CN104548824A - 用于脱除气体中的细颗粒的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于脱除气体中细颗粒的装置和方法；用于脱除气体中细颗粒的装置，其特征在于：该装置从下到上依次是含尘废水区、蒸汽初步相变区、多相喷雾相变与扰动传质除尘区和除雾区；在除雾区内设置除雾器；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区设置有多相喷嘴；该多相喷嘴的空气进气端与高压空气管路相连，该多相喷嘴的进水端与水管相连，该多相喷嘴的蒸汽进气端与第一蒸汽管路相连；本发明公开的脱除气体中细颗粒的方法，其特征在于：包括如下步骤：A.制作脱离装置：该装置从下到上依次是含尘废水区、蒸汽初步相变区、多相喷雾相变与扰动传质除尘区和除雾区；本发明利用蒸汽相变原理和喷雾相结合的方式实现对气体中细颗粒的脱除。

Description

用于脱除气体中的细颗粒的装置和方法

技术领域

本发明涉及气体处理,具体涉及用于脱除气体中细颗粒的装置和方法。

背景技术

我国近几年来爆发了大范围雾霾天气，北方大部分地区冬季都会笼罩在长时间，大规模的雾霾中。严重的空气污染导致人们的健康受到很大的威胁，中国科学院陈竺院士在《柳叶刀》上提出，中国因为室外空气污染每年造成50到130万人早死。雾霾是大气中主要污染物之一，而造成雾霾的主要元凶就是空气中的细颗粒和气溶胶。为了能够控制空气中细颗粒的含量需要从细颗粒排放源头进行控制。燃煤产生的细颗粒是大气中细颗粒的主要来源，并且因为其中含有众多的对人体有害的元素对于人体的伤害很大。近年来国家已经制定了严格的火电厂排放政策，为了能够达到排放要求，许多新型技术和除尘产品被开发出来。其中湿式静电除尘器被开发出来放置在脱硫塔之后用来去除传统除尘器不能有效去除的部分。但是该种技术中并没有一种有效的应对细颗粒物的原理在其中，虽然能够达到国家的排放标准，但是依然会有大量的细颗粒排放到大气中。并且因为脱硫塔之后依然存在着酸雾，会对除尘器造成很强的腐蚀效果，因此需要很高的运行成本。

近年来针对细颗粒的去除在国内外开展过很多的研究，而研究结果表明蒸汽相变技术是一种针对细颗粒十分有效的手段之一。因为目前除尘器对于大颗粒的去除效率很高，但是对PM2.5等小颗粒却效果很不理想。为了弥补传统除尘器没有高效应对细颗粒物的缺点，利用蒸汽相变技术来提高细颗粒物的粒径来方便除尘。但是该种技术依然存在着很多的限制，为了能够达到水汽相变的条件需要一定的过饱和度，并且现有装置仍然不能对细颗粒物进行高效的脱除。从改变现有湿式静电除尘器的运行缺点和改善蒸汽相变技术的脱除效率来说，都需要一种新型的设备来解决现有湿式静电除尘器的运行缺点和改善PM2.5的脱除效率；并且从脱除细颗粒本身的角度来说，需要用一种针对细颗粒明显作用的除尘原理来开发新型的除尘装置。本发明从脱硫烟气的处理出发，提出了一种可以在多种场合进行应用的新型除尘装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供用于脱除气体中细颗粒的装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是，用于脱除气体中细颗粒的装置，其特点是：该装置从下到上依次是含尘废水区、蒸汽初步相变区、多相喷雾相变与扰动传质除尘区和除雾区；

在除雾区内设置除雾器；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区设置有多相喷嘴；该多相喷嘴的空气进气端与高压空气管路相连，该多相喷嘴的进水端与水管相连，该多相喷嘴的蒸汽进气端与第一蒸汽管路相连；在蒸汽初步相变区设置有气体进口，气体进口连接气体管路；在气体管路上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路相通；所述含尘废水区设置有含尘废水出口，该含尘废水出口与过滤反应池的进口相通，经过滤反应池处理后的水进入水管。

本发明利用蒸汽相变原理和喷雾相结合的方式实现对气体中细颗粒的脱除；多相喷嘴同时喷射蒸汽、水和空气，可以剧烈增加区域内的扰动和传质过程，增加环境的过饱和度，创造出异相成核所需要的过饱和度环境，使得异相成核率增加，雾滴捕捉颗粒的效率增加，酸的清洗效率提高。

本发明将需处理的气体与蒸汽在装置外先预混合，使混合气进入装置后蒸汽在气体的细颗粒表面凝结，再利用多相喷嘴喷射的蒸汽对细颗粒表面进行第二次凝结，使细颗粒在重力的作用下从气体中脱除，并利用多相喷嘴制造强烈的扰动，以加强装置内部的传质过程，提高颗粒的去除效率；使气体中的细颗粒得以全部的脱除，同时，多相喷嘴喷射的蒸汽和水对气体中的酸雾也有脱除作用。

发明的第二个技术方案是，脱除气体中细颗粒的方法，其特点是：包括如下步骤：

A.制作脱离装置：该装置从下到上依次是含尘废水区、蒸汽初步相变区、多相喷雾相变与扰动传质除尘区和除雾区；

在除雾区内设置除雾器；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区设置有多相喷嘴；该多相喷嘴的空气进气端与高压空气管路相连，该多相喷嘴的进水端与水管相连，该多相喷嘴的蒸汽进气端与第一蒸汽管路相连；在蒸汽初步相变区设置有气体进口，气体进口连接气体管路；在气体管路上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路相通；所述含尘废水区设置有含尘废水出口，该含尘废水出口与过滤反应池的进口相通，经过滤反应池处理后的水进入水管；

B.将高压空气、水、蒸汽加入多相喷嘴；使多相喷嘴同时喷射蒸汽，水，和空气；

C.将需处理的气体加入气体管路，同时将蒸汽通入第二蒸汽管路，使蒸汽进入气体管路与需处理的气体预混合，混合后的气体通过脱离装置的气体进口进入蒸汽初步相变区中；在蒸汽初步相变区内，蒸汽在气体的细颗粒表面进行凝结，使细颗粒变大，初步成核生长；

D.初步成核生长之后的细颗粒随着气流上升，到达多相喷雾相变与扰动传质除尘区进行多相喷雾除尘；多相喷嘴喷射的蒸汽在需处理的气体的细颗粒表面进行第二次凝结，同时，多相喷嘴喷出的雾化水还能够捕捉一部分细颗粒，并能够与长大的颗粒聚合，聚合后的颗粒在重力的作用下掉入含尘废水区；通过含尘废水出口排进过滤反应池；多相喷雾除尘后的气体进入除雾区，经过除雾器除雾后排出。

根据本发明所述的脱除气体中细颗粒的方法的优选方案，提高初步成核时蒸汽在烟气颗粒表面的成核效率以及多相喷雾时蒸汽在多相流动中的异相成核效率，分别调节第一蒸汽管路8和第二蒸汽管路9的蒸汽过饱和度在1.5到3.0之间。

本发明所述的用于脱除气体中细颗粒的装置和方法的有益效果是：本发明利用蒸汽相变原理和喷雾相结合的方式实现对气体中细颗粒的脱除；颗粒的去除效率高，脱除细颗粒的效果显著，对气体中的酸雾也有脱除作用；本发明结构简单，处理成本低，效率高，能够有效的祛除气体中的细颗粒，具有广泛的应用前景，可广泛运用于家庭、酒店、学校、医院、厂矿等场合。

附图说明

图1为本发明所述的用于脱除气体中细颗粒的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的具体描述，但本发明的实施方式不限于此。

用于脱除气体中细颗粒的装置，该装置从下到上依次分为含尘废水区4、蒸汽初步相变区3、多相喷雾相变与扰动传质除尘区2和除雾区1；

在除雾区1内设置除雾器5；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区2设置有多相喷嘴7；该多相喷嘴7的空气进气端与高压空气管路6相连，该多相喷嘴7的进水端与水管12相连，该多相喷嘴7的蒸汽进气端与第一蒸汽管路8相连；在蒸汽初步相变区3设置有气体进口，气体进口连接气体管路10；在气体管路上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路9相通；所述含尘废水区4设置有含尘废水出口11，该含尘废水出口11与过滤反应池13的进口相通，经过滤反应池13处理后的水进入水管12。

脱除气体中细颗粒的方法，包括如下步骤：

A.制作脱离装置：该装置从下到上依次是含尘废水区4、蒸汽初步相变区3、多相喷雾相变与扰动传质除尘区2和除雾区1；

在除雾区1内设置除雾器5；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区2设置有多相喷嘴7；该多相喷嘴7的空气进气端与高压空气管路6相连，该多相喷嘴7的进水端与水管12相连，该多相喷嘴7的蒸汽进气端与第一蒸汽管路8相连；在蒸汽初步相变区3设置有气体进口，气体进口连接气体管路10；在气体管路10上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路9相通；所述含尘废水区4设置有含尘废水出口11，该含尘废水出口11与过滤反应池13的进口相通，经过滤反应池13处理后的水进入水管12；

B.将高压空气、水、蒸汽通入多相喷嘴7；并调节第一蒸汽管路8的蒸汽过饱和度在1.5到3.0之间，使多相喷嘴7同时喷射蒸汽，水，和空气；

C.将需处理的气体加入气体管路10，同时将蒸汽通入第二蒸汽管路9，并调节第二蒸汽管路9的蒸汽过饱和度在1.5到3.0之间，使蒸汽进入气体管路与需处理的气体预混合，，混合后的气体通过脱离装置的气体进口进入蒸汽初步相变区3中；在蒸汽初步相变区3内，蒸汽在气体的细颗粒表面进行凝结，使细颗粒变大，初步成核生长；

D.初步成核生长之后的细颗粒随着气流上升，到达多相喷雾相变与扰动传质除尘区2进行多相喷雾除尘；多相喷嘴7喷射的蒸汽在需处理的气体的细颗粒表面进行第二次凝结，同时，多相喷嘴喷出的雾化水还能够捕捉一部分细颗粒，并能够与长大的颗粒聚合，聚合后的颗粒在重力的作用下掉入含尘废水区，通过含尘废水出口11排进过滤反应池13；多相喷雾除尘后的气体进入除雾区1，经过除雾器5除雾后排出。

本发明的工作原理是：

由于装置的蒸汽初步相变区3和多相喷雾相变与扰动传质除尘区2有大量的喷雾水滴，整体湿度很大，能够很容易的满足蒸汽进行相变所需要的过饱和度要求，因而混合后的蒸汽和需处理的气体在通入装置之后，蒸汽在细颗粒表面进行凝结，让细颗粒初步长大。

初步长大的细颗粒随着气流上升，到达多相喷雾相变与扰动传质除尘区2，多相喷嘴7喷射的蒸汽再次在已经成核长大液滴或者没有成核长大的细颗粒表面进行凝结，让细颗粒进一步长大。同时，由于雾化水的捕捉作用和蒸汽的凝结作用；多相喷嘴喷出的雾化水还能够捕捉一部分的细颗粒，并能够与长大的颗粒聚合，聚合后的颗粒在重力的作用下掉入含尘废水区。多相喷嘴喷射的空气可以加强整个区域的湍流扰动，让反应进行的更加彻底，显著提高细颗粒脱除效率；经过多相喷雾相变与扰动传质除尘区2的气体因为含有大量的雾滴，经过除雾器5除雾后之后便可以排出。

根据经典的异相成核理论，通过控制蒸汽的过饱和度，让其仅仅发生均相成核或者是仅仅发生异相成核。这样利用较小饱和度的蒸汽与空气和水组成的多相喷雾时就能够推迟或者避免在混合过程中的相变。而由于喷嘴中流速较高，混合时间很短，可以忽略在喷嘴中的蒸汽相变量。

为了具有良好的异相成核效果，第一蒸汽管路和第二蒸汽管路需要单独进行参数控制。这样就能够提高初步成核时蒸汽在烟气颗粒表面的成核效率以及多相喷雾时蒸汽在多相流动中的异相成核效率。为了保证异相成核的效率，控制蒸汽的过饱和度在1.5到3.0之间，根据实际条件分别调节第一蒸汽管路和第二蒸汽管路的蒸汽过饱和度，让其达到最佳的成核效率。

通过控制蒸汽温度和喷水量，可以控制装置中蒸汽的过饱和度，可以让装置中的蒸汽仅仅发生异相成核，提高蒸汽的利用率，提高细颗粒物成核长大的效率。

在气体与蒸汽混合的过程中，同样利用控制蒸汽过饱和度的手段可以避免水汽在管道内部进行凝结生长。

流到装置底部的含尘废水会有一定的含尘量和酸度，在经过过滤反应池13处理之后，可以除去水中的细颗粒，在过滤反应池13中加入化学药剂可以除去水中的酸以及无机盐，处理过后的循环洁净水品质能够满足除雾器供水和多相喷嘴供水的需要，可以循环加入除雾器和多相喷嘴，起到节约用水，降低运行成本。

Claims (3)

1.用于脱除气体中细颗粒的装置，其特征在于：该装置从下到上依次是含尘废水区(4)、蒸汽初步相变区(3)、多相喷雾相变与扰动传质除尘区(2)和除雾区(1)；

在除雾区(1)内设置除雾器(5)；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区(2)设置有多相喷嘴(7)；该多相喷嘴(7)的空气进气端与高压空气管路(6)相连，该多相喷嘴(7)的进水端与水管(12)相连，该多相喷嘴(7)的蒸汽进气端与第一蒸汽管路(8)相连；在蒸汽初步相变区(3)设置有气体进口，气体进口连接气体管路(10)；在气体管路上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路(9)相通；所述含尘废水区(4)设置有含尘废水出口(11)，该含尘废水出口(11)与过滤反应池(13)的进口相通，经过滤反应池(13)处理后的水进入水管(12)。

2.脱除气体中细颗粒的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A.制作脱离装置：该装置从下到上依次是含尘废水区(4)、蒸汽初步相变区(3)、多相喷雾相变与扰动传质除尘区(2)和除雾区(1)；

在除雾区(1)内设置除雾器(5)；在多相喷雾相变与扰动传质除尘区(2)设置有多相喷嘴(7)；该多相喷嘴(7)的空气进气端与高压空气管路(6)相连，该多相喷嘴(7)的进水端与水管(12)相连，该多相喷嘴(7)的蒸汽进气端与第一蒸汽管路(8)相连；在蒸汽初步相变区(3)设置有气体进口，气体进口连接气体管路(10)；在气体管路(10)上设置有蒸汽进口，蒸汽进口与第二蒸汽管路(9)相通；所述含尘废水区(4)设置有含尘废水出口(11)，该含尘废水出口(11)与过滤反应池(13)的进口相通，经过滤反应池(13)处理后的水进入水管(12)；

B.将高压空气、水、蒸汽加入多相喷嘴(7)；使多相喷嘴(7)同时喷射蒸汽，水，和空气；

C.将需处理的气体加入气体管路(10)，同时将蒸汽通入第二蒸汽管路(9)，使蒸汽进入气体管路与需处理的气体预混合，混合后的气体通过脱离装置的气体进口进入蒸汽初步相变区(3)中；在蒸汽初步相变区(3)内，蒸汽在气体的细颗粒表面进行凝结，使细颗粒变大，初步成核生长；

D.初步成核生长之后的细颗粒随着气流上升，到达多相喷雾相变与扰动传质除尘区(2)进行多相喷雾除尘；多相喷嘴(7)喷射的蒸汽在需处理的气体的细颗粒表面进行第二次凝结，同时，多相喷嘴喷出的雾化水还能够捕捉细颗粒，并能够与长大的颗粒聚合，聚合后的颗粒在重力的作用下掉入含尘废水区，通过含尘废水出口(11)排进过滤反应池(13)；多相喷雾除尘后的气体进入除雾区(1)，经过除雾器(5)除雾后排出。

3.根据权利要求2所述的脱除气体中细颗粒的方法，其特征在于：分别调节第一蒸汽管路(8)和第二蒸汽管路(9)的蒸汽过饱和度在1.5到3.0之间。