CN101310867A - 一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置。方法是粉尘在电除尘器入口烟道中被荷电区荷以正电和负电，并在强制混合区中进行强制性混合，使细微颗粒与粗颗粒吸引粘附成为大的颗粒，提高除尘器的除尘效率。装置具有壳体，壳体内前后设有荷电区和强制混合区，在荷电区平行设有多组依次放置的正极、负极、接地极，在强制混合区设有拦截体。本发明装置简单、体积较小、效果明显、造价低廉，应用装置可直接安装于烟道内，而且安装时间短，对生产影响小，可于工厂加工、现场吊装安装。本发明适用范围广，可应用于旋风除尘、湿式除尘、静电除尘和布袋除尘等各种除尘器的前端来有效改善除尘器除尘效率。

Description

一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及环境保护技术，尤其涉及一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置。

背景技术

目前，随着我国经济的发展，除尘器越来越多的应用于电力、热电、建材水泥、化肥、冶金等各行业的灰尘排放控制上。特别是近几十年以来，我国在吸收国外技术的同时加强自主研发，如今除尘器在我国的环保产业中，已成为技术力量较为雄厚、装备水平较高、开发能力较强的行业之一。除尘器主要有旋风除尘器、湿式除尘器、布袋式除尘器和电除尘器等，以下对其主要原理做简要叙述。

旋风除尘器是利用含尘气流旋转所产生的离心力使粉尘从气流中分离出来的设备，其内的气流和颗粒运动十分复杂。旋风除尘器结构简单、体积小、维护方便、对于10～20μm的粉尘，除尘效率达到90％左右，但总体效率不高。主要是用做烟尘预处理以减少后端除尘器的负荷，或者用于一些其它除尘器无法使用的特殊场合。

湿法除尘机理为：尘粒与液滴通过碰撞、截留、扩散、凝聚等机理使尘粒从烟气中分离。烟气与液滴混合过程中，在尘粒表面形成水膜，增加了粉尘粒径并使其互相粘结，从而加速粉尘沉降。湿法收尘投资少、工艺简单、运行费用低以及对温度变化、结露、易粘附有很强的适应性等优点，但普遍存在喷嘴堵塞、倒烟、泥浆难以全部成球、排放浓度多在200mg/m³左右，难以达标等问题。

袋式除尘器原理是：用纤维编制物制作的袋式过滤布，在含尘气体单向通过滤布，尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截；细微的尘粒(粒径为2μm或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞而被分离出来；足够多的尘粒堆积在滤布纤维表面，形成滤饼(或称滤床)，这种滤饼又通过上述筛滤等机理，得以捕集更细的尘粒。尘粒留在上游或滤布的含尘气体侧，而干净气体通过滤布到下游或干净气体侧；当尘粒沉积到一定程度后，借助气力或机械方法，将尘粒从滤布上除去，收集并输走。

袋式除尘器除尘效率极高，可以达到99％以上；除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度的影响，锅炉负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的出口的排放浓度影响不大；捕集微细粉尘更有效，它除去飞灰中所含重金属微粒比静电除尘器除去的多；结合喷雾干燥等设备，还有脱除有害气体的功能。但是袋式除尘器阻力大、体积大、初投资高，且对烟气温度控制有较高要求，否则易造成高温烧袋，低温糊袋现象发生。

电除尘器的原理主要是利用利用高压电场使烟气发生电离，使气流中的粉尘荷电，荷电粉尘在电场作用下与气流分离，从而对粉尘进行收集。要利用静电使粉尘分离须具备两个基本条件，一是存在使粉尘荷电的电场；二是存在使荷电粉尘颗粒分离的电场。一般的静电除尘器采用荷电电场和分离电场合一的方法，放电极的金属棒接高压直流电源的负极，集尘极接地为正极，集尘极可以采用圆管，也可以采用平板。电除尘系统由电除尘器、高压供电装置、低压控制柜、进出气管路和卸运灰装置组成。

静电除尘器与其他除尘设备相比，耗能少，压损小、除尘效率高(对除去大于10um的大颗粒的效率可达到99.9％以上)，而且可用于烟气温度高、压力大的场合。实践表明，处理的烟气量越大，使用静电除尘器的投资和运行费用越经济。

但是，对于小于2um的颗粒，静电除尘器的效率就会显著下降，在极端情况下，捕集率会降到50％以下，一般对于在0.5um到2um之间的颗粒，效率会低于90％。

因此，随着我国对环境保护的要求越来越高，特别是2004年我国实施新的《火电厂国家允许排放标准》和《水泥工业大气污染物排放标准》，烟尘、粉尘排放标准都低于30～50mg/Nm³，对于国内绝大多数除尘企业来说，由于已有除尘器本身技术限制，排放难以达到新的烟尘排放标准。要使除尘器排放达到新的排放标准，就需要在除尘器理论和技术上加大研究力度，以取得突破性进展，把除尘器技术推向更高的水平上。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有除尘器不能有效去除细微粒子的不足，提供一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置。

改善除尘器效率的粉尘预处理方法是粉尘在电除尘器入口烟道中被荷电区荷以正电和负电，并在强制混合区中进行强制性混合，使细微颗粒与粗颗粒吸引粘附成为大的颗粒，提高除尘器的除尘效率。

改善除尘器效率的粉尘预处理装置具有壳体，壳体内前后设有荷电区和强制混合区，在荷电区平行设有多组依次放置的正极、负极、接地极，在强制混合区设有拦截体

所述的正极、负极与高压电源相连接，高压电源设有两套50KV/30mA变压器，两套控制柜。

所述拦截体的设计方法包括如下步骤：

1)确定预处理粉尘颗粒的粒径特征分布、粉尘颗粒的质量、粉尘颗粒的密度；

2)选择粉尘颗粒的粒径大而且含量高的颗粒作为粘附颗粒，选择粒径小且需要同大颗粒进行碰撞粘附的颗粒作为被粘附颗粒，选取不同的拦截体特征尺寸D，利用方程(1)进行斯托克斯准数(St)计算，拦截体特征尺寸D要同时满足以下两个条件：①使得粘附颗粒的St要尽量大，即St→∞；②使得被粘附颗粒的St趋近于0，即St→0，

$\mathrm{St}=\frac{d_p^2{\mathrm{\ρ}}_p{u}_{0}C}{18\mathrm{\μD}}---\left(1\right)$

式中d_p-颗粒的定性尺寸ρ_p-颗粒密度u₀-气体流速μ-流体粘度

C-坎宁汉(Cunningham)修正系数D-拦截体特征尺寸；

3)最后根据上面计算得出的拦截体特征尺寸D，查询化工设备设计手册，得出单个拦截体压力损失，按照总压力损失要求，得出拦截体总的数量。

本发明使细微颗粒附着到粗颗粒物上，很容易被除尘器捕集，从而大大削减了细微颗粒物的排放，提高了除尘器除尘效率。在旋风除尘器前使用本发明技术，可使除尘器效率提高5％，细微颗粒明显得到去除。在静电除尘器前使用本发明技术，可使电除尘器对细微颗粒的去除率在10um时从原来60％增加到90％，0.1um颗粒的排放是原来的1/10，PM_2.5排放削减量最大可以达80％。本发明技术实用性广，可用于多种除尘技术前端作为预处理技术，并能有效提高除尘效率以及对细微颗粒的去除。

在某电厂作的灰斗里的灰实验说明，捕集的细微颗粒物增加，这证实了本粉尘预处理技术对细微颗粒物去除的改善效果。

附图说明

图1是改善除尘器效率的粉尘预处理装置的俯视图；

图2是改善除尘器效率的粉尘预处理装置的A-A剖视图。

图3是改善除尘器效率的粉尘预处理装置实施例的俯视构造图。

图中：正极1、负极2、接地极3、壳体4、拦截体5、烟道6、除尘器7。

具体实施方式

改善除尘器效率的粉尘预处理方法是粉尘在电除尘器入口烟道中被荷电区荷以正电和负电，并在强制混合区中进行强制性混合，使细微颗粒与粗颗粒吸引粘附成为大的颗粒，提高除尘器的除尘效率。

如图1、2所示，改善除尘器效率的粉尘预处理装置具有壳体4，壳体内前后设有荷电区和强制混合区，在荷电区平行设有多组依次放置的正极1、负极2、接地极3，在强制混合区设有拦截体5。所述的正极1、负极2与高压电源相连接，高压电源设有两套50KV/30mA变压器，两套控制柜。

所述拦截体5的设计方法包括如下步骤：

1)确定预处理粉尘颗粒的粒径特征分布、粉尘颗粒的质量、粉尘颗粒的密度；

2)选择粉尘颗粒的粒径大而且含量高的颗粒作为粘附颗粒，选择粒径小且需要同大颗粒进行碰撞粘附的颗粒作为被粘附颗粒，选取不同的拦截体特征尺寸D，利用方程(1)进行斯托克斯准数(St)计算，

$\mathrm{St}=\frac{d_p^2{\mathrm{\ρ}}_p{u}_{0}C}{18\mathrm{\μD}}---\left(1\right)$

式中d_p-颗粒的定性尺寸ρ_p-颗粒密度u₀-气体流速μ-流体粘度

C-坎宁汉(Cunningham)修正系数D-拦截体特征尺寸；

拦截体特征尺寸D要同时满足以下两个条件：①使得粘附颗粒的St要尽量大，即St→∞；②使得被粘附颗粒的St趋近于0，即St→0。由于St描述了颗粒随流体流动的运动特征，St→∞的颗粒，其惯性力大于气流粘附力，而St→0的颗粒，其惯性力小于气流粘附力，因此在此紊流状态下，St→∞的颗粒由于惯性力的作用，其前进方向不随气流方向改变而改变，维持原方向；而St→0的颗粒则由于气流粘附力的作用，其前进方向随气流方向改变而改变，进入拦截体处形成的紊流旋涡中。这样，粘附颗粒和被粘附颗粒就形成了不同的运动轨迹，从而增加了二者碰撞的几率。同时，由于前端对颗粒已经荷以不同电荷，所以，在颗粒碰撞的同时，由于电荷相异，二者更容易相互吸引并粘附在一起。

3)最后根据上面计算得出的拦截体特征尺寸D，查询化工设备设计手册，得出单个拦截体压力损失，按照总压力损失要求，得出拦截体总的数量。

设计例一：

某电厂锅炉出口烟道尺寸为1.8×2.4m²烟气流速为12m/s，粘度为2.4×10^-5Pa.s，粉尘密度为1900kg/m³，粒径分布数据表(1)。要求增加对10μm以下颗粒的去除率，同时压力降不大于300Pa。

表1某电厂锅炉出口烟气粉尘粒径分布表

粒径/μm	0.1～0.5	0.5～1	1～5	5～10	10～15	15～20	＞20
								质量百分数/％	0.22	0.78	13	16	12	8	50

根据上表中数据分析可知，粒径在20μm以上的颗粒含量较多，因此，选定粒径为20μm的颗粒作为粘附颗粒；选择粒径为5μm的颗粒作为被粘附颗粒。按照公式(1)进行迭代计算，得出拦截体特征尺寸D为0.015m。由于颗粒在混合区要有一定的停留时间，以达到混合的目的，取停留时间0.1s，则混合区长度为1.2m。按照阻力要求以及烟道截面积计算拦截体数量及间隔位置，由于设备阻力与烟道入口烟气流速以及拦截体安装数量有关，其关系数由实验得出，经计算得出拦截体为102个，拦截体间横向间距设为0.1m，纵向间距设为0.09m。

设计例二：

某供热锅炉出口烟道尺寸为1.4×3.2m²烟气流速为10m/s，粘度为2.26×10^-5Pa.s，粉尘密度为2100kg/m³，粒径分布数据表(1)。要求增加对5μm以下颗粒的去除率，同时压力降不大于500Pa。

表1某供热锅炉出口烟气粉尘粒径分布表

粒径/μm	0～1	1～5	5～10	10～20	20～30	30～40	40～50	＞50
									质量百分数/％	3	20	15	20	16	10	6	10

根据上表中数据分析可知，粒径在30μm以上的颗粒含量为26％，因此，选定粒径为30μm的颗粒作为粘附颗粒；选择粒径为5μm的颗粒作为被粘附颗粒。按照公式(1)进行迭代计算，得出拦截体特征尺寸D为0.01m。混合区长度为1m。按例一方法，计算得出拦截体为524个，拦截体间横向间距设为0.08m，纵向间距设为0.06m。

如图3所示，改善除尘器效率的粉尘预处理装置安装于锅炉烟气出口与除尘器烟气进口之间的烟道中，装置前端设置是烟气荷电区，在荷电区安装有正极和负极以及接地极，荷电区后设置混合系统，荷电后的颗粒进入特别设计的混合系统后，极性细微颗粒与相反极性粗颗粒吸引粘附后，转变为大颗粒，从而利于后端除尘器去除。本发明技术适用范围广，在用于旋风除尘、湿式除尘、静电除尘和布袋除尘等各种除尘器的前端时，均可有效改善除尘器除尘效率。

Claims (4)

1.一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法，其特征在于粉尘在电除尘器入口烟道中被荷电区荷以正电和负电，并在强制混合区中进行强制性混合，使细微颗粒与粗颗粒吸引粘附成为大的颗粒，提高除尘器的除尘效率。

2.一种改善除尘器效率的粉尘预处理装置，其特征在于具有壳体(4)，壳体内前后设有荷电区和强制混合区，在荷电区平行设有多组依次放置的正极(1)、负极(2)、接地极(3)，在强制混合区设有拦截体(5)。

3.根据权利要求2所述的一种改善除尘器效率的粉尘预处理装置，其特征在于所述的正极(1)、负极(2)与高压电源相连接，高压电源设有两套50KV/30mA变压器，两套控制柜。

4.根据权利要求2所述的一种改善除尘器效率的粉尘预处理装置，其特征在于所述拦截体(5)的设计方法包括如下步骤：

1)确定预处理粉尘颗粒的粒径特征分布、粉尘颗粒的质量、粉尘颗粒的密度；

2)选择粉尘颗粒的粒径大而且含量高的颗粒作为粘附颗粒，选择粒径小且需要同大颗粒进行碰撞粘附的颗粒作为被粘附颗粒，选取不同的拦截体特征尺寸D，利用方程(1)进行斯托克斯准数(St)计算，拦截体特征尺寸D要同时满足以下两个条件：①使得粘附颗粒的St要尽量大，即St→∞；②使得被粘附颗粒的St趋近于0，即St→0，

$\mathrm{St}=\frac{d_p^2{\mathrm{\ρ}}_p{u}_{0}G}{18\mathrm{\μD}}---\left(1\right)$

式中d_p-颗粒的定性尺寸ρ_p-颗粒密度u₀-气体流速μ-流体粘度C-坎宁汉(Cunningham)修正系数D-拦截体特征尺寸；

3)最后根据上面计算得出的拦截体特征尺寸D，查询化工设备设计手册，得出单个拦截体压力损失，按照总压力损失要求，得出拦截体总的数量。

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