CN104689675A - 带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置和方法。它包括声波团聚室、声源、旋风子分离器、出口管道和飞灰再循环管道；所述声波团聚室的外部设有声源；声波团聚室设有烟气进口、烟气出口和飞灰进口，所述烟气出口与出口管道的进口连通，所述飞灰进口与所述飞灰再循环管道的出口连通；所述旋风子分离器设于所述出口管道内，所述旋风子分离器的排尘口与飞灰再循环管道连通。本发明可大大提高烟气中细颗粒物的团聚效率，结合后续的常规除尘器，达到高效脱除PM_2.5的目的，从而控制细颗粒物的排放。

Description

带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置和方法

技术领域

本发明属于烟气环保技术领域，涉及一种提高声波团聚对含尘气流中PM_2.5的脱除效率的装置和方法。

背景技术

煤炭等化石燃料在燃烧过程中排放大量颗粒物，其中危害最大的是PM_2.5。颗粒越小，越容易吸附多环芳烃和重金属等有害物质，且更容易深入人体呼吸系统，因此危害更大。

目前工业中常用的除尘装置包括旋风分离器、静电除尘器和布袋除尘器等这些设备有较高的整体除尘效率，但是对于超细的PM_2.5颗粒的脱除效率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置和方法。

为实现上述目的，本发明带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置包括声波团聚室、声源、旋风子分离器、出口管道和飞灰再循环管道；所述声波团聚室的外部设有声源；声波团聚室设有烟气进口、烟气出口和飞灰进口，所述烟气出口与出口管道的进口连通，所述飞灰进口与所述飞灰再循环管道的出口连通；所述旋风子分离器设于所述出口管道内，所述旋风子分离器的排尘口与飞灰再循环管道连通。

进一步地，本发明所述出口管道的出口连接有除尘器。

进一步地，本发明还包括输送风机，所述输送风机与飞灰再循环管道连通，以用于将所述飞灰再循环管道中的飞灰输送回声波团聚室内。

进一步地，本发明所述旋风子分离器的切割粒径为10～15μm。

进一步地，本发明所述旋风子分离器由挡板替代，所述出口管道与飞灰再循环管道连通，所述挡板用于使撞击到该挡板上的飞灰进入到所述飞灰再循环管道中。

进一步地，本发明还包括输送风机，所述输送风机与飞灰再循环管道连通，以用于将所述飞灰再循环管道中的飞灰输送回声波团聚室内。

使用本发明的装置对烟气中的细颗粒物的排放进行控制的方法包括：

由所述烟气进口进入声波团聚室内的烟气中的细颗粒物和由所述飞灰进口进入声波团聚室内的烟气中的飞灰，在声波作用下发生团聚而形成大粒径的飞灰，然后随烟气进入所述出口管道；所述出口管道内的一部分飞灰随烟气气流由所述出口管道的出口输出，另一部分飞灰进入旋风子分离器进行分离；经旋风子分离器分离后，由旋风子分离器的排尘口送出的飞灰经由飞灰再循环管道而返回声波团聚室内，由旋风子分离器的排气口排放到所述出口管道内的飞灰则与出口管道内未进入旋风子分离器的飞灰一起随烟气气流由所述出口管道的出口输出。

进一步地，在本发明中，所述飞灰再循环管道内的飞灰在输送风机的作用下被输送回至声波团聚室内。

进一步地，在本发明中，经所述出口管道的出口排出的飞灰随烟气进入除尘器进行除尘处理，经除尘后的烟气通过与所述除尘器连通的烟气出口管道排出。

进一步地，在本发明中，由所述烟气进口进入声波团聚室内的烟气在声场中的停留时间为2～5s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明装置将经过声波团聚后的烟气中少量大颗粒飞灰送回至声波团聚室，以提高PM_2.5的团聚效率，最终达到高效脱除PM_2.5的目的。

(2)提高细颗粒物除尘效率：采用声波团聚结合飞灰再循环作用对燃煤电厂排烟等含尘烟气进行处理，将少量大颗粒飞灰送回到声波团聚室中，可提高烟气中细颗粒物的声波团聚效率，结合后续的除尘器，达到高效脱除PM_2.5细颗粒物的目的。根据试验和理论计算，大约可以提高40％的PM_2.5的脱除效率。

(3)降低声波团聚的能耗：采用声波团聚结合飞灰再循环作用脱除细颗粒物的方法，相比一般的声波团聚方法，在达到同等团聚效率时，声压级可以大幅降低，因此可以有效降低声波团聚的能耗。

附图说明

图1是本发明装置的一种实施方式的结构示意图；

图2是气溶胶分散度对团聚效果的影响。

图中：1.烟气进口管道、2.声波团聚室、3.声源、4.旋风子分离器、5.输送风机、6.除尘器、7.烟气出口管道、8.飞灰再循环管道、9.出口管道。

具体实施方式

本发明的声波团聚理论和试验依据如下：

在声波团聚过程中加入大颗粒飞灰，可以充当“团聚核”，促进细颗粒物的团聚，提高细颗粒物的团聚效率，因此可以提高烟气中PM_2.5的脱除效率。

(1)声波团聚核函数，其定义为单位体积内、单位颗粒数密度的两种颗粒之间在单位时间内发生团聚的次数。i和j颗粒之间的团聚核函数可表示为

$K(i,j)=\frac{\mathrm{dN}}{n_i{n}_j\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

式中：N为碰撞次数；n_i和n_j分别为颗粒i和j的数目密度。

(2)声波团聚中的主要机理是同向团聚机理，其团聚核函数为：

$K(i,j)=\frac{\mathrm{\π}}{4}{u}_{0}f{(d_i+d_j)}^2{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}---\left(2\right)$

式中，u₀为声振速幅值；f为声波频率；d_i和d_j为分别为颗粒i和j的粒径，μ_ij为颗粒i和j的相对夹带系数。该公式表明，颗粒粒径越大，团聚核函数越大，团聚效率也越高。

(3)对比声波团聚有无大颗粒时的团聚效率。图2所示为气溶胶分散度对团聚效果的影响，其试验条件为：声波频率为1500Hz，声压级为145dB，初始气溶胶浓度为1.0×10⁵cm^-3，气溶胶的几何平均直径为2μm，温度20℃，SD为几何标准偏差。结果表明，分散度对声波团聚影响很大。随着分散度增大，团聚效果逐渐增强。分析认为，分散度越高，颗粒粒径差异越大，相对运动速度越高，团聚效果越好。因此，本发明通过飞灰再循环作用在声波团聚室中加入大颗粒飞灰，从而使颗粒粒径的差异显著增大，大大提高了团聚效率。

以下结合附图对本发明作详细的说明。

如图1所示，本发明带飞灰再循环的声波团聚细颗粒物排放控制的装置主要包括声波团聚室2、声源3和旋风子分离器4；声波团聚室2的外部设有声源3，声波团聚室2设有烟气进口、烟气出口和飞灰进口；其中，烟气出口与出口管道9的进口连通，飞灰再循环管道8的出口与声波团聚室2的飞灰进口连通。旋风子分离器4置于出口管道9内，出口管道9内的飞灰的一部分会进入旋风子分离器4。作为本发明的优选方案，旋风子分离器4的进口与声波团聚室2的出口相对，可更有效地接收自声波团聚室2送出的一部分飞灰。旋风子分离器4的排尘口端可从出口管道9的侧壁伸出，并将外部的飞灰再循环管道8与旋风子分离器4的排尘口连通，从而使经旋风子分离器4分离后的由排尘口排出的大颗粒飞灰能够进入飞灰再循环管道8中，再由声波团聚室2的飞灰进口进入声波团聚室2进行新一轮的团聚。

作为本发明的一种优选实施方式，声波团聚室2的出口管道9的出口还连接有除尘器6。

作为本发明的另一种优选实施方式，本发明还包括输送风机5。输送风机5与飞灰再循环管道8连通，以用于将旋风子分离器4分离后的由旋风子分离器4的排尘口排出的大颗粒飞灰经飞灰再循环管道8输送回声波团聚室2内。

在本发明中，优选使用切割粒径为10～15μm的旋风子分离器。当使用的旋风子分离器的切割粒径为10～15μm时，出口管道9内的部分或少量大颗粒飞灰由旋风子分离器4的进气口进入旋风子分离器4；经旋风子分离器4分离后，其中的大颗粒飞灰(大致为10～50μm)由旋风子分离器4的排尘口排入到飞灰再循环管道8中而输送回声波团聚室2内，其他飞灰则由旋风子分离器4的排气口重新进入出口管道9内，与出口管道9内未进入旋风子分离器4的飞灰一起而随烟气气流由出口管道9的出口排出。旋风子分离器4也可采用挡板等具有类似作用的装置代替。挡板同样设置在声波团聚室的出口管道9中，出口管道9内的部分大颗粒飞灰会与挡板发生碰撞，在重力作用下下落分离，并经飞灰再循环管道8输送回声波团聚室2内；其他飞灰则会随烟气气流绕过挡板而由出口管道9的出口排出。

使用本发明的装置对烟气中的细颗粒物的排放进行控制的方法具体说明如下。

其中，相关技术条件如下：

1)声源3的工作条件：声源采用电、压缩空气或蒸汽驱动，声源频率为800～2000Hz，细颗粒物在此频率下均能发生团聚；声压级越高，团聚效率越好。考虑到声源的稳定性和能耗问题，本发明的声压级优选130～160dB。

2)声波团聚室2：烟气自烟气进口进入声波团聚室后，在声场中的停留时间为2～5s。

利用本发明装置声波团聚烟气中的细颗粒物而对细颗粒物的排放进行控制的过程如下：

本发明装置开始工作时，含尘烟气经烟气进口管道1由声波团聚室2的烟气进口进入声波团聚室2，烟气中的细颗粒物在声源3的声波作用下在声波团聚室2中发生团聚而形成粒径较大的粗颗粒的飞灰，飞灰由声波团聚室2的烟气出口进入到出口管道9中，其中少量飞灰进入旋风子分离器4，其余未进入旋风子分离器4的飞灰则会随气流直接由出口管道9的出口排出。当所用的旋风子分离器4的切割粒径为10～15μm时，进入旋风子分离器4的飞灰经旋风子分离器4分离后，那些粒径在10～50μm左右的大颗粒飞灰由旋风子分离器4的排尘口进入飞灰再循环管道8；同时，旋风子分离器4将其分离后的其他飞灰经由旋风子分离器4的排气口重新排放到出口管道9内，使这些飞灰与出口管道9内未进入旋风子分离器4的其他飞灰一起随烟气气流由出口管道9的出口排出。进入飞灰再循环管道8的飞灰在输送风机5的作用下，经由飞灰再循环管道8由声波团聚室2的飞灰进口返回声波团聚室2内，并与由烟气进口进入声波团聚室2内的含尘烟气进行混合、团聚。如前所述，团聚后的烟气再由声波团聚室的烟气出口进入出口管道9，其中的少量飞灰进入旋风子分离器4，经旋风子分离器4分离后的粒径在10～50μm左右的飞灰再次经由飞灰再循环管道8返回声波团聚室2内进行新的一轮团聚；而经旋风子分离器4分离后的其他粒径的飞灰则排放到出口管道9内，这些飞灰与出口管道9内未进入旋风子分离器4的其他飞灰一起随烟气气流由出口管道9的出口排出。如此循环不断，使得在声波团聚室2中不断加入大颗粒飞灰，从而使烟气中的细颗粒物的团聚效率大幅提高。经出口管道9的出口排出的飞灰进入除尘器6，经除尘处理后再由烟气出口管道7排出到大气环境中。进入大气中的烟气，与现有声波团聚技术相比，其PM_2.5脱除效率提高了40％。可见，利用本发明的装置和控制方法可大大提高烟气中细颗粒物的团聚效率，结合后续的常规除尘器，达到高效脱除PM_2.5的目的，从而高效地控制细颗粒物的排放。

Claims (10)

1. 一种带飞灰再循环的声波团聚脱除细颗粒物的装置，其特征在于：包括声波团聚室（2）、声源（3）、旋风子分离器（4）、出口管道（9）和飞灰再循环管道（8）；所述声波团聚室（2）的外部设有声源（3）；声波团聚室（2）设有烟气进口、烟气出口和飞灰进口，所述烟气出口与出口管道（9）的进口连通，所述飞灰进口与所述飞灰再循环管道（8）的出口连通；所述旋风子分离器设于所述出口管道（9）内，所述旋风子分离器（4）的排尘口与飞灰再循环管道（8）连通。

2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述出口管道（9）的出口连接有除尘器（6）。

3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：还包括输送风机（5），所述输送风机（5）与飞灰再循环管道（8）连通，以用于将所述飞灰再循环管道（8）中的飞灰输送回声波团聚室（2）内。

4. 根据权利要求1或2所述的装置，其特性在于：所述旋风子分离器（4）的切割粒径为10～15μm。

5. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述旋风子分离器（4）由挡板替代，所述出口管道与飞灰再循环管道（8）连通，所述挡板用于使撞击到该挡板上的飞灰进入到所述飞灰再循环管道（8）中。

6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于：还包括输送风机（5），所述输送风机（5）与飞灰再循环管道（8）连通，以用于将所述飞灰再循环管道（8）中的飞灰输送回声波团聚室（2）内。

7. 一种使用权利要求1的装置对烟气中的细颗粒物的排放进行控制的方法，其特征在于，包括：

由所述烟气进口进入声波团聚室（2）内的烟气中的细颗粒物和由所述飞灰进口进入声波团聚室（2）内的烟气中的飞灰，在声波作用下发生团聚而形成大粒径的飞灰，然后随烟气进入所述出口管道（9）；所述出口管道（9）内的一部分飞灰随烟气气流由所述出口管道（9）的出口输出，另一部分飞灰进入旋风子分离器（4）进行分离；经旋风子分离器（4）分离后，由旋风子分离器（4）的排尘口送出的飞灰经由飞灰再循环管道（8）而返回声波团聚室（2）内，由旋风子分离器（4）的排气口排放到所述出口管道（9）内的飞灰则与出口管道（9）内未进入旋风子分离器（4）的飞灰一起随烟气气流由所述出口管道（9）的出口输出。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述飞灰再循环管道（8）内的飞灰在输送风机（5）的作用下被输送回至声波团聚室（2）内。

9. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：经所述出口管道（9）的出口排出的飞灰随烟气进入除尘器（6）进行除尘处理，经除尘后的烟气通过与所述除尘器（6）连通的烟气出口管道（7）排出。

10. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：由所述烟气进口进入声波团聚室（2）内的烟气在声场中的停留时间为2~5s。