CN102631990A - 一种纳微颗粒高效捕集方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及颗粒除尘技术领域，具体涉及一种纳微颗粒高效捕集方法以及实现该方法的装置。所述方法通过使颗粒带正电荷或负电荷，然后气流混合使颗粒团聚增大，再进行颗粒捕集。所述装置包括一次集尘及荷电单元、诱导团聚单元以及二次集尘单元，各单元顺次连接。本发明过程简单、连续且易于实现，具有理论及实际应用价值。本发明可以实现纳微颗粒的有效捕集，对粒径在2.5微米以下的纳微颗粒捕集效率可提高至少30％。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒除尘技术领域，具体地说，本发明涉及一种纳微颗粒高效捕集的方法以及实现该方法的装置。
背景技术
随着现代社会的高速发展，越来越多的矿物资源被转化为工业原材料和产品，同时，越来越多的工业废弃物抛向自然界。颗粒污染物即是众多污染物中的一种。颗粒污染物有以下两种来源：1、天然源可起因于地面扬尘(大风或其他自然作用扬起灰尘)；还有火山爆发、地震灰和森林火灾灰；海浪溅出的浪沫，海盐粒等；宇宙来源的陨星尘及生物界颗粒物如花粉、孢子等。2、颗粒污染物的人为来源主要是生产、建筑和运输过程以及燃料燃烧过程中产生的。如各种工业生产过程中排放的固体微粒，通常称为粉尘；燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，通常称为固体颗粒物，如煤烟、飞灰等；汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及人为排放的SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗粒物。
PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物(PM2.5)则主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤)、挥发性有机物等。
纳微颗粒是大气中的重要污染物，纳微颗粒是形成PM2.5的重要前驱物，纳微颗粒的捕集方法对于减少大气污染，减少PM2.5的形成，同时对于气相法纳米颗粒的收集都具有重要社会和经济效益。
CN 101069800A公开了一种捕集颗粒物的方法和装置，具体地说是一种使用液体吸收技术加上多孔材料过滤，捕集气体中的颗粒物的方法和装置。该方法采取以下步骤：将待处理的气体经气缸施加高压，通过浸泡于水中的过滤装置过滤后排放；过滤装置至少包括一层过滤层，滤孔直径不小于15微米，过滤层按滤孔直径从大到小依次排列，使不同尺寸的颗粒物按顺序依次进行层层过滤，最终被水完全吸附。所述装置是在一个过滤箱内设有多个气缸、由曲轴控制的活塞和多孔陶瓷过滤层，过滤层含有水分，当废气进入气缸后，受到活塞的往复式压缩，使废气被多孔陶瓷过滤层粉碎成微米级，最终达到颗粒物100％被水吸附的目的。
CN 1426841A提供一种能使荷电粉尘彼此相互凝聚成大尘粒从而易于从气体中分离出来的凝聚式静电除尘新方法，以及应用该方法的除尘装置，本发明方法的特点是把含尘气流分成两股，使其中一股的粉尘荷上正电，另一股的粉尘荷上负电，再让这两股的气流混合使荷电的粉尘凝聚，通过惯性分离方法将凝聚后的粉尘从气流中分离。该发明使颗粒凝聚后，通过惯性分离的方法将粉尘从气流中分离。发明内容中提到，当尘粒粒径大于20微米时，可以采用惯性分离方法将其从气流中分离，可见，如果有部分尘粒粒径达不到20微米，采用惯性分离的方法很难捕集，严重影响了捕集效率。
CN 101045219A公开了一种复合静电除尘器。它具有四个高压放电收尘电场，第一直流放电电场与有害烟气管道相连，作为预收尘级；第一脉冲放电电场与第一直流电场相连，作为荷电级；第二直流放电电场和第三直流放电电场依次位于第一脉冲放电电场之后，作为凝并收尘级。该发明装置结构较复杂，能量消耗也较大。
目前，纳微颗粒的捕集方法主要有过滤、静电除尘、电袋除尘等，然而由于颗粒较小，过滤方法成本太高，而普通静电除尘对于大颗粒效果很好好，对于纳微颗粒的捕集效果较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有纳微颗粒捕集方法工艺复杂、成本较高、捕集效果差等问题，提供一种针对纳微颗粒的高效捕集方法以及实现该方法的装置。
本发明提供一种纳微颗粒高效捕集方法，所述方法通过使颗粒带正电荷或负电荷，然后气流混合使颗粒团聚增大，再进行捕集。纳微颗粒之所以比一般颗粒处理难度大，捕集效果差，主要原因在于颗粒的尺寸过小，难以从气流中分离出来，增大了处理难度，本发明采用两次静电除尘，第一次静电除尘一方面使一部分颗粒带上正电荷，一部分颗粒带上负电荷，同时通过静电除尘，大颗粒得到捕集，然后进行气流混合，由于颗粒所带电荷不同而相互吸引，团聚成较大的颗粒，从而可以采用一般的颗粒捕集方法对其进行高效的捕集，这样第一次静电除尘，大颗粒得到捕集，小颗粒通过电荷不同而团聚成大颗粒，第二通过静电除尘，大颗粒得到捕集，这种方法对粒径在2.5微米以下的纳微颗粒捕集效率可提高至少30％。
本领域技术人员能够获知的所有颗粒荷电方式以及现有的大颗粒捕集方法均可用于实施本发明，以下是对本发明方法的优选方式，不应视为对本发明的限制。粒子荷电是指含尘气体流过电极之间的高压电晕电场时，粉尘粒子荷电的过程。它是电除尘过程的第一个基本过程，按其机理分为电场荷电和扩散荷电两类。例如脉冲电除尘电晕放电在脉冲期间产生大量的高能电子，使颗粒在电场中进行电子荷电。
进一步地，本发明包括以下步骤：
1)将含有颗粒的气流分成两部分，一部分使颗粒带正电，一部分使颗粒带负电；
2)使带正电和负电的颗粒气流混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒；
3)混合后的气流通过静电除尘进行颗粒捕集。
本发明所述纳微颗粒粒度范围20nm～10000nm。
步骤3)所述的颗粒捕集方法也可以采用过滤、旋风除尘、电袋除尘等方式，均可实现本发明目的。
工艺条件细化后，本发明具体包括以下步骤：
1)含有纳微颗粒的气流进入一次集尘及荷电区，通过静电装置使一部分颗粒带正电，一部分颗粒带负电；
2)两相气流混合进入到诱导团聚区，使带正电和负电的颗粒气流混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒；
3)混合后气流进入到二次集尘区，混合后的气流通过静电除尘进行颗粒捕集。
上述方法中，一次集尘及荷电区和二次集尘区都采用静电除尘。
静电除尘是气体除尘方法的一种，是利用静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的收尘方法，在冶金、化学等工业中用以净化气体或回收有用尘粒。含尘气体经过高压静电场时被电分离，在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极被收集。近年来通过技术创新，也有采用负极板集尘的方式。以往常用于以煤为燃料的工厂、电站，收集烟气中的煤灰和粉尘。冶金中用于收集锡、锌、铅、铝等的氧化物，现在也有可以用于家居的除尘灭菌产品。
带正电和负电的颗粒气流在诱导团聚区混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒，可以通过改变混合气流的流速和流向增加颗粒的团聚几率，使纳微颗粒团聚成较大的颗粒，减小捕集难度。
本发明还提供了一种实现纳微颗粒高效捕集的装置，包括一次集尘及荷电单元、诱导团聚单元以及二次集尘单元，各单元顺次连接。
本发明所述一次集尘及荷电单元包括一个正荷电静电除尘装置以及一个负荷电静电除尘装置，不但能够除去较大的颗粒，还能够使一部分小颗粒带正电，一部分小颗粒带负电，进入以下单元进行处理。
本发明所述诱导团聚单元为一个气流混合通道，带正电和负电的颗粒气流在该通道中混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒。所述气流混合通道截面积小于或等于一次集尘及荷电单元2个气流通道截面积之和。这种设计能够增加颗粒的团聚几率，提高捕集效率。
二次集尘单元为静电除尘装置。
本发明所述静电除尘装置为板式静电除尘器。
静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降。
板式静电除尘器是每一供电段(电场)内设置多排平行极板组成集尘极的电除尘器。电晕极均匀地安装在两排集尘极构成的通道中间，气流在除尘器内沿水平方向流动的称为卧式电除尘器。为了提高除尘效率，沿气流方向分为若干个电场，各电场配备独立的供电装置，可分别施加不同的电压，可用于处理很大的烟气量。清灰比较方便，制造安装较容易。
本发明所采用的静电除尘器以及气流混合通道均为现有设备，本领域技术人员可通过市场购得或自行制作。
本发明首先在一次集尘及荷电区进行较大颗粒的除尘，再使没有沉积下来的较小颗粒进行团聚、静电除尘，提高了设备整体的效率。本发明过程简单、连续且易于实现，具有理论及实际应用价值。本发明可以实现纳微颗粒的有效捕集，相比现有的方法，对粒径在2.5微米以下的纳微颗粒捕集效率可提高至少30％。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
其中：1-一次集尘及荷电单元；2-诱导团聚单元；3-二次集尘单元。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1纳微颗粒的高效捕集方法
首先将含有粒度范围在20nm～10000nm的纳微颗粒气流进入一次集尘及荷电区，一次集尘及荷电区设置有可使颗粒带正电和负电的静电除尘装置，除去较大颗粒后，将含有颗粒的气流分成两部分，使一部分颗粒带正电，一部分颗粒带负电；两相气流混合进入到诱导团聚区，由于颗粒所带电荷不同，颗粒间相互吸引而团聚成较大颗粒，在诱导团聚区可以通过改变混合气流的流速和流向增加颗粒的团聚几率。混合后气流进入到二次集尘区，通过静电除尘进行捕集。
实施例2
如图1所示，一种纳微颗粒高效捕集装置，包括顺次连接的一次集尘及荷电单元1、诱导团聚单元2以及二次集尘单元3。一次集尘及荷电单元1包括一个正荷电板式静电除尘器以及一个负荷电板式静电除尘器，诱导团聚单元2为一个气流混合通道，所述气流混合通道内径小于一次集尘及荷电单元。二次集尘单元3为板式静电除尘器。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及捕集方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及捕集方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及捕集方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种纳微颗粒高效捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将含有颗粒的气流分成两部分，一部分使颗粒带正电，一部分使颗粒带负电；
2)使带正电和负电的颗粒气流混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒；
3)混合后的气流通过静电除尘进行颗粒捕集。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳微颗粒粒度范围20nm～10000nm。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)含有纳微颗粒的气流进入一次集尘及荷电区，通过静电除尘装置使一部分颗粒带正电，一部分颗粒带负电；
2)两相气流混合进入到诱导团聚区，使带正电和负电的颗粒气流混合，由于颗粒所带电荷不同，相互吸引而团聚成较大颗粒；
3)混合后气流进入二次集尘区，混合后的气流通过静电除尘进行颗粒捕集。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，一次集尘及荷电区和二次集尘区都采用静电除尘。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在诱导团聚区可以通过改变混合气流的流速和流向增加颗粒的团聚几率。
6.一种实现如权利要求1-5之一所述纳微颗粒高效捕集方法的装置，其特征在于，包括一次集尘及荷电单元、诱导团聚单元以及二次集尘单元，各单元顺次连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述一次集尘及荷电单元包括一个正荷电静电除尘装置以及一个负荷电静电除尘装置。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述诱导团聚单元为一个气流混合通道；
优选地，所述气流混合通道截面积小于一次集尘及荷电单元两个截面积之和。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，二次集尘单元为静电除尘装置。
10.如权利要求6-9之一所述的装置，其特征在于，所述静电除尘装置为板式静电除尘器。
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