本发明一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，包括沿烟气流向依次布置的进口渐扩段，雾化荷电段和湍流凝聚段；雾化荷电段包括雾化荷电管；雾化荷电管包括设置超声波雾化滴液进口的中间联管和连通设置在中间联管两侧的多个分支管；分支管包括插接在中间联管的荷电壳体，荷电壳体连接端设置的通流堵头，自由端设置的固定端盖；荷电壳体上方沿烟气流向设置多个荷电液滴喷口，荷电壳体内同轴设置有阻挡介质，阻挡介质的两端分别固定在通流堵头和固定端盖上，阻挡介质内设置有经固定端盖插入的高压电极；荷电壳体与地线连接，形成放电高压回路；阻挡介质与荷电壳体之间可供雾化液滴流通的间隙；湍流凝聚段包括壳体和产涡元件。
1.一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：包括沿烟气流向依次布置的进口渐扩段(1)，雾化荷电段(2)和湍流凝聚段(3)；
所述的雾化荷电段(2)包括雾化荷电管(21)；雾化荷电管(21)包括设置超声波雾化滴液进口的中间联管(211)和连通设置在中间联管(211)两侧的多个分支管；分支管包括插接在中间联管(211)的荷电壳体(219)、荷电壳体(219)连接端设置的通流堵头(212)、自由端设置的固定端盖(217)；荷电壳体(219)上方沿烟气流向设置多个荷电液滴喷口(213)，荷电壳体(219)内同轴设置有阻挡介质(214)，阻挡介质(214)的两端分别固定在通流堵头(212)和固定端盖(217)上，阻挡介质(214)内设置有经固定端盖(217)插入的高压电极(215)；荷电壳体(219)与地线连接，形成放电高压回路；阻挡介质(214)与荷电壳体(219)之间具有可供雾化液滴流通的间隙；
所述的湍流凝聚段(3)包括壳体和固定设置在壳体内的产涡元件(31)。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的荷电壳体(219)上设置有用于连接地线的接地线孔(216)，固定端盖(217)上设置高压线孔(218)用于高压电极(215)的导线穿出。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的分支管对称设置在中间联管(211)两侧；中间联管(211)以及各分支管分别与水平面呈5～15°的倾斜角。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所荷电的雾化液滴粒径为1～10μm；所述各分支管内雾化量为0.05～1kg/h。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的通流堵头(212)和固定端盖(217)均由聚四氟乙烯、环氧树脂、石英和陶瓷中的一种绝缘材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的阻挡介质(214)采用聚四氟乙烯、环氧树脂、石英或陶瓷制成绝缘圆管，其管壁厚度为5～15mm；所述的高压电极(215)采用不锈钢或铜制成的金属圆棒，其直径为5～
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的阻挡介质(214)与荷电壳体(219)之间供雾化液滴流通的间隙沿径向尺寸为5～20mm。
8.根据权利要求1所述的一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：所述的产涡元件(31 )呈交错阵列设置；其截面形状为三角形、半圆或T形，三角形的一个角朝下设置、半圆的弧面向下或T形的竖直端向下设置，其沿烟气流向的背风面贴附有聚四氟乙烯薄膜。
9.一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其特征在于：包括沿烟气流向依次布置的进口渐扩段(1)，雾化荷电段(2)和湍流凝聚段(3)；
所述的雾化荷电段(2)包括雾化荷电管(21)；雾化荷电管(21)包括设置超声波雾化滴液进口的中间联管(211)和连通设置在中间联管(211)两侧的多个分支管；分支管包括插接在中间联管(211)的荷电壳体(219)、荷电壳体(219)连接端设置的通流堵头(212)、自由端设置的固定端盖(217)；荷电壳体(219)上方沿烟气流向设置多个荷电液滴喷口(213)，荷电壳体(219)内同轴设置有阻挡介质(214)，阻挡介质(214)的两端分别固定在通流堵头(212)和固定端盖(217)上，阻挡介质(214)内设置有经固定端盖(217)插入的高压电极(215)；
所述的阻挡介质(214)上套设有网状电极(220)，阻挡介质(214)与网状电极(220)之间具有可供雾化液滴流通的空气间隙；网状电极(220)与地线连接，形成放电高压回路；
所述的湍流凝聚段(3)包括壳体和固定设置在壳体内的产涡元件(31)。
一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置
技术领域
[0001] 本发明涉及燃煤工业颗粒物排放控制的技术领域，具体为一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置。
背景技术
[0002] 燃煤工业排放的细颗粒物PM2.5(动力学直径小于2.5μm颗粒物)对大气环境和人体健康具有重要影响。传统工业除尘设备(如静电除尘器、布袋除尘器、湿式电除尘等)因对不同粒径颗粒的除尘机理不同而存在0.1～2μm范围内的穿透窗口，该粒径范围内的颗粒脱除效率低而造成微细颗粒的大量排放。基于传统除尘技术增设颗粒凝聚预处理装置，是一种能有效解决微细颗粒物难以脱除的新型技术手段，主要方式可按凝聚机理分为电凝聚、声凝聚、相变凝聚、雾化凝聚、化学凝聚和湍流凝聚等。不同凝聚方式对微细颗粒均有一定的凝聚效果，但仅采用单一凝聚技术依然存在微细颗粒物脱除效果有限且可靠性不足的缺点，因而通过不同凝聚技术的组合进而实现多场协同凝聚脱除微细颗粒物具有科学研发与工业应用的重要价值。
[0003] 公开号为CN1121908C的专利文件公开了一种基于双极荷电促进颗粒凝聚的除尘装置。该装置由依次连接的进气通道、放电凝聚段、出气通道以及除尘部件构成，所述放电通道包含有至少一组放电通道对，每对放电通道可对颗粒产生极性相反的电荷，进而促进颗粒碰撞凝聚并强化在除尘部件中的有效脱除。该装置原理清晰，结构简单，但仅采用电凝聚方式促进颗粒团聚，同时未考虑电源放电特性以及结构加工复杂，因而团聚效果有限。
[0004] 公开号为CN108412534A的专利文件公开了一种基于超声波雾化凝聚的煤矿除尘装置，其主要部件为超声波雾化器及布置有超声波振荡器的凝聚室，粉尘气体经过超声波雾化器后湿度维持在一定范围，然后在凝聚室中通过超声波振荡促进颗粒与液滴的碰撞团聚，进而在收尘器中脱除颗粒。该装置主要应用与煤矿除尘，目的在于降低气体含尘浓度在粉尘爆炸的极限浓度以下，但超声波雾化液滴与高浓度含尘气体的混合流动易造成管路沉积及堵塞，因而长期运行难以稳定及有效凝聚颗粒物。
发明内容
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，该装置成本低廉，适用于工业现场长期运行且便于工业改造，凝聚效果好，能有效提高除尘装置对微细颗粒物的脱除效率。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，包括沿烟气流向依次布置的进口渐扩段，雾化荷电段和湍流凝聚段；
[0008] 所述的雾化荷电段包括雾化荷电管；雾化荷电管包括设置超声波雾化滴液进口的中间联管和连通设置在中间联管两侧的多个分支管；分支管包括插接在中间联管的荷电壳体，荷电壳体连接端设置的通流堵头，自由端设置的固定端盖；荷电壳体上方沿烟气流向设置多个荷电液滴喷口，荷电壳体内同轴设置有阻挡介质，阻挡介质的两端分别固定在通流堵头和固定端盖上，阻挡介质内设置有经固定端盖插入的高压电极；荷电壳体与地线连接，形成放电高压回路；阻挡介质与荷电壳体之间可供雾化液滴流通的间隙；
[0009] 所述的湍流凝聚段包括壳体和固定设置在壳体内的产涡元件。
[0010] 优选的，所述雾化荷电管的迎风面设置有防磨瓦。
[0011] 优选的，所述的荷电壳体上设置有用于连接地线的接地线孔，固定端盖上设置高压线孔用于高压电极的导线穿出。
[0012] 优选的，所述的阻挡介质上套设有网状电极，阻挡介质与网状电极之间具有可供雾化液滴流通的空气间隙；网状电极与地线连接，形成放电高压回路。
[0013] 优选的，所述的通流堵头两端分别固定于荷电壳体内，中间用于支撑阻挡介质，该截面处其沿径向最大横截面积占通流横截面积的40～60％。
[0014] 优选的，所述的分支管对称设置在中间联管两侧；中间联管以及各分支管分别与水平面呈5～15°的倾斜角。
[0015] 优选的，所荷电的雾化液滴粒径为1～10μm；所述各分支管内雾化量为0.05～1kg/h。
[0016] 优选的，所述的通流堵头和固定端盖均由聚四氟乙烯、环氧树脂、石英和陶瓷中的一种绝缘材料制成。
[0017] 优选的，所述的阻挡介质采用聚四氟乙烯、环氧树脂、石英或陶瓷制成绝缘圆管，其管壁厚度为5～15mm；所述的高压电极采用不锈钢或铜制成的金属圆棒，其直径为5～10mm，施加电压为5～20kV交流电。
[0018] 优选的，所述的阻挡介质与荷电壳体之间供雾化液滴流通的间隙沿径向尺寸为5～20mm。
[0019] 优选的，所述的产涡元件呈交错阵列设置；其截面形状为三角形、半圆或T形，三角形的一个角朝下设置、半圆的弧面向下或T形的竖直端向下设置，其沿烟气流向的背风面贴附有聚四氟乙烯薄膜。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0021] 本发明基于电凝聚、雾化凝聚及湍流凝聚的多场协同凝聚微细颗粒物原理，针对微细颗粒的凝聚效果具有本质的提升和改善。该装置创新性地将低温等离子体应用于超声波雾化液滴，可有效避免烟气颗粒对荷电装置的磨蚀和污染，同时避免液滴和颗粒的粘附结块对荷电电极的损害。低温等离子体雾化荷电电极基于介质阻挡放电原理，单介质高压电极、雾化喷口的间距布置、电极两端通流堵头和固定端盖、以及管状电极倾斜布置等的巧妙设计，有效解决了沿面闪络、电极固定、绝缘保护以及积液引流等多种问题，在保证运行稳定性的同时进一步保证了液滴荷电效果以及微细颗粒凝聚效果。该装置结构精巧、成本低廉，具有鲜明的理论创新性以及很好的凝聚效果，可在工业现场长期运行，具有较大的应用和推广价值。
附图说明
[0022] 图1为本发明所述颗粒凝聚装置的整体结构示意图。
[0023] 图2为本发明所述雾化荷电段的整体结构示意图。
[0024] 图3为本发明所述雾化荷电电极的结构示意图。
[0025] 图4为本发明所述雾化荷电电极(含网状电极)的结构示意图。
[0026] 图5为本发明所述雾化荷电电极的放电电晕效果示意图。
[0027] 图中：进气渐扩段1，雾化荷电段2，湍流团聚段3，产涡元件31，雾化荷电电极21，防磨瓦22，中间联管211，通流堵头212，荷电液滴喷口213，阻挡介质214，高压电极215，接地线孔216，固定端盖217，高压线孔218，荷电壳体219，网状电极220。
具体实施方式
[0028] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0029] 本发明一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，其沿烟气流向依次排布有进口渐扩段1，雾化荷电段2和湍流凝聚段3。所述的雾化荷电段2包含有雾化荷电管21和防磨瓦22，可用于对超声波雾化产生的雾化液滴进行低温等离子体荷电，荷电电压为5～20kV，荷电雾化液滴粒径为1～20μm；所述的雾化荷电管为按树状分支管状结构，荷电区域从内到外依次为高压电极215、阻挡介质214、荷电间隙、网状电极220及荷电壳体219；高压电极215为直径5～10mm的金属圆棒，阻挡介质214为壁厚5～15mm绝缘圆管，荷电间隙沿径向尺寸为5～20mm。所述的湍流凝聚段3包括设置在壳体内的一系列产涡元件31，其截面形状为三角形、半圆、T形等形状，且背风面贴附有聚四氟乙烯薄膜，用于促进烟气扰动以及协同雾化荷电凝聚颗粒物。本发明对颗粒凝聚效果好，稳定性强，造价低廉，可用于燃煤锅炉、工业炉窑等排放的颗粒物，适用于工业现场。
[0030] 本发明一种低温等离子体荷电超声波雾化液滴的颗粒凝聚装置，沿烟气流向依次布置有进口渐扩段1，雾化荷电段2和湍流凝聚段3；所述的雾化荷电段2由雾化荷电管21和防磨瓦22组成；所述的雾化荷电管21包括中间联管211、通流堵头212、荷电液滴喷口213、阻挡介质214、高压电极215、接地线孔216、固定端盖217、高压线孔218、荷电壳体219以及网状电极220；所述的湍流凝聚段3包括按一定结构和排布设置的产涡元件31以及可固定产涡元件31的壳体。
[0031] 其中，雾化荷电段2用于对超声波雾化液滴进口处的雾化液滴进行低温等离子体荷电，所荷电的雾化液滴粒径为1～10μm；所述的雾化荷电管21为按一定间距排布的树状分支管状结构，中间联管211以及各分支支管分别与水平面存在倾斜角α为5～15°，均沿管内部超声波雾化液滴的流向向上倾斜，即各管的末端高于始端；通过各分支管内雾化量为0.05～1kg/h。
[0032] 通流堵头212和固定端盖217材料均为聚四氟乙烯、环氧树脂、石英或陶瓷等中的一种绝缘材料，作用在于固定阻挡介质214和高压电极215；所述的通流堵头212固定于与荷电壳体219，其沿径向最大横截面积占通流横截面积为40～60％，且不影响雾化液滴的正常流动。
[0033] 阻挡介质214材料为聚四氟乙烯、环氧树脂、石英或陶瓷等中的一种绝缘圆管，其管壁厚度为5～15mm；所述的高压电极215材料为不锈钢或铜等中的一种金属圆棒，其直径为5～10mm，施加电压为5～20kV交流电。
[0034] 阻挡介质214与荷电壳体219之间具有可供雾化液滴流通的间隙，该间隙沿径向尺寸为5～20mm。
[0035] 当网状电极220不存在时，所述的荷电壳体219材料为不锈钢或铜等金属材料，并经接地线孔216与地线连接，形成放电高压回路；当网状电极220存在时，所述的荷电壳体219材料可为金属材料或非金属材料，网状电极220经接地线孔216与地线连接，形成放电高压回路。
[0036] 产涡元件3由截面形状为三角形、半圆、T形等形状，其沿烟气流向的背风面贴附有聚四氟乙烯薄膜，目的在于促进烟气扰动以及强化微细颗粒物凝聚，以及避免微细颗粒在产涡元件表面沉积。
[0037] 具体的，如图1所示，本发明装置用于某3800t/d水泥厂窑头扬尘布袋除尘器前微细颗粒凝聚脱除，其主体结构包括进口渐扩段1、雾化荷电段2和湍流凝聚段3。渐扩段1用于控制凝聚器内烟气流速，使得在一定流速范围内为颗粒物与低温等离子体荷电的超声波雾化液滴混合效果最佳，同时经过湍流凝聚段3后微细颗粒的凝聚效果最佳。本发明中所述微细颗粒具体指的是0.1～1μm，即布袋除尘器因对不同粒径的脱除机理不同而使颗粒脱除效率较低的粒径范围。
[0038] 雾化荷电段2的整体结构如图2所示，由雾化荷电管21和防磨瓦22构成，其用于对超声波雾化液滴进行低温等离子体荷电。雾化荷电管由8根分支管和1根中间联管组成，分支管和中间联管均与水平面呈6°夹角，用于将雾化液滴产生的积液排除；各分支管内的雾化量控制在0.1～0.2kg/h，避免雾化量过大产生大量积液。雾化荷电管21包括中间联管211、通流堵头212、荷电液滴喷口213、阻挡介质214、高压电极215、接地线孔216、固定端盖
217、高压线孔218、荷电壳体219以及网状电极220。
[0039] 该实施例采用如图4所示包含网状电极220作为接地低压端的方案，含尘烟气温度为95℃，因而采用可耐温180℃的环氧树脂作为通流堵头212、固定端盖217以及荷电壳体219的加工材料。网状电极220采用304不锈钢制作，目数为20，丝径为1mm，紧密贴敷于荷电壳体219的内壁。阻挡介质214采用陶瓷管材制作，壁厚8mm，可承受低温等离子体放电过程中形成的局部高温；阻挡介质214与网状电极220之间具有可供雾化液滴流通的空气间隙，间隙距离为8mm。高压电极215采用304不锈钢棒材制作，直径为6mm，荷电电压为8～20kV交流电，单根分支管的放电功率为50～300W。通流堵头212两端固定于荷电壳体219，中间支撑起阻挡介质214和高压电极215，该截面处其沿径向最大横截面积占通流横截面积的50％，可保证超声波液化雾滴正常流通。
[0040] 使用过程中，颗粒凝聚装置将低温等离子体荷电的超声波雾化液滴喷入烟道内，含尘烟气首先经过雾化荷电段2携带荷电雾化液滴，然后颗粒物与荷电雾化液滴在湍流凝聚段3发生湍流碰撞与团聚。湍流凝聚段3内采用三角形产涡元件31，其背风面贴附有2mm氟塑料薄膜，用于强化微细颗粒团聚效果。单分支雾化荷电电极的稳定放电功率为200W，放电电晕效果如图5所示；初步实验结果表明，雾化荷电段2不运行时，仅采用产涡元件31团聚PM2.5时团聚效率约为12％，而雾化荷电段2正常运行时，颗粒凝聚装置对PM2.5的团聚效率提高至约35％。
