一种带电粒子消雾除霾的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型消雾除霾的方法和装置，具体涉及带电粒子消雾除霾的方法 和相关的放电装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着社会的迅速发展，工业农业以及生活垃圾排放越来越多，这些污染 物不仅包含固体污染物，还有大量的大气污染物，如炼钢厂火力发电站所排放出来的废气 等.这些大气污染物对环境产生了很大的危害。这些大气污染物的主要成分有污染气体及 污染悬浮颗粒等，尤其是悬浮颗粒，不仅影响大气环境，更给人们的正常生活带来不便，如 最近各大城市的雾霾问题。目前雾霾影响已经引起各方重视，所以寻求一种除去空气中颗 粒污染物方法技术已经越来越重要了。
[0003] 目前我国的除尘技术已发展成熟，除尘设备按照除尘原理可分为五类：（1)机械 力除尘设备；(2)洗涤式除尘设备；（3)过滤式除尘设备；(4)静电除尘设备；（5)磁力除 尘设备。其中机械力除尘设备的除尘效率较低，且只能分离较大的颗粒（颗粒粒径大于 IOum);洗涤式除尘设备体积较大，除尘能力低，且用水量多，多用于处理悬浮颗粒粒径较大 且浓度较高的烟气。对含有细微悬浮污染物的气体处理效果较差；过滤式除尘设备的运行 维护费用较高，需要经常更换滤袋；磁力除尘运行较稳定，但其缺点是只能除特定种类的粉 尘。
[0004] 静电除尘设备的工作原理是当含有污染颗粒物的气体通过接有高压直流电源的 阴极线与接地的阳极板之间的高压电场时，阴极电晕放电使得气体被电离，带上负电荷的 气体离子在电场力作用下向阳极板运动，在运动过程中，这些带上负电荷的气体离子与污 染物颗粒相碰，使这些颗粒带上负电荷，悬浮污染物荷电后在电场力作用下向阳极板运动， 最终沉积于阳极板，达到净化气体的目的。静电除尘设备的净化效率较高，但设备较复杂， 设备的安装及维护成本等较高，且除尘效果受气体温湿度影响较大。
[0005] 如上所述，现有的大气除尘技术都存在类似的不足之处：或是除尘效率不高，无法 消除几乎所有的污染物颗粒，或是需要较高的安装运行维护成本。这些因素都导致除尘装 置无法做到高效率。简单化。低成本。使得除尘设备的普遍推广受到很大限制。大气除尘 问题越来越严峻，急需寻求一种新型的除尘方法来解决该问题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能以较低的成本有效地 除去空气中污染物颗粒的方法。其能够解决现有除尘设备效率低，成本高，推广难等问题。
[0007] 电荷消雾除霾的原理：大气中自然的电离现象是普遍存在的。空气中分子由于辐 射解离作用变成离子对，这些辐射主要来源于银河宇宙射线，氡同位素放射射线以及地表 的伽玛射线。这些离子很少会独立存在于大气中，绝大多数都是以该离子为中心，周围聚集 一些水分子。
[0008] 成核过程是指两个或多个分子，其中一个为水分子，混合在一起形成一个悬浮颗 粒。目前已有证据表明宇宙射线电离效应可降低成核势皇，从而聚集形成微小的悬浮物。其 中的一些悬浮物成为云中的凝结核。成核过程理论上有以下4种机理：
[0009] 双分子成核：水分子与另一个分子反应成核。如按根离子，盐酸分子，硝酸分子等。
[0010] 三分子成核：水分子与另两个分子反应成核，可以是有机分子，也可以是无机分 子。
[0011] 离子诱导成核：水分子和另一个有机或无机分子及一个离子共同反应。
[0012] 离子调节成核：水分子与另两个或更多的带电有机或无机分子发生反应，之所以 被称为离子调节成核是由于这些成核分子是在反应前被离子带上电荷的。
[0013] 悬浮微粒一旦形成，就会通过以下几种过程继续增长：
[0014] 凝聚：液态的水分子附着聚集在悬浮微粒上从而微粒增长。
[0015] 凝结：水分子由气态变为液态在悬浮微粒上凝结，并释放出热量。悬浮微粒水分子 的凝结而增长，直径及质量都所有增加。值得注意的是，带电的悬浮微粒比不带电的悬浮微 粒更易吸引水分子凝结，这是因为极性分子在带电体上更易凝结。仿真结果显示，带电颗粒 的凝结增长率比不带电颗粒的要高至少两个量级。
[0016] 吸收：当云中水滴与悬浮颗粒接触后，悬浮颗粒被水滴吸收，如果该悬浮微粒带 电，那么这些电荷将转移至水滴上，这些带电的水滴将更容易吸引带电气溶胶。
[0017] 静电吸引：当云中的一滴水滴接触到云和空气的边界时，该水滴一般情况下会蒸 发，而水滴上的电荷将转移至该水滴的核和之前该水滴所吸收的分子上。这些电荷能够在 其他水滴中引起镜像电荷从而使得该带电的核将更容易被水滴所吸收。即使该水滴所携带 的电荷与核所携带的电荷极性相同，镜像电荷依然将大大的提高被吸收的概率。虽然在长 距离上同电荷间有一定的斥力，但气体的自然流动将会推动直径在0。Ium-Ium之间的小颗 粒靠近水滴，如此一来，该颗粒所携带的电荷与它在水滴上的镜像电荷间的相互吸引力将 促使他们相聚集。
[0018] 碰并：该机制适用于空气中的大水滴，在这些大水滴降落至地面的过程中，会于一 些其他的水滴碰并。大水滴的降落速度比小水滴的要快。所以在大水滴的降落过程中会与 小水滴碰撞。但是即使小水滴在大水滴的降落路径上，大水滴降落所导致的气压依然会导 致小水滴绕过大水滴不发生碰撞。这就像大多数的小昆虫都不会撞上一辆大卡车一样，大 卡车行进时推动空气所产生的气压将会把小昆虫给推开，使得这些小昆虫不会撞上卡车。 值得一提的是，如果悬浮微粒带上50个基本电荷的话，那么悬浮颗粒与水滴间的碰撞效率 将提高30倍。这可能是因为悬浮微粒带上足够的电荷后，它将会在降落的水滴上引起镜像 电荷，从而更容易碰并。
[0019] 相比中性不带电的分子簇，带电的分子簇更容易吸引周围的空气分子，并将以更 快的速度增长至一定尺寸。这些带电分子簇来源于水分子的蒸发和凝聚，一旦成核，这些带 电分子簇将更加稳定。仿真结果表明，若电离率提高25%，则在成核8小时后，粒径大小在 3-10nm范围内的颗粒的浓度将升高7-9%。
[0020] 因此，银河宇宙射线电离可引起如下三个效应：1)增加悬浮微粒的凝结率，2)降 低悬浮微粒的成核势皇，3)云中水滴吸收其他颗粒。银河宇宙射线降低了成核势皇，使得离 子附着在小水分子簇上，形成"微离子"，从而促使带电颗粒增长。这些带电颗粒有很大的可 能增长至IOOnm大小，这已经超过了云凝结核的标准了。也有研宄表明带电悬浮微粒将更 容易被云中水滴给吸收，这些水滴蒸发后所留下的微粒将更容易成为冰晶凝结核。
[0021] 另外，银河宇宙射线所产生的离子正负电荷并不是等量的，而且由于正负离子的 重新聚集会大大减少带电粒子的数量.而放射源电离所产生的离子正负是平衡的，绝大多 数这种电离所产生的离子会因为离子间的重新结合而损失.
[0022] 另一方面，电晕放电所产生的离子是单极性的，因此这些离子将相互排斥而不会 结合.这就使得这些离子将都播撒到空气中，或是成核形成悬浮微粒，或是附着到已有的 悬浮微粒上，使该微粒带电.
[0023] 最后，电晕放电离子已被证明具有吸湿性，这一点将进一步促进离子与水滴形成 带电悬浮颗粒.
[0024] 总的来说，自然