CN104043527B - 一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜工艺与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜工艺与装置，该装置由花板型雾化器、流量计、超声波驱动电源、自动温控器、伴热管道、冷凝套管、电加热储水箱、水泵、电除尘器构成，本发明利用超声波将高温水雾化为10～20μm单分散液滴颗粒物，提升烟气的饱和度至超饱和状态，饱和度SR>1.3，雾化液滴温度控制为80～90℃；控制冷凝套管内液体的温度，使烟气发生降温1～5℃，利用微珠表面高吸附性能，烟气中的水蒸气被吸附在微珠外表面，以微珠物表面微凸起为核，快速形成“珠”状凝结，使微珠比电阻下降1～2个数量积；雾化液滴在烟气中的停留时间控制在300ms～1s，然后被静电除尘器高效捕集。

Description

一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜工艺与装置

一、技术领域

本发明属于大气污染物治理领域，特别是涉及一种用于燃煤飞灰玻璃微珠细颗粒物高效脱除的表面凝膜工艺及装置。

二、背景技术

目前国内热电厂大多采用燃煤机组，由于国家对大气污染物治理要求越来越严，燃煤机组在保证煤机发电成本低、热效率高的前提下，促进燃煤各项排放指标逐步向燃机靠拢成为环保治理发展的趋势。然而，要达到燃煤机组超净排放指标的要求，其主要的难点之一在于对烟尘中细颗粒物排放控制。目前燃煤电站静电除尘器(ESP)出口，排出的细颗粒物粒径在0.1～3μm之间，其中粒径小于2.5μm的玻璃微珠类微细颗粒占逃逸颗粒总数的90％以上，其原因归结于锅炉炉型、燃烧方式、炉温以及煤的化学组成等因素，就燃煤锅炉静电除尘器后排出的漂珠而言，其质量浓度介于3～20mg/m³，成份以SiO₂和Al₂O₃为主，具有颗粒细小、表面光滑疏水、电绝缘强度高、阻燃、耐温隔热等特点，但因其比电阻高(100～120℃，比电阻值为5×10¹¹～10¹²Ω·cm)，荷电性能差，常规电除尘技术对其脱除效率非常有限。换言之，对于采用磨细煤粉和低氮燃烧方式的燃煤锅炉，仅因微珠自身的贡献，采用传统的除尘技术手段实现燃煤烟尘＜4.5mg/m³排放目标的可能性极小。因此，燃煤电站飞灰微珠的深度排放控制是实现燃煤机组达到燃机烟尘排放标准的关键。

相关研究表明：将燃煤微珠表面金属化或化学镀膜后，可将燃煤飞灰微珠用于航空、航天、建筑材料、车辆、兵器等领域，表面改性后的微珠且具有密度小、导电性能良好等优点。更进一步，在冷凝条件下一些超疏水材料表面(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅片、玻璃等)，冷凝液滴渗入表面的均匀性差异均会直接对疏水特性改变的程度和均匀性产生影响，从此意义上分析，对于荷电能力较差导致脱除效率低的微珠而言，若采用合适的表面凝膜工艺，其比电阻数值势必呈现数量级的下降，在静电场存在的条件下有利于被荷电和捕集，而这将对燃煤烟尘实现超净排放具有重大的意义。

三、发明内容

本发明以燃煤烟尘微珠的物化特性为基础，对于燃煤飞灰粒径<1μm微珠，其存在于燃煤烟气中的颗粒形态近于球形，具有粒径小、中空薄壁结构，呈现的比表面积较大(>10⁵cm²/g)，具有高吸附性、高粘附性以及高表面能等特点。本发明针对上述微珠的主要物化特性，提出了一种用于燃煤飞灰高效脱除的微珠表面凝膜工艺，并设计与之相应的凝膜装置。本发明采用特定的高温液滴发生方法，通过控制雾化颗粒凝结速度与液滴停留时间，诱导微珠外表面、表面微凸起内以及微珠内表面发生核凝结，实现微珠比电阻的降低，然后被静电除尘器高效捕集

本发明是通过如下方式实现：

一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜工艺，其特征在于该工艺：

(1)利用超声波将高温水雾化为10～20μm单分散液滴颗粒物，提升烟气的饱和度至超饱和状态饱和度；

(2)液滴控制为80～90℃，与燃煤烟气产生30～40℃的温差；

(3)雾化液滴经雾化头尾部拉法尔出口管加速后，高速错流混入燃煤烟气，液滴与微珠以及微珠间的碰撞、凝聚、吸附，使微珠长大；

(4)在超饱和状态下，控制烟气管道外冷凝套管内液体温度为20℃，使烟气降温1～5℃，利用微珠表面高吸附性能，烟气中的液滴被吸附在微珠外表面，以微珠表面微凸起为核，快速形成“珠”状凝结，使微珠比电阻下降1～2个数量级；

(5)雾化液滴进入静电除尘器前，在烟气中的停留时间控制在300ms～1s，然后随烟气进入静电除尘器。

一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜装置，由花板型雾化器、流量计、超声波驱动电源、自动温控器、伴热管道、冷凝套管、电加热储水箱、水泵、静电除尘器构成，其特征在于：花板型雾化器由花板、超声波换能器、雾化头、拉法尔出口管、主进水管、进水支管组成，在花板周向阵列焊接12～36个Φ30mm的雾化头，花板中心焊有主进水管，周向焊有进水支管，进水支管与雾化头连接，雾化头内设有超声波换能器，雾化头尾部为拉法尔出口管；在花板型雾化器与静电除尘器之间烟道上设有冷凝套管，冷凝套管的一侧连接常温水入口管道，冷凝套管的另一侧设有热水出口管道，与电加热储水箱连接；电加热储水箱、花板及雾化管道均设有电加热控制装置；冷凝套管上设有PLC自动调节装置。花板、主进水管、进水支管、拉法尔出口管均采用316L不锈钢制作，花板型雾化器通过法兰与进口烟道上部预留的水平方向法兰采用螺栓固定连接。花板周向焊接的雾化头为12-26个，直径为30mm。

具体实现操作过程为：由电加热器控温的储水箱内的高温水，经泵和流量计进入雾化系统，在花板型雾化器内将高温水雾化为10～20μm单分散液滴颗粒物，提升烟气的饱和度至超饱和状态(饱和度SR>1.3)；雾化液滴温度控制为80～90℃，与燃煤烟气产生30～40℃的温差，使得微珠表面发生表面凝膜；雾化液滴经尾部拉法尔出口管加速后，高速错流混入燃煤烟气，使液滴与微珠以及微珠间的碰撞、凝聚、吸附，在超饱和状态下，控制冷凝套管内液体的温度(20℃)，使烟气降温1～5℃，利用微珠表面高吸附性能，烟气中的液滴被吸附在微珠外表面，以微珠表面微凸起为核，快速形成珠”状凝结，液滴渗入微珠表面微凹体或经过微珠薄壳的气孔进入微珠内部，促进微珠比电阻下降1～2个数量级，雾化液滴在烟气中的停留时间控制在300ms～1s，然后随烟气进入静电除尘器，静电除尘器的放电极将其附近气体电离，产生带电荷的离子和电子，碰撞表面带有凝膜的微珠使之荷电，并在静电场作用下附着在阳极板上，被阳极冲洗水冲洗至底部灰斗，实现彻底清灰，清洁烟气排入大气。

本发明提出的一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜装置，采用特定的高温液滴发生方法，通过精密控制雾化颗粒凝结速度与液滴停留时间，诱导微珠外表面、表面微凸起内以及微珠内表面发生核凝结，实现微珠表面电阻的降低，结合静电除尘器的高效捕集与有效清灰，可高效脱除燃煤飞灰微珠。实现火电厂燃煤烟尘颗粒物“近零排放”，具有广阔的市场应用前景。

四、附图说明

图1为一种燃煤飞灰微珠表面凝膜工艺系统示意图，图2为雾化系统示意图，图3为花板型雾化器A-A剖面结构示意图，图4为花板型雾化器B-B剖面结构示意图，图5为冷凝套管的结构示意图。

图中1为流量计、2为超声波驱动电源、3为电源显示器、4为伴热管道、5为花板型雾化器、6为冷凝套、7为静电除尘器、8为高压电源、9为灰斗、10为常温水入口管道、11为换热水伴热管道、12为电加热储水箱、13为入口烟道；14为超声波功率调节器、15为花板型雾化器外壳、16为水泵、17为储水箱外部加热套、18为储水箱加热控制器；19为超声波换能器、20为雾化器外部保温套、21为雾化头进水口、22为总进水管；23为进水支管、24为拉法尔出口管、25为花板法兰、26为烟道法兰、27为雾化头，28为花板、29为冷凝水套筒，30为换热水出口管道。

五、具体实施方式

下面结合图1、图2、图3、图4和图5给出本发明的一个最佳具体实施方式。

如附图所示，本发明的雾化系统由电加热储水箱12、水泵16、流量计1、超声波驱动电源2、电源显示器3、伴热管道4、花板型雾化器5组成；花板型雾化器5由雾化器外壳15、超声波功率调节器14、雾化器外部保温套20、雾化头27、雾化头进水口21、总进水管22、进水支管23、拉法尔出口管24、花板法兰25、花板28组成；花板型雾化器5水平放置，周向通过花板法兰25与入口烟道13的烟道法兰26采用螺栓连接；雾化头27周向阵列焊接在花板28上；水经由常温水入口管道10流入冷凝水套筒30、与烟气换热后经换热水出口管道29流出，烟温降低1～5℃，水升温5～10℃；升温后的水通过换热水伴热管道11高位自流至电加热储水箱12，经储水箱加热控制器18加热，储水箱外部加热套17控制水箱内的温度；加热后的高温水经由水泵16、流量计1、伴热管道4送入雾化系统雾化；超声波功率调节器14调整超声波驱动电源2和电源显示器3的参数，控制雾化量，热水经流量伴热管道4进入总进水管22后，分配到各进水支管23，经雾化头进水口21进入超声波换能器19，在雾化头27内经高频振动雾化后，产生直径为10～20μm的单分散液滴颗粒物；由雾化器外部保温套20来控制雾化液体的温度，从而控制雾化液滴的温度；雾化液滴经雾化头尾部拉法尔出口管24加速后进入口烟道13；通过调整冷凝套6和雾化器外部保温套20的温度，控制冷凝套管温度使烟气发生小幅温降(1～5℃)，利用微珠表面高吸附性能，烟气中的液滴被吸附在微珠外表面或经过微珠薄壳的气孔进入微珠内部，促进微珠比电阻下降1～2个数量级；燃煤烟气携带的微珠通过入口烟道13与拉法尔出口管24流出的错流高速雾化液滴在入口烟道内进行充分碰撞、团聚与吸附，微珠团聚凝结，随烟气进入静电除尘器7；由高压电源8为静电除尘器7的放电极提供高电压，促使放电极将周围气体电离，产生负离子和电子，电子与改性后的微珠碰撞，在电场力的作用下，完成静电吸附过程，清洁烟气排入大气；静电除尘器7的水膜清灰系统将颗粒物冲洗至灰斗9中，再排入灰渣池。

Claims (1)

1.一种用于燃煤飞灰微珠高效脱除的表面凝膜工艺，其特征在于该工艺：

(1)利用超声波将高温水雾化为10～20μm单分散液滴颗粒物，提升烟气的饱和度至超饱和状态饱和度；

(2)液滴控制为80～90℃，与燃煤烟气产生30～40℃的温差；

(3)雾化液滴经雾化头尾部拉法尔出口管加速后，高速错流混入燃煤烟气，液滴与微珠以及微珠间的碰撞、凝聚、吸附，使微珠长大；

(4)在超饱和状态下，控制烟气管道外冷凝套管内液体温度为20℃，使烟气降温1～5℃，利用微珠表面高吸附性能，烟气中的液滴被吸附在微珠外表面，以微珠表面微凸起为核，快速形成“珠”状凝结，使微珠比电阻下降1～2个数量级；

(5)雾化液滴进入静电除尘器前，在烟气中的停留时间控制在300ms～1s，然后随烟气进入静电除尘器。