CN103830986A

CN103830986A - 固定式柴油机系统一体式除尘净化装置及净化方法

Info

Publication number: CN103830986A
Application number: CN201410088220.4A
Authority: CN
Inventors: 朱仁成; 鲍晓峰; 马赛; 李舜酩
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN103830986B

Abstract

一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，属于填料除尘净化装置。它包括塔体（28）、引风机（3）、洗涤液循环泵（25）和生物液循环泵（20）；所述塔体（28）自下而上依次是填料洗涤除尘塔（22）、填料过滤净化塔（18）、清洁气体排气罩（17）；所述填料洗涤除尘塔（22）自下而上依次包括储液区、初次喷淋洗涤区、填料床层和二次喷淋洗涤区；所述填料过滤净化塔（18）自下而上依次包括储液区、气液分离区、生物填料床层和生物循环液喷淋区。本发明能够针对固定式柴油机系统排放的温度高、粉尘量大、含NOx、SO₂等的特殊烟气进行过滤净化。

Description

固定式柴油机系统一体式除尘净化装置及净化方法

技术领域

本发明涉及一种填料除尘净化装置，尤其涉及一种用于处理大型固定式柴油机系统（如柴油机发电厂）烟气的一体式填料除尘净化塔。

背景技术

2012年年底以来，我国大部分地区多次出现持续的大范围雾霾天气，对人民群众的身体健康和生产生活造成严重影响，受到社会舆论以及政府的密切关注，同时也对我国的大气污染防治工作提出了严峻的挑战。虽然固定式柴油机系统排放的烟气中NO_x、SO₂和粉尘浓度低于排放标准，但随着国家对环保要求的日益严格，其烟气排放的净化处理将会愈加受到重视。目前，减少NOx的排放量主要还是靠烟气脱硝，大多采用催化还原法，脱硝率较高，但存在吸附剂或催化剂等再生困难、运行成本高等问题；另一方面，国内多采用石灰石—石膏湿法脱硫，该技术比较成熟，但造价高且运行复杂。

生物填料过滤法脱硫脱硝是近年来的一项新兴技术，因其具有工艺简单、运行成本低、无二次污染等优点而倍受青睐。生物过滤法的基本原理是利用微生物对污染物有较强、较快适应能力的特点，对其进行驯化，使其能够以污染物为碳源和能源，并将其转化为无害的、简单的物质（如CO₂、H₂O等）。大量学者已做了相应的实验研究证明生物过滤法用于脱硫、脱硝是可行的，如：李顺义的生物法脱硝实验研究(一种包埋微生物复合填料的制备及性能评价[J].环境工程学报，2014,8(1):260-265) 和徐娇的生物法同时脱硫脱硝研究（生物法脱除工业废气中SO ₂ 和NO的研究[D]. 天津：天津大学, 2008）等。生物过滤塔内的填料多为球状或圆柱状，靠近壁面处的填料颗粒要比主体区装填的疏松，相应地靠近壁面处的空隙率比主体区略大，生物塔运行过程中气体或液体易顺着塔壁流动，使传质不能充分进行，即产生壁流效应。壁流效应的存在，直接导致了净化效率的下降，为克服壁流现象造成的气流分布不均匀问题，可以对填料塔进行分层处理，如张华新进行了多层生物塔净化废气研究(多层生物滤塔净化硫化氢废气研究[J].环境工程学报, 2011,5(1): 157-159）。这样加大了投入成本，也增加了生物塔的高度，因此有必要解决填料塔的壁流问题。另外，大型柴油机发电厂直接排出的烟气含有较大的粉尘，并且气体温度也在300℃左右，必须经过填料洗涤塔降温、除尘等预处理后才能引入生物填料塔，进行后续生物降解处理。若系统中采用的洗涤塔和生物过滤塔为分体结构，由于两者之间在运行过程中需要管线连接，易出现由于管线泄露造成的生产停顿及增加管线维护费用的现象，同时还存在占地面积过大、土建成本高等问题，因此必须对填料洗涤除尘塔和生物过滤塔进行合理布局。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对固定式柴油机系统排放的温度高、粉尘量大、含NOx、SO2等的特殊烟气，提供一种防壁流效应的一体式填料洗涤除尘和过滤净化装置。

一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：

包括塔体、引风机、洗涤液循环泵和生物液循环泵；

所述塔体自下而上依次是填料洗涤除尘塔、填料过滤净化塔、清洁气体排气罩；

所述填料洗涤除尘塔自下而上依次包括储液区、初次喷淋洗涤区、填料床层和二次喷淋洗涤区；储液区中安装有布气管和气液分离板，其中布气管位于液面下方，与引风机相连，气液分离板位于液面上方；初次喷淋洗涤区中安装有初次喷淋系统；无机填料床层内填充有无机填料，无机填料床层的底部设有若干向上凹的凹槽，其中凹槽侧壁和无机填料床层顶部多孔盖板均为冲孔铁网，无机填料床层下底面和凹槽上顶面均为非透气性支撑板；无机填料床层中靠近填料洗涤除尘塔内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板；二次喷淋洗涤区中安装有再次喷淋系统；上述初次喷淋系统和再次喷淋系统的喷嘴与洗涤液循环泵出口相连，洗涤液循环泵入口与储液区相连；

所述填料过滤净化塔自下而上依次包括储液区、气液分离区、填料床层和生物循环液喷淋区；储液区安装有生物循环液储液槽和出气管，其中出气管下端穿过生物循环液储液槽与填料洗涤除尘塔相通，出气管上端伸出生物循环液储液槽中液面以外；气液分离区安装有气液分离器所述气液分离器上半部呈半球状，下半部呈倒圆锥状，并由若干根支撑杆固定于出气管上；生物填料床层内填充有生物填料，生物填料床层的底部为冲孔铁网；生物填料床层中靠近填料过滤净化塔内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板；生物循环液喷淋区中安装有喷淋系统；上述喷淋系统的喷嘴与生物液循环泵出口相连接，生物液循环泵入口与生物储液区相连。

固定式柴油机系统排放的烟气经引风机的作用输入布气管，烟气从布气管排出后，经洗涤液进行初步淋洗降温、洗涤除尘后，排出液面，烟气中的大颗粒粉尘及液滴在惯性碰撞作用下，被气液分离板捕集；初次喷淋系统对气液分离板进行反冲洗，将气液分离板所捕集的颗粒淋洗到洗涤液储液槽中，同时对烟气继续淋洗降温、洗涤除尘；烟气穿过初次喷淋系统后，进入环形凹槽，在进气压力作用下，横向穿过凹槽侧壁进入无机填料床层，烟气中粉尘在与填料惯性碰撞过程中被捕集；在防壁流挡板作用下，尽可能的避免烟气沿塔壁上升；二次喷淋系统对无机填料床层反冲洗，防止无机填料床层中粉尘颗粒累积造成堵塞；烟气穿过出气管进入生物填料床层，在与生物填料接触过程中被填料上附着的微生物吸附、降解，完成对烟气中SO₂、NO_x等废气的过滤净化；被除尘净化后的气体，由清洁气体排气罩排出。

所述的布气管呈十字形结构，保证布气均匀，利于烟气与洗涤液充分接触。

所述的气液分离板呈中间高两边低的锥形结构，利于烟气集中在气液分离板中部通过，防止产生壁流现象；同时利于喷淋液分散到塔壁流下，降低气液对流产生的压差。

所述的若干圈向上凹的环形凹槽，内圈的环形凹槽的高度要高于外圈的环形凹槽，利于使填料尽量从无机填料床层的中部通过。

所述的防壁流挡板为环形且断面呈“V”型挡板结构，阻挡塔壁处气流沿塔壁上升，引导气流流下填料层中部，防止烟气与填料接触不充分现象，增加烟气与填料接触的机会，提高除尘、净化效率。

所述的无机填料为理化性能稳定、耐酸腐蚀且机械强度高的球形填料，保证装置运行过程中填料长期耐用且不易被烟气中酸性气体腐蚀或发生其他反应。

所述的生物填料为表面粗糙、比表面积大、有利于微生物附着生长的填料，可以保证微生物有足够的量和较强的废气净化能力。

所述凹槽侧壁和多孔盖板的网孔直径略小于无机填料直径；所述生物填料床层底部的网孔直径略小于生物填料直径，防止填料下漏。

所述出气管的高度必须高于生物循环液储液槽中液面的高度，防止生物液流入下层填料洗涤除尘塔，造成微生物的损失，同时保证烟气又能顺利进入填料过滤净化塔。

所述洗涤液储液区和生物循环液储液区分别设有洗涤液排出口和生物循环液排水阀，保证必要时将洗涤液和生物液排出塔体。

本发明的有益效果是：一体式填料洗涤净化装置将降温、除尘洗涤塔和填料过滤净化塔合为一体，节省了管道阀门和管线，设备结构紧凑，占地面积小，节省了土建成本，合理利用了场地空间，同时除尘、废气净化效率高，在不影响运行的情况下可连续清灰；采用生物法进行烟气处理，结构相对简单、成本低、且无二次污染。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为布气管的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、柴油机尾气，2、进气阀门，3、引风机，4、布气管，5、洗涤液储液槽，6、气液分离多孔挡板，7、初次喷淋系统，8、凹槽，9、多孔盖板，10、再次喷淋系统，11、生物循环液排水阀，12、生物循环液储液槽，13、气液分离器，14、生物填料床层，15、防壁流挡板16、生物循环液喷淋系统，17、清洁气体排气罩，18、填料过滤净化塔，19、承托网，20、生物液循环泵，21、无机填料床层，22、填料洗涤除尘塔、23、凹槽上顶面，24、凹槽多孔侧壁，25、洗涤液循环泵，26、洗涤液排出口，27、滤网，28、塔体， 29、无机填料床层下底面，30、出气管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实例，进一步阐述本发明。

如图1所示，固定式柴油机系统烟气1经引风机3作用输送到十字形布气管4，布气管4位于洗涤液储液槽5的底部，且浸没于液面以下。柴油机排放的尾气温度多在300℃以上，利用洗涤液储液槽5内液体可以对烟气进行初步的降温和除尘。经过喷淋循环液初步浸洗后的气体含有大量的水分和粉尘，利用气液分离多孔挡板6与烟气中粉尘和水滴的碰撞和拦截作用，捕获大颗粒粉尘和水滴，粘结在气液分离多孔挡板6的下面。粘结在气液分离多孔挡板6上的粉尘通过初次喷淋系统7的喷淋作用而汇集到洗涤液储液槽5。无机填料床层下底面29和凹槽上顶面23都是非透气性钢板，气流只能通过凹槽多孔侧壁24横向进入，增加了填料与气流中粉尘的碰撞几率，提高无机填料床层21的除尘性能。无机填料床层21装填的填料理化性质温度、耐酸腐蚀，同时具有较强的机械强度如水处理滤料陶粒等。为迫使烟气从填料床层中部通过，内层凹槽的高度要高于外层。内壁上设置了防壁流挡板15，减少填料床的壁流现象，使得气流横向经过填料的过滤作用，近一步增强无机填料层21对粉尘的过滤效果。在填料层表面覆盖一层多孔盖板9，可防止无机填料被气流冲起，造成表面填料分布不均匀。再次喷淋系统10的喷淋液对无机填料床层21缝隙捕集到的粉尘进行反冲洗，防止堵塞填料间隙通道。经过以上过程，烟气的温度被降的较低，且气体中的部分易溶气体如NO₂和SO₂等被喷淋液吸收。

烟气经过填料洗涤除尘塔22后，经气液分离器13进入填料过滤净化塔18，气液分离器13可使下面的气流进入填料过滤净化塔18，同时阻止生物循环液储液槽12内的生物液流入下层。生物填料床层14内的生物填料比表面积大、利于微生物附着生长、耐微生物腐蚀，例如专利 CN103041695A公布的复合填料或简单的鲍尔环填料、拉丁环填料等皆可；生物循环液喷淋系统16可以给微生物生长提供必要的营养物质保证微生物的活性。经过生物填料时，烟气中NO_x和SO₂等污染物被生物填料表面的微生物膜捕获，进而被降解为简单小分子化合物SO₄ ^2-、CO₂、H₂O及N₂等。最后，被除尘、净化后的气体由清洁气体排气罩17排出。

最后应说明的是：以上所述实施案例仅用于装置的使用说明，而并非是对本发明的技术方案的限定，任何对本发明技术特征所做的等同替换或相应改进，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims

1.一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：

包括塔体（28）、引风机（3）、洗涤液循环泵（25）和生物液循环泵（20）；

所述塔体（28）自下而上依次是填料洗涤除尘塔（22）、填料过滤净化塔（18）、清洁气体排气罩（17）；

所述填料洗涤除尘塔（22）自下而上依次包括储液区、初次喷淋洗涤区、填料床层和二次喷淋洗涤区；储液区中安装有洗涤液储液槽（5）、布气管（4）和气液分离板（6），其中布气管（4）位于洗涤液储液槽（5）中液面以下，与引风机（3）相连，气液分离板（6）位于液面上方；初次喷淋洗涤区中安装有初次喷淋系统（7）；无机填料床层（21）内填充有无机填料，无机填料床层（21）的底部设有若干向上凹的凹槽（8），其中凹槽侧壁（24）和无机填料床层顶部多孔盖板（9）均为冲孔铁网，无机填料床层下底面（29）和凹槽上顶面（23）均为非透气性支撑板；填料洗涤除尘塔（22）内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板（15）；二次喷淋洗涤区中安装有再次喷淋系统（10）；上述初次喷淋系统（7）和再次喷淋系统（10）的喷管与洗涤液循环泵（25）出口相连，洗涤液循环泵（25）入口与于洗涤液储液槽（5）相连；

所述填料过滤净化塔（18）自下而上依次包括储液区、气液分离区、生物填料床层和生物循环液喷淋区；储液区安装有生物循环液储液槽（12）和出气管（30），其中出气管（30）下端穿过生物循环液储液槽（12）与填料洗涤除尘塔（22）相通，出气管（30）上端伸出生物循环液储液槽（12）中液面以外；气液分离区安装有气液分离器（13）；所述气液分离器（13）上半部呈半球状，下半部呈倒圆锥状，并由若干根支撑杆固定于出气管（30）上端；生物填料床层（14）内填充有生物填料，生物填料床层（14）底部的承托网为冲孔铁网；填料过滤净化塔（18）内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板（15）；生物循环液喷淋区中安装有喷淋系统（16）；上述喷淋系统（16）的喷管与生物液循环泵（20）出口相连接，生物液循环泵（20）入口与生物循环液储液槽（12）相连。

2.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述的布气管（4）呈十字形结构。

3.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述的气液分离板（6）呈中间高两边低的锥形结构。

4.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述的若干圈向上凹的环形凹槽（8），内圈的环形凹槽的高度依次高于外圈的环形凹槽。

5.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述的防壁流挡板（15）为环形，且断面呈“V”形结构。

6.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述凹槽侧壁（24）和多孔盖板（9）的网孔直径小于无机填料直径；所述生物填料床层（14）底部的网孔直径小于生物填料直径。

7.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置，其特征在于：所述洗涤液储液槽（5）的最底部设有洗涤液排出口（26）；生物循环液储液槽（12）的最底部设有生物循环液排水阀（11）。

8.根据权利要求1所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置的净化方法，其特征在于包括以下过程：

固定式柴油机系统排放的烟气（1）经引风机（3）的作用输入布气管（4），烟气从布气管（4）排出后，经洗涤液进行初步淋洗降温、洗涤除尘后，排出液面，烟气中的大颗粒粉尘及液滴在惯性碰撞作用下，被气液分离板（6）捕集；初次喷淋系统（7）对气液分离板（6）进行反冲洗，将气液分离板（6）所捕集的颗粒淋洗到洗涤液储液槽（5）中，同时对烟气继续淋洗降温、洗涤除尘；烟气穿过初次喷淋系统（7）后，进入环形凹槽（8），在进气压力作用下，横向穿过凹槽侧壁（24）进入无机填料床层（21），烟气中粉尘在与填料惯性碰撞过程中被捕集；在防壁流挡板（15）作用下，尽可能的避免烟气沿塔壁上升；二次喷淋系统对无机填料床层（21）反冲洗，防止无机填料床层（21）中粉尘颗粒累积造成堵塞；烟气穿过出气管（30）进入生物填料床层（14），在与生物填料接触过程中被填料上附着的微生物吸附、降解，完成对烟气中废气的过滤净化；被除尘净化后的气体，由清洁气体排气罩（17）排出。