CN102527184A

CN102527184A - 一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法及其系统

Info

Publication number: CN102527184A
Application number: CN2012100716277A
Authority: CN
Inventors: 董勇; 王鹏; 杜谦
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供了一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法及其系统，通过烟尘流化床造粒实现颗粒长大或团聚进而控制超细颗粒物排放，属于环境污染防治与洁净煤技术领域。含尘烟气先流经一竖直设立的流化床造粒反应器，在流化床造粒反应器内以烟气携带的烟尘为原料颗粒，以烟气为流化介质，通过喷入料液的形式，实现烟尘颗粒的造粒长大，长大后的颗粒落入流化床造粒反应器底部的灰斗，剩余含尘烟气则再进入常规除尘设备进行除尘。本方法能显著提高常规除尘器捕捉超细颗粒物的能力，具有占地面积少、投资少、运行成本低，无须改造现有除尘器等优点，对现有除尘器的增效改造具有重要意义。

Description

一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法及其系统

技术领域

本发明属于环境污染防治与洁净煤技术领域，特别涉及一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法及其系统。

背景技术

燃煤烟气中含有大量的超细颗粒物，研究表明，城市空气中总悬浮颗粒物中由燃煤生成的占33%，其中超细颗粒物占35%。据中国环境监测总站对国内四城市进行了为期两年的超细颗粒物监测表明，我国的超细颗粒物排放年、日均浓度都严重超标。

烟气净化的主要设备是各种型式的除尘器，目前工业上应用广泛的除尘器主要有机械式除尘器、静电除尘器和过滤式除尘器等。尽管上述设备除尘效率已经达到很高的水平——除尘效率达95%以上，甚至99%以上，但是它们对烟尘中数量众多的PM2.5等超细颗粒物的捕集效率却很低，导致大量的超细颗粒物排入到大气中，造成环境污染。

机械式除尘器有重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器。机械式除尘器由于其结构简单、造价低廉、维护管理方便且适用面宽而在各工业领域被普遍使用，由于分离机理主要利用重力沉降和颗粒惯性分离，所以机械式除尘器处理粗粉尘颗粒没有任何问题，而对于微米级和亚微米级粒子，其分离能力很低。

静电除尘器是在高电压情况下对粉尘荷电，而后使荷电粒子在电场力作用下被捕获。静电除尘效果不但和颗粒粒径有关，而且还和颗粒的比电阻有关，比电阻过高和过低都不利于颗粒的清除。尽管静电除尘的除尘效率较高，但对于微米级的超细颗粒物，由于不能使其有效荷电，使静电除尘器不能有效地对其进行脱除。

过滤式除尘器是借助于多孔介质将粒子从气流中分离的过程，用纤维层(滤布、滤纸，金属绒、袋式除尘器等)或颗粒层(矿渣、石英砂、活性炭等)对气体进行净化都属于同样的过滤机理。但是过滤式除尘器压力损失较大，滤料抗腐蚀性差，需定期清洁和更换，维护成本较高，在我国应用不多。

机械式除尘器、静电除尘器和过滤式除尘器，它们都有各自的优缺点和应用场合，对50μm以上的粉尘颗粒，这些除尘设备的除尘效率都较高，但它们对0.01～10μm的超细颗粒物——这些超细颗粒物的粒径很小，且质量浓度占总体份额很少，但数量很大，清除效率都很低。因此，要从根本上控制超细颗粒物的排放，必须寻找新的控制方法。

所谓造粒，是指将物料制成便于使用的粒状物或细微成型物的操作。流化床造粒是利用流化床层底部气流的吹动使粉料保持悬浮的流化状态，再把水或其它粘结剂雾化后喷入床层中，粉料经过流化翻滚逐渐聚结成较大颗粒的方法，目前在食品、医药、化工、种子处理等行业中得到了较好的应用。流化床造粒技术在一个设备内可完成混合、造粒、干燥过程。造粒过程中，粒子间的结合力有五种形式：1）固体粒子间引力；2）可自由流动液体产生的界面张力和毛细管力；3）不可流动液体产生的粘结力；4）粒子间固体桥；5）粒子间机械镶嵌等。

通过对流化床造粒的认识以及对影响颗粒团聚因素的分析，可以认为，流化床作为反应器实现超细颗粒造粒长大进而脱除是可能的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的不足，提供一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法及其系统，通过烟尘流化床造粒技术实现颗粒长大或团聚后，再进行除尘，从而减少常规除尘器的超细颗粒物排放浓度。

本发明是通过如下方式实现的：

一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法，含尘烟气先流经一竖直设立的流化床造粒反应器，在流化床造粒反应器内以烟气携带的烟尘为原料颗粒，以烟气为流化介质，通过喷入料液的形式，实现烟尘颗粒的造粒长大，长大后的颗粒落入流化床造粒反应器底部的灰斗，剩余含尘烟气则再进入常规除尘设备进行除尘。

所述造粒长大过程为：在流化床内喷入料液，烟气由下部经烟气分布装置向上进入流化床，与由料液雾化装置喷出的料液滴碰撞，造粒后烟气向上流经流化床主体后进入下游的常规除尘设备除尘。

所述流化床造粒反应器的流化速度为5～20m/s。

所述料液为水或浓度为浓度小于15%的熟石灰浆液，喷入的量使烟气相对湿度不能超过80%。

一种含尘烟气减排超细颗粒物方法用系统，它包括流化床反应器，流化床反应器为竖直设置，其下部与入口烟道连接，在流化床反应器的进气口处设有烟气分布装置，在流化床反应器内设有料液雾化装置；流化床反应器的出口与除尘设备连接。

所述流化床反应器截面形状为方形或圆柱形。

所述料液雾化装置包括置于流化床反应器内的料液雾化喷嘴，该料液雾化喷嘴与浆液管道连接，浆液管道与浆液泵连接，浆液泵与搅拌器连接。

所述料液雾化喷嘴还与空气压缩机连接。

所述除尘设备为机械除尘装置或静电除尘装置或为过滤式除尘装置。

所述流化床反应器底部设有灰斗。

本发明主要是利用了造粒原理进行烟气的净化，它不仅仅依赖电除尘器或机械除尘器等的除尘，而是将流化床技术与造粒技术两者进行有效的结合，在流化床反应器内实现颗粒的聚集长大，长大后的颗粒将克服烟气上升的托力而落入流化床反应器底部的灰斗，实现主要的净化作用，而剩余的含尘烟气则可以通过常规的除尘设备除尘。

本发明的优势体现在：

1）将流化床造粒过程与常规除尘设备串联运行，大幅度提高了现有除尘设备对超细颗粒物的脱除效率；

2）流化床造粒反应器结构简单，操作简便，团聚料液为易得的水或熟石灰浆液，投资少、运行成本低；

3）利用本发明的方法，常规除尘设备无须改造其结构，就可以降低各污染源的超细颗粒物排放浓度。

4）整个系统结构简单，故障率低，维护非常方便。

附图说明

图1为利用水进行造粒的含尘烟气减排超细颗粒物的示意图。

图2为利用熟石灰浆液进行造粒的含尘烟气减排超细颗粒物的示意图。

图3a颗粒微观形态中链状或丛状团聚。

图3b颗粒微观形态中表面粘附图。

图3c颗粒微观形态中包衣结构图。

图3d为造粒后颗粒表观形态图。

图中，1为烟气分布装置，2为料液雾化喷嘴，3为流化床反应器，4为烟道，5为静电除尘器，6为引风机，7为水槽或搅拌器，8为浆液泵，9为浆液管道，10为空气压缩机，11为灰斗，12为入口烟道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

含尘烟气由入口烟道11向上经过烟气分布装置1进入流化床反应器3内。同时，浆液泵8抽自水槽7的水流经管道8，送入流化床反应器3内部的料液雾化喷嘴2中，将水进行雾化，超细颗粒物通过链状团聚、表面粘附或包衣方式等被液滴或颗粒捕捉，从而使粉尘颗粒在流化床反应器3内实现流化造粒长大，较大颗粒落入灰斗10内。

在造粒过程中，往往要加入一定量的粘结剂，颗粒物主要靠粘结剂的架桥作用相互粘结成粒。在本实施例中，采用的粘结剂是水。水雾化后均匀喷入到流化床内的粉尘颗粒上，首先，液滴使碰撞接触的颗粒物湿润并聚集在自己周围形成粒子核，即超细颗粒团聚体；同时，液滴在粒子核的表面沉积粘附大量的细小颗粒并干燥固结，形成较大颗粒为载体的团聚体；随着液滴的继续沉积，团聚体以中心颗粒为核，层层粘附形成包衣结构。烟尘造粒后的表观形态如图3d所示。

流化床造粒过程中，流化速度的大小决定了造粒后的颗粒大小，如图3d所示，可根据烟尘粒度分布及其它不同要求选择不同的流化速度。

完成造粒过程的烟气携带粉尘经过烟道4进入静电除尘器5中进行除尘，净化后的烟气经引风机6送入烟囱排放。

实施例2：

利用熟石灰浆液作为粘结剂进行造粒的含尘烟气减排超细颗粒物工艺。

含尘烟气由入口烟道12向上经过烟气分布装置1进入流化床反应器3内。将水与一定量的熟石灰粉混合，在搅拌器7内制成浆液浓度为1～15%的石灰浆液，浆液泵8抽自搅拌器7的石灰浆液流经管道8，送入流化床反应器3内部的料液雾化喷嘴2中，由来自空气压缩机10的压缩空气将其雾化，超细颗粒物通过链状团聚、表面粘附或包衣方式等被液滴或颗粒捕捉，从而使粉尘颗粒在流化床反应器3内实现流化造粒长大，较大颗粒落入灰斗10内。

在本实施例中，采用的粘结剂是具有一定粘性的石灰浆液。石灰浆液雾化后均匀喷入到流化床内，每个石灰浆液滴形成“种子颗粒”，首先，“种子颗粒”使接触的颗粒物湿润并聚集在自己周围，形成颗粒团聚体；同时，再由继续喷入的石灰浆液滴落在“种子颗粒”表面上产生架桥作用，使“种子颗粒”之间、“种子颗粒”与流化床内颗粒之间相互结合，逐渐长大成较大的颗粒。干燥后，颗粒间的液体架桥变成固体架桥，形成多孔性、比表面积较大的颗粒。

Claims

1.一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法，其特征在于，含尘烟气先流经一竖直设立的流化床造粒反应器，在流化床造粒反应器内以烟气携带的烟尘为原料颗粒，以烟气为流化介质，通过喷入料液的形式，实现烟尘颗粒的造粒长大，长大后的颗粒落入流化床造粒反应器底部的灰斗，剩余含尘烟气则再进入常规除尘设备进行除尘。

2.如权利要求1所述的一种含尘烟气减排超细颗粒物的方法，其特征在于，所述造粒长大过程为：在流化床内喷入料液，烟气由下部经烟气分布装置向上进入流化床，与由料液雾化装置喷出的料液滴碰撞，造粒后烟气向上流经流化床主体后进入下游的常规除尘设备除尘。

3.如权利要求1所述的含尘烟气减排超细颗粒物的方法，其特征在于，所述流化床造粒反应器的流化速度为5～20m/s。

4.如权利要求1所述的含尘烟气减排超细颗粒物的方法，其特征在于，所述料液为水或浓度为浓度小于15%的熟石灰浆液，喷入的量使烟气相对湿度不能超过80%。

5.一种权利要求1或2或3或4所述含尘烟气减排超细颗粒物方法用系统，其特征在于，它包括流化床反应器，流化床反应器为竖直设置，其下部与入口烟道连接，在流化床反应器的进气口处设有烟气分布装置，在流化床反应器内设有料液雾化装置；流化床反应器的出口与除尘设备连接。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流化床反应器截面形状为方形或圆柱形。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述料液雾化装置包括至于流化床反应器内的料液雾化喷嘴，该料液雾化喷嘴与浆液管道连接，浆液管道与浆液泵连接，浆液泵与搅拌器连接。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述料液雾化喷嘴还与空气压缩机连接。

9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述除尘设备为机械除尘装置或静电除尘装置或为过滤式除尘装置。

10.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流化床反应器底部设有灰斗。