CN101274304A - 烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器。它具有四个高压放电电场，第一电场为负高压直流放电电场，与烟气入口管道相连，作为预收尘级；第二电场和第三电场均为正高压脉冲放电电场，与第一直流电场相连，作为粉尘颗粒荷电和烟气多种污染物协同脱除级；第四电场为负高压直流放电电场，位于第三正高压脉冲放电电场之后，作为凝并收尘级。本发明可以提高对可吸入颗粒物，特别是纳米级颗粒物的脱除能力；并可以有效地氧化脱除烟气中二氧化硫、一氧化氮和零价汞的含量，降低其毒性，结合溶液吸收方法实现烟气多种污染物协同脱除一体化。
Description
技术领域
本发明涉及静电除尘器，尤其涉及一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器。
背景技术
煤炭是我国电力的主要来源，在可预见的未来几十年内，燃煤火力发电在我国的电力工业中将长期占据主导地位。这种长期依赖燃煤发电的能源结构造成了严重的环境污染，燃煤电厂排放的烟尘和气态污染物SO2、NOx和汞已成为破坏我国大气环境的重要污染源。燃煤电厂排放的烟尘是大气环境中可吸入颗粒物的重要来源之一。可吸入颗粒物尤其是直径小于2.5微米的颗粒物(PM2.5)是影响我国空气质量的重要污染物，它不仅影响全球气候环境、破坏生态系统和历史文物，而且对人体健康危害巨大。据统计，我国燃煤排放的SO2约占总排放量的85％以上，而NOx约占总排放量的67％以上。SO2和NOx的大量直接排放使我国的酸雨污染面积已经占国土面积的30％以上，并且随着能源消耗的增长，酸雨面积呈逐年扩大趋势，给我国的社会和经济发展造成了不可估量的损失。根据专家估算，目前我国燃煤汞污染排放约占全球排放总量的25％左右，评估报告表明中国已成为全球范围内汞污染最为严重的地区之一。汞作为一种非常重要的全球性的污染物，在大气中的停留时间长，毒性大，并且具有生物累积作用。汞污染的不断加剧，不仅污染生态环境，还直接或者间接地危及到人类的身体健康。总而言之，我国燃煤电厂排放的烟尘和气态污染物SO2、NOx和汞对我们环境产生了极大的破坏，引起了社会的高度关注。
目前我国大多数燃煤电厂都是采用静电除尘器(ESP)收集烟气中的飞灰颗粒。除尘器的结构设计以及被处理的含尘气体的性质，尤其是粉尘的比电阻的调节，是影响电除尘器除尘效率的主要因素。当今对稳定电除尘器性能所作的科学研究项目几乎都是围绕这方面问题进行的。电除尘器在正常运行工况下除尘效率很高，高效电除尘器的除尘效率(质量收集效率)高达99.7％，但是对于粒径为0.1到1.0微米的颗粒，仍有高达15％的颗粒会排入大气，对于粒径小于0.1微米的纳米级颗粒，有50％左右会排入大气。可吸入颗粒物进入大气会导致许多环境和健康问题。
因此，改善电收尘的供电条件，采用脉冲高压供电技术来提供高强度的电晕场强制粒子荷电，是一条途径；利用颗粒的凝并特性，使微细粒子凝并成较大粒子后再处理是另一种方法。凝并变大的粉尘颗粒采取常规除尘方式去除时，可以大大提高除尘效率，降低运行成本。同时，正高压脉冲放电过程中产生大量高能电子，可以使烟气中的H2O、O2等分子被激活、电离或裂解，产生活性良好的自由基或者强氧化性粒子(如O、O3、OH基、HO2基等)：这些活性粒子使同样被电晕放电激活的SO2、NO、Hg0分子，经过一系列以活性粒子或自由基为基体的复杂的电化学反应，氧化成SO3、NO2和Hg2+，后面采用溶液吸收的方法将其去除，从而达到烟气多种污染物协同脱除一体化。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器。
它具有除尘器本体，除尘器本体内依次设有相连接的第一级负高压直流放电电场、第二级正高压脉冲放电电场、第三级正高压脉冲放电电场、第四级负高压直流放电电场，第一级负高压直流放电电场前端与烟气入口、烟气均布装置相连接，第四级负高压直流放电电场后端经烟气出口与溶液吸收装置相连接，第一级负高压直流放电电场和第四级负高压直流放电电场分别设有两根放电电极，放电电极由绝缘子固定，并与负高压直流电源相连接，第二级正高压脉冲放电电场和第三级正高压脉冲放电电场分别设有两根放电电极，放电电极由绝缘子固定，并与正高压脉冲电源相连接，第一级负高压直流放电电场、第二级正高压脉冲放电电场、第三级正高压脉冲放电电场、第四级负高压直流放电电场两侧分别设有收尘电极，第一级负高压直流放电电场、第二级正高压脉冲放电电场、第三级正高压脉冲放电电场、第四级负高压直流放电电场底部分别设有灰斗。
所述的第一级负高压直流放电电场为预收尘电场，第二级正高压脉冲放电电场和第三级正高压脉冲放电电场为粉尘颗粒荷电和烟气多种污染物协同脱除电场，第四级负高压直流放电电场为粉尘颗粒凝并收尘电场。正高压脉冲电源的峰值电压为30～50千伏，脉冲频率为7～300赫兹，脉冲宽度为100～300纳秒，脉冲电源没有直流基压。负高压直流电源为负15～25千伏。除尘器本体采用线板式结构，具体尺寸根据实际情况而定，放电电极为金属丝，收尘电极为抛光金属板。
本发明与现有技术相比具有的有益效果
(1)烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器能够有效地提高对粉尘中可吸入颗粒物，尤其是纳米级颗粒的脱除效率，从常规电除尘器的50％左右提高到90％左右；
(2)烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器利用正高压脉冲放电电场产生的强氧化性的活性粒子可以有效地将烟气中的二氧化硫、一氧化氮和零价汞分别氧化成三氧化硫、二氧化氮和二价汞，结合溶液吸收装置从而达到烟气多种污染物协同脱除一体化，节省了空间，降低了成本；
(3)烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器采用高压脉冲电源能够提高对烟气中颗粒物性质的适应性，使除尘效率受颗粒物性质的影响降低，从而提高了除尘器的适应能力：
(4)烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器采用高压脉冲电源可以大幅度节省静电除尘器的能源消耗，保证高效的同时达到节能效果。
附图说明
附图是烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器结构示意图；图中：烟气入口1、烟气均布装置2、放电电极3、绝缘子4、正高压脉冲电源5、负高压直流电源6、收尘电极7、灰斗8、第一级负高压直流放电电场9、第二级正高压脉冲放电电场10、第三级正高压脉冲放电电场11、第四级负高压直流放电电场12、烟气出口13、溶液吸收装置14。
具体实施方式
如附图所示，烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器具有除尘器本体，除尘器本体内依次设有相连接的第一级负高压直流放电电场9、第二级正高压脉冲放电电场10、第三级正高压脉冲放电电场11、第四级负高压直流放电电场12，第一级负高压直流放电电场9前端与烟气入口1、烟气均布装置2相连接，第四级负高压直流放电电场12后端经烟气出口13与溶液吸收装置14相连接，第一级负高压直流放电电场9和第四级负高压直流放电电场12分别设有两根放电电极3，放电电极3由绝缘子4固定，并与负高压直流电源6相连接，第二级正高压脉冲放电电场10和第三级正高压脉冲放电电场11分别设有两根放电电极3，放电电极3由绝缘子4固定，并与正高压脉冲电源5相连接，第一级负高压直流放电电场9、第二级正高压脉冲放电电场10、第三级正高压脉冲放电电场11、第四级负高压直流放电电场12两侧分别设有收尘电极7，第一级负高压直流放电电场9、第二级正高压脉冲放电电场10、第三级正高压脉冲放电电场11、第四级负高压直流放电电场12底部分别设有灰斗8。
所述的第一级负高压直流放电电场为预收尘电场，第二级正高压脉冲放电电场和第三级正高压脉冲放电电场为粉尘颗粒荷电和烟气多种污染物协同脱除电场，第四级负高压直流放电电场为粉尘颗粒凝并收尘电场。正高压脉冲电源5的峰值电压为30～50千伏，脉冲频率为7～300赫兹，脉冲宽度为100～300纳秒，脉冲电源没有直流基压。负高压直流电源6为负15～25千伏。除尘器本体采用线板式结构，具体尺寸根据实际情况而定，放电电极为金属丝，收尘电极为抛光金属板。
烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器的工作原理：烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器是利用负高压直流和正高压脉冲放电电场进行高效除尘和烟气多种污染物协同脱除一体化。第一级负高压直流放电电场9作为预收尘级，将烟气中80％左右的大颗粒物和少部分可吸入颗粒物脱除；进入第二级正高压脉冲放电电场10和第三级正高压脉冲放电电场11的剩余颗粒被强制荷电，同时正高压脉冲放电产生的强氧化性粒子对烟气中的二氧化硫，一氧化氮和零价汞等污染物进行氧化降解；高荷电量的颗粒进入第四级负高压直流放电电场12中被凝并和收集起来。净化后的烟气进入溶液吸收装置14。
实施例
烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器采用直流和脉冲供电技术结合。直流电源电压为负15千伏，阴极为放电电极；脉冲电源采用正脉冲形式，峰值电压为50千伏，脉冲频率为300赫兹，脉冲宽度为300纳秒，脉冲电源没有直流基压，阳极为放电电极。烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器本体采用线板式结构，尺寸为800mm×120mm×200mm，每级放电电场安装有两根放电电极，放电电极采用直径为1mm的不锈钢丝，用绝缘材料固定。电极长度为200mm，放电电极之间的距离为100mm，收尘电极采用抛光不锈钢板，放电电极与收尘电极之间的距离为60mm。
烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器工作时，打开负高压直流供电电源和正高压脉冲供电电源，烟气经过均布装置首先进入除尘器的第一级负高压直流放电电场进行预除尘；然后气流进入第二级和第三级正高压脉冲放电电场进行粉尘颗粒荷电和烟气多种污染物协同脱除反应；最后荷电粉尘气流经过第四级负高压直流放电电场进行凝并和收尘过程。尾气连接溶液吸收装置。复合静电除尘器的入口粉尘浓度3.6×106/cm3；入口二氧化硫浓度364ppm；入口一氧化氮浓度358ppm；入口零价汞浓度23.1ug/m3。
在烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器的入口和出口处分别测量粉尘颗粒浓度、二氧化硫浓度、一氧化氮浓度和零价汞浓度，通过前后对比发现该烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器对纳米级颗粒物的脱除效率可达到90％左右，对烟气中二氧化硫、一氧化氮、零价汞的氧化降解效率可分别达到80％，50％，50％左右，结合溶液吸收实现多种烟气污染物协同脱除一体化。
Claims (4)
1.一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器，其特征在于，它具有除尘器本体，除尘器本体内依次设有相连接的第一级负高压直流放电电场(9)、第二级正高压脉冲放电电场(10)、第三级正高压脉冲放电电场(11)、第四级负高压直流放电电场(12)，第一级负高压直流放电电场(9)前端与烟气入口(1)、烟气均布装置(2)相连接，第四级负高压直流放电电场(12)后端经烟气出口(13)与溶液吸收装置(14)相连接，第一级负高压直流放电电场(9)和第四级负高压直流放电电场(12)分别设有两根放电电极(3)，放电电极(3)由绝缘子(4)固定，并与负高压直流电源(6)相连接，第二级正高压脉冲放电电场(10)和第三级正高压脉冲放电电场(11)分别设有两根放电电极(3)，放电电极(3)由绝缘子(4)固定，并与正高压脉冲电源(5)相连接，第一级负高压直流放电电场(9)、第二级正高压脉冲放电电场(10)、第三级正高压脉冲放电电场(11)、第四级负高压直流放电电场(12)两侧分别设有收尘电极(7)，第一级负高压直流放电电场(9)、第二级正高压脉冲放电电场(10)、第三级正高压脉冲放电电场(11)、第四级负高压直流放电电场(12)底部分别设有灰斗(8)。
2.根据权利要求1所述的一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器，其特征在于所述的第一级负高压直流放电电场(9)为预收尘电场，第二级正高压脉冲放电电场(10)和第三级正高压脉冲放电电场(11)为粉尘颗粒荷电和烟气多种污染物协同脱除电场，第四级负高压直流放电电场(12)为粉尘颗粒凝并收尘电场。
3.根据权利要求1所述的一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器，其特征在于所述的正高压脉冲电源(5)的峰值电压为30～50千伏，脉冲频率为7～300赫兹，脉冲宽度为100～300纳秒，脉冲电源没有直流基压。
4.根据权利要求1所述的一种烟气多种污染物协同脱除复合静电除尘器，其特征在于所述的负高压直流电源(6)为负15～25千伏。
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