通的第一个口连通，且所述的空气过滤器（1）与第一三通的之间的管路上设置有第一空气流量计（2）；所述的第一三通的第二个口通过管路与第一采样段（4）的进口连通，且所述第一三通与第一采样段（4）之间的管路上设置有第一负压表（3）；所述的第一采样段（4）的出口通过管路与双极荷电段（5）的一端连通，所述双极荷电段（5）的另一端通过管路与旋风分离器（7）的进口连通，且所述的双极荷电段（5）和旋风分离器（7）之间的管路上设置有第二负压表（6）；所述的颗粒物收集罐（8）直接连接到旋风分离器（7）的颗粒物出口上；所述的旋风分离器（7）的出口通过管路与第二采样段（10）的进口连通，且所述的旋风分离器（7）与第二采样段（10）之间的管路上设置有第三负压表（9）；所述的第二采样段（10）的出口通过管路与第一变频风机（11）的进口连通；所述的第一变频风机（11）的出口通过管路与布袋除尘器（12）的进口连通；所述的布袋除尘器（12）的出口直排大气；

所述的颗粒物粒径分布检测系统由预切割器（14）、稀释器（16）、低压撞击器（18）、真空泵（19）、五联空气过滤器（20）和空气压缩机（21）组成；所述的预切割器（14）为一旋风分离器，设有进口和出口，所述的旋风分离器能脱除粒径大于10微米的颗粒物；所述的稀释器（16）设有进口、出口、稀释气进口和排气口；所述的低压撞击器（18）设有进口和出口；所述的五联空气过滤器（20）设有进口和出口，具有除颗粒、除雾、除水、除油和除臭功能；所述的真空泵（19）的进口通过管路与低压撞击器（18）的出口连通；所述的低压撞击器（18）的进口通过管路与第三三通切换阀（17）的第一口连通；所述第三三通切换阀（17）的第二个口通过管路与稀释器（16）的出口连通，所述的稀释器（16）的进口通过管路与第二三通切换阀（15）的第一个口连通，所述的稀释器（16）的稀释气进口通过管路与五联空气过滤器（20）的出口连通；所述的五联空气过滤器（20）的出口通过管路与空气压缩机（21）的出口连通；所述第三三通切换阀（17）的第三个口通过管路与第二三通切换阀（15）的第二个口连通；所述第二三通切换阀（15）的第三个口通过管路与预切割器（14）的出口连通；所述预切割器（14）的出口通过管路与第一三通切换阀（13）的第一个口连通；所述第一三通切换阀（13）的第二个口通过管路与第一等速采样探头连通，且所述的第一等速采样探头通过第一采样段（4）的采样口设置在第一采样段（4）内；所述第一三通切换阀（13）的第三个口通过管路与第二等速采样探头连通，且所述的第二等速采样探头通过第二采样段（10）的采样口设置在第二采样段（10）内；

所述的气溶胶发生发送系统由流化床（23）和第二变频风机（27）组成；所述的流化床（23）的侧面设置有压力表（24）和气溶胶发送口；所述的流化床（23）的气溶胶发送口通过管路与所述的第一三通的第三个口连通，且所述的流化床（23）与第一三通之间的管路上设置有第一蝶阀（22）；所述的第二变频风机（27）的出口通过管路与流化床（23）的底部连通；所述的流化床（23）的顶部通过管路与第二三通的第一个口连通，且所述的流化床（23）和第二三通之间的管路上设置有第二蝶阀（25）；所述的第二三通的第二个口通过管路与第二变频风机（27）的进口连通；所述的第二三通的第三个口与进气管的一端连通，所述的进气管的另一端与大气连通，且所述的进气管上设置有第二空气流量计（26）。

作为改进，所述的稀释器（16）的稀释倍数为8~16倍。

进一步改进，所述的低压撞击器（18）的颗粒物分级为14级，检测的粒径范围为10纳米~10微米。

再改进，所述的双极荷电段（5）的正电极板（5-1）和负电极板（5-2）均设置有钨材质的芒刺。

本发明的一种双极荷电-旋风除尘实验装置的工作流程如下：

1）在第一变频风机（11）的抽吸作用下，空气经过空气过滤器（1）后再经过第一空气流量计（2）的计量，进入第一三通；在第二变频风机（27）的抽排作用下，流化床（23）内的颗粒物（滑石粉或粉煤灰或其他需要研究的颗粒物）被流化形成气溶胶，其中大部分气溶胶经过第二蝶阀（25）进入第二三通；少量空气经过第二空气流量计（26）后也进入第二三通（在稳定运行状态下，该部分空气的量会自动地等于从气溶胶发送口排出的空气量，用以保持流化床（23）内气压的稳定）与循环气溶胶混合后再进入第二变频风机（27）的进口；流化床（23）内的一小部分气溶胶经过第一蝶阀（22）排入第一三通与空气混合后形成模拟气溶胶进入第一采样段（4）；

2）此时，第一三通切换阀（13）连通第一采样段（4）和预切割器（14），第二三通切换阀（15）连通预切割器（14）和稀释器（16），第三三通切换阀（17）连通稀释器（16）和低压撞击器（18），在真空泵（19）和空气压缩机（21）开启的条件下，第一采样段（4）内的少部分模拟气溶胶进入第一等速采样探头,再依次通过第一三通切换阀（13）、预切割器（14）、第二三通切换阀（15）进入稀释器（16）；空气经过空气压缩机（21）、五联空气过滤器（20）后也进入到稀释器（16）对模拟气溶胶进行稀释得到稀释气溶胶,一部分稀释气溶胶排空,另一部通过第三三通切换阀（17）、低压撞击器（18）和真空泵（19）后排空，在低压撞击器（18）中气溶胶中的颗粒物按照粒径大小进行分级收集并称量，这样根据稀释倍数和采样气量就可计算得到进入双极荷电-旋风分离装置之前的颗粒物不同粒径的浓度分布，以及总浓度；

3）同样，当第一三通切换阀（13）连通第二采样段（10）和预切割器（14），其余与（2）步骤相同时可以，得到经过双极荷电-旋风分离装置之后的颗粒物不同粒径的浓度分布，以及总浓度；

4）当第一采样段（4）和第二采样段（10）内的气溶胶颗粒物浓度不高，低于1000微克每立方米时，此时第二三通切换阀（15）和第三三通切换阀（17）连通，空气压缩机（21），颗粒物粒径分布检测系统不需要对采样气体进行稀释可直接进入低压撞击器(18)进行颗粒物粒径分布检测。

5）利用经过双极荷电-旋风分离装置前后的颗粒物不同粒径的浓度分布，以及总浓度，可以计算装置的总除尘效率以及粒级效率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、气溶胶发生发送系统可以通过阀门控制发送流量，进而精确调控模拟气溶胶中的颗粒物浓度；（2）颗粒物粒径分布检测系统可以同时适应高、低浓度气溶胶中颗粒物粒径分布的检测；（3）颗粒物粒径分布检测系统通过三通切换阀实现了双极荷电-旋风装置前后的检测，切换方便；（4）本发明的装置可对流量、颗粒物浓度、双极荷电电压进行精确调节，并同时测定装置多个位置的压力，实验装置功能齐备多样。

附图说明

图1是本发明的双极荷电-旋风除尘实验装置的流程示意图。

图2是本发明的双极荷电段的俯视结构示意图。

其中：1为空气过滤器，2为第一空气流量计，3为第一负压表，4为第一采样段，5为双极荷电段，6为第二负压表，7为旋风分离器，8为颗粒物收集罐，9为第三负压表，10为第二采样段，11为第一变频风机，12为布袋除尘器，13为第一三通切换阀，14为预切割器，15为第二三通切换阀，16为稀释器，17为第三三通切换阀、18为低压撞击器，19为真空泵，20为五联空气过滤器，21为空气压缩机，22为第一蝶阀，23为流化床，24为压力表，25为第二蝶阀、26为第二空气流量计、27为第二变频风机，5-1为正电极板，5-2为负电极板，5-3为接地极板。

具体实施方式

以下结合附图1和附图2通过实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种双极荷电-旋风除尘实验装置由除尘系统、气溶胶发生发送系统和颗粒物粒径分布检测系统构成；除尘系统由空气过滤器（1）、第一采样段（4）、双极荷电段（5）、旋风分离器（7）、颗粒物收集罐（8）、第二采样段（10）、第一变频风机（11）、布袋除尘器（12）组成；第一采样段（4）和第二采样段（10）的结构相同，均为圆管，圆管的一端为进口、另一端为出口，在圆管的侧面开有一个采样口；双极荷电段（5）为两端开口的方管，在其侧面分别设有铜制的正电极板（5-1）和负电极板（5-2），在平行于正电极板（5-1）和负电极板（5-2）的中间设置有不锈钢制的接地极板（5-3），正电极板（5-1）和负电极板（5-2）设置有钨材质的芒刺；双极荷电段的上、下面为透明有机玻璃制的板；旋风分离器（7）为标准旋风分离器，设置有进口、出口和颗粒物出口；空气过滤器（1）通过管路与第一三通的第一个口连通，且空气过滤器（1）与第一三通的之间的管路上设置有第一空气流量计（2）；第一三通的第二个口通过管路与第一采样段（4）的进口连通，且第一三通与第一采样段（4）之间的管路上设置有第一负压表（3）；所述的第一采样段（4）的出口通过管路与双极荷电段（5）的一端连通，双极荷电段（5）的另一端通过管路与旋风分离器（7）的进口连通，且双极荷电段（5）和旋风分离器（7）之间的管路上设置有第二负压表（6）；颗粒物收集罐（8）直接连接到旋风分离器（7）的颗粒物出口上；旋风分离器（7）的出口通过管路与第二采样段（10）的进口连通，且旋风分离器（7）与第二采样段（10）之间的管路上设置有第三负压表（9）；第二采样段（10）的出口通过管路与第一变频风机（11）的进口连通；第一变频风机（11）的出口通过管路与布袋除尘器（12）的进口连通；所述的布袋除尘器（12）的出口直排大气；

颗粒物粒径分布检测系统由预切割器（14）、稀释器（16）、低压撞击器（18）、真空泵（19）、五联空气过滤器（20）和空气压缩机（21）组成；预切割器（14）为一旋风分离器，设有进口和出口，旋风分离器能脱除粒径大于10微米的颗粒物；稀释器（16）设有进口、出口、稀释气进口和排气口，稀释器（16）的稀释倍数为16倍；所述的低压撞击器（18）设有进口和出口，低压撞击器（18）的颗粒物分级为14级，检测的粒径范围为10纳米~5微米；五联空气过滤器（20）设有进口和出口，具有除颗粒、除雾、除水、除油和除臭功能；真空泵（19）的进口通过管路与低压撞击器（18）的出口连通；低压撞击器（18）的进口通过管路与第三三通切换阀（17）的第一口连通；第三三通切换阀（17）的第二个口通过管路与稀释器（16）的出口连通，稀释器（16）的进口通过管路与第二三通切换阀（15）的第一个口连通，稀释器（16）的稀释气进口通过管路与五联空气过滤器（20）的出口连通；五联空气过滤器（20）的出口通过管路与空气压缩机（21）的出口连通；第三三通切换阀（17）的第三个口通过管路与第二三通切换阀（15）的第二个口连通；第二三通切换阀（15）的第三个口通过管路与预切割器（14）的出口连通；预切割器（14）的出口通过管路与第一三通切换阀（13）的第一个口连通；第一三通切换阀（13）的第二个口通过管路与第一等速采样探头连通，且第一等速采样探头通过第一采样段（4）的采样口设置在第一采样段（4）内；第一三通切换阀（13）的第三个口通过管路与第二等速采样探头连通，且第二等速采样探头通过第二采样段（10）的采样口设置在第二采样段（10）内；

气溶胶发生发送系统由流化床（23）和第二变频风机（27）组成；流化床（23）的侧面设置有压力表（24）和气溶胶发送口；流化床（23）的气溶胶发送口通过管路与所述的第一三通的第三个口连通，且流化床（23）与第一三通之间的管路上设置有第一蝶阀（22）；第二变频风机（27）的出口通过管路与流化床（23）的底部连通；流化床（23）的顶部通过管路与第二三通的第一个口连通，且流化床（23）和第二三通之间的管路上设置有第二蝶阀（25）；第二三通的第二个口通过管路与第二变频风机（27）的进口连通；第二三通的第三个口与进气管的一端连通，进气管的另一端与大气连通，且进气管上设置有第二空气流量计（26）。

实施例2

除低压撞击器（18）的检测的粒径范围为100纳米~10微米、稀释器（16）的稀释倍数为16之外，其余与实施例1相同。

实施例3

除低压撞击器（18）的检测的粒径范围为100纳米~5微米、稀释器（16）的稀释倍数为12之外，其余与实施例1相同。