CN105817112A - 一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置和方法，在装置中由下至上设置为水汽凝结区、荷电区和碰撞凝并区；含细颗粒的烟气依次进入这三个区域，在水汽凝结区通过水汽相变使颗粒长大为含尘液滴，在荷电区将含尘液滴分为两部分，一部分形成荷有正电荷的含尘液滴，另一部分形成荷有负电荷的含尘液滴；最后在碰撞凝并区，荷有不同电荷的含尘液滴基于电荷间的库仑力和液滴之间的液桥力发生凝并，长大为粒径更大含多个细颗粒的液滴。本发明利用水汽相变耦合电聚并的技术促使烟气中含有的细颗粒在较短除尘烟道中快速长大至传统除尘设备可以脱除的粒径大小。

Description

一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置和方法

技术领域

本发明属于除尘预处理技术研究领域，尤其是一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置和方法。

背景技术

PM2.5成为影响人体健康的重要因素，据研究表明，雾霾天气引起的呼吸道疾病越来越严重，因此PM2.5引起了极大的关注。而中国的能源结构决定了燃煤作为主要的能源消耗，燃煤排放的细颗粒成为大气PM2.5的主要来源之一，因此脱除燃煤烟气中的PM2.5成为亟待解决的环境问题。目前，电厂传统的除尘设备(电除尘、旋风除尘、布袋除尘等)对烟气PM2.5的脱除效率极低，有数据表明大约在25％左右。而针对PM2.5的高效除尘器一方面技术不成熟，另一方面拆除传统的除尘设备也需要消耗大量的资金并造成浪费。因此研究者提出了几种结合传统除尘设备的预处理方案：电聚并、化学团聚、声聚并及水汽相变技术。研究表明，水汽相变促进细颗粒长大成为最具有应用前景的除尘预处理技术之一。水汽相变促进细颗粒长大的原理是，过饱和的水蒸汽以细颗粒为核心形成晶胚，并在晶胚表面进一步凝结长大成更大的含尘液滴。但是研究表明，水汽相变促进细颗粒的长大后的粒径并不能使所有的细颗粒长大到传统除尘设备高效脱除的粒径范围，仍然有30％的细颗粒粒径处于1μm以下。这是因为完全依赖水汽在细颗粒表面凝结促使较小的细颗粒长大至较大的粒径需要十几秒才能达到，而通常处理的烟气在预处理段的时间都在几秒钟，因此单纯的通过水汽在细颗粒表面凝结促使细颗粒完全长大至传统除尘设备所需的粒径范围虽然在技术上是可行的，但是从工厂的布置方案上来说是不可行的，因为无法提供足够长的除尘烟道来使得水汽在颗粒表面充分凝结。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置和方法。该装置和方法利用水汽相变耦合电聚并的技术促使烟气中含有的细颗粒在较短除尘烟道中快速长大至传统除尘设备可以脱除的大小。

技术方案：为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：

一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，它包括一个竖直的烟气预处理塔；烟气预处理塔底端设有烟气进口，顶端设有烟气出口，烟气进口和烟气出口的中轴线与烟气预处理塔的中轴线相重合；烟气预处理塔内、烟气进口与烟气出口之间的区域由下至上分为水汽凝结区、荷电区和碰撞凝并区；水汽凝结区的底部设有蒸汽入口；荷电区通过中间绝缘隔层分为相对于烟气预处理塔中轴线左右对称的两个区域，两个区域的中间位置设有正放电极线和负放电极线，极线方向与塔体中心线垂直，正放电极线与绝缘隔层之间形成正荷电区，负放电极线与绝缘隔层之间形成负荷电区；碰撞凝并区设有静态混合器，静态混合器的输入端朝向荷电区，输出端朝向烟气出口。

进一步的，所述蒸汽入口为1-3对，各蒸汽入口距离烟气预处理塔底部的高度相等且沿水汽凝结区外壁等间距分布，互为一对的蒸汽入口相对于烟气预处理塔中轴线中心对称。

进一步的，所述蒸汽入口上接有蒸汽输入管，所述蒸汽输入管的长度方向垂直于烟气预处理塔中轴线。

进一步的，所述烟气进口上接有一根竖直的进烟管，所述进烟管一端伸入烟气预处理塔内；进烟管伸入塔内一端端口的高度高于塔底的高度。

进一步的，所述烟气预处理塔底端还设有液体排放阀门。

进一步的，所述正、负放电极线与烟气预处理塔内壁之间设有绝缘隔层。

一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理方法，包括步骤：

(1)构建如权利要求1至6任意一项所述的基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置；

(2)将含有细颗粒的烟气从烟气进口输入烟气预处理塔，同时将水蒸气从蒸汽入口输入水汽凝结区并使水汽凝结区内的水蒸气达到过饱和状态；水汽凝结区内的水蒸气与烟气中含有的细颗粒碰撞后在颗粒表面形成一层水膜，使细颗粒长大为含尘液滴；

(3)步骤(2)形成的含尘液滴随着烟气进入荷电区并分为两部分；其中一部分进入正荷电区，成为表面荷正电荷的含尘液滴；另一部分进入负荷电区，成为表面荷负电荷的含尘液滴；

(4)荷有不同电荷的含尘液滴随烟气进入碰撞凝并区，并通过静态混合器进行混合碰撞；含尘液滴在不同电荷之间的库仑力和液滴之间的液桥力的作用下发生凝并，形成含多个细颗粒的液滴。

进一步的，所述烟气的相对湿度范围为：70％-95％。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

通过耦合水汽相变和电聚并两种除尘预处理方法来促进细颗粒的长大，合理的设计了水汽相变和电聚并在同一个塔体内的联合运用，有效的解决了单一除尘预处理手段无法促进细颗粒长大至传统除尘设备有效脱除粒径的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置的结构图；

图2为荷电的含尘液滴碰撞聚并示意图。

图中：1、烟气出口，2、烟气进口，3、碰撞凝并区，4、荷电区，5、水汽凝结区，6、蒸汽入口，7、液体排放阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示为本发明实施例中基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置的结构图，它包括一个竖直的烟气预处理塔；烟气预处理塔底端设有烟气进口2，烟气进口2上接有一根竖直的进烟管，所述进烟管一端伸入烟气预处理塔内；进烟管伸入塔内一端端口的高度高于塔底的高度；烟气预处理塔顶端设有烟气出口1，烟气进口2和烟气出口1的中轴线与烟气预处理塔的中轴线相重合；烟气预处理塔内、烟气进口与烟气出口之间的区域由下至上分为水汽凝结区5、荷电区4和碰撞凝并区3；水汽凝结区5的底部设有1-3对蒸汽入口6，各蒸汽入口6距离烟气预处理塔底部的高度相等且沿水汽凝结区外壁等间距分布，互为一对的蒸汽入口相对于烟气预处理塔中轴线中心对称；蒸汽入口6上接有蒸汽输入管，所述蒸汽输入管的长度方向垂直于烟气预处理塔中轴线；荷电区4通过中间绝缘隔层分为相对于烟气预处理塔中轴线左右对称的两个区域，两个区域的中间位置设有正放电极线和负放电极线，正、负放电极线的长度方向与塔体中心线垂直，正放电极线与绝缘隔层之间形成正荷电区，负放电极线与绝缘隔层之间形成负荷电区；正、负放电极线与烟气预处理塔内壁之间设有绝缘隔层；正放电极线与绝缘隔层之间形成正荷电区，负放电极线与绝缘隔层之间形成负荷电区，正、负荷电区的电场强度方向均垂直于烟气预处理塔的纵截面剖面；碰撞凝并区3设有静态混合器，静态混合器的输入端朝向荷电区4，输出端朝向烟气出口2；烟气预处理塔底端还设有液体排放阀门7。

本实施例还提供一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理方法，该方法基于上述装置完成，包括步骤：

(1)将相对湿度为70％-95％的烟气从烟气进口2输入烟气预处理塔，同时将水蒸气从蒸汽入口6输入水汽凝结区5并使水汽凝结区5达到过饱和状态；水汽凝结区5内的水蒸气在烟气中含有的细颗粒表面形成一层水膜，使细颗粒长大为含尘液滴；

(2)步骤(1)形成的含尘液滴随着烟气进入荷电区4并分为两部分；其中一部分进入正荷电区，成为表面荷正电荷的含尘液滴；另一部分进入负荷电区，成为表面荷负电荷的含尘液滴；

(3)荷有不同电荷的含尘液滴随烟气进入碰撞凝并区3，并通过静态混合器进行混合碰撞；含尘液滴在不同电荷之间的库仑力和液滴之间的液桥力的作用下发生凝并，形成含多个细颗粒的液滴，从而提高了细颗粒的长大尺度，达到传统除尘设备的有效脱除粒径。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于包括一个竖直的烟气预处理塔；烟气预处理塔底端设有烟气进口，顶端设有烟气出口，烟气进口和烟气出口的中轴线与烟气预处理塔的中轴线相重合；烟气预处理塔内、烟气进口与烟气出口之间的区域由下至上分为水汽凝结区、荷电区和碰撞凝并区；水汽凝结区的底部设有蒸汽入口；荷电区通过中间绝缘隔层分为相对于烟气预处理塔中轴线左右对称的两个区域，两个区域的中间位置分别设有正放电极线和负放电极线，正、负极线的长度方向与塔体中心线垂直，正放电极线与绝缘隔层之间形成正荷电区，负放电极线与绝缘隔层之间形成负荷电区；碰撞凝并区设有静态混合器，静态混合器的输入端朝向荷电区，输出端朝向烟气出口。

2.根据权利要求1所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于，所述蒸汽入口为1-3对，各蒸汽入口距离烟气预处理塔底部的高度相等且沿水汽凝结区外壁等间距分布，互为一对的蒸汽入口相对于烟气预处理塔中轴线中心对称。

3.根据权利要求2所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于，所述蒸汽入口上接有蒸汽输入管，所述蒸汽输入管的长度方向垂直于烟气预处理塔中轴线。

4.根据权利要求1所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于，所述烟气进口上接有一根竖直的进烟管，所述进烟管一端伸入烟气预处理塔内；进烟管伸入塔内一端端口的高度高于塔底的高度。

5.根据权利要求1所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于，所述烟气预处理塔底端还设有液体排放阀门。

6.根据权利要求1所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置，其特征在于，所述正、负放电极线与烟气预处理塔内壁之间设有绝缘隔层。

7.一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理方法，其特征在于，包括步骤：

(1)构建如权利要求1至6任意一项所述的基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理装置；

(2)将含有细颗粒的烟气从烟气进口输入烟气预处理塔，同时将水蒸气从蒸汽入口输入水汽凝结区并使水汽凝结区内的水蒸气达到过饱和状态；水汽凝结区内的水蒸气与烟气中含有的细颗粒碰撞后在颗粒表面形成一层水膜，使细颗粒长大为含尘液滴；

(3)步骤(2)形成的含尘液滴随着烟气进入荷电区并分为两部分；其中一部分进入正荷电区，成为表面荷正电荷的含尘液滴；另一部分进入负荷电区，成为表面荷负电荷的含尘液滴；

(4)荷有不同电荷的含尘液滴随烟气进入碰撞凝并区，并通过静态混合器进行混合碰撞；含尘液滴在不同电荷之间的库仑力和液滴之间的液桥力的作用下发生凝并，形成含多个细颗粒的液滴。

8.根据权利要求7所述的一种基于水汽相变耦合电聚并的除尘预处理方法，其特征在于，所述烟气的相对湿度范围为：70％-95％。