CN106178804A - 一种去除气相混合物中细颗粒物的系统 - Google Patents

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肖惠宁
刘汉强
陈昊然
陈毅伟
杜庶铭
李庚达
潘远凤
孙振新
杨阳
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D51/00—Auxiliary pretreatment of gases or vapours to be cleaned
    • B01D51/02—Amassing the particles, e.g. by flocculation
    • B01D51/04—Amassing the particles, e.g. by flocculation by seeding, e.g. by adding particles

Abstract

本发明涉及一种去除气相混合物中细颗粒物的系统，包括烟气发生系统、絮凝团聚器、烟气颗粒分离系统、絮凝溶液制备输送系统；所有烟气发生系统与絮凝团聚器连接，絮凝溶液制备输送系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统后连接排空管路；通过絮凝溶液制备输送系统往气相混合物中添加化学物质使细颗粒物在絮凝团聚器中发生聚集现象，增大细颗粒物的粒径或质量，然后通过烟气颗粒分离系统去除絮凝后的细颗粒物。本发明的特点是利用化学团聚原理对细颗粒物进行处理，使细颗粒物的尺寸(或质量)增大，易与后续常规除尘设备，便于去除，且流程简单、高效率、低成本、易大范围推广。

Description

一种去除气相混合物中细颗粒物的系统
技术领域
本发明涉及一种去除气相混合物中细颗粒物的系统，属于环境保护技术领域，污染控制范畴，多适用于工业及生产过程中燃煤锅炉烟气中细颗粒物脱除等领域。
技术背景
PM2.5为空气动力学直径小于2.5动力的细颗粒，近几年来，细颗粒物污染已经成为突出的大气污染问题。由于粉尘粒度小，沉降速率低，细颗粒物在空气中有较长的停留时间，且细颗粒物的比表面积大，表面极其容易富集有毒有害物质，对人体的健康造成危害。我国是以煤为主要能源结构的国家，燃煤锅炉是引起我国大气环境中细颗粒物含量增加的主要原因之一。以燃煤电厂为例，使用的除尘设备主要是静电除尘器和布袋除尘器，以质量计的除尘效率可以达到99.5％以上，但对细颗粒物的捕获率相对较低，若以数量计算，仍有占飞灰总数90％以上的细颗粒物进入大气中，影响大气环境质量。
基于环境保护和可持续发展的目的，国家能源局发布了《煤电节能减排升级改造行动计划(2014-2020)》，重点力促煤炭、火电领域进行设备更新、技术改造，同时对于粉尘排放有了进一步严格的要求，东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)。这就使得在现有的技术、设备基础上需要进一步革新，严格控制大气污染的排放水平。
目前，现有的燃煤电厂提高细颗粒物捕集效率的方法主要有通过改进污染物控制设备以进一步提高细颗粒物的捕集效率。而以湿式电除尘器为代表的终端精处理捕集装备虽然可以满足对细颗粒物的处理要求，达到国家最新的排放标准，但投资成本高、占地面积大、对设备材质的耐腐蚀性要求严格，不适用于疏水性烟道，且易造成二次污染及水、电等资源的浪费。
因此，迫切需要建立一套简单、高效的实现细颗粒物深度脱除系统，有效的控制细颗粒物排放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种除去气相混合物中细颗粒物的系统，通过向含有细颗粒物的体系中添加化学物质，使细颗粒物的尺寸(或质量)增大，特别是促进PM2.5团聚增大效果，进而通过后续常规除尘手段简单、高效地加以去除，进而降低现有装置对细颗粒物的的脱除难度和提高脱除效率，解决实际生产生活中燃煤锅炉烟气中细颗粒难以去除的技术瓶颈。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
(1)一种去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述系统包括烟气发生系统、絮凝团聚器、烟气颗粒分离系统、絮凝溶液制备输送系统；所述烟气发生系统与絮凝团聚器连接，絮凝溶液制备输送系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统后连接排空管路；通过絮凝溶液制备输送系统往气相混合物中添加化学物质使细颗粒物在絮凝团聚器中发生聚集现象，增大细颗粒物的粒径和质量，然后通过烟气颗粒分离系统去除絮凝后的细颗粒物。
(2)根据(1)所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，烟气发生系统产生含尘烟气并通过管路输送至絮凝团聚器；絮凝剂、添加剂或助凝剂在絮凝溶液制备输送系统内充分溶解或稀释制备成絮凝剂溶液后输送至絮凝团聚器；含尘烟气与絮凝剂溶液在絮凝团聚器内均匀混合并发生聚集，再经管路进入烟气颗粒分离捕集系统进行气-液-固三相分离，达到排放标准直接排放或经引风系统排放。
(3)根据(1)或(2)所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气发生系统包括粉尘发生装置、风机；所述粉尘发生装置可为单独的进料装置、进料装置和后端管路上的加热装置、或可自发生热烟气的燃煤锅炉。
(4)根据(1)-(3)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述絮凝团聚器，包括絮凝剂溶液喷洒阶段和絮凝剂液滴与细微颗粒充分混合聚集阶段。
(5)根据(1)-(4)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述絮凝团聚器可为金属段、非金属段、或由非金属段和金属段组合；其中由非金属段和金属段组合的团聚器两段之间需通过法兰连接，非金属段和金属段长度比例为1:10000-10000:1；所述絮凝团聚器中设有一个或多个雾化喷淋喷头，喷头的方向与烟气流动方向角度为0-180°；多个喷头可形成相互有一定距离的多层次多级的喷淋组合，层数和次数范围为1-20。
(6)根据(1)-(5)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述絮凝团聚器所用非金属段材料为以下之一或至少任意两种的组合：玻璃、有机玻璃、玻璃钢、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、氟塑料、酚醛树脂；所述絮凝团聚器所用金属段材料为以下之一或至少任意两种的组合：不锈钢、铸铁、铜、铝、铁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
(7)根据(1)-(6)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述絮凝团聚器的烟道外观形状外规整，可为规则形和不规则形，尺寸范围为长0.1-200m，短边宽为0.1-100m，烟道延伸可带有一定弯曲度或弯道。
(8)根据(1)-(7)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，絮凝剂、添加剂、助凝剂的引入方式为定量加入法或雾化喷淋法。
(9)根据(1)-(8)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述雾化喷淋法具备下列工艺条件之一或至少任意两种的组合：相对气相混合物流向的喷淋角度为0-180度、喷淋次数为1-20次。
(10)根据(1)-(9)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气颗粒分离系统包括在烟道上设置的采样口、采样测量装置和连接在采样口后端的除尘器。
(11)根据(1)-(10)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述絮凝剂制备输送系统包括絮凝剂制备罐、空气压缩机和计量泵。
(12)根据(1)-(11)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述进料装置为螺杆式进料机、粉尘发生器、气溶胶发生器、带式给料机、板式给料机、刮板给料机、振动给料机、圆盘给料机。
(13)根据(1)-(12)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述进料装置可将粉尘细颗粒单独或与其它助剂以1:1000-1000:1的质量比例均匀混合后加入进料装置中；所述其它助剂为以下之一或至少任意两种的组合:石英砂、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、硅胶、沸石、分子筛、石膏、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硝酸钠、石灰石、砂石。
(14)根据(1)-(13)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述风机为通风机、鼓风机和压缩机；所述粉尘发生装置可在风机前，将风机原有的负压口改装为进料口，也可在经风机后与气流均匀混合输出。
(15)根据(1)-(14)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气颗粒分离系统包括在烟道上设置的采样口、采样装置和连接在采样口后端主管路上的除尘器。
(16)根据(1)-(15)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述除尘器为下列之一或至少任意两种的组合：旋风分离器、布袋除尘器或静电除尘器。
(17)根据(1)-(16)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的气相混合物为连续流动的均匀混合物或非均匀混合物；并含有下列物质之一或至少任意两种的组合：气体、固体、液体、蒸汽、粉尘、无机物、有机物。
(18)根据(1)-(17)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述系统在气态体系、气-液混合体系或汽-液混合体系中进行；与絮凝剂接触前，气相混合物状态可为下列之一或至少任意两种的组合：全干的状态、气干状态、湿润状态、溶液状态、湿饱和状态、干饱和状态。
(19)根据(1)-(18)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的化学物质为：絮凝剂、添加剂或助凝剂。
(20)根据(1)-(19)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的絮凝剂及絮凝体系含有下列物质之一或至少任意两种的组合：聚丙烯酰胺、壳聚糖、硅藻土、改性淀粉、改性纤维素、聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铁、黄原胶、海藻酸钠；所述的添加剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵类化合物、甜菜碱型表面活性剂；所述的助凝剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：生石灰、熟石灰、活化硅酸。
(21)根据(1)-(20)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的絮凝剂、添加剂、助凝剂使用前需进行溶解或稀释，溶剂为水相或者有机相；所述的水相体系为自来水、纯水、生产废水之一或至少任意两种的组合，水相体系满足下列条件之一或至少任意两种的组合：pH范围为2-10，SS≤150mg/L，TDS≤15000mg/L，COD≤300mg/L；所述的有机溶剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：有机胺溶液、醇溶液、四氢呋喃。
(22)根据(1)-(21)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的絮凝剂具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：絮凝剂分子量为100-1800万、离子度为0％-80％；溶解或稀释成絮凝剂溶液后，所述的絮凝剂溶液具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：浓度为0.01-1000mg/L、pH范围为5-12；所述的絮凝剂及絮凝剂溶液使用的体系温度为1-200℃。
(23)根据(1)-(22)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述添加剂和助凝剂溶液浓度均为0.01-5000mg/L。
(24)根据(1)-(23)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的细颗粒物含有下列物质之一或至少任意两种的组合：粉煤灰、硫酸钙粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、碳酸钙粉末、二次颗粒物、其他粉末类物质。
(25)根据(1)-(24)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述粉煤灰为煤燃烧后的烟气中收捕下来的颗粒物，是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，由晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的混合体，含有莫来石、石英、玻璃相之一或至少任意两种的晶相结构；可为循环流化床锅炉粉煤灰、煤粉炉粉煤灰；并含有下列化学物质之一或至少任意两种的组合：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2。
(26)根据(1)-(25)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述粉煤灰中各化学物质的含量范围包括下列之一或至少任意两种的组合：SiO2≤60％；Al2O3≤40％、Fe2O3≤40％、CaO≤40％、MgO≤20％、SO3≤20％、TiO2≤20％。
(27)根据(1)-(26)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述的气液混合体系中细微颗粒物具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：浓度范围为0.01-10000mg/Nm3；粒径范围为0.01-200μm。
(28)根据(1)-(27)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述增大细颗粒物的粒径和质量所需的时间为0.01-1000s；所述细微颗粒物粒径及质量增大是指粒径增大1.1-100倍，质量增大1.1-10000倍。
(29)根据(1)-(28)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气中的污染物包括下列物质之一或至少任意两种的组合：细颗粒物、SO2、SO3、NOX、H2S、CO2、NH3。
(30)根据(1)-(29)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气中的污染物中各化学物质的含量范围在标准状态下(烟气在温度为273K，压力为101325Pa时)满足下列条件之一或至少任意两种的组合：细颗粒物≤10000mg/Nm3、SO2≤2000mg/m3、SO3≤mg/m3、NOX≤1500mg/m3、H2S≤300mg/m3、CO2≤500mg/m3、NH3≤500mg/m3。
(31)根据(1)-(30)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述烟气在絮凝团聚器中停留时间为0.01-300s。
(32)根据(1)-(31)任一项所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，所述细微颗粒物粒径及质量变大的监测方法可为在线监测法、离线监测法或二者相结合使用；其中离线检测法为采用烟尘测试仪、抽滤、鼓泡等方法将细颗粒分散在滤膜、滤筒或溶液介质中，累计一段时间后取出，通过检测仪器分析细颗粒物粒径及质量变化；在线检测法为直接将检测仪器置于系统内监测细颗粒物粒径及质量变化并给予实时结果；所述检测方法或仪器包括：激光粒度检测法、光散射粒度检测法、浊度法、PM10撞击法、低压冲击采样器(DLPI)法、静电低压撞击器(ELPI)法。
本发明的基本原理与过程为：含细颗粒物气体进入絮凝团聚器后，与絮凝团聚器中的表面具有较高黏附活性的絮凝剂溶液雾云充分混合接触，使雾云吸附于颗粒表面，在颗粒物之间产生液桥；随着雾滴中水分逐渐蒸发，液桥转化为固桥，颗粒物间的团聚力得到加强，细颗粒团聚形成大的颗粒链或颗粒团，以及细颗粒被粗颗粒吸附，促使细颗粒团聚长大，数浓度降低，烟尘浓度降低，最后通过管路进入烟气颗粒分离系统并排空，提高除尘效率。
本发明有益技术效果为：
1、首次跨领域地将絮凝原理运用到燃煤锅炉烟气除尘领域中，利用絮凝作用增加细颗粒物之间的液桥力与固桥力，促使细颗粒物团聚长大，易于去除。
2、除尘效率提高：目前燃煤锅炉烟气除尘技术对粒径较小的细颗粒物的脱除效果较不显著，而通过引入絮凝剂技术可有效的提高除尘效率。
3、本发明专利系统操作简单，添加絮凝剂技术易于实现，并具有自动化程度，且运行成本较低。
4、本发明专利添加絮凝剂后对原有的燃煤锅炉烟气排放系统改动较小且对原有系统中各环节的工作效率基本无影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明优选实施例的整体工艺流程图；
图2是本发明优选实施例的装置流程图；
图中标号含义如下：
1、进料装置，2、风机，3、流量计，4、加热段，5、阀门，6、石英棉保温层，7、雾化喷淋喷头，8、烟温测试点或烟尘测试点，9、絮凝团聚器，10、接样桶，11、除尘器，12、采样口，13、空气压缩机，14、絮凝剂制备罐，15、计量泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
实施例1：
如图2所示，一种去除气相混合物中细颗粒物的系统，包括烟气发生系统、絮凝团聚器9、烟气颗粒分离系统、絮凝溶液制备输送系统；所有烟气发生系统与絮凝团聚器9连接，絮凝溶液制备输送系统与絮凝团聚器9连接，所述烟气颗粒分离系统与絮凝团聚器9连接；通过絮凝溶液制备输送系统往烟气中添加化学物质使细颗粒物在絮凝团聚器中发生聚集现象，增大细颗粒物的粒径和质量，然后通过烟气颗粒分离捕集系统去除絮凝后的细颗粒物。
烟气发生系统产生含尘烟气并通过管路输送至絮凝团聚器；絮凝剂、添加剂或助凝剂在絮凝溶液制备输送系统内充分溶解制备成絮凝剂溶液后输送至絮凝团聚器；含尘烟气与絮凝剂溶液在絮凝团聚装置内均匀混合并发生聚集，再经管路进入烟气颗粒分离系统进行气-液-固三相分离，达到排放标准排放。
所述烟气发生系统包括进料装置1、风机2和加热段4，所述进料装置1与风机2连接，所述风机2与加热段4连接，所述加热段4与絮凝团聚器9连接。所述进料装置1为螺杆式进料机、粉尘发生器或气溶胶发生器。
所述絮凝剂制备输送系统包括絮凝剂制备罐14、空气压缩机13和计量泵15。
所述絮凝团聚器9，包括絮凝剂溶液喷洒阶段和絮凝剂溶液与细微颗粒充分混合聚集阶段。所述絮凝团聚器中设有有机玻璃段和不锈钢段，所述有机玻璃段和不锈钢段之间通过法兰连接。在所述絮凝团聚器9外设有石英棉保温层6；在所述絮凝团聚器9上设有烟温测试点与烟尘测试点8。所述絮凝团聚器9的烟道外观尺寸范围为圆形或方形，长0.1-200m，短边宽为0.1-50m，有机玻璃段与不锈钢段长度比例为1:10000-10000:1。所述絮凝团聚器9中设有雾化喷淋喷头7，所述雾化喷淋喷头7的方向可调节。
所述烟气颗粒分离系统包括在烟道上设置的采样口16、采样装置和连接在采样口后端的除尘器11。所述除尘器11为旋风分离器、布袋除尘器或静电除尘器。除尘器11下方设有接样桶10。
所述排空管路与除尘器11连接。
实施例2：
将一定量的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)按照20000:3进行混合，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为25.8μm。
实施例3：
将一定量的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)按照20000:3进行混合，，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为16.7μm。
实施例4：
将100mL的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2g的细颗粒物混合(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为29.6μm。
实施例5：
将100mL的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2g的细颗粒物混合(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为19.8μm。
实施例6：
将100mL的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2g的细颗粒物混合(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为61.9μm。
实施例7：
将100mL的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2g的细颗粒物混合(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为64.3μm。
实施例8:
配置0.2wt％的细颗粒物溶液，待分布均匀后，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。将一定量的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)按照20000:3进行混合，在300r/min的转速下搅拌1min，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。去浊度去除率可达98.09％。
实施例9：
配置0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)，待分布均匀后，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。将一定量的浓度为10mg/L絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液按照20000:3进行混合，在300r/min的转速下搅拌搅拌1min，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。浊度去除率可达96.9％。
实施例10：
配置0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈正电性，平均粒径DX50＝5μm)，待分布均匀后，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。将一定量的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液按照20000:3进行混合在300r/min的转速下搅拌1min，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。浊度去除率可达99.5％。
实施例11：
配置0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝100nm)，待分布均匀后，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。将一定量的浓度为10mg/L的絮凝剂溶液与0.2wt％的细颗粒物溶液按照20000:3进行混合，再加入1号助凝剂1mL。在300r/min的转速下搅拌搅拌1min，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。浊度去除率可达97.5％。
实施例12：
配置0.5wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm),加入到电压稳定的动态浊度测定仪中，搅拌速度为500r/min，待系统再次电压稳定后，加入浓度为3mg/L的絮凝剂，系统4.5s内重新达到稳态。
实施例13：
配置0.5wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm),加入到电压稳定的动态浊度测定仪中，搅拌速度为500r/min，待系统再次电压稳定后，加入浓度为1mg/L的絮凝剂，系统5.5s内重新达到稳态。
实施例14：
配置0.5wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm),加入到电压稳定的动态浊度测定仪中，搅拌速度为500r/min，待系统再次电压稳定后，加入浓度为3mg/L的絮凝剂，系统6.2s内重新达到稳态。
实施例15：
配置0.5wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm),加入到电压稳定的动态浊度测定仪中，搅拌速度为500r/min，待系统再次电压稳定后，加入浓度为1mg/L的絮凝剂，系统7.6s内重新达到稳态。
实施例16：
通过风机系统将温度为60℃、烟尘浓度为80mg/m3的含尘烟气引入至团聚系统中，控制风量至25m3/h，在絮凝剂制备罐中注入水，加入絮凝剂，配置浓度为10mg/L絮凝剂溶液。通过蠕动泵以及空气压缩机输送系统经喷头将絮凝剂溶液逆气流喷入塔内，形成雾云与烟气中颗粒物充分混合碰撞，经过除尘器将大颗粒物捕集下来，最后通过引风机将烟气排出。收集样品后进行测得絮凝后细颗粒物平均粒径为25.7微米。
对比例1：
将一定量的水与0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝2.57μm)按照20000:3进行混合，在300r/min的转速下搅拌1min，测得其平均粒径为2.57微米。
对比例2：
配置0.2wt％的细颗粒物溶液(细颗粒物表面呈负电性，平均粒径DX50＝100nm)，待分布均匀后，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。将一定量的水与0.2wt％的细颗粒物溶液按照20000:3进行混合。在300r/min的转速下搅拌搅拌1min，静置3min后取中间层悬浊液测定浊度。浊度去除率为0％。
对比例3：
过风机系统将温度为60℃、烟尘浓度为80mg/m3的含尘烟气引入至团聚系统中，控制风量至25m3/h，在絮凝剂制备罐中注入水。通过蠕动泵以及空气压缩机输送系统经喷头将水逆气流喷入塔内，形成雾云与烟气中颗粒物充分混合碰撞，经过除尘器将大颗粒物捕集下来，最后通过引风机将烟气排出。收集样品后进行测得絮凝后细颗粒物平均粒径为2.43微米。
表1部分絮凝实验结果
实施例17
具体工作流程，如图1、2所示，将研磨好的细粉煤灰送料至风机2中，在风机2中将粉尘与气体充分混合，形成相对比较均匀的烟尘，由风机2出口吹出烟尘，经阀门5及涡街流量计3控制风量至20m3/h，通过加热段4将烟气加热至所需温度50℃，然后进入絮凝团聚器9，通过烟尘测试仪测得塔内烟尘浓度为50-70mg/m3，达到实验所需浓度。在絮凝剂制备罐14中配制絮凝剂溶液浓度为1ppm，将计量驱动泵15调为10mL/min，通过计量驱动泵15、空气压缩机13和雾化喷淋喷头7将絮凝剂逆气流喷絮凝团聚器9内，形成雾云与烟气中颗粒物充分混合碰撞，经过除尘器11将大颗粒物捕集下来，最后通过引风机12将烟气排出。
装置运行状态时烟气流向如图2，在采样点16处采集样品，收集样品后进行测粒径大小、AFM原子力显微镜观察等表征，采样点处样品平均粒径为2.6μm。
实施例18
具体工作流程，如图1、2所示，将研磨好的细粉煤灰送料至风机2中，在风机2中将粉尘与气体充分混合，形成相对比较均匀的烟尘，由风机2出口吹出烟尘，经阀门5及涡街流量计3控制风量至20m3/h，通过加热段4将烟气加热至所需温度50℃，然后进入絮凝团聚器9，通过烟尘测试仪测得塔内烟尘浓度为50-70mg/m3，达到实验所需浓度。在絮凝剂制备罐14中配制絮凝剂溶液浓度为1ppm，将计量驱动泵15调为10mL/min，通过计量驱动泵15、空气压缩机13和雾化喷淋喷头7将絮凝剂逆气流喷絮凝团聚器9内，形成雾云与烟气中颗粒物充分混合碰撞，经过除尘器11将大颗粒物捕集下来，最后通过引风机12将烟气排出。
装置运行状态时烟气流向如图2，在采样点16处采集样品，收集样品后进行测粒径大小、AFM原子力显微镜观察等表征，采样点处样品平均粒径为25.1μm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改与变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (32)

1.一种去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述系统包括烟气发生系统、絮凝团聚器、烟气颗粒分离系统、絮凝溶液制备输送系统；所述烟气发生系统与絮凝团聚器连接，絮凝溶液制备输送系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统与絮凝团聚器连接，所述烟气颗粒分离系统后连接排空管路；通过絮凝溶液制备输送系统往气相混合物中添加化学物质使细颗粒物在絮凝团聚器中发生聚集现象，增大细颗粒物的粒径或质量，然后通过烟气颗粒分离系统去除絮凝后的细颗粒物。
2.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，烟气发生系统产生含尘烟气并通过管路输送至絮凝团聚器；絮凝剂、添加剂或助凝剂在絮凝溶液制备输送系统内充分溶解或稀释制备成絮凝剂溶液后输送至絮凝团聚器；含尘烟气与絮凝剂溶液在絮凝团聚器内均匀混合并发生聚集，再经管路进入烟气颗粒分离捕集系统进行气-液-固三相分离，达到排放标准直接排放或经引风系统排放。
3.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述烟气发生系统包括粉尘发生装置、风机；所述粉尘发生装置可为单独的进料装置、进料装置和后端管路上的加热装置、或可自发生热烟气的燃煤锅炉。
4.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述絮凝团聚器，包括絮凝剂溶液喷洒阶段和絮凝剂液滴与细微颗粒充分混合聚集阶段。
5.根据权利要求4所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述絮凝团聚器可为金属段、非金属段、或由非金属段和金属段组合；其中由非金属段和金属段组合的团聚器两段之间需通过法兰连接，非金属段和金属段长度比例为1:10000-10000:1；所述絮凝团聚器中设有一个或多个雾化喷淋喷头，喷头的方向与烟气流动方向角度为0-180°；多个喷头可形成相互有一定距离的多层次多级的喷淋组合，层数和次数范围为1-20。
6.根据权利要求4所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述絮凝团聚器所用非金属段材料为以下之一或至少任意两种的组合：玻璃、有机玻璃、玻璃钢、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、氟塑料、酚醛树脂；所述絮凝团聚器所用金属段材料为以下之一或至少任意两种的组合：不锈钢、铸铁、铜、铝、铁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
7.根据权利要求4所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述絮凝团聚器的烟道外观形状外规整，可为规则形和不规则形，尺寸范围为长0.1-200m，短边宽为0.1-100m，烟道延伸可带有一定弯曲度或弯道。
8.根据权利要求2所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，絮凝剂、添加剂、助凝剂的引入方式为定量加入法或雾化喷淋法。
9.根据权利要求8所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述雾化喷淋法具备下列工艺条件之一或至少任意两种的组合：相对气相混合物流向的喷淋角度为0-180度、喷淋次数为1-20次。
10.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述烟气颗粒分离系统包括在烟道上设置的采样口、采样测量装置和连接在采样口后端的除尘器。
11.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述絮凝剂制备输送系统包括絮凝剂制备罐、空气压缩机和计量泵。
12.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述进料装置为螺杆式进料机、粉尘发生器、气溶胶发生器、带式给料机、板式给料机、刮板给料机、振动给料机、圆盘给料机。
13.根据权利要求12所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于：所述进料装置可将粉尘细颗粒单独或与其它助剂以1:1000-1000:1的质量比例均匀混合后加入进料装置中；所述其它助剂为以下之一或至少任意两种的组合:石英砂、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、硅胶、沸石、分子筛、石膏、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硝酸钠、石灰石、砂石。
14.根据权利要求3所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述风机为通风机、鼓风机和压缩机；所述粉尘发生装置可在风机前，将风机原有的负压口改装为进料口，也可在经风机后与气流均匀混合输出。
15.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述烟气颗粒分离系统包括在烟道上设置的采样口、采样装置和连接在采样口后端主管路上的除尘器。
16.根据权利要求15所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述除尘器为下列之一或至少任意两种的组合：旋风分离器、布袋除尘器或静电除尘器。
17.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的气相混合物为连续流动的均匀混合物或非均匀混合物；并含有下列物质之一或至少任意两种的组合：气体、固体、液体、蒸汽、粉尘、无机物、有机物。
18.根据权利要求17所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述系统在气态体系、气-液混合体系或汽-液混合体系中进行；与絮凝剂接触前，气相混合物状态可为下列之一或至少任意两种的组合：全干的状态、气干状态、湿润状态、溶液状态、湿饱和状态、干饱和状态。
19.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的化学物质为：絮凝剂、添加剂或助凝剂。
20.根据权利要求19所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的絮凝剂及絮凝体系含有下列物质之一或至少任意两种的组合：聚丙烯酰胺、壳聚糖、硅藻土、改性淀粉、改性纤维素、聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铁、黄原胶、海藻酸钠；所述的添加剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵类化合物、甜菜碱型表面活性剂；所述的助凝剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：生石灰、熟石灰、活化硅酸。
21.根据权利要求19所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的絮凝剂、添加剂、助凝剂使用前需进行溶解或稀释，溶剂为水相或者有机相；所述的水相体系为自来水、纯水、生产废水之一或至少任意两种的组合，水相体系满足下列条件之一或至少任意两种的组合：pH范围为2-10，SS≤150mg/L，TDS≤15000mg/L，COD≤300mg/L；所述的有机溶剂含有下列物质之一或至少任意两种的组合：有机胺溶液、醇溶液、四氢呋喃。
22.根据权利要求19所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的絮凝剂具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：絮凝剂分子量为100-1800万、离子度为0％-80％；溶解或稀释成絮凝剂溶液后，所述的絮凝剂溶液具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：浓度为0.01-1000mg/L、pH范围为5-12；所述的絮凝剂及絮凝剂溶液使用的体系温度为1-200℃。
23.根据权利要求19所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述添加剂和助凝剂溶液浓度均为0.01-5000mg/L。
24.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的细颗粒物含有下列物质之一或至少任意两种的组合：粉煤灰、硫酸钙粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、碳酸钙粉末、二次颗粒物。
25.根据权利要求24所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述粉煤灰为煤燃烧后的烟气中收捕下来的颗粒物，是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，由晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的混合体，含有莫来石、石英、玻璃相之一或至少任意两种的晶相结构；可为循环流化床锅炉粉煤灰、煤粉炉粉煤灰；并含有下列化学物质之一或至少任意两种的组合：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2。
26.根据权利要求25所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述粉煤灰中各化学物质的含量范围包括下列之一或至少任意两种的组合：SiO2≤60％；Al2O3≤40％、Fe2O3≤40％、CaO≤40％、MgO≤20％、SO3≤20％、TiO2≤20％。
27.根据权利要求18所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述的气液混合体系中细微颗粒物具有下列性质中的一种或至少任意两种的组合：浓度范围为0.01-10000mg/Nm3；粒径范围为0.01-200μm。
28.根据权利要求1所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述增大细颗粒物的粒径和质量所需的时间为0.01-1000s；所述细微颗粒物粒径及质量增大是指粒径增大1.1-100倍，质量增大1.1-10000倍。
29.根据权利要求25所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述烟气中的污染物包括下列物质之一或至少任意两种的组合：细颗粒物、SO2、SO3、NOX、H2S、CO2、NH3。
30.根据权利要求29所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述烟气中的污染物中各化学物质的含量范围在标准状态下(烟气在温度为273K，压力为101325Pa时)满足下列条件之一或至少任意两种的组合：细颗粒物≤10000mg/Nm3、SO2≤2000mg/m3、SO3≤mg/m3、NOX≤1500mg/m3、H2S≤300mg/m3、CO2≤500mg/m3、NH3≤500mg/m3。
31.根据权利要求25所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述烟气在絮凝团聚器中停留时间为0.01-300s。
32.根据权利要求27所述的去除气相混合物中细颗粒物的系统，其特征在于，所述细微颗粒物粒径及质量变大的监测方法可为在线监测法、离线监测法或二者相结合使用；其中离线检测法为采用烟尘测试仪、抽滤、鼓泡等方法将细颗粒分散在滤膜、滤筒或溶液介质中，累计一段时间后取出，通过检测仪器分析细颗粒物粒径及质量变化；在线检测法为直接将检测仪器置于系统内监测细颗粒物粒径及质量变化并给予实时结果；所述检测方法或仪器包括：激光粒度检测法、光散射粒度检测法、浊度法、PM10撞击法、低压冲击采样器(DLPI)法、静电低压撞击器(ELPI)法。
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