本发明公开了一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及工艺方法，通过电极产生交流磁场，将弯曲管路中的压力水振荡磁化，形成磁化水，带压磁化水在比例发泡装置射流喷嘴出口处，形成高速射流，压力降至液体饱和蒸气压，在射流喉管出口处，形成低压区，外界空气由壁面开口自动吸入，在发泡装置的扩散段，安装有锥形网，喉管喷出的高速磁化泡沫液在锥形网上铺开，吸入的空气不断吹动液膜鼓泡，形成大量细腻的磁化泡沫，磁化泡沫由管路输送至工业喷淋塔中，并由螺旋喷嘴向下喷洒至筛板上，含尘气流由下向上运动，在筛板处与泡沫相遇，泡沫与含尘气流中的小颗粒发生润湿、包裹、碰撞、凝结，快速净化含尘气流，提高降尘效率。
1.一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，其特征在于：该装置包括水管路(1)、磁化装置、比例发泡装置(5)、吸液管(6)、发泡剂储液罐(7)、泡沫观测孔(8)、磁化泡沫入口(9)、净化气流出口(10)、螺旋喷头(11)、喷淋塔(12)、筛板(13)、含尘气流入口(14)、排污口(15)、控制阀门(16)、水泵(17)、储水池(18)、溢流连通管(19)、过滤器(20)、沉降池(21)及排渣口(22)；水泵(17)与储水池(18)相连，水泵(17)与磁化装置之间的水管路(1)上设有控制阀门(16)；经过磁化装置之后的水管路(1)与比例发泡装置(5)连接，发泡剂储液罐(7)通过吸液管(6)与比例发泡装置(5)侧部连接；比例发泡装置(5)的出口管与喷淋塔(12)的磁化泡沫入口(9)连接，泡沫观测孔(8)安装在磁化泡沫入口(9)之前；螺旋喷头(11)设置在喷淋塔(12)的内部并与磁化泡沫入口(9)连接，筛板(13)设置在喷淋塔(12)内，且螺旋喷头(11)与筛板(13)的位置相对应；喷淋塔(12)的顶部设有净化气流出口(10)，喷淋塔(12)的底部设有排污口(15)，喷淋塔(12)的侧部设有含尘气流入口(14)；排污口(15)与沉降池(21)相对应，沉降池(21)与排渣口(22)连接；储水池(18)通过溢流连通管(19)与沉降池(21)连接，溢流连通管(19)的端部设有过滤器(20)。
2.根据权利要求1所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，其特征在于：磁化装置由两块永磁铁(2)、线圈(3)和交流电极(4)组成，其中，线圈(3)缠绕在永磁铁(2)上，并与交流电极(4)相连，水管路(1)弯曲布置于两块永磁铁(2)之间；交流电可形成高频振荡频率和脉冲，当水流过磁场时，可被迅速磁化，水被磁化后氢键断裂，水分子活性增强，吸附能力和渗透能力均大幅增强，对呼吸性粉尘的润湿性提高。
3.根据权利要求1所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，其特征在于：比例发泡装置(5)结构为射流与文丘里结构的复合体，包括前端的射流喷嘴体(5-1)、密封垫圈(5-2)、喉管体(5-3)、扩散体(5-4)、发泡剂吸液口(5-5)、进风口(5-6)、锥形网(5-7)、固定杆(5-8)及固定盘(5-9)；其中，射流喷嘴体(5-1)和扩散体(5-4)通过螺纹与水管路(1)相连接，射流喷嘴体(5-1)的出口端为圆柱腔体，发泡剂吸液口(5-5)位于喉管体(5-3)前端紧靠喉管腔处，固定杆(5-8)通过螺纹固定在固定盘(5-9)上；在压力磁化水的作用下，比例发泡装置产生负压，将发泡剂储液罐(7)中的发泡剂由吸液管(6)自动添加至磁化水中，混合形成磁化液，并在进风口(5-6)处自吸空气，空气和磁化液在锥形网(5-7)内混合发泡，喉管体(5-3)与射流喷嘴体(5-1)之间设有密封垫圈(5-2)。
4.根据权利要求3所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，其特征在于：锥形网(5-7)的侧面和底面均为网状结构，且锥角小于扩散体(5-4)的扩散角，网孔直径为2mm～6mm，网材质为金属网与棉线网的合体，层数2～3，锥形网(5-7)末端焊接在固定杆(5-8)上，固定杆(5-8)为全螺纹螺杆，能够在固定盘(5-9)上自由移动，调节锥形网(5-7)在扩散体(5-4)内的位置；锥形网发泡原理为：由喉管喷出的高速磁化泡沫液沿锥形网面上铺开，形成液膜，吸入的空气不断吹动液膜鼓泡，使液膜不断拉伸、变形、剪切，并最终形成大量细腻的磁化泡沫体。
5.根据权利要求1所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，其特征在于：筛板(13)的孔径为5mm～10mm，螺旋喷头(11)稳定运行时，扩散角度不小于90°。
6.利用权利要求1所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置进行的工艺方法，其特征在于：磁化泡沫净化工业含尘气流工艺方法流程为：储水池(18)中的水由水泵(17)抽至水管路(1)中，形成压力水，压力水经弯曲管路进入磁化装置和振荡磁化后，输送至比例发泡装置(5)中，在磁化压力水的作用下，比例发泡装置(5)自动添加发泡剂和自吸发泡，产生的磁化泡沫经管路输送至喷淋塔(12)中，在进入喷淋塔(12)之前，通过泡沫观测孔(8)观察磁化泡沫效果，磁化泡沫由螺旋喷头(11)喷至筛板(13)上，形成磁化泡沫覆盖液膜，含尘气流由入口进入喷淋塔(12)时，大颗粒尘粒由于惯性作用，从气流中分离出来落入下部锥体，小颗粒粉尘随气流由下向上通过筛板(13)，并吹动筛板(13)上的液膜发生二次起泡，大幅提高磁化泡沫的发泡效果，泡沫与含尘气流中的小颗粒发生润湿、包裹、碰撞、凝结，快速净化含尘气流，降尘效率大幅提高，净化后的气流由上部净化气流出口(10)排出，大颗粒粉尘和被磁化泡沫捕集的尘粒由排污口(15)流至沉降池(21)，沉降后，泥浆由排渣口(22)排出，上部的清水经过滤器(20)处理后，由溢流连通管(19)回流至储水池(18)。
7.根据权利要求6所述的一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置进行的工艺方法，其特征在于：比例发泡装置利用高速水射流空化原理，使喷嘴体前端腔体内压力降至液体饱和蒸气压，被吸液体发生空化，产生大量的蒸汽泡，吸液负压达到恒定值，阻塞被吸发泡剂的进一步增加，吸液量也达到稳定值，以此设计为比例发泡装置添加发泡剂的工况点，当出口压力或者吸气压力波动时即低于临界值，空化吸液压力也不发生变化，确保了发泡剂的精确定量添加，保障了比例发泡装置的稳定可靠运行。
一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及工艺方法
技术领域
[0001] 本发明一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及工艺方法，涉及一种工业除尘方法，属于安全生产技术领域，该磁化泡沫制备装置体积小，无需风源即可发泡，操作简便，非常适合于工业燃煤锅炉生产过程中高浓度粉尘的净化处理。
背景技术
[0002] 近年来，随着经济的迅速发展，以原煤为燃料的大型工业设备增多，燃煤锅炉排放的大气污染物增加，雾霾天气频现，以可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，严重损害人民群众身体健康。根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的新规定，燃煤锅炉大气污染物烟尘的排放标准由原来的50mg/m3降至30mg/m3，重点控制区域必须低于20mg/m3。
[0003] 目前，国内外工业防尘主要采用机械式除尘、湿式除尘、电除尘、过滤式除尘等技术，一定程度上降低了粉尘浓度，但还存在明显的不足。机械式除尘利用重力、惯性力及离心力原理除尘，对大粒径粉尘的分离效率较高，但对小粒径的除尘效率低；湿式除尘易受酸碱性气体腐蚀，润湿粉尘能力弱，尤其对疏水性粉尘的降尘效率极低，且耗水量大，所需水压高；电除尘一次投入大，设备复杂，占地面积大，操作、运行、维护管理要求高，对粉尘的比电阻也有一定要求；过滤式除尘不宜用来除去油雾、凝结水和粘性大的含尘气流，且占地面积大，拆装维护不方便。由于已有技术不能满足大型工业场所高浓度粉尘的防治要求，因此迫切需要研发新型高效除尘技术，磁化泡沫作为一种气液两相介质，较之水雾，具有渗透性强、接尘面积大、黏附粉尘能力强的高效捕尘特性，尤其是对小粒径的呼吸性粉尘有很强的抑制能力，因此磁化泡沫除尘方法与技术受到国内外关注。
[0004] 目前，研究者们围绕磁化泡沫的制备及应用，提出了多种形式的工艺方法。专利号2016103418649公开了一种泡沫液可循环利用的磁化泡沫除尘机及其使用方法，其采用磁式发泡器对混合液进行磁化和发泡，与本发明提出的首先磁化水后发泡存在本质不同，且采用双轴伸电动机旋转叶片转动产生风压并同时带动螺旋挤压器旋转挤压，整套设备操作较复杂；专利号2013106943724和文献“磁化泡沫旋风钻孔除尘技术的实验研究”公开了一种磁化泡沫发泡装置，装置由文丘里管、固定磁铁及磁性管组成，通过扰流孔的半球形扰流板发泡，该发泡方式不仅磁化效果较差，也易失磁，可靠性较差；专利号2011102081264公开了一种超微磁化泡沫钻孔除尘器，其由钻孔封堵器、降尘装置、超微磁化泡沫捕尘装置构成，捕尘装置由强磁铁和发泡网组成，缺点是泡沫液需要提前混合均匀，不能实现自动添加，操作较为繁琐。为此，亟需设计一种可靠性磁化泡沫制备装置，使其具有强磁性和高效发泡的特点，以满足工业燃煤锅炉净化含尘气流的要求。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对工业燃煤锅炉烟尘，提供一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及方法，克服现有除尘技术在制备方法上的不足。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，该装置包括水管路、永磁铁、线圈、交流电极、比例发泡装置、吸液管、发泡剂储液罐、泡沫观测孔、磁化泡沫入口、净化气流出口、螺旋喷头、喷淋塔、筛板、含尘气流入口、排污口、控制阀门、水泵、储水池、溢流连通管、过滤器、沉降池及排渣口；其中，控制阀门设置在磁化装置之前，比例发泡装置连接在磁化装置之后，泡沫观测孔安装在磁化泡沫入口之前。
[0007] 有益效果：本发明系统仅以压力水为驱动力，无需配备专门的供风系统，即可制备出高倍数磁化泡沫，磁化装置与比例发泡装置相互分开，单独进行磁化水制备和气液混合发泡，操作方便，拆装维护简单，制备的磁化泡沫在喷淋塔内与高温含尘气流逆向混合，并在筛板处发生二次起泡，磁化泡沫量增大，降尘效果尤其是呼吸性粉尘效果将大幅提升。
[0008] 优选地，磁化装置由两块永磁铁、线圈和交流电极组成，水管路弯曲布置于两块永磁铁之间，通过交流电可产生高频振荡电磁场，提高水的磁化效率。
[0009] 优选地，比例发泡装置结构为射流与文丘里结构的复合体，包括前端的射流喷嘴体、密封垫圈、喉管体、扩散体、发泡剂吸液口、进风口、锥形网、固定杆及固定盘；其中，喷嘴体和扩散体通过螺纹与水管路相连接，喷嘴体的出口端为圆柱腔体，发泡剂吸液口位于喉管体前端紧靠喉管腔处，固定杆通过螺纹固定在固定盘上，可同时完成发泡剂的自动定量添加和空气自吸发泡，具有结构简单，易操作的优点。
[0010] 优选地，本发明比例发泡装置利用高速水射流空化原理，使喷嘴体前端腔体内压力降至液体饱和蒸气压，被吸液体发生空化，吸液负压达到恒定值，并以此设计为比例发泡装置添加发泡剂的运行工况，实现发泡剂的定量精确添加。
[0011] 优选地，锥形网的侧面和底面均为网状结构，且锥角小于扩散体的扩散角，网孔直径2～6mm，网材质为金属网与棉线网的合体，层数2～3，锥形网末端焊接在固定杆上，固定杆为全螺纹螺杆，可以在固定盘上自由移动，调节锥形网在扩散体内的位置。
[0012] 优选地，筛板孔径为5～10mm，螺旋喷头稳定运行时，扩散角度不小于90°。
[0013] 优选地，储水池和沉降池之间由溢流连通管连接，溢流连通管上游设有过滤器。
附图说明
[0014] 图1为本发明一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及方法；
[0015] 图2为本发明比例发泡装置示意图；
[0016] 图3为本发明比例发泡装置空化吸液原理图；
[0017] 图中：1-水管路；2-永磁铁；3-线圈；4-交流电极；5-比例发泡装置；6-吸液管；7-发泡剂储液罐；8-泡沫观测孔；9-磁化泡沫入口；10-净化气流出口；11-螺旋喷头；12-喷淋塔；13-筛板；14-含尘气流入口；15-排污口；16-控制阀门；17-水泵；18-储水池；19-溢流连通管；20-过滤器；21-沉降池；22-排渣口；5-1-射流喷嘴体；5-2-密封垫圈；5-3-喉管体；5-4-扩散体；5-5-发泡剂吸液口；5-6-进风口；5-7-锥形网；5-8-固定杆；5-9-固定盘。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1所示，一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置，该装置包括水管路(1)、磁化装置、比例发泡装置(5)、吸液管(6)、发泡剂储液罐(7)、泡沫观测孔(8)、磁化泡沫入口(9)、净化气流出口(10)、螺旋喷头(11)、喷淋塔(12)、筛板(13)、含尘气流入口(14)、排污口(15)、控制阀门(16)、水泵(17)、储水池(18)、溢流连通管(19)、过滤器(20)、沉降池(21)及排渣口(22)；水泵(17)与储水池(18)相连，水泵(17)与磁化装置之间的水管路(1)上设有控制阀门(16)；经过磁化装置之后的水管路(1)与比例发泡装置(5)连接，发泡剂储液罐(7)通过吸液管(6)与比例发泡装置(5)侧部连接；比例发泡装置(5)的出口管与喷淋塔(12)的磁化泡沫入口(9)连接，泡沫观测孔(8)安转在磁化泡沫入口(9)之前。螺旋喷头(11)设置在喷淋塔(12)的内部并与磁化泡沫入口(9)连接，筛板(13)设置在喷淋塔(12)内，且螺旋喷头(11)与筛板(13)的位置相对应；喷淋塔(12)的顶部设有净化气流出口(10)，喷淋塔(12)的底部设有排污口(15)，喷淋塔(12)的侧部设有含尘气流入口(14)；排污口(15)与沉降池(21)相对应，沉降池(21)与排渣口(22)连接；储水池(18)通过溢流连通管(19)与沉降池(21)连接，溢流连通管(19)的端部设有过滤器(20)。
[0020] 利用一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置进行的工艺方法，磁化泡沫净化工业含尘气流工艺方法流程为：储水池(18)中的水由水泵(17)抽至水管路(1)中，形成压力水，压力水经弯曲管路进入磁化装置和振荡磁化后，输送至比例发泡装置(5)中，在磁化压力水的作用下，比例发泡装置(5)自动添加发泡剂和自吸发泡，产生的磁化泡沫经管路输送至喷淋塔(12)中，在进入喷淋塔(12)之前，通过观测孔(8)观察磁化泡沫效果，磁化泡沫由螺旋喷头(11)喷至筛板(13)上，形成磁化泡沫覆盖液膜，含尘气流由入口(14)进入喷淋塔(12)时，大颗粒尘粒由于惯性作用，从气流中分离出来落入下部锥体，小颗粒粉尘随气流由下向上通过筛板(13)，并吹动筛板(13)上的液膜发生二次起泡，大幅提高磁化泡沫的发泡效果，泡沫与含尘气流中的小颗粒发生润湿、包裹、碰撞、凝结，快速净化含尘气流，降尘效率大幅提高，净化后的气流由上部净化气流出口(10)排出，大颗粒粉尘和被磁化泡沫捕集的尘粒由排污口(15)流至沉降池(21)，沉降后，泥浆由排渣口(22)排出，上部的清水经过滤器(20)处理后，由溢流连通管(19)回流至储水池(18)。
[0021] 磁化装置由两块永磁铁(2)、线圈(3)和交流电极(4)组成，其中，线圈(3)缠绕在永磁铁(2)上，并与交流电极(4)相连，水管路(1)弯曲布置于两块永磁铁(2)之间；交流电可形成高频振荡频率和脉冲，当水流过磁场时，可被迅速磁化，水被磁化后氢键断裂，水分子活性增强，吸附能力和渗透能力均大幅增强，对粉尘尤其是呼吸性粉尘的润湿性提高。
[0022] 如图2所示，比例发泡装置(5)结构为射流与文丘里结构的复合体，包括前端的射流喷嘴体(5-1)、密封垫圈(5-2)、喉管体(5-3)、扩散体(5-4)、发泡剂吸液口(5-5)、进风口(5-6)、锥形网(5-7)、固定杆(5-8)及固定盘(5-9)；其中，射流喷嘴体(5-1)和扩散体(5-4)通过螺纹与水管路(1)相连接，射流喷嘴体(5-1)的出口端为圆柱腔体，发泡剂吸液口(5-5)位于喉管体(5-3)前端紧靠喉管腔处，固定杆(5-8)通过螺纹固定在固定盘(5-9)上。在压力磁化水的作用下，比例发泡装置产生负压，将发泡剂储液罐(7)中的发泡剂由吸液管(6)自动添加至磁化水中，混合形成磁化液，并在进风口(5-6)处自吸空气，空气和磁化液在锥形网(5-7)内混合发泡，喉管体(5-3)与射流喷嘴体(5-1)之间设有密封垫圈(5-2)；该比例发泡装置集成了发泡剂添加和发泡的功能，内部无运动部件，具有结构简单，可靠性高，易操作的优点。
[0023] 如图3所示，比例发泡装置利用高速水射流空化原理，使喷嘴体前端腔体内压力降至液体饱和蒸气压，被吸液体发生空化，产生大量的蒸汽泡，吸液负压达到恒定值，阻塞被吸发泡剂的进一步增加，吸液量也达到稳定值，以此设计为比例发泡装置添加发泡剂的工况点，当出口压力或者吸气压力波动时(低于临界值)，空化吸液压力也不发生变化，确保了发泡剂的精确定量添加，保障了比例发泡装置的稳定可靠运行。
[0024] 锥形网(5-7)的侧面和底面均为网状结构，且锥角小于扩散体(5-4)的扩散角，网孔直径为2mm～6mm，网材质为金属网与棉线网的合体，层数2～3，锥形网(5-7)末端焊接在固定杆(5-8)上，固定杆(5-8)为全螺纹螺杆，可以在固定盘(5-9)上自由移动，调节锥形网(5-7)在扩散体(5-4)内的位置。锥形网发泡原理为：由喉管喷出的高速磁化泡沫液沿锥形网面上铺开，形成液膜，吸入的空气不断吹动液膜鼓泡，使液膜不断拉伸、变形、剪切，并最终形成大量细腻的磁化泡沫体。
[0025] 筛板(13)的孔径为5mm～10mm，螺旋喷头(11)稳定运行时，扩散角度不小于90°。
[0026] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
