CN106076627B - 一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置及方法，具体是通过在湿式电除尘器之前设置蒸发冷却除尘装置，使得饱和湿烟气在进入湿式电除尘器之前脱除一部分细颗粒物，同时回收部分烟气中的水汽。其装置主要包括风扇、锥齿变速器、冷凝器、节流阀、蒸发器、制冷剂压缩机、污水收集盘；其方法为烟气的流动使风扇转动并为制冷剂压缩器提供动力，通过压缩蒸发式制冷循环促使饱和湿烟气在流过蒸发器时降温，水汽在细颗粒物表面发生相变长大，同时在热泳力的作用下移动到管壁，然后向下流到污水收集盘，在无额外能耗的条件下实现细颗粒物的预脱除和水汽回收。

Description

一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置及方法

一.技术领域

本发明涉及一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置及方法，属于大气污染控制技术领域。

二.背景技术

大气中的PM级细颗粒物是目前关注的热点，这种细颗粒物是雾霾天气形成的主要原因，同时因其比表面积大，易吸附空气中的有害物质从而对人体健康造成很大威胁。为了应对日益严重的大气污染问题，国家政府近年来出台了多项措施。2015年12月，环保部、发改委、国家能源局联合印发了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，将超低排放改造正式提上日程。

燃煤锅炉机组的尾气污染被认为是引起雾霾天气的重要原因，因此控制锅炉机组尾气的颗粒物排放是必不可少的环节。目前主要除尘技术包括电除尘、布袋除尘、电袋复合除尘技术，基本可以满足现行的排放要求，但对于实现超低排放还存在困难。近年来新兴的湿式电除尘技术应用于燃煤机组发展很快，作为尾气处理的最后一步能协同脱除多种污染物，但同时也存在亚微米细颗粒物难以荷电、能耗过高、增加了污水处理环节等问题。

蒸发冷却除尘技术是一种新式除尘技术，对于高湿烟气的除尘与回收水汽方面有很好的效果。利用冷却剂的蒸发吸热和冷凝放热原理，能够轻易实现过饱和水汽环境并在细颗粒表面凝结，使得细颗粒长大，在蒸发器处实现颗粒的预脱除跟回收水汽，同时也能有效提高湿式电除尘器内细颗粒物的荷电量，从而提高其脱除效率。

三、发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种在无额外增加能耗的条件下提高湿式电除尘器对亚微米细颗粒物的脱除效率同时回收部分水汽的装置与方法。

技术方案：一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘的方法，包含如下步骤：烟气在烟道内先经过蒸发冷却除尘装置再进入湿式电除尘器，制冷剂在蒸发冷却除尘装置内循环流动，在烟道中，制冷剂与烟气逆向流动；烟气流动促使风扇转动，通过第一锥齿变速器和第二锥齿变速器带动制冷剂压缩器和叶轮工作；制冷剂经过制冷剂压缩器由低温低压气体变为高温高压气体，再通过冷凝器冷凝和节流阀节流降压变为低温低压液体，由循环泵送至蒸发器，制冷剂在通过蒸发器的同时由于烟气传热而蒸发，再由蒸发器的出口流向制冷剂压缩器，由于制冷剂的蒸发吸热作用，饱和烟气在流过蒸发器时温度降低，形成过饱和水汽环境，部分水汽在细颗粒物表面凝结，使得细颗粒变大，并在热泳力的作用下移动到蒸发器的管壁，然后向下流到污水收集盘，通过漏斗流向污水处理池，处理转化为清液后由水泵泵入脱硫浆液槽，而烟气则继续进入湿式电除尘器除尘。

一种用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，包括湿式电除尘器，在湿式电除尘器之前设置蒸发冷却除尘装置，所述的蒸发冷却除尘装置包括：风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器、制冷剂压缩器、叶轮、冷凝器、节流阀、制冷剂循环泵、蒸发器、污水收集盘、污水处理池、水泵；在烟道内按烟气流动方向依次设置风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器和蒸发器，风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器设置在与风扇相连的转轴上，第一锥齿变速器与制冷剂压缩器相连，第二锥齿变速器与叶轮相连，蒸发器下方设置污水收集盘，污水收集盘上分别设有制冷剂进出口和污水收集口，污水收集盘的制冷剂出口与制冷剂压缩器、冷凝器、节流阀、制冷剂循环泵以及污水收集盘制冷剂入口依次串联组成封闭循环，污水收集盘的污水收集口与污水处理池连接；所述的叶轮设置在冷凝器的上方。

所述的污水处理池通过水泵与脱硫浆液槽连接。

所述的第一、二锥齿变速器采用防锈合金材料，能够远程控制变速档位。

所述的制冷剂压缩器采用往复活塞式压缩器，由烟气的流动使风扇转动并为制冷剂压缩器提供动力。

所述的冷凝器采用翅片管式换热器。

所述的节流阀选用手动节流阀或热电膨胀阀。

所述的蒸发器采用U型不锈钢毛细管束，错列布置，由1000～1500根细管组成。

有益效果：

(1)本发明采用蒸发冷却除尘技术对进入湿式电除尘器前的烟气进行预处理，烟气可以在流过蒸发器的毛细管束后降温3～5℃，形成过饱和水汽环境，水汽在细颗粒物表面发生相变凝结同时细颗粒物体积增大，然后通过热泳力作用移动到管壁实现细颗粒物的预脱除，在提高细颗粒物脱除效率的同时还能回收部分水汽，有效缓解了烟囱出口水汽含量过大的问题。

(2)装置本身的耗能仅增加了循环泵消耗的少量电能，基本可以忽略不计，压缩器的工作与冷凝器的散热都依靠烟气流动的动能实现，不再依靠额外的电能，故整个装置运行成本并不高。

(3)装置结构简单，拆装方便，便于改造检修，可以高位布置也可以低位布置，无需对现有设备作大的改动，并可以通过进一步改造实现计算机控制系统的运行。

四、附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图中：1-烟道；2-风扇；3-第一锥齿变速器；4-第二锥齿变速器；5-蒸发器；6-制冷剂压缩器；7-冷凝器；8-叶轮；9-节流阀；10-制冷剂循环泵；11-污水处理池；12-水泵；13-污水收集盘。

五、具体实施方式

下面结合附图1与具体实施方式，对本发明作详细说明：

一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置，该装置包括：风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器、制冷剂压缩器、叶轮、冷凝器、节流阀、制冷剂循环泵、蒸发器、污水收集盘、污水处理池、水泵、湿式电除尘器。其中蒸发器之后为湿式电除尘器，水泵出口与脱硫浆液槽相连。

优选地，所述的制冷剂压缩器采用往复式制冷剂压缩器，由烟气的流动使风扇转动并为制冷剂压缩器提供动力。

优选地，所述的冷凝器采用翅片管式换热器同时也由烟气的流动使叶轮转动并使得冷凝器中冷却剂冷凝放热。

优选地，所述蒸发器采用U型不锈钢毛细管束。

优选地，所述的蒸发器下方设置污水收集盘，与蒸发器毛细管束进出口紧密焊接，所收集的污水通过漏斗进入污水处理池，处理转化为清液后由水泵泵入脱硫浆液槽。

一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘的方法，包含如下步骤：湿式电除尘器之前设置蒸发冷却除尘装置，制冷剂在此装置内循环流动，通过反复蒸发与冷凝，实现蒸发器相变除尘。烟气的流动使风扇2转动，通过第一锥齿变速器3和第二锥齿变速器4带动制冷剂压缩器6和叶轮8工作。制冷剂在制冷剂压缩器6内由低温低压气体变为高温高压气体，再通过冷凝器7冷凝和节流阀9节流降压变为低温低压液体，由制冷剂循环泵10送至蒸发器5，在通过蒸发器5的U型管束的同时由于烟气传热而蒸发，再由出口流向制冷剂压缩器6。由于制冷剂的蒸发吸热作用，饱和烟气在流过蒸发器5的管束时温度降低，形成过饱和水汽环境，部分水汽会在细颗粒物表面凝结，使得细颗粒变大，并在热泳力的作用下移动到管壁，然后向下流到污水收集盘13，通过漏斗流向污水处理池11，处理转化为清液后由水泵12泵入脱硫浆液槽。

实施例

本发明基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘装置包括：风扇2、锥齿变速器3和4、蒸发器5、制冷剂压缩器6、冷凝器7、叶轮8、节流阀9、制冷剂循环泵10、污水处理池11、水泵12、污水收集盘13。

第一、二锥齿变速器与设置在与风扇2相连的转轴上，采用防锈合金材料，可远程控制其变速档位。第一锥齿变速器与制冷剂压缩器6相连，第二锥齿变速器与叶轮8相连。制冷剂压缩器6采用往复活塞式压缩器，这种压缩器结构简单，广泛应用于中、小型制冷装置中。冷凝器7采用翅片管式换热器，其工质进口与制冷剂压缩器6出口相连。冷凝器7的上方布置叶轮，叶轮8的转动能加速冷凝器7中冷凝剂的冷凝过程。节流阀9布置在冷凝器7之后，选用手动节流阀或热电膨胀阀。制冷剂循环泵10布置在节流阀9之后，需要消耗少量电能来使得制冷剂循环流动。蒸发器5布置在风扇2后的烟道1内，制冷剂与烟气逆向流动。蒸发器5采用U型不锈钢毛细管束，错列布置，由约1000～1500根细管组成。蒸发器5与下方污水收集盘13紧密焊接，污水收集盘13两端分别为冷凝剂的进出口，中间为污水收集孔，下方为污水收集漏斗，下接污水处理池11和水泵12。

选用国内某300MW燃煤发电机组进行测试，湿式电除尘器布置在湿法脱硫塔之后，由山大能源环境有限公司设计制造。其采用管式布置，烟气上进下出，单室五电场，烟气流量约为1.1x10⁶m³/h。

一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘的方法，所述方法包括以下步骤：

湿式电除尘器之前湿法脱硫塔之后设置蒸发冷却除尘装置，制冷剂在此装置内循环流动，通过反复蒸发与冷凝，实现蒸发器相变除尘。烟气的流动使风扇2转动，通过第一锥齿变速器和第二锥齿变速器带动制冷剂压缩器6和叶轮8工作。制冷剂在压缩器6内由低温低压气体变为高温高压气体，再通过冷凝器7冷凝和节流阀9节流降压变为低温低压液体，由循环泵10送至蒸发器5，在通过U型管束的同时由于烟气传热而蒸发，再由出口流向压缩器6。由于制冷剂的蒸发吸热作用，饱和烟气在流过蒸发器管束时温度降低，形成过饱和水汽环境，部分水汽会在细颗粒物表面凝结，使得细颗粒变大，并在热泳力的作用下移动到管壁，然后向下流到污水收集盘13，通过漏斗流向污水处理池11，处理转化为清液后由水泵12泵入脱硫浆液槽。饱和烟气在经过蒸发器5后进入湿式电除尘器除尘后出口烟气相比装置进口烟气的PM_2.5脱除效率可达84％，装置出口烟尘浓度低于5mg/m³。

对比例

去掉湿式电除尘器前设置的蒸发冷却除尘系统，仅测试湿式电除尘器的进出口。

所述湿式电除尘器的PM_2.5脱除效率为76％，出口烟尘浓度低于10mg/m³。

最后说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式。本领域技术人员对本发明可以做适当变形，这些变形均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘的方法，其特征在于，包含如下步骤：烟气在烟道内先经过蒸发冷却除尘装置再进入湿式电除尘器，制冷剂在蒸发冷却除尘装置内循环流动，在烟道中，制冷剂与烟气逆向流动；烟气流动促使风扇转动，通过第一锥齿变速器和第二锥齿变速器带动制冷剂压缩器和叶轮工作；制冷剂经过制冷剂压缩器由低温低压气体变为高温高压气体，再通过冷凝器冷凝和节流阀节流降压变为低温低压液体，由循环泵送至蒸发器，制冷剂在通过蒸发器的同时由于烟气传热而蒸发，再由蒸发器的出口流向制冷剂压缩器，由于制冷剂的蒸发吸热作用，饱和烟气在流过蒸发器时温度降低，形成过饱和水汽环境，部分水汽在细颗粒物表面凝结，使得细颗粒变大，并在热泳力的作用下移动到蒸发器的管壁，然后向下流到污水收集盘，通过漏斗流向污水处理池，处理转化为清液后由水泵泵入脱硫浆液槽，而烟气则继续进入湿式电除尘器除尘。

2.一种用于权利要求1所述的基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，包括湿式电除尘器，其特征在于，在湿式电除尘器之前设置蒸发冷却除尘装置，所述的蒸发冷却除尘装置包括：风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器、制冷剂压缩器、叶轮、冷凝器、节流阀、制冷剂循环泵、蒸发器、污水收集盘、污水处理池、水泵；在烟道内按烟气流动方向依次设置风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器和蒸发器，风扇、第一锥齿变速器、第二锥齿变速器设置在与风扇相连的转轴上，第一锥齿变速器与制冷剂压缩器相连，第二锥齿变速器与叶轮相连，蒸发器下方设置污水收集盘，污水收集盘上分别设有制冷剂进出口和污水收集口，污水收集盘的制冷剂出口与制冷剂压缩器、冷凝器、节流阀、制冷剂循环泵以及污水收集盘制冷剂入口依次串联组成封闭循环，污水收集盘的污水收集口与污水处理池连接；所述的叶轮设置在冷凝器的上方。

3.根据权利要求2所述的用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，其特征在于，第一、二锥齿变速器采用防锈合金材料，能够远程控制变速档位。

4.根据权利要求2所述的用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，其特征在于，所述的制冷剂压缩器采用往复活塞式压缩器，由烟气的流动使风扇转动并为制冷剂压缩器提供动力。

5.根据权利要求2所述的用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，其特征在于，所述的冷凝器采用翅片管式换热器。

6.根据权利要求2所述的用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，其特征在于，所述的节流阀选用手动节流阀或热电膨胀阀。

7.根据权利要求2所述的用于基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法的装置，其特征在于，所述的蒸发器采用U型不锈钢毛细管束，错列布置，由1000～1500根U型不锈钢毛细管组成。