[发明专利]一种多场协同脱除细颗粒物的装置及方法

权利要求书

1.一种多场协同脱除细颗粒物的装置，包括竖直设置的除尘箱体（19），所述除尘箱体（19）的上部设置有气溶胶颗粒物入口通道（1），除尘箱体（19）的下部设置有气溶胶出口通道（6），所述气溶胶颗粒物入口通道（1）和气溶胶出口通道（6）均沿水平方向设置，除尘箱体（19）的底部连接有灰斗（17）；其特征在于：还包括声波发生器（7）、水蒸气及化学团聚剂接入管路（8）、气溶胶紊流聚效环（10）、水槽（13）、板电极（14）和芒刺线电极（16）；所述除尘箱体（19）内部空间自上而下分为气溶胶紊流及声波团聚区（2）、多场协同团聚区（3）、声电耦合团聚收尘区（4）和惯性沉降收尘区（5），所述气溶胶颗粒物入口通道（1）与气溶胶紊流及声波团聚区（2）相通连接，所述气溶胶出口通道（6）与惯性沉降收尘区（5）相通连接；所述声波发生器（7）安装在除尘箱体（19）的顶部，用于使除尘箱体（19）内部形成垂直贯通的声场；所述气溶胶紊流聚效环（10）与除尘箱体（19）内壁贴合安装，并位于气溶胶紊流及声波团聚区（2）；所述水蒸气及化学团聚剂接入管路（8）从外部穿过除尘箱体（19）的箱体壁，进入气溶胶紊流及声波团聚区（2），并位于气溶胶紊流聚效环（10）上方，所述水蒸气及化学团聚剂接入管路（8）的末端连接有喷嘴（9），所述气溶胶紊流及声波团聚区（2）的下部形成出口流道，所述喷嘴（9）竖直向下布置在出口流道中心处，用于向多场协同团聚区（3）喷射水蒸气和化学团聚剂；所述板电极（14）呈上下均开口的薄壁筒状，与除尘箱体（19）内壁保持一定距离地套装在除尘箱体（19）内，并贯穿多场协同团聚区（3）、声电耦合团聚收尘区（4）和惯性沉降收尘区（5）；所述水槽（13）位于多场协同团聚区（3）上部，用于为板电极（14）提供水流，使板电极（14）内壁面形成水膜；所述芒刺线电极（16）沿竖直方向设置在声电耦合团聚收尘区（4）的中心处，用于产生径向分布的电场；所述除尘箱体（19）为圆筒形结构；所述气溶胶颗粒物入口通道（1）切向布置于气溶胶紊流及声波团聚区（2）顶部，与圆筒形除尘箱体（19）以及气溶胶紊流聚效环（10）共同构成切向进气的类旋风切割器结构；所述气溶胶紊流聚效环（10）的内壁面为环形斜面，其倾斜角至少为60º；所述灰斗（17）的底部开设有灰斗浆液出口（18）；所述喷嘴（9）采用压力旋转式喷嘴，喷嘴（9）的出口方向背向气溶胶来流方向。

2.根据权利要求1所述的多场协同脱除细颗粒物的装置，其特征在于：所述水槽（13）由水膜电极外接水源接入管路（12）供水，所述水膜电极外接水源接入管路（12）从外部穿过除尘箱体（19）的箱体壁，从而连接水槽（13）。

3.根据权利要求1或2所述的多场协同脱除细颗粒物的装置，其特征在于：所述水槽（13）呈环设安装在除尘箱体（19）内壁与板电极（14）外壁之间的区域内，并位于气溶胶紊流聚效环（10）下方，气溶胶紊流聚效环（10）下面连接一圈挡板（11），所述挡板（11）外壁与板电极（14）内壁之间具有一定间隙，所述水槽（13）的顶面略高于板电极（14）顶面，水槽（13）的顶面上开设有溢流口，从溢流口流出的水在气溶胶紊流聚效环（10）底面以及挡板（11）的作用下，沿所述挡板（11）外壁与板电极（14）内壁之间的间隙向下流出，使板电极（14）形成水膜电极。

4.根据权利要求1所述的多场协同脱除细颗粒物的装置，其特征在于：所述芒刺线电极（16）连接一根高压负直流电线（15）；所述高压负直流电线（15）的一端穿出除尘箱体（19），从而与外部电源连接。

5.根据权利要求1或4所述的多场协同脱除细颗粒物的装置，其特征在于：所述板电极（14）和芒刺线电极（16）均采用不锈钢材料；所述芒刺线电极（16）上的芒刺等间距径向分布于电极上，在圆筒形除尘箱体（19）内部构成径向分布的电场。

6.根据权利要求1所述的多场协同脱除细颗粒物的装置，其特征在于：所述灰斗（17）内壁面涂覆耐磨损耐腐蚀的吸声材料。

7.一种利用权利要求1-6任一权利要求所述的多场协同脱除细颗粒物的装置进行脱除细颗粒物的方法，其特征在于：步骤如下：

第一步：启动装置：启动声波发生器（7），使除尘箱体（19）内部形成垂直贯通的声场；启动喷嘴（9），向多场协同团聚区（3）喷射水蒸气和化学团聚剂；通过水膜电极外接水源接入管路（12）向水槽（13）内供水，使板电极（14）形成水膜电极；芒刺线电极（16）通电产生径向分布的电场；

第二步：气溶胶颗粒物经气溶胶颗粒物入口通道（1）进入气溶胶紊流及声波团聚区（2），随后在离心分离作用下，大粒径颗粒物被分离并沿着除尘箱体（19）箱体壁向下到达板电极（14）后被水膜捕集冲刷进入灰斗（17）；由于气溶胶紊流聚效环（10）产生类旋风切割器效应，气溶胶颗粒物形成局部上升气流涡旋；声波发生器（7）产生的声场作用促进了局部上升气流涡旋中颗粒物的碰撞团聚效应，以及在除尘箱体（19）顶部的阻挡下，气溶胶颗粒物向下进入多场协同团聚区（3）；

第三步：外场凝并：多场协同团聚区（3）的气溶胶颗粒物在声波、水蒸气和化学团聚剂的作用下，细颗粒物分别经过“声波团聚机制”、“相变凝结长大机制”、“化学团聚絮凝机制”以及“水汽核化凝结长大机制”而团聚形成大粒径颗粒物，具体过程为：饱和水蒸气和化学团聚剂分别通过水蒸气及化学团聚剂接入管路（8）进入喷嘴（9）后顺着气流方向喷入，其中水蒸气以细颗粒物为凝结核发生核化凝结和相变凝结，使颗粒物的粒径和质量增加，并产生扩散泳和热泳的作用，促使颗粒物迁移碰撞，从而使细颗粒物凝并长大；化学团聚剂被喷出后在表面张力、粘性力和空气阻力的相互作用下雾化成小液滴，通过絮凝理论的物理作用促使气溶胶颗粒物凝并长大；垂直贯通的声场通过声场作用进一步促进颗粒物和水汽液滴之间的两两团聚作用；

第四步：外场凝并后的气溶胶颗粒物进入声电耦合团聚收尘区（4），在芒刺线电极（16）上施加负直流高压电，芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与板电极（14）之间的区域形成径向分布的电场，在狭小的电晕区域内同时存在大量的正离子、负离子和高能自由电子，在电晕区域内颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被异极性荷电，荷电颗粒通过扩散作用和库伦作用相互碰撞凝并；在电晕区域外，同时存在负离子和自由电子，颗粒物通过电场迁移荷电和自由扩散荷电两种方式被同极性荷电，部分荷电颗粒通过扩散作用相互碰撞凝并；垂直贯通的声场通过声场作用促进颗粒物之间的碰撞凝并；垂直贯通的声场和径向分布的电场相互交叉，电场迁移作用和声波同向团聚作用相互耦合，进一步增大颗粒物碰撞团聚的作用区域和碰撞几率，促进颗粒物的碰撞凝并；凝并后的颗粒物和水汽粒子在电场迁移作用下向板电极（14）移动，将大部分大粒径的颗粒物以及水汽粒子收集到水膜电极上，通过水膜电极清灰方法进行清灰除尘，将大粒径颗粒物冲入灰斗（17），其中，水膜电极清灰方法为：干净水源通过水膜电极外接水源接入管路（12）进入水槽（13），水槽（13）的顶面开有溢流口可以较好地避免进水口涌流干扰水膜的形成，当水槽（13）内的水位超过溢流口高度时水流会溢出进入挡板（11）与板电极（14）的空隙处，在挡板（11）的作用下，水流在板电极（14）的表面自上而下均匀分布形成一层水膜，当气溶胶颗粒物和水汽粒子被板电极（14）捕集时，在水膜冲刷和流场力的共同作用下混合浆液直接进入灰斗（17）并通过灰斗浆液出口（18）向外排出，从而不会在板电极（14）表面形成积灰，维持电场的稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第五步：剩余的气溶胶颗粒物进入惯性沉降收尘区（5），由于气溶胶出口通道（6）与气流流向呈垂直布置，颗粒物在惯性作用下进入灰斗（17）被灰斗浆液所捕集，除尘之后的气溶胶气流90º转向进入气溶胶出口通道（6）排出，由于板电极（14）的水膜冲刷作用在气溶胶出口通道（6）处形成水幕，通过水滴冲刷进一步脱除气溶胶气流中的颗粒物，从而完成气溶胶颗粒物的脱除过程。