[发明专利]一种多场分区细颗粒物高效脱除的装置及方法

权利要求书

1.一种多场分区细颗粒物高效脱除的装置，其特征是，包括气溶胶入口（1）、布风板（2）、预收尘区（3）、声波过渡沉降区（5）、电场荷电凝并区（7）、声波混合凝并区（9）、直流收尘区（11）和气溶胶出口（13），所述气溶胶入口（1）、布风板（2）、预收尘区（3）、声波过渡沉降区（5）、电场荷电凝并区（7）、声波混合凝并区（9）、直流收尘区（11）和气溶胶出口（13）从左到右依次布置，且气溶胶入口（1）、布风板（2）、预收尘区（3）、声波过渡沉降区（5）、电场荷电凝并区（7）、声波混合凝并区（9）、直流收尘区（11）和气溶胶出口（13）依次相连通；所述预收尘区（3）内设置有负直流高压电线（14）和直流收尘板（15），且预收尘区（3）的底部设置有预收尘区灰斗（4）；所述声波过渡沉降区（5）的顶部设置有声波发生器（16），所述声波过渡沉降区（5）的底部设置有声波过渡沉降区灰斗（6）；所述电场荷电凝并区（7）内包括脉冲荷电凝并区（23）和直流双极凝并收尘区（24），且电场荷电凝并区（7）的底部设置有电场荷电凝并区灰斗（8）；所述脉冲荷电凝并区（23）内设置有正脉冲高压电线（18）和平面电极板（20），所述直流双极凝并收尘区（24）内设置有正直流高压电线（17）、电绝缘板（21）和移动网格板（22）；所述声波混合凝并区（9）的顶部设置有声波发生器（16），所述声波混合凝并区（9）的底部设置有声波混合凝并区灰斗（10）；所述直流收尘区（11）内设置有负直流高压电线（14）和移动电极板（19），所述直流收尘区（11）的底部设置有直流收尘区灰斗（12）；

所述预收尘区（3）、脉冲荷电凝并区（23）、直流双极凝并收尘区（24）和直流收尘区（11）采用横截面结构和尺寸相同的箱体结构，且预收尘区（3）、直流双极凝并收尘区（24）和直流收尘区（11）采用流道中心线重合的串联布置方式；

所述电场荷电凝并区（7）内包括两个相同的脉冲荷电凝并区（23）和一个直流双极凝并收尘区（24），所述一个直流双极凝并收尘区（24）位于两个相同的脉冲荷电凝并区（23）之间，且脉冲荷电凝并区（23）和直流双极凝并收尘区（24）采用并联布置方式，并且脉冲荷电凝并区（23）和直流双极凝并收尘区（24）的流道中心线位于同一水平层；

所述直流收尘板（15）、移动电极板（19）、平面电极板（20）和电绝缘板（21）沿流道方向平行布置，所述移动网格板（22）垂直流道方向布置；所述直流收尘板（15）、移动电极板（19）、平面电极板（20）和移动网格板（22）均采用不锈钢材料，所述电绝缘板（21）采用电绝缘材料；所述直流收尘板（15）和移动电极板（19）采用C型收尘极板，所述平面电极板（20）和电绝缘板（21）采用光滑平面极板；所述移动网格板（22）采用多层网格错列排布形式。

2.根据权利要求1所述的多场分区细颗粒物高效脱除的装置，其特征是，所述脉冲荷电凝并区（23）、直流双极凝并收尘区（24）和直流收尘区（11）采用等长箱体结构，且电场数大于预收尘区（3）内电场数。

3.根据权利要求1所述的多场分区细颗粒物高效脱除的装置，其特征是，所述声波过渡沉降区（5）和声波混合凝并区（9）对称布置于电场荷电凝并区（7）的两侧，所述声波发生器（16）的发声装置分别正对声波过渡沉降区灰斗（6）和声波混合凝并区灰斗（10），且两个声波发生器（16）的中心线与预收尘区（3）、直流双极凝并收尘区（24）和直流收尘区（11）的流道中心线重合。

4.根据权利要求1所述的多场分区细颗粒物高效脱除的装置，其特征是，所述负直流高压电线（14）、正直流高压电线（17）和正脉冲高压电线（18）均采用不锈钢材料，且负直流高压电线（14）、正直流高压电线（17）和正脉冲高压电线（18）沿流道方向平行布置；所述负直流高压电线（14）和正直流高压电线（17）均采用芒刺线电极，且芒刺等间距径向分布于电极上；所述负直流高压电线（14）与外部负直流高压电源连接，所述正直流高压电线（17）与外部正直流高压电源连接；所述正脉冲高压电线（18）采用光滑竖直线电极，并与外部高压正脉冲电源连接。

5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述的多场分区细颗粒物高效脱除的装置进行脱除细颗粒物的方法，其特征是，步骤如下：

第一步：启动装置：启动声波发生器（16），使声波过渡沉降区（5）和声波混合凝并区（9）的内部形成垂直贯通的声场；负直流高压电线（14）、正直流高压电线（17）、正脉冲高压电线（18）分别通电；

第二步：气溶胶颗粒物经气溶胶入口（1）进入反应器，随后在布风板（2）的作用下形成速度场和浓度场均布的气溶胶，随后进入预收尘区（3）；

第三步：气溶胶预收尘：在负直流高压电线（14）上施加负直流高压电，电线的芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与直流收尘板（15）之间的区域形成稳定的电场，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；凝并后的颗粒物在电场迁移作用下向直流收尘板（15）移动，将大部分大粒径的颗粒物收集到直流收尘板（15）上，通过清灰作用将颗粒物冲入预收尘区灰斗（4），维持电场稳定；

第四步：预收尘后的气溶胶进入声波过渡沉降区（5），随着流道横截面的逐渐增大，气溶胶流速下降，并局部形成涡旋扰流，增强了颗粒物之间的碰撞凝并作用，垂直贯通的声场通过声场作用进一步促进颗粒物之间的碰撞凝并；凝并后的大粒径颗粒物在低流速状态下随重力沉降进入声波过渡沉降区灰斗（6），其余较大粒径颗粒物和部分较小粒径颗粒物在惯性作用下进入直流双极凝并收尘区（24），剩余较小粒径的颗粒物随着声波过渡沉降区（5）内的扩散气流进入脉冲荷电凝并区（23）；由于移动网格板（22）增大了直流双极凝并收尘区（24）内的流场阻力，使直流双极凝并收尘区（24）内形成低速气流，而在流道相对畅通的脉冲荷电凝并区（23）内形成相对高速的气流，从而使得声波过渡沉降区（5）和电场荷电凝并区（7）产生了“虚拟撞击器”的作用效果；

第五步：直流双极凝并收尘：在正直流高压电线（17）上施加正直流高压电，电线的芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与移动网格板（22）之间的区域形成稳定的电场，由于该区域内电场力作用方向与预收尘区（3）基本呈垂直状态，因此从预收尘区（3）出来经过声波过渡沉降区（5）后尚带有部分负电荷的颗粒物受到电场力作用反而会向正直流高压电线（17）的方向做迁移运动，从而被重新荷电，同时促进了颗粒物之间的碰撞凝并；此外，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，存在大量正离子，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；直流双极凝并收尘区（24）内相对低速的气流环境进一步促进了颗粒物之间的碰撞凝并作用；凝并后的颗粒物在电场迁移作用下向移动网格板（22）移动，将大部分大粒径的颗粒物收集到移动网格板（22）上，通过移动网格板（22）的循环移动清灰作用将颗粒物冲入电场荷电凝并区灰斗（8），不会在移动网格板（22）表面形成积灰，维持电场稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率；

第六步：脉冲荷电凝并：正脉冲高压电线（18）施加正脉冲高压电之后产生流光电晕放电，电晕区可以贯通正负电极，流光通道内存在大量高能量的电子和正负离子，电子的荷电能力强于离子，正离子的数目多于负离子，在整个脉冲周期内存在着电子的迁移扩散荷电以及离子的扩散荷电，使大小不同粒径的颗粒物荷上不同极性的电荷，荷电颗粒通过扩散作用和库仑作用相互碰撞凝并；凝并后的颗粒物在电场迁移作用下向平面电极板（20）移动，将大部分大粒径的颗粒物收集到平面电极板（20）上，通过清灰作用将颗粒物冲入电场荷电凝并区灰斗（8），维持电场的稳定；

第七步：从脉冲荷电凝并区（23）出来带负电荷的颗粒物和直流双极凝并收尘区（24）出来带正电荷的颗粒物进入声波混合凝并区（9），一方面带不同电荷极性的颗粒物之间通过库仑作用和扩散作用相互碰撞凝并形成大粒径颗粒物，另一方面垂直贯通的声场通过声场作用进一步促进颗粒物之间的碰撞凝并，此外流道横截面逐渐收窄，从脉冲荷电凝并区（23）出来的气溶胶形成回旋气流，促进了与直流双极凝并收尘区（24）出来的气溶胶颗粒物的碰撞凝并作用，凝并后的大粒径颗粒物随重力沉降进入声波混合凝并区灰斗（10），其余气溶胶颗粒物进入直流收尘区（11）；

第八步：直流收尘：在负直流高压电线（14）上施加负直流高压电，电线的芒刺尖上形成剧烈的尖端电晕放电，并在与移动电极板（19）之间的区域形成稳定的电场，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；凝并后的颗粒物在电场迁移作用下向移动电极板（19）移动，将颗粒物收集到移动电极板（19）上，通过电极板的移动清灰作用将颗粒物冲入直流收尘区灰斗（12），从而完成气溶胶颗粒物的脱除过程，并且不会在移动电极板（19）的表面形成积灰，维持电场稳定，避免反电晕和二次扬尘，提高了收尘的效率。