一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法技术方案

本发明专利技术一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法，所述系统包括流道主体，以及依次设置在流道主体上的装置主体由入口段、雾化荷电装置、预混合段和湍流扰动段；所述的雾化荷电装置用于将超声波雾化液滴经荷电后喷入流道主体内；所述的预混合段布置有若干V形混合叶片，V形混合叶片开口背向来流方向，两端固定于流道主体内壁；所述的湍流扰动段包括若干湍流扰动件；所述的湍流扰动件包括圆弧板面和凸起钝体；凸起钝体设置在圆弧板面的拱起侧面上；湍流扰动件以烟气流向为列，垂直烟气流向为行的形式布置于流道主体内；相同行内的湍流扰动件均沿相同方向布置，相邻行内的湍流扰动件沿相反方向布置。

System and method for atomizing charged turbulent agglomerate particles by ultrasonic wave

The invention relates to a method for using ultrasonic atomization of charged particles in turbulent flow agglomeration system and method. The system comprises a runner main body, and are arranged in the main channel from the main entrance, atomization device charging device, pre mixing section and turbulence; the charged atomization device for ultrasonic atomization drop by charged spray into the path of the main body; the pre mixing section is arranged with a plurality of V type mixing blade, V type mixing blade opening back always flow direction, two ends are fixed on the inner wall of the main body of the turbulent flow; the disturbance period includes several turbulent perturbation; the turbulent disturbance including circular plate and the protruding blunt body; convex body is arranged on the surface of the blunt circular arch on the side; turbulence in flue gas flow, flue gas flow into the form of vertical arrangement for the main body in the same channel; in the turbulent The flow disturbance components are arranged in the same direction, and the turbulent disturbance elements in the adjacent rows are arranged in opposite directions.

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法
本专利技术属于工业烟粉尘颗粒物排放控制
，具体涉及一种利用超声波荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法。
技术介绍
当前，我国大范围雾霾污染问题日益突出。研究表明，燃煤烟气中的细颗粒物空气动力学直径小于2.5μm，简称PM2.5是大气气溶胶浓度高和雾霾天气形成的主要原因。目前，针对细颗粒物的净化，国内外的控制技术研究主要运用物理以及化学等方法将细颗粒物团聚成为较大颗粒，再借助传统除尘设备将其除去，从而更好地提高细颗粒物的脱除效率。现阶段主要的团聚技术包括声波团聚、磁团聚、蒸汽相变团聚、电凝并、化学团聚和湍流团聚技术等。其中，湍流团聚作为新型研究方向，主要通过物理或化学方法将细颗粒团聚成较大粒径的颗粒，而后再通过传统除尘器出去颗粒物。这种细颗粒物预处理方式已经成为目前的主要研究方向。公开号为CN102000472B的中国专利“促进颗粒物相互作用的装置及方法”公布了一种呈叶型、瓦片形、“s”字形、“z”字形、椭圆形等型式的扰流元件，通过利用扰流元件尾流产涡的湍流效应，增加颗粒间的碰撞几率，但该类产涡叶片形状过于趋近流线型，产涡效应不足且产涡尺寸单一。李云飞在2014年的《哈尔滨工业大学》中发表的“烟气细颗粒物湍流团聚的研究”通过数值模拟研究圆柱与涡片的扰流团聚效果，提出一种新型湍流凝聚器。通过布置为圆柱与“+”型涡片结合，增加小涡形成，强化湍流团聚效果，但该布置形式对涡片尾流利用不足，团聚效果不够理想。公开号为CN100531875的中国专利“用于混合流体流以使颗粒聚结的方法和设备”公布了由indigo公司设计的一种用于混合流体以使颗粒聚结的方法和设备，该专利技术考虑到细颗粒物在流体中粘性力起支配作用，提出了一种复合混流构件，用于产生大规模湍流并兼顾在支流内产生小规模湍流区，用于增加细颗粒间相互作用机率，但该设计结构复杂，且布置形式不利于流体的流动，易造成较大的压力损失，且未考虑到颗粒表面粘合特性而造成的粘合效率问题等。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法，用于产生大小规模兼具的湍流流动，由此促进细颗粒团聚或更有效地与大颗粒聚合，具有结构简单、主动可控且适用性广泛的特点。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，包括流道主体，以及依次设置在流道主体上的装置主体由入口段、雾化荷电装置、预混合段和湍流扰动段；所述的雾化荷电装置用于将超声波雾化液滴经荷电后喷入流道主体内；所述的预混合段布置有若干V形混合叶片，V形混合叶片开口背向来流方向，两端固定于流道主体内壁；所述的湍流扰动段包括若干湍流扰动件；所述的湍流扰动件包括圆弧板面和凸起钝体；凸起钝体设置在圆弧板面的拱起侧面上；湍流扰动件以烟气流向为列，垂直烟气流向为行的形式布置于流道主体内；相同行内的湍流扰动件均沿相同方向布置，相邻行内的湍流扰动件沿相反方向布置。优选的，所述的雾化荷电装置设置在流道主体的一侧或对称设置在流道主体的两侧，其包括环形荷电极板、超声波雾化器和雾化喷口；所述的超声波雾化器输入端连接储水箱，输出端设置雾化喷口；雾化喷口经环形荷电极板与流道主体连通；所述的环形荷电极板由两块分别接高压发生器的极板组成，两块极板形状和大小相同且对称布置构成圆柱环，两极板边缘呈间隙设置；所述的超声波雾化喷口外径小于圆柱环内径，且与环形荷电极板呈同轴设置。进一步，所述的超声波雾化器和雾化喷口所产生的雾化液滴平均直径为1～5μm。进一步，两极板边缘相距2～5cm；所述的超声波雾化喷口外径为圆柱环内径的1.2～1.5倍。优选的，所述的V形混合叶片至少设置三片，呈等间距布置在烟道内；V形混合叶片的夹角为40～80°。优选的，所述的圆弧板面为曲率半径为5～10cm，弧段角度为80～120°；所述的凸起钝体中心位置和圆弧板面曲率圆心的连线与烟气流向构成角度为40～70°。优选的，所述的凸起钝体截面形状为三角形、圆形、半圆形、椭圆形、梯形中的任意一种，其凸起高度为0.01～0.05倍的流道当量直径。优选的，所述的湍流扰动件以烟气流向为列、垂直烟气流向为行的形式布置有m行和n列，m和n为正整数，且m≥n，n≥3。优选的，所述的湍流扰动件在流道主体内顺排或错排布置，相邻湍流扰动件行间距为a、列间距为b，且a＝(1.5～2)b。一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的方法，基于本专利技术所述的系统上，包括如下步骤，步骤1，由雾化荷电装置将超声波雾化液滴经荷电后喷入流道主体内，与流道主体内的烟气混合形成雾化段流体；所述喷入水雾的雾滴平均直径控制在微米级；步骤2，雾化段流体经预混合段后，使得雾化段流体中的颗粒与雾滴、颗粒与颗粒间充分作用，进行大规模湍流作用后进入湍流扰动段；步骤3，在湍流扰动段中，发生大涡聚并效应；烟气绕湍流扰动件的圆弧板面流动产生大尺度旋涡，不同质量或空气动力学特性的颗粒物因受力不同将发生不同型式运动，小颗粒被卷入湍流涡富集，而大颗粒偏离旋涡中心与主流产生分离，进而发生颗粒团聚；步骤4，在湍流扰动段中，发生小涡聚并效应；湍流扰动件的凸起钝体在主流烟气绕圆弧板流动同时，起到减薄边界层增加紊流的作用，且由凸起钝体产生微尺度涡流，进而增大颗粒间的碰撞与粘附；步骤5，在湍流扰动段中，发生尾流改善效应；凸起钝体将边界层减薄，产出小涡流动，改善弧形大涡尾流的流动状态，进而减少烟道内压力损失，改善流动状况；步骤6，经过湍流扰动段后团聚形成长大的粉尘颗粒。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术基于水雾增湿团聚机理，超声波雾化的水雾粒径保持在微米级别，颗粒经水雾湿润后，可改善其表面粘附特性。一方面通过雾化荷电的手段，改变烟气中粉尘颗粒的表面粘附特性，增加颗粒之间的互相粘附结合的几率；再经过预混合与湍流团聚段的作用产出大规模湍流和小规模湍流，进一步通过操控湍流的产出来控制废气中微米级或亚微米级颗粒的作用位置、随动特性和运动轨迹等，以提高颗粒之间或与其他粒子之间的碰撞几率从而结聚成更大粒径的颗粒，便于之后的传统除尘设备将其除去。本专利技术针对传统除尘器难以解决的细颗粒物的净化问题，利用超声波雾化的雾滴微尺度，结合专利技术的扰流元件，解决原有除尘装置短板问题。一般布置在传统除尘器前，操作方便，降低运行成本，大大提高除尘效率。进一步的，通过与颗粒荷电方式对比可发现，通过将环形荷电极板应用于雾化液滴，且将环形荷电极板布置于烟道外，能有效改善颗粒表面粘附特性而不影响烟道流动。进一步的，本专利技术的湍流扰动件为圆弧板面与凸起钝体组成，可分别产生尺度不同的大小涡流，同时凸起钝体兼顾有产生小涡扰动和减小压损功能，可有效增强颗粒碰撞并提高运行稳定性，进而保证颗粒脱除的高效性。附图说明图1为本专利技术实例中所述系统的结构示意图。图2为本专利技术实例中所述三角形凸起钝体的湍流扰动件的结构示意图。图3为本专利技术实例中所述圆形凸起钝体的湍流扰动件的结构示意图。图4为本专利技术实例中所述超声波雾化荷电的效果示意图。图5为本专利技术实例中所述湍流扰流件的机理示意图。图中：入口段1，预混合段2，湍流扰动件3，环形荷电极板4，超声波雾化器5，储水箱6，雾化器喷口7。具体实施方式下面结合具体的实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，包括流道主体，以及依次设置在流道主体上的装置主体由入口段(1)、雾化荷电装置、预混合段(2)和湍流扰动段；所述的雾化荷电装置用于将超声波雾化液滴经荷电后喷入流道主体内；所述的预混合段(2)布置有若干V形混合叶片，V形混合叶片开口背向来流方向，两端固定于流道主体内壁；所述的湍流扰动段包括若干湍流扰动件(3)；所述的湍流扰动件(3)包括圆弧板面(301)和凸起钝体(302)；凸起钝体(302)设置在圆弧板面(301)的拱起侧面上；湍流扰动件(3)以烟气流向为列，垂直烟气流向为行的形式布置于流道主体内；相同行内的湍流扰动件(3)均沿相同方向布置，相邻行内的湍流扰动件(3)沿相反方向布置。

【技术特征摘要】
1.一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，包括流道主体，以及依次设置在流道主体上的装置主体由入口段(1)、雾化荷电装置、预混合段(2)和湍流扰动段；所述的雾化荷电装置用于将超声波雾化液滴经荷电后喷入流道主体内；所述的预混合段(2)布置有若干V形混合叶片，V形混合叶片开口背向来流方向，两端固定于流道主体内壁；所述的湍流扰动段包括若干湍流扰动件(3)；所述的湍流扰动件(3)包括圆弧板面(301)和凸起钝体(302)；凸起钝体(302)设置在圆弧板面(301)的拱起侧面上；湍流扰动件(3)以烟气流向为列，垂直烟气流向为行的形式布置于流道主体内；相同行内的湍流扰动件(3)均沿相同方向布置，相邻行内的湍流扰动件(3)沿相反方向布置。2.根据权利要求1所述的一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，所述的雾化荷电装置设置在流道主体的一侧或对称设置在流道主体的两侧，其包括环形荷电极板(4)、超声波雾化器(5)和雾化喷口(7)；所述的超声波雾化器(5)输入端连接储水箱(6)，输出端设置雾化喷口(7)；雾化喷口(7)经环形荷电极板(4)与流道主体连通；所述的环形荷电极板(4)由两块分别接高压发生器的极板组成，两块极板形状和大小相同且对称布置构成圆柱环，两极板边缘呈间隙设置；所述的超声波雾化喷口(7)外径小于圆柱环内径，且与环形荷电极板(4)呈同轴设置。3.根据权利要求2所述的一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，所述的超声波雾化器(5)和雾化喷口(7)所产生的雾化液滴平均直径为1～5μm。4.根据权利要求2所述的一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，两极板边缘相距2～5cm；所述的超声波雾化喷口(7)外径为圆柱环内径的1.2～1.5倍。5.根据权利要求1所述的一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，所述的V形混合叶片至少设置三片，呈等间距布置在烟道内；V形混合叶片的夹角为40～80°。6.根据权利要求1所述的一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统，其特征在于，所述的圆弧板面(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭厚章，杜勇乐，刘鹤欣，萧嘉繁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61