CN103585850A

CN103585850A - 团聚剂与射流作用下细颗粒团聚装置

Info

Publication number: CN103585850A
Application number: CN201310582226.2A
Authority: CN
Inventors: 孙德帅; 张晓东; 方龙; 张中一
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明涉及一种细颗粒物在团聚剂与射流作用下团聚清除装置。主要结构包括颗粒团聚室、初级射流管、次级射流管和团聚剂喷雾口。颗粒团聚室为截面正方形的三维立式设备。初级射流管安装在团聚室侧面、放大段后侧；次级射流管与初级射流管安装在团聚室同侧下游处。团聚剂喷雾口垂直安装在团聚室与射流管相对的侧面，安装位置位于初级射流管和次级射流管之间。在团聚室内，通过团聚剂对颗粒改性，射流增强颗粒间的碰撞，使小于10μm的可吸入颗粒能够充分团聚清除。

Description

团聚剂与射流作用下细颗粒团聚装置

技术领域

本发明属于烟气除尘领域，特别涉及一种细颗粒物在团聚剂与射流耦合作用下团聚清除装置。

背景技术

能源与环境是21世纪人类赖以生存和发展的基本条件，能源在推动经济发展的同时也带来了环境污染。化石燃料燃烧产生的细颗粒物已经成为城市大气的突出污染物，引起了世界各国的高度重视。我国城市的大气环境污染中，颗粒物污染是首要污染源，尤其是空气动力学直径小于2.5μm(PM_2.5)的超细细颗粒物。细颗粒物易被口鼻吸入，与人体健康关系密切。颗粒物对人体的危害主要包括对呼吸系统，循环系统，生殖系统，神经系统等产生影响，并可导致患有心血管病、呼吸系统疾病和其它疾病的敏感体质患者死亡。同时大气颗粒物对全球气候、大气能见度、酸雨、烟雾事件等环境问题产生重要影响。

煤炭等化石燃料的燃烧是细颗粒物的主要来源，也是细颗粒物控制的主要对象。使用化石燃料的燃煤电站、石油炼制等工业中广泛应用各种除尘器，如旋风除尘器、布袋除尘器、静电除尘器等，去除烟尘中的颗粒物。这类除尘器去除粒径大于10μm的颗粒时效率很高，但用于捕获PM_2.5等小颗粒则有很大缺陷。

传统除尘器对超细细颗粒物的排放控制效果不明显，如果能够利用超细细颗粒物粒径小而比表面积大，容易团聚特性，使其粒径增大，便可以在传统除尘器中进行有效脱除。因而，超细细颗粒的团聚研究引起了研究者的广泛关注，声、光、电、磁、热、相变团聚等均对颗粒物团聚有不同程度的促进作用。

国内外很多学者对声场团聚进行了理论与实验研究，证明声团聚方法收集亚微米粉尘是有效的，但声团聚需要较高的频率和声压条件，需耗费大量的电能，同时产生的噪声危害也需要消除。磁团聚在收集磁性粉尘中已成功应用，但对弱磁性颗粒的收集及收集到的颗粒的清除还存在问题。电团聚通过增加细颗粒的荷电能力，促进细颗粒以电泳方式到达飞灰颗粒表面。采用电团聚技术中除尘极板捕捉的颗粒累计一定数量后，效率大大降低了，需用燃烧法再生，限制了电团聚技术在工业中的使用。蒸汽相变团聚是利用过饱和水汽以细颗粒为凝结核发生相变，使超细颗粒粒度增大，提高捕集效果。但实现蒸汽相变所需的过饱和条件能耗过高，并且由于蒸汽相变潜热的释放、加入蒸汽后烟温的上升、蒸汽非平衡凝结效应都会减弱PM2.5的团聚效率。上述单一强化颗粒碰撞和单一增加颗粒湿度的方法都存在缺陷。因此，超细细颗粒的团聚尚没有形成成熟的技术。

发明内容

根据现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供超细细颗在射流与团聚剂耦合作用下的团聚装置。该团聚装置用射流对流场产生湍流扰动作用，增加颗粒间的有效碰撞；利用团聚剂改变颗粒表面的粘附作用，两者耦合使用可以克服单一团聚方式的缺点。通过调节射流参数(喷嘴直径，喷嘴位置、气体流速)和团聚剂参数(团聚剂组成、比例、雾化直径、雾化量)，控制细颗粒团聚后大颗粒的粒径分布。

为实现上述目的，本发明的细颗粒团聚装置包括含尘气体进口、放大段、颗粒团聚室、收缩段、缩小出口、初级射流管、次级射流管和团聚剂喷雾口。颗粒团聚室为截面正方形的三维立式设备，高度由气体处理量决定，保证细颗粒在团聚室内的停留时间不小于5s。含尘气体进口和缩小出口为圆形连接口。放大段为平滑放大式进口，以减小管道放大产生的涡流对含尘气流的扰动作用；收缩段同样为平滑过渡结构，以减小收缩结构对颗粒团聚体的破碎扰动作用。初级射流管安装在放大段后侧(2-5)d₀处，通过锁紧螺母固定在团聚室侧面；射流管在团聚室内的长度(0-2)d₀及角度(50-90°)通过锁紧螺母调节。次级射流管与初级射流管安装在团聚室同侧下游(15-25)d₀处，其在团聚室内的长度(0-2)d₀与角度(50-90°)同样可调。团聚剂喷雾口安装在团聚室与射流管相对的侧面，垂直安装位置位于初级射流管下游(2-5)d₀处。

本发明的所述团聚装置的功能性结构为团聚室、射流管和团聚剂喷雾口。含尘气体进入团聚装置后，自上而下经过初级射流区、喷雾区和次级射流区。含尘气体经放大段，气体流速骤减，使颗粒与气流间的相对运动增强。随后进入初级射流区域，在射流气体的卷席作用下，颗粒从流体获取动量，造成不同粒径颗粒问的相对运动差异，增强颗粒间的碰撞。随后颗粒进入团聚剂喷雾区，与含有团聚剂的雾滴碰撞，雾滴吸附于颗粒表面，通过调节团聚剂的喷雾量和雾滴直径，控制团聚颗粒间的液桥力，改变颗粒间的粘附作用，使颗粒团聚体的粘附强度增强，颗粒间的碰撞粘附效率增加。吸附团聚剂的颗粒团聚体进入次级射流区，次级射流气速较低，以减小射流对已形成团聚体的破碎作用。自团聚室流出的含尘气体经过静电除尘器或布袋除尘器，可显著增强现有除尘器对细颗粒的清除效率。

本发明设备简单，操作区域宽，操作可靠，投资费用低。在团聚室内，通过团聚剂对含尘气体中颗粒改性，射流增强颗粒间的碰撞，使小于10μm的细颗粒能够充分团聚长大，进而方便的利用现有除尘器清除，该技术解决目前除尘器对细颗粒脱出的瓶颈限制。

附图说明：

图1为本发明颗粒团聚装置的示意图。

具体实施方式

结合附图1对本发明的团聚装置进行说明，团聚装置包括含尘气体进口1、放大段2、颗粒团聚室3、收缩段5、缩小出口6、初级射流管7、次级射流管8和团聚剂喷雾口4。颗粒团聚室3为截面400×400mm，高度2000mm的三维立式设备。含尘气体进口1和缩小出口5为直径为150mm的圆形连接口。放大段2为平滑放大式进口，为达到最佳效果，进口夹角为20-30°；收缩段5同样为平滑过渡结构，以减小收缩结构对颗粒团聚体的破碎扰动作用。初级射流管7安装在放大段后侧3.5d₀处，通过锁紧螺母固定在团聚室侧面；初级射流管7在团聚室内的长度d₀，通过锁紧螺母调节安装角度为90°。次级射流管8与初级射流管7安装在团聚室同侧下游25d₀处，在团聚室内的长度d₀，通过锁紧螺母调节安装角度为90°。团聚剂喷雾口4安装在团聚室与射流管7和8相对的侧面，安装位置位于初级射流管7下游3d₀处。通过调节外连超声雾化器的雾化流量与雾化直径，使团聚室内雾化颗粒直径为20-30μm，数量达到10⁴个／m³。

含尘气体进入团聚装置后，经放大段，气体流速骤减，使颗粒与气流间的相对运动增强。随后进入初级射流区域，在射流气体的卷席作用下，颗粒从流体获取动量，造成不同粒径颗粒间的相对运动差异，增强颗粒间的碰撞。随后颗粒进入团聚剂喷雾区，与含有团聚剂的雾滴碰撞，雾滴吸附与颗粒表面，通过调节团聚剂的喷雾量和雾滴直径，控制团聚颗粒间的液桥力，使颗粒团聚体的粘附强度增强，颗粒间的碰撞粘附效率增加。吸附团聚剂的颗粒团聚体进入次级射流区，次级射流气速较低，以减小射流对已形成团聚体的破碎作用。自团聚室流出的含尘气体经过静电除尘器或布袋除尘器，可显著增强现有除尘器对细颗粒的清除效率。

Claims

1.一种团聚剂与射流作用下细颗粒团聚装置，主要结构包括颗粒团聚室、初级射流管、次级射流管和团聚剂喷雾口。

2.根据权利要求1所述的一种团聚剂与射流作用下细颗粒团聚装置，其特征在于初级射流管安装在团聚室放大段后侧(2-5)d₀处，次级射流管与初级射流管安装在团聚室同侧下游(15-25)d₀处；通过锁紧螺母调节射流管在团聚室内的长度(0-2)d₀及角度(50-90°)。

3.根据权利要求1所述的一种团聚剂与射流作用下细颗粒团聚装置，其特征在于团聚剂喷雾口垂直安装在团聚室与射流管相对的侧面，安装位置位于初级射流管下游(2-5)d₀处。