CN105727676B - 一种电磁协同电滤除尘的方法及装置 - Google Patents

一种电磁协同电滤除尘的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁协同电滤除尘的方法及装置，将含尘废气通过电晕放电区进行荷电，并利用电场力和磁场力协同强化，使荷电颗粒朝具有电集尘及吸附过滤双功能的电滤布运动，经过电滤布的吸附过滤作用被拦截下来，气体则透过电滤布得以净化。在除尘过程中，电晕电极放电使颗粒物荷电，导电性电滤布作为集尘极在电场力的作用下吸引荷电颗粒并进行过滤和捕集，并且可通过磁场发生器调控磁场的强度及方向，强化颗粒物的去除。本发明利用电滤布的双功能将电除尘和布袋除尘等技术的优势巧妙耦合，大大提高了工业废气中颗粒物的去除效率，特别是难去除的细颗粒物（PM2.5）去除效率可超过99.9%。

Description

一种电磁协同电滤除尘的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电磁协同电滤除尘的方法及装置，属于空气污染控制领域。
背景技术
近年来我国雾霾天气频发促进了人们对细颗粒物（PM2.5）危害的认识。颗粒物的大量排放不仅降低城市及风景区的大气能见度，对大范围气候产生重大影响，还会在呼吸道沉积或携带重金属、挥发性化合物、高健康风险的多环芳烃等有害物质危害人体健康。许多废气中高毒性成分倾向于富集在细颗粒及超细颗粒物中，毒理学研究显示死亡风险和细颗粒物长期暴露之间存在确定无疑的相关性，空气中大量颗粒物暴露风险研究表明每年约有800,000人的死亡跟细颗粒物暴露有关。
细颗粒物的巨大危害已激发了大量科技工作者对细颗粒物污染控制的密集关注，细颗粒物的经济高效脱除亦成为诸多有色金属冶炼和资源化工企业普遍面临的关键共性技术难题。传统除尘器如电除尘器，除尘效率高、阻力损失小、适用范围广、使用方便且无二次污染、对烟气温度及烟气成分等影响不敏感、设备安全可靠性好，但是占地面积大、运行费用高，其除尘效率易受粉尘比电阻的影响；袋式除尘器，不受煤种、飞灰特性影响，出口排放低且稳定，但是系统阻力损失最大，对烟气温度、烟气成分较敏感，若使用不当滤袋容易破损并导致排放超标；旋风除尘器，结构紧凑、体积轻小，安装使用方便，适合用于较大颗粒的去除，但是除尘效率低，特别是对于细颗粒物不能有效去除。
传统单元式除尘技术已难以满足越来越严格的细颗粒物净化要求，而复合式除尘技术的发展越来越受到关注，它可以很好的扬长避短，充分发挥每项技术的各自优势，例如电除尘和旋风除尘结合发展起来的电旋风除尘技术，专利《一种基于外交变磁加强的静电旋风除尘系统》（授权公告号 CN 203155405 U）中介绍了一种通过外交变磁调控，改变带电颗粒物在除尘器内所受磁场力方向，延长其在电场中的作用时间，最终通过电场去除带电颗粒物。该方法虽然提高了小颗粒物的去除效率，但是延长了除尘时间，增加了运行成本，并且容易受颗粒本身性质、灰尘浓度等影响，导致其不能保持高效稳定的除尘效率；电除尘和袋式除尘结合发展起来的电袋除尘技术，专利《电袋复合除尘器电区顶部阴极电磁振打装置》（授权公告号 CN 204486038 U）中介绍了一种阴极电磁振打装置，主要是改善传统布袋机械振打清灰的弊端，避免因机械振打而引起灰尘二次飞扬加重的情况、阴极的疲劳损坏等，提高电袋除尘器的运行寿命及稳定性，但是该方法仅仅是从外部利用电磁作用改善电袋除尘器中部分装置的使用效果，没有从除尘技术层面将电磁调控利用的更加彻底。
面对日益严重的大气颗粒物污染，现行的这些复合式除尘技术依然难以达到越来越严格的排放要求，亟需经济高效的除尘新技术。
本发明针对工业废气中大量细颗粒物难以经济高效脱除的问题，将旋风流场、电场及磁场有机结合，并利用电磁强化及调控手段，发明了电磁协同电滤除尘的方法及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁协同电滤除尘的方法，通过结合气流流场、电场及磁场，形成电磁协同电滤除尘的方法；本发明方法是将含尘废气通过电磁协同强化，经具有电集尘及吸附过滤双功能的导电性电滤布实现不同粒径颗粒物的去除。
具体为含尘废气中难去除的细颗粒物通过电磁协同强化高效去除，当难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区内会进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极（阴极）和电滤布（阳极）产生的电场以及外部磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的协同作用，偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除。
除尘过程中，由于颗粒物形状、大小、质量、比磁化系数、荷质比等性质不同，其在复合场中所受的力大小不尽相同，从而会产生相对运动，易在运动偏移过程中发生碰撞及凝并团聚，可通过调控放电电压、磁场强度和方向来调控强化不同粒度颗粒物的去除。
所述由外部可控磁场发生器产生的磁场强度及方向可调，磁场强度范围为0.1～60T。
所述电晕电极（阴极）和电滤布（阳极）外接可控高压电源产生电场，其电压范围为5～70kV。
所述含尘废气采用电磁协同电滤除尘时进风速度为5～30m/s。
所述电晕电极为中心柱、线状电极、中心骨刺状电极、双区柱状电极、双区半骨刺电极、锥形栅状电极中的一种，可产生电晕区对颗粒物进行荷电。
所述电滤布是一种性质结构稳定、耐高温的滤布，具有可调大小的孔隙，可根据需求制作成各种形状，并且有良好的导电性能，兼具电集尘和过滤捕集颗粒物的作用；例如参照授权公告号CN 104213303 B“一种电滤布及其应用”中的方法制得。
在除尘过程中，难去除细颗粒物会进入电晕电极及电滤布产生的电场中，并在电晕电极附近的电晕区进行荷电，在电场力的作用下被电滤布吸引、过滤捕集被去除；同时，由外部磁场发生器产生的磁场存在于除尘空间中，通过调控磁场强度及方向，荷电细颗粒物不仅在电场作用下发生定向运动，还可在磁场力作用下发生定向运动、迁移，强化凝并和沉降分离，进一步强化颗粒物的去除。本发明通过协同气流流场、电场及磁场，利用电磁强化及调控手段，实现工业废气中颗粒物的经济高效脱除，可保持高效、稳定的除尘效率，特别是难去除细颗粒物的去除效率能够超过99.9%。
本发明另一目的是提供一种电磁协同电滤除尘的装置，该装置包括壳体1、磁场发生器2、电滤布3、电晕电极4、储灰斗5、进气口6、出气口7；壳体由中空圆筒和倒锥筒连接而成，进气口6设置在壳体上端边缘处并与壳体连通，气体进气方向与壳体上端边缘相切，出气口7设置在壳体1上端面中心处，储灰斗5设置在壳体下端，磁场发生器2设置在壳体1外，其产生的磁场覆盖壳体内除尘空间，电滤布3和电晕电极4设置在壳体1内并外接电源并产生电场。
所述电晕电极4为中心柱、线状电极、中心骨刺状电极、双区柱状电极、双区半骨刺电极、锥形栅状电极中的一种。
当电晕电极为中心骨刺状电极时，电滤布为伞状并间隔设置在电晕电极的骨刺之间，电滤布与电晕电极通过绝缘体连接。
当电晕电极为双区半骨刺电极时，电滤布为中空圆筒状，电晕电极设置在电滤布与壳体内壁之间，电晕电极骨刺朝向电滤布。
电晕电极4作为放电阴极，电滤布3作为电集尘阳极外接一个可控高压直流电源，电压越高，电场强度和电晕电流密度越大，可影响颗粒物荷电的强度和效率以及所受电场力的大小；外部可控磁场发生器产生磁场，在除尘内部空间内可对磁场的强度和方向进行调控；储灰斗5位于装置底部收集灰尘。
本发明反应装置适用温度为0℃～1000℃，运行方式依据处理要求而定，为连续式或间歇式。
在利用电磁协同电滤除尘装置进行除尘时，含尘废气由电磁协同电滤除尘装置上端边缘的进气口沿切向方向进入，沿着壳体内壁旋转下行，气体至底部中间反向旋转上行，从出气口排出；大部分较大颗粒物在离心力及自身重力的作用下，沿壳体1内壁旋转下行沉降于储灰斗5中被去除；少量难去除细颗粒物随下行或上行旋流经过电晕电极4产生的电晕区时，进行荷电，并在电场力和磁场发生器2产生的磁场力作用下朝电滤布3运动，经过电滤布3的过滤和捕集，最终聚集沉降于储灰斗5中被去除。
在装置除尘过程中，含尘废气进口流速、电晕电极电压、磁场强度及方向都会对除尘效率产生影响。含尘废气进口流速越快，旋风流场中颗粒物运动的速度越快，但是运动速度过大会使电磁作用程度减小，降低除尘效率；电晕电极的放电电压不仅会影响颗粒物的荷电效率和强度，还会影响电场强度，直接决定颗粒物在电场中的去除效率；通过调控磁场强度及方向，可使磁场力与电场力协同发挥作用，进一步强化电场中荷电颗粒的去除。
本发明的优点与效果如下：
（1）电磁协同电滤除尘的方法是一种实现电磁强化及调控颗粒物经济高效脱除的新技术，能有效去除工业废气中的颗粒物，特别是难去除的细颗粒物去除效率能超过99.9%；
（2）本发明除尘方法属于干法除尘，在节约经济成本、满足对细颗粒物经济高效去除的同时，还有利于对有价值的固体颗粒进行分离回收，促进资源环保型化工行业的发展；
（3）本发明是一种新的电磁调控除尘机制，协同旋风流场、电场及磁场，针对不同粒径的颗粒物，通过电磁强化及调控，可实现高效分离和去除，为新型电磁强化除尘新技术的发展提供方向。
附图说明
图1是本发明电磁协同电滤除尘装置结构示意图；
图2是本发明电磁协同电滤除尘装置流体运动示意图；
图3是本发明伞形电滤布和电晕电极部分结构示意图；
图4是本发明电磁协同电滤除尘装置竖直剖面颗粒物受力示意图；
图5是本发明电磁协同电滤除尘装置横向剖面颗粒物受力示意图；
图6是本发明电磁协同电滤除尘装置结构示意图；
图7是本发明电磁协同电滤除尘装置流体运动示意图；
图8是本发明电磁协同电滤除尘装置竖直剖面颗粒物受力示意图；
图9是本发明电磁协同电滤除尘装置横向剖面颗粒物受力示意图；
图10是本发明进气口在壳体上位置示意图；A图为方式一，B图为方式二；
图中：1-壳体；2-磁场发生器；3-电滤布；4-电晕电极；5-储灰斗；6-进气口；7-出气口；8-颗粒物。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容，本实施例中电滤布参照授权公告号CN 104213303 B“一种电滤布及其应用”中的方法制得。
实施例1：利用电磁协同电滤除尘方法净化密闭电石炉尾气
我国电石工业生产目前大多采用密闭电石炉，密闭电石炉每生产1t电石会产生700～1000℃炉气400m3，其中含尘量100～250g/Nm3，大部分粉尘由表面粘附有焦油的0.1~20μm颗粒物组成，其中细颗粒物难以高效去除。
本实施例密闭电石炉尾气以30m/s进风速度利用常规旋风除尘技术产生旋风流场，去除大颗粒物，难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极（阴极，中心骨刺状电极）和电滤布（阳极）产生的电场以及外部磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的作用，快速偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除。
上述方法通过如图1、3、10A所示电磁协同电滤除尘的装置实现净化密闭电石炉尾气，该装置包括壳体1、磁场发生器2、电滤布3、电晕电极4、储灰斗5、进气口6、出气口7；壳体由中空圆筒和倒锥筒连接而成，进气口6设置在壳体上端边缘处并与壳体连通，气体进气方向与壳体上端边缘相切，出气口7设置在壳体1上端面中心处，储灰斗5设置在壳体下端，磁场发生器2设置在壳体1外，其产生的磁场覆盖壳体内除尘空间，电滤布3和电晕电极4设置在壳体1内并外接电源并产生电场；所述电晕电极为中心骨刺状电极，电滤布为伞状并间隔设置在电晕电极的骨刺之间，电滤布与电晕电极通过绝缘体连接；控制进气口电石炉尾气流速为30 m/s、磁场方向竖直向上、磁场强度为55T、放电电压为70kV。
如图2所示该装置改变了传统旋风除尘内旋流的型式，经过电滤布的过滤和减缓作用，内旋流的旋转程度会减缓，渐渐成为直线上升的型式，并利用可调节的磁场及电场，强化电滤布对颗粒物的捕集。
颗粒物随气体由电磁协同电滤除尘装置边缘切向方向进入，沿着内壁旋转下行，气体至底部中间反向旋转上行，从出气口7排出；其中较大颗粒物在离心力（惯性力）及自身重力的作用下，容易随气流沿壳体1内壁旋转下行，进入底部储灰斗5被收集。
如图4和图5所示，一些没被去除的细颗粒物8会随反转上行气流上升，经过（阴极）电晕电极4产生的电晕区时进行荷电，此时在竖直平面颗粒物8主要受到重力FG，气流阻力FD，以及电场力FE的作用，其中根据颗粒物8所在不同位置，电场力方向也不同，带电细颗粒物8在电场力的作用下，偏向（阳极）电滤布3移动。在横向平面颗粒物8由于运动及磁场发生器2产生的磁场作用，受到磁场力FB，使颗粒物8在水平截面上进行类似圆周运动，增加颗粒物8相互碰撞凝并的机率，并且减小其动能。颗粒物8经过多级电晕电极4的荷电和电滤布3的过滤、捕集，最后在重力的作用下滑落、沉降于储灰斗5中，得到有效去除。
经过电磁协同电滤除尘装置净化后，密闭电石炉尾气中较大颗粒物全部被去除，细颗粒物净化效率超过99.9%。
实施例2：利用电磁协同电滤除尘方法净化冶炼烟气
有色金属火法冶炼过程（包括干燥、烧结、焙烧、熔炼、吹炼、烟化、挥发、熔铸等），产生大量烟气，其中夹带着烟尘，烟尘中含有金属和各种有价元素。为提高冶炼回收率，综合回收有价元素，减轻对环境的污染，必须将烟尘从烟气中收集下来。
本实施例冶炼烟气以23m/s进风速度利用常规旋风除尘技术产生旋风流场，去除大颗粒物，难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极（阴极，双区半骨刺电极）和电滤布（阳极）产生的电场以及外部磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的作用，快速偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除。
上述方法利用如图6、10B所示电磁协同电滤除尘装置净化冶炼烟气，该装置包括壳体1、磁场发生器2、电滤布3、电晕电极4、储灰斗5、进气口6、出气口7；壳体由中空圆筒和倒锥筒连接而成，进气口6设置在壳体上端边缘处并与壳体连通，气体进气方向与壳体上端边缘相切，出气口7设置在壳体1上端面中心处，储灰斗5设置在壳体下端，磁场发生器2设置在壳体1外，其产生的磁场覆盖壳体内除尘空间，电滤布3和电晕电极4设置在壳体1内并外接电源并产生电场；电晕电极为双区半骨刺电极，电滤布为中空圆筒状，电晕电极设置在电滤布与壳体内壁之间，电晕电极骨刺朝向电滤布；控制进气口冶炼烟气流速为23m/s、磁场方向竖直向下、磁场强度为35T、放电电压为50kV。
如图7所示，该装置是在旋风流场中外旋流和内旋流临界面设置电滤布，将外旋流和内旋流进行隔离，可有效防治气流及颗粒物的逸散，经过磁场及电场的强化使电滤布对细颗粒的捕集率大大提高。
颗粒物随气体由电磁协同电滤除尘装置边缘切向方向进入，沿着内壁旋转下行，气体至底部中间反向旋转上行，从出气口排出。其中较大颗粒物在离心力及自身重力的作用下，容易随气流沿壳体1内壁旋转下行，进入底部储灰斗5被收集。如图8和图9所示，一部分细颗粒物8受离心力影响较小，易在壳体1内壁与电滤布3之间电晕电极4附近的电晕区内荷电，受到离心力FC，反方向的向心力FDi，磁场发生器2产生的磁场力FB，电场力FE，向下的重力FG，其中向心力FDi是气流作用阻力FD水平方向上指向轴线的分力，FDj是FD产生的颗粒物切向动力。细颗粒物8会在向心力Fi，磁场力FB及电场力FE为主的情况下偏向电滤布移动，从而被电滤布3捕集，聚集在电滤布3表面在重力FG的作用下沉降于储灰斗5被去除。微量未被去除的细颗粒物8会随反转气流上升，由于静电引力及离心力的作用，偏向电滤布3内侧移动并被捕集，最终聚集沉降于储灰斗5中。
经过电磁协同电滤除尘装置净化后，冶炼烟气中较大颗粒物全部被去除，细颗粒物净化效率超过99.9%，并且可从储灰斗5中将含有金属和各种有价元素的颗粒分离回收，达到资源回收利用的目的。
实施例3：利用电磁协同电滤除尘方法净化黄磷尾气
我国黄磷工业产生的黄磷尾气中粉尘浓度含量较高，一般为30 - 60g/m3，极端工况下甚至高于100g/m3。黄磷生产中，黄磷生产除尘可分为湿法除尘和干法除尘，国内绝大部分黄磷生产线都采用湿法除尘技术，但湿法除尘不仅需要消耗水，还产生大量的泥磷，产生大量的含磷污水。
本实施例黄磷尾气以16m/s进风速度利用常规旋风除尘技术产生旋风流场，去除大颗粒物，难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极（阴极，中心骨刺状电极）和电滤布（阳极）产生的电场以及外部磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的作用，快速偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除。
上述方法通过采用和实施例1相同的方法及装置净化黄磷尾气，并且控制进气口尾气流速为16m/s、磁场方向竖直向上、磁场强度为10T、放电电压为30kV。
经过电磁协同电滤除尘装置净化后，黄磷尾气中较大颗粒物全部被去除，细颗粒物净化效率超过99.9%。另外由于本方法是干法除尘，不仅减少尾气中粉尘的含量，为尾气的综合利用创造了较好的条件，还大大减少了泥磷产生量和排放量以及磷的损失量，避免了泥磷处理引起的污染。
实施例4：利用电磁协同电滤除尘方法净化火电厂废气
目前我国发电厂中95%是火力发电，通过燃煤、燃油、燃气等燃烧发电，截止2014年8月份，全国规模以上电厂火电发电量28215亿千瓦时。然而火力发电的同时产生了大量烟灰即颗粒物污染，其成份包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2等，严重影响了空气环境质量。
本实施例火电厂废气以8m/s进风速度利用常规旋风除尘技术产生旋风流场，去除大颗粒物，难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极（阴极，双区半骨刺电极）和电滤布（阳极）产生的电场以及外部磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的作用，快速偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除。
上述方法通过采用和实施例2相同的方法及装置净化火电厂废气，并且控制进气口尾气流速为8 m/s、磁场方向竖直向上、磁场强度为1T、放电电压为10kV。
经过电磁协同电滤除尘装置净化后，火电厂废气中较大颗粒物全部被去除，细颗粒物净化效率超过99.9%，并且可从储灰斗5中将含有金属和各种有价元素的颗粒分离回收，达到资源回收利用的目的。

Claims (3)

1.一种电磁协同电滤除尘的方法，其特征在于：将含尘废气通过电磁协同强化，经具有电集尘及吸附过滤双功能的导电性电滤布实现不同粒径颗粒物的去除；
所述含尘废气进风速度为5～30m/s；
所述含尘废气中难去除的细颗粒物进入电晕电极产生的电晕区内进行荷电，然后荷电颗粒物在电晕电极和电滤布产生的电场以及磁场发生器产生的磁场中受到电场力和磁场力的协同作用，偏向电滤布移动并被捕集，达到细颗粒物的聚集、沉降去除；
完成上述方法的装置包括壳体（1）、磁场发生器（2）、电滤布（3）、电晕电极（4）、储灰斗（5）、进气口（6）、出气口（7），壳体（1）由中空圆筒和倒锥筒连接而成，进气口（6）设置在壳体上端边缘处并与壳体连通，气体进气方向与壳体上端边缘相切，出气口（7）设置在壳体（1）上端面中心处，储灰斗（5）设置在壳体下端，磁场发生器（2）设置在壳体（1）外，其产生的磁场覆盖壳体内除尘空间，电滤布（3）和电晕电极（4）设置在壳体（1）内并外接电源并产生电场；
当电晕电极为中心骨刺状电极时，电滤布为伞状并间隔设置在电晕电极的骨刺之间，电滤布与电晕电极通过绝缘体连接；
当电晕电极为双区半骨刺电极时，电滤布为中空圆筒状，电晕电极设置在电滤布与壳体内壁之间，电晕电极骨刺朝向电滤布。
2.根据权利要求1所述的电磁协同电滤除尘的方法，其特征在于：磁场强度为0.1～60T。
3.根据权利要求1所述的电磁协同电滤除尘的方法，其特征在于：电压为5～70kV。
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