旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置與方法與流程

2023-05-11 20:18:46

本發明涉及一種旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置，屬於氣固分離領域。
背景技術：
：分離技術及磁選機據今已有50多年的發展歷史,其藉助磁場力的作用，對導磁性不同的物質進行分離，最早應用於選礦業。美國發明了工業磁選機之後，磁分離開始以機械設備的形態陸續在煤脫硫、玻璃及水泥等原料除鐵、高嶺土提純等選礦以外的領域得到規模化應用。近幾年磁力分離法多數應用於水處理工業，磁分離利用廢水中雜質顆粒的磁性進行分離，對於水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術可使它們具有磁性,將廢水中有磁性的懸浮固體分離出來，從而達到淨化水的目的。對於水處理的研究已有較好的發展，然而在工業煙(廢)氣淨化研究方面，研究不多也沒有明確的研究依據。隨著社會經濟的迅速發展，我國的工業化進程也越來越快，工業化生產給我們帶來經濟發展的同時，大量工業廢水、廢氣的排放，給我們賴以生存的自然環境也帶來了嚴重的威脅。據2015年全國環境統計公報顯示，工業廢水排放總量為716.2萬噸，煙(粉)塵的排放總量為1740.8萬噸，其中工業煙(粉)塵排放量為1456.1萬噸。工業煙塵含有大量的有害或可以回收利用細小微粒，這些微粒如果不能及時處理和回收將造成嚴重的環境汙染和原材料的浪費，然而工業煙氣逐步危害著環境，頻繁的霧霾天氣給我們敲響了警鐘，治理工業煙氣已迫在眉睫。對於煙(廢)氣除塵，傳統的處理方法如粒子沉降法等普遍存在效率偏低和效果不好的情況。中國地質大學湯達偵等人用高梯度磁分離技術對飛灰成分的分離做了試驗研究，結果表明：磁分離技術能對煙塵中的三類基本成分進行有效分離。這說明磁分離技術在煙(廢)氣有著其獨特的優勢。除此之外，工業及生活中，存在多種含有磁性物質的氣體，諸如含有小金屬顆粒的汽車尾氣中、含有吸附有pm2.5～10的多孔磁性介質的煙氣、含有磁性顆粒的工業流體、混入煤煙氣中用於吸附其中hg的磁珠等。在氣固分離中，常見的分離方式有：重力沉降，慣性力分離，攔截分離，荷電分離，重力沉降是利用顆粒與流體密度不同，在重力作用下顆粒與流體產生相對運動從而達到分離的過程，重力沉降的特徵是沉降速度小，所以需要的沉降時間長，氣體流量很大的情況下，需要降塵室在平面上大面積鋪展開，佔地面積極大；若採用多層式結構，則回收下來的固體顆粒又難以連續收集排出，除塵效率很低。離心分離也是沉降分離的一種，其原理是利用顆粒與流體密度不同，在離心力的作用下顆粒與流體產生相對運動而分離，離心分離的優勢是離心力與流體切線速度的平方成正比，因此提高線速可以大大提高顆粒在流體中的沉降速度，既提高了分離效果，又減小了設備體積，但是並不適用於負載磁性多孔介質的分離，離心力會使負載磁性多孔介質與分離器的壁面發生劇烈碰撞，碰撞力會使磁性多孔介質捕集到的微細顆粒物脫離，達不到潔淨煙氣的效果。慣性分離器，在氣體流動的路徑上設置障礙物，氣流繞過障礙物時發生突然轉折，顆粒或液滴便撞擊在障礙物上被捕集下來，主要問題是其變向過程中僅受慣性力，存在類似旋風分離器的分離極限，而且其變向過程短，因此分離能力遠小於旋風分離器，再加上需要高線速提供足夠的慣性力，故難以避免顆粒再帶起問題，因此分離效率不高，只比降塵室略好，一般只能作為粗分離器使用。荷電分離是氣體中的帶荷電粉塵顆粒，在電場力的作用下使顆粒與氣體分離。但是負載磁性多孔介質不帶荷電，因此不能用此分離該技術。而且荷電分離需要振打，振打會造成二次揚塵，並且對含有磁性多孔介質量較大的場合捕集遠遠不能達到標準；此外整個除塵裝置需要高壓變電及整流設備，投資和運行費用都較高。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明的是提供一種旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置。一種旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置，所述裝置包括：氣固分離通道，所述氣固分離通道以平行於重力的方向設置，其頂端設有用於排出氣體的氣體排出口，底端設有用於磁性顆粒排出的固體排出口；進氣通道，所述進氣通道用於向氣固分離通道通入含磁性顆粒的氣體；所述進氣通道以水平方向設置，其一端與氣固分離通道相通，另一端用於連通氣體源；所述進氣通道與氣固分離通道靠近地面一側的連接面為彎曲連接面；旋轉磁場發生裝置，所述旋轉磁場發生裝置設於進氣通道下方並靠近彎曲連接面；所述旋轉磁場發生裝置包括柱狀旋轉軸、沿圓周均勻配置在旋轉軸表面的多個電磁鐵、用於控制旋轉軸的動力裝置和控制裝置、用於控制電磁鐵的電源裝置。本發明所述氣固分離通道用於在其內進行磁性固體顆粒及氣體的分離，分離後所得氣體由位於頂端的氣體排出口排出，所得的磁性固體顆粒由位於底端的固體排出口排出。進一步的，在固體排出口的下方設有具有磁性的承接盤，用於承接磁性固體顆粒。本發明所述進氣通道用於接收來自氣體源的含磁性顆粒的氣體，並將含磁性顆粒的氣體導入氣固分離通道中。進一步地，優選氣固分離通道和進氣通道均為圓筒狀。本發明所述進氣通道和氣固分離通道相連通，兩者間的連接部，尤其是靠近地面一側的連接部的連接面為彎曲連接面，其為了方便固體顆粒從此處滑落至氣固分離通道的底部。進一步地，所述彎曲連接面的截面為圓弧形；更進一步地，所述圓弧形的弧度為90度。本發明所述旋轉磁場發生裝置包括柱狀旋轉軸、沿圓周均勻配置在旋轉軸表面的多個電磁鐵、用於控制旋轉軸的動力裝置和控制裝置、用於控制電磁鐵的電源裝置。進一步地，所述旋轉磁場發生裝置包括沿圓周均勻配置在旋轉軸表面的3～12個電磁鐵。更進一步地，所述柱狀旋轉軸固定若干均勻設置的空腔，所述空腔內裝載電磁鐵。進一步地，所述旋轉磁場發生裝置中，於配置在旋轉軸表面的每兩個電磁鐵間設置不具有磁性的非磁性塊。更進一步地，所述柱狀旋轉軸固定若干均勻設置的空腔，所述空腔內裝載電磁鐵和非磁性塊。本發明所述用於控制旋轉軸的動力裝置和控制裝置為現有技術公開的動力裝置和控制裝置，用於控制旋轉軸的旋轉與停止。本發明所述控制電磁鐵的電源裝置為現有技術公開的電源裝置，用於控制每個電磁鐵的通電與否。本發明所述旋轉磁場發生裝置設於進氣通道下方並靠近彎曲連接面；進一步地，所述旋轉磁場發生裝置按柱狀旋轉軸截面圓心與彎曲連接面圓弧形截面的圓心位於同一點設置，且旋轉磁場發生裝置與彎曲連接面間的距離為1/10r，其中r為所述圓弧半徑。本發明所述裝置進一步包括分別用於檢測氣固分離通道氣體排出口氣體流量和進氣通道中進氣流量的流量測試顯示裝置。本發明所述裝置優選所述電磁鐵為螺線管式電磁鐵。本發明所述裝置工作原理如下，過程如圖1所示，以三個電磁鐵為例，當a電磁鐵位於上方時，該電磁鐵通電產生磁場，在磁化力的作用下，這些磁性介質會被吸到a電磁鐵表面。當電磁鐵旋轉，經過(2)到達(3)步時，a磁鐵斷電，b磁鐵通電，這樣受到下方磁性吸盤的作用，負載的磁性介質會被吸引到吸盤上，此時b部分處在接近煙道的上部，其產生的磁場會吸引新的負載磁性介質，如此循環最終通過該電磁鐵的轉移，實現磁性介質與淨化後煙氣的分離。本發明的另一目的是提供利用上述裝置進行氣固分離的方法，將含有磁性顆粒氣體由進氣通道通入，開啟旋轉磁場發生裝置，控制最靠近進氣通道的一個電磁鐵a通電，其他電磁鐵斷電；一定時間後，控制旋轉軸旋轉，電磁鐵a旋轉至靠近氣固分離通道的位置，同時電磁鐵a斷電，並使目前最靠近進氣通道的電磁鐵b通電，重複電磁鐵a的操作；按上述操作循環。進一步地，優選含有磁性顆粒氣體的流速為0～30m/s(不含0)；優選電機轉速n為0～3000r/min(不含0)，每個電磁鐵通電時間為1/3n分鐘。本發明的有益效果為：本發明所述裝置電磁鐵的使用能防止吸附後的磁性介質在煙道內，尤其是拐角處的堵塞。通過旋轉磁場發生裝置中多瓣電磁鐵的使用，特別是當在各個分瓣電磁鐵之間摻雜無磁性的非磁性塊時，能更好的控制介質的轉移收集過程。各個分瓣電磁鐵中將採用螺線管式的電磁鐵安裝於分瓣空腔中，以便於方便研究設計。附圖說明圖1(1)～(5)為旋轉磁場作用下負載磁性多孔介質收集、轉移過程示意圖；圖2為旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置的示意圖；圖3為旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置的側視示意圖；圖4為旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置的俯視示意圖。具體實施方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。下述實施例中所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。實施例1一種旋轉磁場回收氣體中磁性顆粒的裝置，所述裝置包括：氣固分離通道1，所述氣固分離通道1以平行於重力的方向設置，其頂端設有用於排出氣體的氣體排出口101，底端設有用於磁性顆粒排出的固體排出口102；在固體排出口102的下方設有具有磁性的承接盤，用於承接磁性固體顆粒。進氣通道2，所述進氣通道2用於向氣固分離通道1通入含磁性顆粒的氣體；所述進氣通道2以水平方向設置，其一端與氣固分離通道1相通，另一端用於連通氣體源；所述進氣通道2與氣固分離通道1靠近地面一側的連接面為彎曲連接面201；所述氣固分離通道1和進氣通道2均為圓筒狀，所述進氣通道2和氣固分離通道1相連通，兩者間的連接部靠近地面一側的連接面為彎曲連接面201，所述彎曲連接面201的截面為圓弧形，所述圓弧形的弧度為90度。旋轉磁場發生裝置3，所述旋轉磁場發生裝置3設於進氣通道2下方並靠近彎曲連接面201。所述旋轉磁場發生裝置按柱狀旋轉軸301截面圓心與彎曲連接面201圓弧形截面的圓心位於同一點設置，且旋轉磁場發生裝置3與彎曲連接面201間的距離為1/10r，其中r為所述圓弧半徑。所述旋轉磁場發生裝置3包括柱狀旋轉軸301和沿圓周均勻配置在旋轉軸表面的三個電磁鐵302，具體地，所述柱狀旋轉軸固定三個均勻設置的空腔303，所述空腔303內裝載電磁鐵302。所述電磁鐵302為螺線管式電磁鐵。所述回收氣體中磁性顆粒的裝置還包括用於控制旋轉軸301的動力裝置，所述動力裝置包括與旋轉軸301相連的聯軸器及電機，用於控制旋轉軸的旋轉；回收氣體中磁性顆粒的裝置包括電源，所述電源為現有技術公開的電源裝置，用於控制每個電磁鐵的通電與否。所述回收氣體中磁性顆粒的裝置包括分別用於檢測氣固分離通道氣體排出口氣體流量和進氣通道中進氣流量的流量測試顯示裝置。含有負載磁性多孔介質顆粒的氣體由進氣通道2進入氣固分離通道1，其中，氣體流速為4m/s，在氣體與負載磁性多孔介質顆粒運動的過程中，旋轉磁場發生裝置3通電，每個電磁鐵的通電時間為1/300分鐘，產生磁性，負載磁性多孔介質顆粒受到磁化力的作用快速沉降，轉動電機304通過軸承和聯軸器305帶動柱狀旋轉軸301同速轉動，三瓣磁場(由三個電磁鐵產生)交替工作，電機轉速為100r/min。氣體與負載磁性多孔介質顆粒繼續運動到氣固分離通道1，實現徹底分離，潔淨氣體由上端的氣體排出口101流出，負載磁性多孔介質顆粒由於磁化力和重力的作用沉降到氣固分離通道1底端，當負載磁性多孔介質顆粒積累到一定量時打開電動閘閥4，並給可移動電磁吸盤5通電，使分離後的負載磁性多孔介質顆粒轉移到可移動電磁吸盤5上。分離後的負載磁性多孔介質顆粒進入到超聲波離散震蕩處理器中震蕩(超聲波離散震蕩處理器中可盛放有酒精溶液或含有抑制膜脫落溶液)，將磁性多孔介質所吸附的微細顆粒物脫除，將磁性多孔介質熱烘乾，實現磁性多孔介質的循環利用。另外，旋轉磁場用電磁線圈的結構參數為通過對電磁鐵的計算，電磁鐵的基本結構參數如下：線圈外徑dxq＝138.82mm線圈內徑dxq＝120mm單根漆包線直徑d＝0.939mm單根導線銅截面直徑dx＝0.85mm線圈匝數n＝804匝線圈長度lxq＝75.26mm所述抑制膜脫落溶液，由下述組分組成：溶液含量硫酸鈷100g/l檸檬酸鈉25g/l硼酸40g/l氯化鈉30g/l硫酸鐵100g/l當前第1頁12