專利名稱：針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫等離子體及環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，是一種針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙的裝置。
背景技術(shù)：
燃油鍋爐和柴油機(jī)在工業(yè)當(dāng)中應(yīng)用十分廣泛，但其排放的碳煙微粒對(duì)空氣的污染也十分嚴(yán)重。要解決燃油鍋爐和柴油機(jī)的碳煙排放污染，主要分為機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化兩個(gè)途徑。機(jī)內(nèi)凈化降低柴油機(jī)有害排放量的方法是改善柴油機(jī)的燃燒條件，全面提高柴油機(jī)的技術(shù)性能。隨著電控燃油噴射技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)等新技術(shù)的不斷采用，將進(jìn)一步改進(jìn)柴油機(jī)的燃燒和工作過程，大幅度改善柴油機(jī)的碳煙排放污染。但是機(jī)內(nèi)凈化要求技術(shù)含量高，投入大，周期長(zhǎng)。機(jī)外凈化通過使用一定裝置，俘獲碳煙顆粒，達(dá)到減少碳煙排放的目的。目前機(jī)外降低高溫碳煙微粒的主要方法有靜電吸附法、過濾捕集法和離心分離法，各種捕集技術(shù)各有利弊。
公開文獻(xiàn)小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2003，32(2)35-38介紹了過慮捕集法。過濾凈化技術(shù)捕集微粒是目前各國(guó)研究機(jī)構(gòu)普遍采用的后處理方式。目前市場(chǎng)上使用最多的是陶瓷過濾器，它的優(yōu)點(diǎn)是過濾效率高，可達(dá)到60～95％，過濾質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗熱沖擊和抗機(jī)械振動(dòng)能力也較強(qiáng)。但其制造工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高，使用一段時(shí)間后背壓會(huì)升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到一定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能將變差，因此陶瓷過濾器的再生問題成為這一方法能否實(shí)用的關(guān)鍵。目前再生的方法有電加熱法、微波再生法、噴油助燃法等。陶瓷過濾器經(jīng)再生后背壓降低，重新起到濾清作用。
公開文獻(xiàn)廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，15(2)9-13小結(jié)了等離子體技術(shù)在柴油機(jī)碳煙微粒捕集方面應(yīng)用的現(xiàn)狀。目前國(guó)內(nèi)外在利用等離子體技術(shù)捕集微粒方面做了許多工作，在實(shí)驗(yàn)室里取得了一些成果。其中，一種方式是在金屬絲網(wǎng)上加一定電壓，使微粒在經(jīng)過上游金屬網(wǎng)時(shí)荷電，在下游金屬網(wǎng)處被吸附。實(shí)驗(yàn)得到一些明顯碳煙微粒捕集結(jié)果，但是因捕集效率難于提高而未能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，提出電暈放電強(qiáng)化微粒荷電和電場(chǎng)力驅(qū)進(jìn)荷電微粒，以提高微粒捕集效率。
通過非熱放電增加碳煙微粒荷電，然后用過濾或高壓電場(chǎng)來促進(jìn)碳煙微粒的捕集。但是同過濾技術(shù)一樣，同樣遇到再生問題，即捕集的微粒如何清除使放電能正常維持而不影響捕集效率。因?yàn)檎鎸?shí)碳煙微粒主要成分為碳煙顆粒、可溶碳?xì)溆袡C(jī)物、硫和水，不可能用常規(guī)方法進(jìn)行清除。意大利一研究機(jī)構(gòu)提出，在線筒式電暈放電捕集器中，利用火花放電將筒壁上微粒引燃燒盡。這對(duì)高壓電源提出較高要求，同時(shí)火花放電發(fā)生區(qū)域的隨機(jī)性給燒盡碳煙帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能長(zhǎng)期穩(wěn)定高效捕集高溫碳煙微粒的裝置，并解決其再生問題。
本發(fā)明的技術(shù)原理是，電暈放電產(chǎn)生大量的高能電子，正負(fù)離子對(duì)通過放電區(qū)的氣體分子，碳煙微粒進(jìn)行荷電，荷電后的粒子在電場(chǎng)力作用下定向趨向針陣列電極板，并粘附在電極板上，達(dá)到去除的目的。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙裝置，由電氣控制單元，高壓直流電源，碳煙捕集單元5、殼體6組成，碳煙捕集單元5由并聯(lián)的高壓電極板3和并聯(lián)的地電極板4構(gòu)成，高壓電極板3和地電極板4間隔排列，高壓電極板3和地電極板4的上下端分別安裝在在殼體6上部和下部設(shè)有的安裝槽內(nèi)，高壓電極板3和地電極板4上設(shè)有針尖體，電極板上的針尖體共10-50排，每排10-50根，有序排列，針尖體之間的間距在15-30mm內(nèi)、針尖體高度為5-7mm，高壓極板3上的針尖體與地電極板4上的針尖體的間距為15-40mm；在離電極板表面約3-4mm處、在各針尖體間距中心位置設(shè)有加熱電阻絲7，電阻絲7兩端用彈簧8拉直，固定在陶瓷套管9上，電加熱引入接線柱1與加熱電源相連接負(fù)高壓引入電極2與負(fù)高壓電源相連接。所述的針尖體共10排，每排10根，高壓電極板3為2-9個(gè)，地電極板4為2-10個(gè)。根據(jù)每一電阻絲阻值大小將各電阻絲進(jìn)行串并聯(lián)，通過高壓隔離開關(guān)、調(diào)壓、繼電器與電網(wǎng)AC220V連接，構(gòu)成放電反應(yīng)器的再生系統(tǒng)。廢氣通過電暈放電區(qū)，在新型的雙極電暈放電作用下，引發(fā)的快速電子、正負(fù)離子致使碳煙微粒超飽和荷電，并且在電場(chǎng)力作用下定向趨向針陣列電極板，并粘附在電極板上。型碳煙捕集裝置的進(jìn)風(fēng)口與燃機(jī)排風(fēng)口連接，進(jìn)風(fēng)口處設(shè)有金屬絲網(wǎng)初濾，排放廢氣經(jīng)初濾后進(jìn)入碳煙捕集單元，其中的碳煙被高效捕集，當(dāng)捕集的碳煙積累到一定厚度時(shí)，啟動(dòng)加熱電源燒盡被捕集的碳煙，維持裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，廢氣經(jīng)碳煙捕集單元處理后由出風(fēng)口排出。裝置的電氣控制和高壓電源均設(shè)在裝置外部，高壓和加熱的電氣連接和固定均采用耐高溫的陶瓷套管，避免高溫對(duì)電氣性能的影響。荷電是微粒定向運(yùn)動(dòng)的前提，在很大程度上決定了捕集效果。放電時(shí)，只有有效高能電子才能使微粒荷電，其產(chǎn)生的數(shù)量與E/N成正比N-介質(zhì)氣體密度。因?yàn)獒橁嚵须姌O之間的電場(chǎng)是一種極不均勻的電場(chǎng)，在針形電極尖端附近的電力線集中，所以產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度很高。雙極放電有兩個(gè)這樣的高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)，因而能產(chǎn)生較多的有效高能電子，使顆粒物荷電幾率加大，荷電時(shí)間縮短，而被迅速捕集。因?yàn)閮呻姌O均為針陣列結(jié)構(gòu)，電暈放電發(fā)生在針尖體處，所以兩電極上捕集了較厚的碳煙微粒也不會(huì)影響放電的穩(wěn)定性。所以其捕集效率不會(huì)隨使用時(shí)間的增加而降低。其反應(yīng)器再生的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陶瓷過濾器和線板針板等電極結(jié)構(gòu)的放電反應(yīng)器。在靠近針陣列電極板表面針尖體電極之間布置加熱電阻絲，當(dāng)捕集的微粒在電極板上達(dá)到一定厚度時(shí)，啟動(dòng)加熱電源在短時(shí)間內(nèi)電阻絲將其附近被捕集的微粒燒盡，簡(jiǎn)單快捷的達(dá)到再生目的。
本發(fā)明的效果和益處是，針陣列的雙極電暈放電有兩個(gè)極高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)，能產(chǎn)生更多的高能電子，使碳煙微粒荷電更充分，因而捕集效率高。由于放電發(fā)生在針尖體處，極板上捕集一定厚度的碳煙微粒也不會(huì)影響放電，所以該放電反應(yīng)器的再生周期很長(zhǎng)。在靠近針陣列電極板表面針尖電極之間布置加熱電阻絲，當(dāng)捕集的微粒在電極板上達(dá)到一定厚度時(shí)，啟動(dòng)加熱電源在短時(shí)間內(nèi)電阻絲將其附近被捕集的微粒燒盡，簡(jiǎn)單快捷的達(dá)到再生目的。由電暈放電產(chǎn)生的等離子體等活性粒子還能同時(shí)去除氣體中的其他污染物。本發(fā)明裝置設(shè)備所需投入少，捕集效率高，阻力小，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便，費(fèi)用低。反應(yīng)器再生十分簡(jiǎn)便快捷。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
圖3是本發(fā)明的電極板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、電加熱引入接線柱，2、負(fù)高壓引入電極，3、高壓電極板，4、地電極板，5、碳煙捕集單元，6、殼體，7、電阻絲，8、彈簧，9、陶瓷套管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1在小型針陣列雙極電暈放電反應(yīng)器中進(jìn)行碳煙微粒去除實(shí)驗(yàn)。放電通道高120mm，長(zhǎng)30～120mm可調(diào)，高壓端和地端均為針陣列電極。每排8根針尖體共十排，同極針尖體間距為20mm，兩電極間距d為30mm。放電電壓為負(fù)18kV，放電電流為0.6mA。在相對(duì)濕度為30-50％，溫度為20-25℃，風(fēng)速為0.5m/s條件下進(jìn)行處理。得到粒徑為1μm，3μm，5μm，10μm的碳煙微粒去除效果分別是78％，86％，92％，98％。
實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1，改變風(fēng)速為1m/s，得到粒徑為1μm，3μm，5μm，10μm的碳煙微粒去除效果分別是66％，79％，85％，94％。
實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例1，改變風(fēng)速為2m/s，得到粒徑為1μm，3μm，5μm，10μm的碳煙微粒去除效果分別是52％，68％，78％，86％。
權(quán)利要求
1.針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙裝置，其特征在于，由電氣控制單元，高壓直流電源，碳煙捕集單元(5)、殼體(6)組成，碳煙捕集單元(5)由并聯(lián)的高壓電極板(3)和并聯(lián)的地電極板(4)構(gòu)成，高壓電極板(3)和地電極板(4)間隔排列，高壓電極板(3)和地電極板(4)的上下端分別安裝在在殼體(6)上部和下部設(shè)有的安裝槽內(nèi)，高壓電極板(3)和地電極板(4)上設(shè)有針尖體，電極板上的針尖體共10-50排，每排10-50根，有序排列，針尖體之間的間距在15-30mm內(nèi)、針尖體高度為5-7mm，高壓極板(3)上的針尖體與地電極板(4)上的針尖體的間距為15-40mm；在離電極板表面約3-4mm處、在各針尖體間距中心位置設(shè)有加熱電阻絲(7)，電阻絲(7)兩端用彈簧(8)拉直并固定在陶瓷套管(9)上，電加熱引入接線柱(1)與加熱電源相連接負(fù)高壓引入電極(2)與負(fù)高壓電源相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙裝置，其特征在于，所述的針尖體共10排，每排10根。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙裝置，，其特征在于，所述的高壓電極板(3)為2-9個(gè)，地電極板(4)為2-10個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于低溫等離子體及環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，是一種針陣列電極雙極電暈放電捕集高溫碳煙的裝置，由電氣控制單元，高壓直流電源，碳煙捕集單元、殼體組成，碳煙捕集單元由并聯(lián)的高壓電極板和并聯(lián)的地電極板構(gòu)成，高壓電極板和地電極板間隔排列，高壓電極板和地電極板上設(shè)有針尖體，在針尖體間距中心位置設(shè)有加熱電阻絲，固定在陶瓷套管上，電加熱引入接線柱與加熱電源相連接負(fù)高壓引入電極與負(fù)高壓電源相連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，捕集碳煙微粒效率高，該放電反應(yīng)器的再生周期長(zhǎng)，由電暈放電產(chǎn)生的等離子體等活性粒子還能同時(shí)去除氣體中的其他污染物，裝置設(shè)備所需投入少，阻力小，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便，費(fèi)用低。
文檔編號(hào)B03C3/88GK1935385SQ20061004777
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者朱益民, 孔祥鵬, 陳海豐, 宿鵬浩 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)