CN103801168B - 一种烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置及方法，结合等离子与离心分离技术，使部分灰尘颗粒带上电荷并相互碰撞团聚，在电场力和离心力双重作用下加速从气体中分离，提高细颗粒物脱除效率，利用等离子放电产生的活性自由基将烟气中VOC、PAH和二噁英等有毒有机物分解为CO2和H2O，重金属被氧化成金属氧化物并富集于飞灰表面；SO2和NO与自由基反应生成NO2和SO3，并与圆筒下部空间喷入的氨反应生成硫酸盐和硝酸盐，以飞灰为凝结核不断富集使其粒径增大并在离心力作用下向壁面移动，在重力作用下落至灰斗而被脱除，气体与细颗粒物分离后经出风口排出。本发明实现了烟气除尘过程中协同多种污染物的联合脱除。
Description
技术领域
本发明属于化石燃料燃烧、垃圾焚烧以及各种工业废气中多种污染物联合脱除净化领域，涉及一种除尘协同多种污染物联合脱除的装置及方法。
背景技术
化石燃料燃烧排放的粉尘、硫氧化物、氮氧化物、有机化合物、汞和重金属等使大气质量严重恶化，导致空气中总悬浮颗粒物浓度严重超标，对人类及其生存环境已造成严重危害与影响。
煤燃烧、垃圾焚烧电厂排放烟气，工业锅炉、冶金窑炉排放废气，化工领域各种废气排放源是大气污染物的主要人为排放源。我国是世界上最大的煤炭消费国，燃煤排放到大气中PM2.5、氮氧化物、硫氧化物、汞和和重金属等污染物引起的雾霾现象日趋严重，燃煤烟气多种污染物的联合脱除是治理大气污染、减少大气雾霾的有效控制手段。旋风分离器是目前最为成熟的烟气除尘技术之一，但其对粒径小于5μm的细颗粒脱除效率低，难以到达日趋严格的大气排放标准，且对烟气中其他污染物不具备脱除能力。目前燃煤电厂广泛使用的常规静电除尘器、布袋除尘、湿法脱硫和脱硝装置对PM2.5的脱除效果仍然不够理想，且现有的烟气净化装置较多、流程复杂，净化成本高。因此，开发具有商业应用前景的含尘烟气高效除尘协同多种污染物联合脱除装置和技术具有重要环保、经济和社会效益。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种提高旋风分离器对细颗粒物除尘效率，能对除颗粒物以外的气态有机污染物有效脱除转化的烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置，同时提供了一种基于上述装置的烟气除尘协同多种污染物联合脱除方法。
技术方案：本发明的烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置，包括螺旋分离器、设置在螺旋分离器出风口内侧的绝缘层、设置在出风口外侧的高压放电极，螺旋分离器的圆筒中段一侧设有喷氨口。
本发明装置中，高压放电极与高压电源连接，圆筒与接地极连接，高压放电极与圆筒之间形成高压电场。
本发明装置中，螺旋分离器包括从上至下依次连接的出风口、圆筒、圆锥体和灰斗，圆筒上部一侧设置有进风口，出风口设置在圆筒上端中心。
本发明的烟气除尘协同多种污染物联合脱除方法，基于上述装置，包括以下步骤：
1)含有灰尘和多种污染物的烟气经进风口沿圆筒切线方向进入螺旋分离器中，沿圆筒的内壁面呈螺旋流动；
2)高压放电极与圆筒之间形成高压电场，进入圆筒内的含尘烟气在高压放电极周围被部分电离，产生活性自由基和高能电子；在烟气螺旋流动过程中，部分灰尘颗粒带上电荷，灰尘相互碰撞和团聚，在电场力和离心力双重作用下加速向圆筒的内壁面移动；
3)在高压放电极与圆筒之间形成的高压电场中，烟气电离产生的活性自由基和高能电子将有机污染物分解为CO2和H2O，同时将重金属、NO和SO2氧化；
4)烟气螺旋流动出高压电场后，在高度湍流混合作用下，NO2和SO3分别与喷射进来的氨气快速反应，形成硝酸盐和硫酸盐，硝酸盐和硫酸盐与飞灰、重金属氧化物多次碰撞、聚并、吸附，使烟气中的重金属、NO和SO2污染物由气相转入固相，使灰尘粒径增大、数量增多；
同时，烟气中富集硝酸盐、硫酸盐以及重金属氧化物的灰尘在离心力作用下向圆筒壁面运动，逐步从气相中分离并沿圆锥体的内壁面落入灰斗；
5)净化烟气螺旋流动至圆锥体底部后，改变方向形成向上流动内螺旋气流，最后经过出风口排出。
本发明将等离子与离心分离技术有效结合，增强了旋风分离器对细颗粒物脱除效率，同时实现烟气多组分污染物联合脱除目的，简化烟气净化流程和降低污染物脱除成本。该发明装置和方法适用于燃煤电站、垃圾焚烧电站、工业锅炉以及各种工业窑炉等工业废气污染物的联合脱除。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明借助等离子与离心分离技术，利用等离子技术产生的高能电子使灰尘核电并相互碰撞团聚，在电场力和离心力双重作用下加速从气体中分离，提高细微颗粒物脱除效率。等离子放电产生的活性自由基将烟气中VOC、PAH和二噁英等有毒有机物分解为CO2和H2O，重金属氧化后被飞灰吸附，NO2和SO3与喷入氨气快速反应形成的硫酸盐和硝酸盐富集在飞灰表面使其粒子增大，在离心力作用下将其分离脱除，实现烟气除尘协同多种污染物联合脱除目的。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中有：1进风口，2圆筒，3喷氨口，4锥体，5灰斗，6绝缘层，7高压放电极，8升压调压器，9电源，10出风口。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置将等离子与离心分离技术有效结合，该装置螺旋分离器由圆筒2和圆锥体4上下两部分组成，圆筒2上部和中段分别设置进风口1和喷氨口3，出风口10设置在圆筒2上端中心，圆筒2外侧与接地极连接与高压放电极7之间形成高压电场；出风口10由内外两层组成，内绝缘层6与净化后气体接触，外层高压放电极7与升压调压器连接，输入能量由电源9提供。圆筒2内壁灰尘在重力作用下由圆锥体4收集后落入灰斗5脱除。本发明装置解决了旋风分离器对细颗粒灰尘脱除效率低问题，提高该技术除尘效率，同时实现烟气多组分污染物联合脱除目的。
本发明装置的进风口1截面为竖长矩形，其作用是使进入的含尘气流加速并切向进入圆筒2内，使气流旋转产生离心力促使细颗粒物向壁面运动，提高除尘效率。
本发明装置的圆筒2具备双重作用，一方面使气体在圆筒内旋转产生离心力，同时又作为接地电极与高压放电极7之间形成高压电场，使部分带电细颗粒灰尘加速向壁面移动，提高其脱除效率。
本发明装置的圆筒2和高压放电极7之间的电场中等离子体放电，部分烟气电离形成O、OH、HO2等活性自由基和高能电子将有毒有机物分解，NO和SO2分别被氧化成NO2和SO3，重金属被氧化成气态金属氧化物。
本发明装置上述实施过程中，气体由进风口1沿切线方向进入圆筒2，高压放电极7和圆筒2之间形成的高压电场中部分颗粒被带上电荷，并在电场力和离心力双重作用下加速从气体中分离，在圆筒2下部空间，由于气体高度湍流，喷入氨气与NO2和SO3反应形成的硫酸盐、硝酸盐以及气态重金属氧化物在灰尘表面富集使其粒径增大并加速向壁面移动，最后由锥体4落入灰斗5而脱除，到达锥体底部烟气形成内螺旋气流经出风口10内绝缘层6排出。高压放电极7的放电电压由升压调压器8调节，输入能量由电源9提供。
本发明将等离子与离心分离技术有效结合，提高旋风分离器脱除细微颗粒物效率，同时实现烟气多种污染物联合脱除目的。具体原理如下：
在高压放电极7和接地极圆筒2之间形成的高压电场中部分细颗粒被荷电，带异性电荷灰尘相互碰撞团聚粒径增大，在电场力和离心力双重作用下加速向圆筒壁面移动从气体中分离，提高细颗粒物脱除效率；在高压放电极7和接地极圆筒2之间等离子体放电产生的高能电子和活性自由基将VOC、PAH、二噁英等有机物分解成CO2和H2O，重金属、NO和SO2均被氧化；烟气螺旋流动出高压电场后，在圆筒2下部空间，由于气体呈螺旋状流动，高度湍流下重金属氧化物、NO2、SO3和喷入氨反应形成硫酸盐和硝酸盐并富集在灰尘表面使其粒径增大，在离心力作用下逐步向壁面移动从烟气中分离最后沿锥体落入灰斗。
以上仅为本发明的较佳实施方案，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示的内容所做的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (3)
1.一种烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置，其特征在于，该装置包括螺旋分离器、设置在所述螺旋分离器的出风口（10）内侧的绝缘层（6）、设置在出风口（10）外侧的高压放电极（7），螺旋分离器的圆筒（2）的中段一侧设置有喷氨口（3），所述高压放电极（7）与高压电源连接，所述圆筒（2）与接地极连接，高压放电极（7）与圆筒（2）之间形成高压电场。
2.根据权利要求1所述的烟气除尘协同多种污染物联合脱除装置，其特征在于，所述螺旋分离器包括从上至下依次连接的出风口（10）、圆筒（2）、圆锥体（4）和灰斗（5），所述圆筒（2）上部一侧设置有进风口（1），所述出风口（10）设置在圆筒（2）上端中心。
3.一种烟气除尘协同多种污染物联合脱除方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的装置，包括以下步骤：
1）含有灰尘和多组分污染物的烟气经进风口（1）沿圆筒（2）切线方向进入螺旋分离器中，沿圆筒（2）的内壁面呈螺旋流动；
2）高压放电极（7）与圆筒（2）之间形成高压电场，进入圆筒（2）内的烟气在高压放电极（7）周围被部分电离，产生活性自由基和高能电子；在烟气螺旋流动过程中，部分灰尘颗粒带上电荷，灰尘相互碰撞和团聚，在电场和超重力场双重作用下加速向圆筒（2）的内壁面移动；
3）在高压放电极（7）与圆筒（2）之间形成的高压电场中，烟气电离产生的活性自由基和高能电子将有机污染物分解为CO2和H2O，同时将重金属、NO和SO2氧化；
4）烟气螺旋流动至高压电场下部空间后，在高度湍流混合作用下，NO2和SO3分别与喷射进来的氨气快速反应，形成硝酸盐和硫酸盐，所述硝酸盐和硫酸盐与飞灰、重金属氧化物多次碰撞、聚并、吸附，使烟气中的重金属、NO和SO2污染物由气相转入固相，使灰尘粒径增大、数量增多；
同时，烟气中富集硝酸盐、硫酸盐以及重金属氧化物的灰尘在离心力作用下向圆筒壁面运动，逐步从气相中分离并沿圆锥体（4）的内壁面落入灰斗（5）；
5）烟气螺旋流动至圆锥体（4）底部后，改变方向形成向上流动的内螺旋气流，最后经过出风口（10）排出。
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