高效荷电凝并装置

1.本发明涉及一种高效荷电凝并装置。

背景技术：

2.空气粉尘污染严重危害人们的身体健康。细颗粒物，pm2.5，即粒径小于等于2.5微米的颗粒，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），可深入到细支气管和肺泡，因而对人体健康影响很大。因此，限制工业粉尘排放是一种必然的措施。电除尘器是去除烟气粉尘的一种重要设备，但电除尘器对细微粉尘粒子的除尘效率低。一种有效的解决办法是通过在电除尘器前安装凝并器，粉尘粒子先经过凝并器进行碰撞凝并使粒径增粗，再进入除尘器，以提高除尘效率。
3.目前使用比较多的是电凝并器，基于异极性荷电粒子（带不同极性电荷的粒子）在高压电场作用下的碰撞凝并，但电凝并器存在着如下缺点：1、传统电凝并器中的高压电场使得异极性荷电粒子沿着电场的方向运动或振荡，电场的方向一般是一定的，所以荷电粒子运动形式比较单一，以致异极性荷电粒子碰撞凝并不充分；2、荷电机构与凝并机构分开设置的电凝并器，荷电区和凝并区处于两段通道，造成设备繁杂，体积大；3、荷电机构与凝并机构复合设置的电凝并器，荷电区和凝并区处于同段通道，但由于工业排放气体一般风速比较大，造成在电凝并器前部的粒子由于进入电凝并器时间较短，荷电不充分，凝并效率低；4、电晕过程中电离产生的自由电子在高压电场的作用下向接地极运动，这个过程中，如果自由电子没有附着在气体分子上，将以较高的速度移向接地极，这时因电子的迁移率高，形成的电流大，所以容易产生电火花，阴阳极间距击穿，严重的话，相当于阴阳极接通，造成接地极烧毁，设备损坏。

技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种体积小、荷电和凝并效率高且安全耐用性更高的荷电凝并装置。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种高效荷电凝并装置，包括输送含尘气流的圆形通道、设置在圆形通道内的若干电晕极、若干接地极以及绕设在圆形通道外侧的三相星形绕组，若干电晕极和若干接地极沿圆形通道的中心径向交替分布设置，若干电晕极和若干接地极相对圆形通道的中心呈同心设置，沿圆形通道中心径向相邻的若干电晕极分别连接在不同极性的高压直流电源上，三相星形绕组连接有三相交流电源。
6.进一步地，若干电晕极包括有设置在圆形通道中心处的第一电晕极、设置在圆形通道内圆周壁上的第二电晕极，第一电晕极包括有沿圆形通道轴向延伸设置的一个第一连接杆、沿第一连接杆轴向分布设置的多组第一芒刺，每组第一芒刺均包括有多个沿第一连
接杆周向分布的第一芒刺，这些第一芒刺的端部朝圆形通道的内圆周壁方向延伸设置，第二电晕极包括有沿圆形通道轴向分布设置的多组第二芒刺，每组第二芒刺均包括有多个沿圆形通道内圆周壁周向分布的第二芒刺，这些第二芒刺的端部朝圆形通道的中心方向延伸设置。
7.进一步地，若干电晕极包括有设置在第一电晕极和第二电晕极之间的至少一个第三电晕极，所述第三电晕极包括有沿圆形通道轴向延伸设置的多个第二连接杆、沿第二连接杆轴向分布设置的多组第三芒刺，每组第三芒刺均包括有多个沿第二连接杆周向分布的第三芒刺，这些第三芒刺的端部分别朝圆形通道的中心方向和圆形通道内壁方向设置，第三电晕极的多个第二连接杆沿圆形通道的中心周向均布设置。
8.进一步地，本发明还包括有用于对第三电晕极的多个第二连接杆之间进行连接固定并同时构成电性连接的第一圆形支撑圈、用于对第一圆形支撑圈和圆形通道之间以及第一连接杆和圆形通道之间进行连接固定的第一绝缘支撑棒。
9.进一步地，每个接地极均包括有沿圆形通道中心周向均布设置的多个第三连接杆，所述第三连接杆为不锈钢材质。
10.进一步地，包括有用于对接地极的多个第三连接杆之间进行连接固定并同时构成电性连接的第二圆形支撑圈、用于对第二圆形支撑圈和圆形通道之间进行连接固定的第二绝缘支撑棒。
11.进一步地，所述圆形通道外侧周向均布有多个沿圆形通道轴向方向延伸设置的线槽，所述线槽用于容置三相星形绕组的绕组线圈。
12.进一步地，所述线槽为12个，所述三相星形绕组包括有三相绕组，每相绕组均包括有两组线圈，每相绕组的两组线圈通过过桥线尾尾连接，每组线圈的两有效边对应布置在沿圆形通道周向间隔4个线槽跨度的线槽中。
13.本发明的有益效果：1、若干电晕极和接地极沿圆形通道中心径向交替分布的结构合理的利用了圆形通道的内部空间，在圆形通道内能够同时实现粒子的荷电和凝并过程，从而有效的减少体积，使整体结构更加紧凑；2、三相星形绕组通以三相交流电时能够在圆形通道内产生旋转磁场，因磁场方向随时间360度旋转变化的，相应的，荷电凝并过程中产生的电子、离子、荷电粒子受到的磁场洛伦兹力也是随时间360度旋转变化的，电子、离子、荷电粒子在旋转磁场的作用下做振荡螺旋运动，从而增大了电子或离子与粉尘粒子碰撞附着使粒子荷电的概率，也增大了异极性荷电粒子间碰撞凝并的概率，具有更高的荷电和凝并效率；3、电晕极与接地极发生负电晕作用产生的电子在电场作用下向沿圆形通道径向相邻的接地极运动，同时受到旋转磁场洛伦兹力的作用，做振荡螺旋运动，大大增加了电子与气体分子碰撞的概率，使更多的电子附着在气体分子上形成气体负离子，进而减少了直接流向接地极的电子数量，因此在一定程度上避免了电火花的产生，使得荷电凝并装置更安全耐用。
附图说明
14.图1为本发明实施例的轴向的示意图；
图2为本发明实施例的侧向的示意图；图3为本发明实施例的立体图；图4为本发明实施例的三相星形绕组的接线示意图；图5为本发明实施例的第三电晕极的结构图；图6为本发明实施例的第一电晕极的结构图；图7为本发明实施例的第二电晕极的结构图。
具体实施方式
15.本发明高效荷电凝并装置的实施例如图1-7所示：包括用于输送含尘气流的圆形通道1、设置在圆形通道1内的若干电晕极、若干接地极44以及绕设在圆形通道1外侧的三相星形绕组2，所述圆形通道1的内侧和外侧轮廓均呈圆形，圆形通道1的轴向两端具有与其内部连通的开口，轴向的两个开口分别用于含尘气流的进出，若干电晕极和若干接地极44沿圆形通道1的中心径向交替分布设置，若干电晕极和若干接地极相对圆形通道1的中心呈同心设置，沿圆形通道1中心径向相邻的若干电晕极分别连接在不同极性的高压直流电源（31，32）上，三相星形绕组2连接有三相交流电源33。
16.分别如图1、图3、图5-7所示，若干电晕极包括有设置在圆形通道1中心处的第一电晕极41、设置在圆形通道1内圆周壁上的第二电晕极42、设置在第一电晕极41和第二电晕极42之间的至少一个第三电晕极43，第一电晕极41包括有沿圆形通道1轴向延伸设置的一个第一连接杆411、沿第一连接杆411轴向分布设置的多组第一芒刺412，每组第一芒刺412均包括有多个沿第一连接杆411周向分布的第一芒刺412，这些第一芒刺412的端部朝圆形通道1的内圆周壁方向延伸设置；第二电晕极42包括有沿圆形通道1轴向分布设置的多组第二芒刺421，每组第二芒刺421均包括有多个沿圆形通道1内圆周壁周向分布的第二芒刺421，这些第二芒刺421的端部朝圆形通道1的中心方向延伸设置，圆形通道1的内周壁由不锈钢材质制成，将这些第二芒刺421连接在圆形通道1的内周壁上，方便第二电晕极42和负高压直流电源31间的电性连接；所述第三电晕极43包括有沿圆形通道1轴向延伸设置的多个第二连接杆431、沿第二连接杆431轴向分布设置的多组第三芒刺432，每组第三芒刺432均包括有多个沿第二连接杆431周向分布的第三芒刺432，这些第三芒刺432的端部分别朝圆形通道1的中心方向和圆形通道1内壁方向设置，第三电晕极43的多个第二连接杆431沿圆形通道1的中心周向均布设置。
17.如图1所示，本发明实施例还包括有用于对第三电晕极43的多个第二连接杆431之间进行连接固定并同时构成电性连接的第一圆形支撑圈511、用于对第一圆形支撑圈511和圆形通道1之间以及第一连接杆411和圆形通道1之间进行连接固定的第一绝缘支撑棒512。
18.每个接地极44均包括有沿圆形通道1中心周向均布设置的多个第三连接杆441，所述第三连接杆441为不锈钢材质。
19.若干电晕极和若干接地极采用上述结构设计，带不同极性电荷的荷电粒子可穿过第三电晕极43的多个第二连接杆431之间以及接地极44的多个第三连接杆441之间的间隙，相遇碰撞凝并，形成大粒径的粒子，使粒子在圆形通道1内分布更加均匀，从而提高凝并效率。
20.本发明实施例还包括有用于对接地极44的多个第三连接杆441之间进行连接固定
并同时构成电性连接的第二圆形支撑圈521、用于对第二圆形支撑圈521和圆形通道1之间进行连接固定的第二绝缘支撑棒522。
21.在本实施例中，所述第一绝缘支撑棒512和第二绝缘支撑棒522呈十字交叉连接设置，并且交叉点对应设置于圆形通道1的中心位置，第一绝缘支撑棒512和第二绝缘支撑棒522的两端均与圆形通道1的内壁连接固定，第一绝缘支撑棒512和第二绝缘支撑棒522均与第一连接杆411、第一圆形支撑圈511、第二圆形支撑圈521以及圆形通道1连接固定，用于将若干电晕极以及若干接地极架设并保持在与圆形通道1的中心相同心的位置，提高可靠的支撑固定效果，并且使若干电晕极和接地极44之间不会导电。
22.在本实施例中，为了提高支撑固定效果，圆形通道1的一端开口设置有用于对若干电晕极、接地极进行支撑固定的所述第一绝缘支撑棒512、第二绝缘支撑棒522、第一圆形支撑圈511、第二圆形支撑圈521等部件，圆形通道1的另一端则设置有与第一绝缘支撑棒512、第二绝缘支撑棒522、第一圆形支撑圈511、第二圆形支撑圈521等部件形状和结构相同的若干支撑部件，但该若干支撑部件均采用绝缘材质，使第三电晕极43的多个第二连接杆431之间以及接地极44的多个第三连接杆441之间不会产生干扰电晕的电流。
23.在本实施例中，所述第一电晕极41、第二电晕极42和第三电晕极43均分别为一个，其中第一电晕极41和第二电晕极42均连接有负高压直流电源31，所述第三电晕极43连接有正高压直流电源32，所述接地极44为两个，且分别设置在第一电晕极41和第三电晕极43之间以及第二电晕极42和第三电晕极43之间位置。第一电晕极41、第三电晕极43和位于两者间的接地极44之间会发生负电晕和正电晕作用，第二电晕极42、第三电晕极43和位于两者间的接地极44之间也会发生负电晕和正电晕作用。
24.所述圆形通道1外侧周向均布有多个沿圆形通道1轴向方向延伸设置的线槽11，所述线槽11用于容置三相星形绕组2的绕组线圈。
25.如图4所示，所述圆形通道1外侧周向均布设置有12个线槽（其分别标记为a1-a12），所述线槽里的绕组连接组成三相星形绕组，每相绕组由两组线圈61组成，每组线圈61包含若干匝线圈，每相绕组的两组线圈61通过过桥线62尾尾连接，各相绕组的嵌放结构为：第一相绕组u1-u2的线圈i嵌a1、a6槽，线圈ii嵌a7、a12槽；第二相绕组v1-v2的线圈i嵌a9、a2槽，线圈ii嵌a3、a8槽；第三相绕组w1-w2的线圈i嵌a5、a10槽，线圈ii嵌a11、a4槽，所述的线圈绕组由铜线组成，铜线表面刷有绝缘漆，使得绕组线圈的导线间不相互干扰。所述三相星形绕组的头引出线u1、v1、w1连接三相电源33，尾引出线u2、v2、w2连接限流电阻63再连接在一块。
26.本发明的原理为：三相星形绕组2在接通三相交流电的情况下，在圆形通道1内产生旋转的磁场，因磁场方向随时间360度旋转变化的，相应的，荷电凝并过程中产生的电子、离子、荷电粒子受到的磁场洛伦兹力也是随时间360度旋转变化的，所以运动的电子、离子、荷电粒子在旋转磁场的作用下做振荡螺旋运动。
27.荷电过程中，连接有负高压直流电源31的第一电晕极41和第二电晕极42与接地极44间发生负电晕作用，在第一电晕极41和第二电晕极42的芒刺（412，421）尖端处附近的电场强度很高，气体分子发生电离，产生正离子和自由电子。在电晕区外，电子在电场作用下向沿圆形通道径向相邻的接地极运动，同时受到旋转磁场洛伦兹力的作用，做振荡螺旋运动，大大增加了电子与气体分子碰撞的概率，使更多的电子附着在气体分子上形成气体负
离子，进而减少了直接流向接地极的电子数量，另外气体负离子的迁移速度大概是自由电子的1/1000，所以，在一定程度上避免了电火花的产生，使得荷电凝并装置更安全耐用。进一步的，气体负离子在电场作用下，向接地极运动的过程中，也同时受到旋转磁场洛伦兹力的作用，做振荡螺旋运动，增大了与粉尘粒子碰撞的概率，使更多的带电气体负离子与粉尘粒子碰撞并附着在粉尘粒子上，使粉尘带上了负电，提高了荷电效率。另外，连接有正高压直流电源32的第三电晕极43与接地极44间发生正电晕作用，电离作用产生正离子，正离子在电场作用下，向沿圆形通道径向两侧相邻的接地极44方向运动的过程中，也同时受到旋转磁场洛伦兹力的作用，做振荡螺旋运动，增大了与粉尘粒子碰撞的概率，使更多的带电气体正离子与粉尘粒子碰撞并附着在粉尘粒子上形成荷正电粒子，提高了荷电效率。当粉尘粒子进入荷电凝并装置，高荷电效率作用下，粒子能够快速荷电，荷电量多的粒子凝并效率更大，所以进一步的提高了凝并效率。
28.这些粉尘粒子荷电之后成为荷正电粒子和荷负电粒子，统称异极性荷电粒子。所述沿圆形通道1中心向四周径向相邻的两个电晕极间形成高压电场。在这过程中，带不同极性电荷的荷电粒子，在高压电场中受力方向相反，所以运动方向也相反，可穿过接地极44的第三连接杆441的间隙，相遇碰撞凝并，形成大粒径的粒子。另外，所述圆形通道1外侧的三相星形绕组在接通三相交流电时，在圆形通道1内形成旋转磁场。因磁场是随时间360度旋转的，荷电粒子受到的洛伦兹力也是随时间360度旋转的，荷电粒子在旋转磁场的作用下，做振荡螺旋运动。
29.综上所述，异极性荷电粒子在电场力作用下，朝相反方向运动，期间，受旋转磁场的洛伦兹力作用，做振荡螺旋运动，所以，荷电粒子可以更充分的与周围带异性电荷的粒子碰撞凝并，形成大粒径的粒子，凝并效率更高。
30.实际实施时，可将正高压直流电源32设定为20—120kv，负高压直流电源31设定为（-20）—（-120）kv，荷电凝并装置的圆形通道1的半径为200-400mm，电晕极与相邻接地极44的径向距离为50-100mm，三相星形绕组首端u1、v1、w1连接380伏、50hz的三相交流电源33。能够处理的粉尘气体的流速可达到1-20m/s。
31.经实验，粉尘气体的进口风速为3m/s，粉尘质量浓度为2g/m3，正高压直流电源32设置为50kv, 负高压直流电源31设置为-50kv, 荷电凝并装置的圆形通道1的半径为320mm，电晕极与相邻接地极44的径向距离为80mm，三相星形绕组首端u1、v1、w1连接380伏、50hz的三相交流电源。pm2.5粉尘粒子的数量浓度在荷电凝并装置入口处为48%，经过高效荷电凝并装置凝并后，pm2.5粉尘粒子的数量浓度降为12%。
32.以上实施例，只是本发明优选地具体实施例的一种，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种高效荷电凝并装置，其特征在于：包括输送含尘气流的圆形通道、设置在圆形通道内的若干电晕极、若干接地极以及绕设在圆形通道外侧的三相星形绕组，若干电晕极和若干接地极沿圆形通道的中心径向交替分布设置，若干电晕极和若干接地极相对圆形通道的中心呈同心设置，沿圆形通道中心径向相邻的若干电晕极分别连接在不同极性的高压直流电源上，三相星形绕组连接有三相交流电源。2.根据权利要求1所述高效荷电凝并装置，其特征在于：若干电晕极包括有设置在圆形通道中心处的第一电晕极、设置在圆形通道内圆周壁上的第二电晕极，第一电晕极包括有沿圆形通道轴向延伸设置的一个第一连接杆、沿第一连接杆轴向分布设置的多组第一芒刺，每组第一芒刺均包括有多个沿第一连接杆周向分布的第一芒刺，这些第一芒刺的端部朝圆形通道的内圆周壁方向延伸设置，第二电晕极包括有沿圆形通道轴向分布设置的多组第二芒刺，每组第二芒刺均包括有多个沿圆形通道内圆周壁周向分布的第二芒刺，这些第二芒刺的端部朝圆形通道的中心方向延伸设置。3.根据权利要求2所述高效荷电凝并装置，其特征在于：若干电晕极包括有设置在第一电晕极和第二电晕极之间的至少一个第三电晕极，所述第三电晕极包括有沿圆形通道轴向延伸设置的多个第二连接杆、沿第二连接杆轴向分布设置的多组第三芒刺，每组第三芒刺均包括有多个沿第二连接杆周向分布的第三芒刺，这些第三芒刺的端部分别朝圆形通道的中心方向和圆形通道内壁方向设置，第三电晕极的多个第二连接杆沿圆形通道的中心周向均布设置。4.根据权利要求3所述高效荷电凝并装置，其特征在于：包括有用于对第三电晕极的多个第二连接杆之间进行连接固定并同时构成电性连接的第一圆形支撑圈、用于对第一圆形支撑圈和圆形通道之间以及第一连接杆和圆形通道之间进行连接固定的第一绝缘支撑棒。5.根据权利要求1所述高效荷电凝并装置，其特征在于：每个接地极均包括有沿圆形通道中心周向均布设置的多个第三连接杆，所述第三连接杆为不锈钢材质。6.根据权利要求5所述高效荷电凝并装置，其特征在于：包括有用于对接地极的多个第三连接杆之间进行连接固定并同时构成电性连接的第二圆形支撑圈、用于对第二圆形支撑圈和圆形通道之间进行连接固定的第二绝缘支撑棒。7.根据权利要求1所述高效荷电凝并装置，其特征在于：所述圆形通道外侧周向均布有多个沿圆形通道轴向方向延伸设置的线槽，所述线槽用于容置三相星形绕组的绕组线圈。8.根据权利要求7所述高效荷电凝并装置，其特征在于：所述线槽为12个，所述三相星形绕组包括有三相绕组，每相绕组均包括有两组线圈，每相绕组的两组线圈通过过桥线尾尾连接，每组线圈的两有效边对应布置在沿圆形通道周向间隔4个线槽跨度的线槽中。

技术总结

本发明公开了一种高效荷电凝并装置，包括输送含尘气流的圆形通道、设置在圆形通道内的若干电晕极、若干接地极以及绕设在圆形通道外侧的三相星形绕组，若干电晕极和若干接地极沿圆形通道的中心径向交替分布设置，若干电晕极和若干接地极相对圆形通道的中心呈同心设置，沿圆形通道中心径向相邻的若干电晕极分别连接在不同极性的高压直流电源上，三相星形绕组连接有三相交流电源。本发明的荷电凝并装置较现有技术荷电效率更高、凝并效率更高、体积更小、更简便以及更安全耐用。更简便以及更安全耐用。更简便以及更安全耐用。