一種把被介質(zhì)流體攜帶的細(xì)顆粒物聚合并與原介質(zhì)流體分離的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型披露涉及一種裝置或系統(tǒng)，用以分離氣體或液體中的細(xì)顆粒物。特別地，涉及一種去除空氣中顆粒物的裝置或系統(tǒng)，以凈化空氣。
【背景技術(shù)】
[0002]“細(xì)顆粒物”，即所謂的“PM2.5”，通常被定義為懸浮于空氣中直徑小于或等于2.5微米的固體或液體顆粒物。正如那些在現(xiàn)代城市常見的煙霧和霧霾中懸浮的顆粒物，其直接排放源包括自然揚塵、發(fā)電廠鍋爐廢氣、汽車尾氣和各種工業(yè)生產(chǎn)過程等。大量的研究表明，細(xì)顆粒物危害性很大，直接和間接造成人類健康和環(huán)境問題。
[0003]例如，許多研究成果已經(jīng)證明，在現(xiàn)代社會某些人類疾病與空氣中的細(xì)顆粒物含量密切相關(guān)，甚至人類的壽命都與細(xì)顆粒物排放量相關(guān)。更進(jìn)一步，在空氣中的細(xì)顆粒物(PM2.5)的濃度與人類的健康有很強的相關(guān)性，而不是總顆粒物的排放水平。因此，如何有效地控制細(xì)顆粒物水平，無論是在發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，都是極具緊迫性和挑戰(zhàn)性的課題。
[0004]此外，微細(xì)顆粒物的光散射作用相當(dāng)強，在一定的氣象條件下PM2.5很容易導(dǎo)致"霧霾"的形成，就是為什么當(dāng)PM2.5的濃度高的時候，大氣能見度很低的主要原因。
[0005]工業(yè)氣體中的顆粒物通常使用以下裝置進(jìn)行處理:1.氣旋/旋風(fēng)分離器(受離心力作用)；2.濕或干洗滌器(使用特定的輔助添加劑)；3.織物過濾器(通過擴散、攔截和嵌塞)；4.靜電除塵器(通過靜電力)，一般小型的商用及民用住宅都使用過濾法(如HEPA)和靜電除塵。
[0006]選擇顆粒物控制裝置的類型取決于許多因素，包括:氣體流量、粒徑分布、顆粒濃度、顆粒組成、氣體溫度和壓力、需要的收集效率和投資資本和運營成本。對于許多應(yīng)用，如果多個類型的控制裝置同時使用，可以提供所需的收集效率，但它們最有可能因為投資資本或經(jīng)營成本過高而無法實現(xiàn)和推廣。
[0007]特別是，當(dāng)應(yīng)用以上這些解決方法和控制裝置來控制和收集細(xì)顆粒物時，由于每種方法的固有的技術(shù)瓶頸或經(jīng)濟因素，通常會變得更困難、更昂貴。
[0008]相對而言，本實用新型克服了以上傳統(tǒng)方法的技術(shù)缺點，是一種非常適合推廣的高效率和低成本的細(xì)顆粒物控制方式，其應(yīng)用范圍也很廣，包括工業(yè)、商用及民用住宅的顆粒物的控制。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]不像傳統(tǒng)的微?？刂萍夹g(shù)(例如，旋風(fēng)除塵器、析出器/分選器、各種過濾器、靜電除塵器、濕或干洗滌器)，在本實用新型中，提供了一種新穎的裝置、系統(tǒng)和方法，把由流動的氣體或液體介質(zhì)中所夾帶和運輸細(xì)顆粒物體集聚起來，從而更容易進(jìn)一步分離介質(zhì)流體中的細(xì)顆粒物。
[0010]本實用新型不會引入額外的化學(xué)添加劑或介質(zhì)，而是利用細(xì)顆粒物固有的分子間吸引力和相對較大的不規(guī)則表面積(它們通常具有很大的表面積對體積比值)，以及由移動的空氣或液體介質(zhì)攜帶的顆粒物之間的非彈性碰撞。通過應(yīng)用這種方法，細(xì)顆粒可以合并或組合成粗顆粒物，而空氣或液體中的粗顆粒物的分離或去除更加容易實現(xiàn)。
[0011]根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種把被介質(zhì)流體攜帶的細(xì)顆粒物聚合并與原介質(zhì)流體分離的裝置，所述裝置至少形成一幾何空間，所述幾何空間包括:軸向方向、垂直方向和不同的流動方向，其特征在于，包括:可選的通用密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置，用來控制微粒物質(zhì)以及凈化介質(zhì)流體；流道設(shè)計和流場結(jié)構(gòu)的拆分把來流污染源分離；至少一對來流管道或噴嘴；管料斗，靜電收集器或任何其他類型的適用的顆粒物收集器；至少一個清潔介質(zhì)流出口，可與其他下游裝置連接。
[0012]優(yōu)選地，所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置設(shè)置有所述流道設(shè)計和流場結(jié)構(gòu)以及所述來流管道或噴嘴，所述來流管道和噴嘴連接所述流道設(shè)計和流場結(jié)構(gòu)，所述管料斗、靜電收集器或顆粒物收集器設(shè)置在所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置的底部，所述清潔介質(zhì)流出口設(shè)置在所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置的頂部。
[0013]優(yōu)選地，所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置頂部或者側(cè)面設(shè)置有通孔，所述流道設(shè)計和流場結(jié)構(gòu)從外部穿過所述通孔與所述來流管道或噴嘴連接，所述管料斗、靜電收集器或顆粒物收集器在所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置封閉前預(yù)先焊接或者通過螺栓固定在所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置的腔體內(nèi)的底部，所述密閉空間或箱體容器或?qū)ｉT裝置的頂部設(shè)置一通風(fēng)口并連接一抽風(fēng)裝置作為所述清潔介質(zhì)流出口。
[0014]優(yōu)選地，所述箱體容器的截面水力直徑是2?6倍的所述來流管道或噴嘴出口水力直徑。
[0015]優(yōu)選地，所述來流管道或噴嘴的截面可以是圓形、方形、矩形和其他多邊形的形狀。
[0016]優(yōu)選地，所述來流管道或噴嘴橫截面積可以是常量或變量。
[0017]優(yōu)選地，多個所述來流管道或噴嘴結(jié)構(gòu)形狀相同，并且沿所述裝置的軸向方向軸對稱布局。
[0018]優(yōu)選地，多個所述來流管道或噴嘴與所述裝置水平線的夾角相同，所述夾角介于0到45度之間。
[0019]優(yōu)選地，所述來流管道或噴嘴的長度不低于所述管道或噴嘴的出口水力直徑；相鄰兩個所述來流管道或噴嘴出口之間的距離是1?4倍的來流管道或噴嘴出口直徑。
[0020]根據(jù)本實用新型的另一個方面還提供了一種把被流體介質(zhì)攜帶的細(xì)顆粒物聚合并與原介質(zhì)流體分離的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)至少形成一幾何空間，所述幾何空間包括:軸向方向、垂直方向和不同的流動方向，其特征在于，包括:至少一個單元的細(xì)顆粒物污染控制系統(tǒng)，所述細(xì)顆粒污染控制系統(tǒng)由能夠控制微粒物質(zhì)的密閉空間或箱體容器構(gòu)成；可選的通用或?qū)Ｓ妹荛]空間或箱體容器；至少一個來流污染源入口處；至少一個來流管道或噴嘴；至少一個收集腔，所述收集腔包括:收集板和腔側(cè)壁；至少一個清潔介質(zhì)流出口 ；可與其他下游裝置連接。
[0021]優(yōu)選地，所述通用或?qū)Ｓ妹荛]空間或箱體容器設(shè)置有來流污染源入口，以連接所述細(xì)顆粒物污染控制系統(tǒng)，所述來流管道或噴嘴設(shè)置在所述通用或?qū)Ｓ妹荛]空間或箱體容器內(nèi)部，所述收集腔相對于所述來流管道或噴嘴設(shè)置在所述通用或?qū)Ｓ妹荛]空間或箱體容器的底部，所述清潔介質(zhì)流出口設(shè)置在所述通用或?qū)Ｓ妹荛]空間或箱體容器頂部。
[0022]優(yōu)選地，所述來流管道或噴嘴的幾何中心軸與所述系統(tǒng)的軸向方向平行，從而使污染源來流垂直流向收集腔底部。
[0023]優(yōu)選地，所述來流管道或噴嘴的長度不低于所述來流管道或噴嘴的出口水力直徑；所述來流管道或噴嘴出口和收集板之間的距離最好是0.5?2倍的所述來流管道或噴嘴出口水力直徑。
[0024]優(yōu)選地，所述箱體容器的截面水力直徑是2?6倍的所述來流管道或噴嘴出口水力直徑。
[0025]優(yōu)選地，多個所述來流管道或噴嘴的幾何中心軸與所述系統(tǒng)的軸向方向平行。
[0026]如圖1所示，攜帶了大量的顆粒物的來流先分別進(jìn)入成對的相向設(shè)置的來流噴嘴和/或來流管道，并從來流噴嘴和/或來流管道的出口噴出，這些噴出相向的流體在相鄰的來流噴嘴和/或來流管道出口處相遇，導(dǎo)致氣動滯止區(qū)的形成。在此區(qū)域中，移動顆粒物由于其內(nèi)在的慣性而繼續(xù)運動，并在該區(qū)域內(nèi)與其他顆粒物之間發(fā)生大量的接觸和碰撞，從而導(dǎo)致顆粒物的動能的某一部分轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使顆粒物粘接在一起。實驗表明，在該過程中，大量細(xì)顆粒物相互作用并聚合成較大的粗顆粒物。
[0027]與此同時，在所述氣動滯止區(qū)及其相鄰空間內(nèi)，顆粒物運動被顯著減速，甚至接近零的速度，這種減速的過程，也會大大增加顆粒物的停留時間，從而提高顆粒物的自然沉降的可能性。在圖1的示范設(shè)計中，最好通過來流噴嘴和/或來流管道的設(shè)計使出口處流體的撞擊角和相向流動速度可調(diào)，以實現(xiàn)最大的顆粒物收集效率。實驗證明，單獨使用本實用新型的顆粒物收集效率可以達(dá)到90 %。
[0028]在第二個示范性實例中，如圖2所示，采用了單個或多個非對稱的滯止點流系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括攜帶來流污染源的來流噴嘴、與所述來流噴嘴垂直的固體收集板和一腔體結(jié)構(gòu)。當(dāng)來流噴嘴噴出的來流污染源擊中固定收集板時，會沿固定收集板表面形成接近恒定厚度的介質(zhì)流邊界層。此時，在所述介質(zhì)流邊界層內(nèi)部和其相鄰的流場中，介質(zhì)(液體或氣體)流不得不減慢它的速度并改變其流動方向(變成垂直的方向)。這種介質(zhì)流邊界層內(nèi)部和其相鄰的流場實際上是另一種類型的滯止點流場。同時，在介質(zhì)流邊界層內(nèi)部和其相鄰的流場中，由介質(zhì)流攜帶的顆粒物也會由于其運動的慣性，或者直接被固定收集板捕捉，或者被反彈并與其他顆粒物碰撞，形成較大的顆粒。
[0029]連接所述固體收集板的腔體結(jié)構(gòu)還可以形成循環(huán)區(qū)，在循環(huán)區(qū)里，那些懸浮在介質(zhì)流中