CN106362880A - 用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在旋风分离器的入口前设置荷电段，使烟道气中的颗粒荷上正、负电荷再进入旋风分离器，通过荷电颗粒之间的库仑力强化旋风分离器中颗粒的凝并，形成较大颗粒，使之易于脱除，从而提高旋风分离脱除细微颗粒的效率；荷电段内设置W形的电网能强化烟道气湍流程度，提高荷电效率；由于颗粒荷正电的效率低于荷负电的效率，因此设置正荷电段内电网的电压大于负荷电段内电网的电压，这种不对称荷电方式确保了旋风分离器内电荷的平衡有利于库仑力增强凝并效果。

Description

用于烟道气除尘的双极荷电 - 旋风分离装置和工艺
技术领域
本发明属于废气除尘技术领域，具体涉及用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置和工艺。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，我国部分地区雾霾频发，罪魁祸首便是大气颗粒污染物。按照空气动力学直径（da）的大小，大气颗粒污染物可以划分为总悬浮颗粒物（TSPs，da<100 μm）、可吸入颗粒物（PM10，da<10 μm）和可入肺颗粒物（PM2.5，da<2.5 μm）。与较粗的大气颗粒污染物相比，PM2.5的粒径小，吸附有大量的有毒、有害物质，可以被血液和人体组织吸收，且在大气中的停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量的影响更大。燃煤发电、煤化工、垃圾焚烧、冶金、水泥等行业通过烟道排放的烟道气是大气颗粒污染物的主要来源之一。旋风分离器是利用离心力将颗粒从气流中分离的设备，具有结构简单、分离效率高、压降适中，适应高温、高压、高颗粒浓度等苛刻工况的优点，广泛用于烟道气的初步除尘。现代高效旋风分离器已能除净10 μm以上的颗粒，对5 μm以上的颗粒也有较好的捕集能力。随着烟道气排放标准的不断提高，传统旋风分离器需要联合高效除尘设备（如布袋除尘、静电除尘、电袋除尘）进行多级除尘才能达标排放。然而，高效除尘设备的单位除尘费用也大，如能提高旋风分离器对10 μm以下细颗粒物的捕集率，就能减小后续除尘设备的负荷，有效降低除尘总费用。因此如何提高旋风分离器对10 μm以下细颗粒物的捕集率，已成为当前气固两相分离技术研究中一个亟待解决的问题。
双极荷电-湍流凝并技术的发展为开发强化旋风分离脱除细颗粒物的方法提供了新的思路，其基本原理如附图1所示。双极荷电-湍流凝并装置是一段矩形的管道，该管道分为双极荷电段和湍流凝并段两部分。双极荷电段是一组正、负电场作用的平行通道，颗粒通过此段时，按其通道的正负分别获得正电荷和负电荷，然后进入湍流凝并段凝并；湍流凝并段内设置扰流柱或者涡片（附图1是在垂直纸面方向设置了扰流柱），用于增强气流通过该段时的湍动程度，从而增加带电颗粒之间的碰撞概率、提高凝并效率。双极荷电-湍流凝并技术的基本机理是双极荷电颗粒在湍流作用下实现空间大尺度的输送和混合，在Kolmogorov尺度碰撞、凝并，而库伦力在短距离内对颗粒凝并起到促进作用。颗粒间的库伦力对湍流凝并的促进作用是双极荷电-湍流凝并技术具有较高效率的关键。若旋风分离过程中存在湍流凝并作用，那么在旋风分离器入口处设置双极荷电装置给颗粒荷上双极电荷，就能利用双极荷电颗粒间的库伦力来强化旋风分离细颗粒物的效率。侯广信等的研究表明旋风分离器中存在较强的湍流凝并效应。
受上述研究的启发，本项目提出在旋风分离器前运用双极荷电技术，使烟道飞灰荷上双极电荷，再进入到旋风场中进行凝并、分离，可强化细颗粒物的捕集效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置和工艺。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置包括：正极入口2、排气管3、负极入口4、圆筒6、圆锥7和排尘管8构成的旋风分离器，其中正极入口2和负极入口4以圆筒6的中心轴为对称轴，轴对称地设置在圆筒6的上部，并与圆筒6切向贯通；正极荷电段1与正极入口2连通，负极荷电段5与负极入口4连通。
作为改进，所述的正极荷电段1和负极荷电段5的结构相同。
作为改进，所述的正极荷电段1和负极荷电段5是由上侧板1-1、下侧板1-3、内侧板1-4、外侧板1-5焊接而成的矩形管道，该矩形管道内设置有电网1-2。
作为改进，所述的电网1-2是由1块矩形的钢丝网折弯成4块矩形钢丝网形成的W形钢丝网，W形钢丝网内的夹角A相同均为20~90度。
作为改进，所述的电网1-2与上侧板1-1和下侧板1-3垂直，且与上侧板1-1和下侧板1-3的距离相同均为5~10 cm。
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离工艺，其特征在于：所述的工艺包括：1）烟道气以10~30 m/s的速度从正极荷电段1的一端进入，正极荷电段1的电网1-2负载有一定的正电压，烟道气的尘粒受电网1-2上正电压的作用荷上了正电荷得到了荷正电烟道气，荷正电烟道气从正极荷电段1的另一端排入正极入口2，通过正极入口2进入到圆筒6；2）烟道气以10~30 m/s的速度从负极荷电段5的一端进入，负极荷电段5的电网1-2负载有一定的负电压，烟道气的尘粒受电网1-2上负电压的作用荷上了负电荷得到了荷负电烟道气，荷负电烟道气从负极荷电段5的另一端排入负极入口4，通过负极入口4进入到圆筒6；3）荷正电烟道气和荷负电烟道气进入圆筒6后，受到圆筒6的壁面作用向下作螺旋运动并相互混合，荷正电烟道气中带正电荷的颗粒与荷负电烟道气中带负电荷的颗粒相互碰撞、凝并成大颗粒，正、负荷电颗粒之间的库仑力强化了凝并作用，凝并后的大颗粒在惯性离心力的作用下被抛向圆筒6的内壁面而与气流分离，再沿圆筒6的内壁面落至圆锥7的内壁面，再沿圆锥7的内壁面落至排尘管8排出；4）荷正电烟道气与荷负电烟道气脱除颗粒后得到了净化气，净化气在圆锥7和排尘管8之间的连接处从由上而下的螺旋运动折返成由下而上的螺旋运动，并沿着中心轴附近作螺旋运动，最后净化气由排气管3排出。
作为改进，所述的正电压为10~50千伏特，负电压为-20~-5千伏特。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在旋风分离器的入口前设置荷电段，使烟道气中的颗粒荷上正、负电荷再进入旋风分离器，通过荷电颗粒之间的库仑力强化旋风分离器中颗粒的凝并，形成较大颗粒，使之易于脱除，从而提高旋风分离脱除细微颗粒的效率；荷电段内设置W形的电网能强化烟道气湍流程度，提高荷电效率；由于颗粒荷正电的效率低于荷负电的效率，因此设置正荷电段内电网的电压大于负荷电段内电网的电压，这种不对称的荷电方式能保证旋风分离器内电荷的平衡有利于库仑力增强凝并效果。
附图说明
图1是双极荷电-湍流凝并技术原理示意图。
图2是本发明的双极荷电-旋风分离装置的立体示意图。
图3是本发明的荷电段结构的正视示意图。
图4是本发明的荷电段结构的俯视示意图。
其中：1为正极荷电段，2为正极入口，3为排气管，4为负极入口，5为负极荷电段，6为圆筒，7为圆锥，8为排尘管，1-1为上侧板，1-2为电网，1-3为下侧板，1-4为内侧板，1-5外侧板。
具体实施方式
下面结合附图2、附图3和附图4，通过实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置包括：正极入口2、排气管3、负极入口4、圆筒6、圆锥7和排尘管8构成的旋风分离器，其中正极入口2和负极入口4以圆筒6的中心轴为对称轴，轴对称地设置在圆筒6的上部，并与圆筒6切向贯通；正极荷电段1与正极入口2连通，负极荷电段5与负极入口4连通。正极荷电段1和负极荷电段5的结构相同。正极荷电段1和负极荷电段5是由上侧板1-1、下侧板1-3、内侧板1-4、外侧板1-5焊接而成的矩形管道，该矩形管道内设置有电网1-2。电网1-2是由1块矩形的钢丝网折弯成4块矩形钢丝网形成的W形钢丝网，W形钢丝网内的夹角A相同均为20度。电网1-2与上侧板1-1和下侧板1-3垂直，且与上侧板1-1和下侧板1-3的距离相同均为5 cm。
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离工艺包括：1）烟道气以10 m/s的速度从正极荷电段1的一端进入，正极荷电段1的电网1-2负载有10千伏特的正电压，烟道气的尘粒受电网1-2上正电压的作用荷上了正电荷得到了荷正电烟道气，荷正电烟道气从正极荷电段1的另一端排入正极入口2，通过正极入口2进入到圆筒6；2）烟道气以10 m/s的速度从负极荷电段5的一端进入，负极荷电段5的电网1-2负载有-5千伏特的负电压，烟道气的尘粒受电网1-2上负电压的作用荷上了负电荷得到了荷负电烟道气，荷负电烟道气从负极荷电段5的另一端排入负极入口4，通过负极入口4进入到圆筒6；3）荷正电烟道气和荷负电烟道气进入圆筒6后，受到圆筒6的壁面作用向下作螺旋运动并相互混合，荷正电烟道气中带正电荷的颗粒与荷负电烟道气中带负电荷的颗粒相互碰撞、凝并成大颗粒，正、负荷电颗粒之间的库仑力强化了凝并作用，凝并后的大颗粒在惯性离心力的作用下被抛向圆筒6的内壁面而与气流分离，再沿圆筒6的内壁面落至圆锥7的内壁面，再沿圆锥7的内壁面落至排尘管8排出；4）荷正电烟道气与荷负电烟道气脱除颗粒后得到了净化气，净化气在圆锥7和排尘管8之间的连接处从由上而下的螺旋运动折返成由下而上的螺旋运动，并沿着中心轴附近作螺旋运动，最后净化气由排气管3排出。本实施例对烟道气中10 μm以下细颗粒物的捕集率为70%。
实施例2
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置包括：正极入口2、排气管3、负极入口4、圆筒6、圆锥7和排尘管8构成的旋风分离器，其中正极入口2和负极入口4以圆筒6的中心轴为对称轴，轴对称地设置在圆筒6的上部，并与圆筒6切向贯通；正极荷电段1与正极入口2连通，负极荷电段5与负极入口4连通。正极荷电段1和负极荷电段5的结构相同。正极荷电段1和负极荷电段5是由上侧板1-1、下侧板1-3、内侧板1-4、外侧板1-5焊接而成的矩形管道，该矩形管道内设置有电网1-2。电网1-2是由1块矩形的钢丝网折弯成4块矩形钢丝网形成的W形钢丝网，W形钢丝网内的夹角A相同均为90度。电网1-2与上侧板1-1和下侧板1-3垂直，且与上侧板1-1和下侧板1-3的距离相同均为10 cm。
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离工艺包括：1）烟道气以30 m/s的速度从正极荷电段1的一端进入，正极荷电段1的电网1-2负载有50千伏特的正电压，烟道气的尘粒受电网1-2上正电压的作用荷上了正电荷得到了荷正电烟道气，荷正电烟道气从正极荷电段1的另一端排入正极入口2，通过正极入口2进入到圆筒6；2）烟道气以30 m/s的速度从负极荷电段5的一端进入，负极荷电段5的电网1-2负载有-20千伏特的负电压，烟道气的尘粒受电网1-2上负电压的作用荷上了负电荷得到了荷负电烟道气，荷负电烟道气从负极荷电段5的另一端排入负极入口4，通过负极入口4进入到圆筒6；3）荷正电烟道气和荷负电烟道气进入圆筒6后，受到圆筒6的壁面作用向下作螺旋运动并相互混合，荷正电烟道气中带正电荷的颗粒与荷负电烟道气中带负电荷的颗粒相互碰撞、凝并成大颗粒，正、负荷电颗粒之间的库仑力强化了凝并作用，凝并后的大颗粒在惯性离心力的作用下被抛向圆筒6的内壁面而与气流分离，再沿圆筒6的内壁面落至圆锥7的内壁面，再沿圆锥7的内壁面落至排尘管8排出；4）荷正电烟道气与荷负电烟道气脱除颗粒后得到了净化气，净化气在圆锥7和排尘管8之间的连接处从由上而下的螺旋运动折返成由下而上的螺旋运动，并沿着中心轴附近作螺旋运动，最后净化气由排气管3排出。本实施例对烟道气中10 μm以下细颗粒物的捕集率为80%。
实施例3
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置包括：正极入口2、排气管3、负极入口4、圆筒6、圆锥7和排尘管8构成的旋风分离器，其中正极入口2和负极入口4以圆筒6的中心轴为对称轴，轴对称地设置在圆筒6的上部，并与圆筒6切向贯通；正极荷电段1与正极入口2连通，负极荷电段5与负极入口4连通。正极荷电段1和负极荷电段5的结构相同。正极荷电段1和负极荷电段5是由上侧板1-1、下侧板1-3、内侧板1-4、外侧板1-5焊接而成的矩形管道，该矩形管道内设置有电网1-2。电网1-2是由1块矩形的钢丝网折弯成4块矩形钢丝网形成的W形钢丝网，W形钢丝网内的夹角A相同均为60度。电网1-2与上侧板1-1和下侧板1-3垂直，且与上侧板1-1和下侧板1-3的距离相同均为7 cm。
用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离工艺包括：1）烟道气以20 m/s的速度从正极荷电段1的一端进入，正极荷电段1的电网1-2负载有30千伏特的正电压，烟道气的尘粒受电网1-2上正电压的作用荷上了正电荷得到了荷正电烟道气，荷正电烟道气从正极荷电段1的另一端排入正极入口2，通过正极入口2进入到圆筒6；2）烟道气以20 m/s的速度从负极荷电段5的一端进入，负极荷电段5的电网1-2负载有-10千伏特的负电压，烟道气的尘粒受电网1-2上负电压的作用荷上了负电荷得到了荷负电烟道气，荷负电烟道气从负极荷电段5的另一端排入负极入口4，通过负极入口4进入到圆筒6；3）荷正电烟道气和荷负电烟道气进入圆筒6后，受到圆筒6的壁面作用向下作螺旋运动并相互混合，荷正电烟道气中带正电荷的颗粒与荷负电烟道气中带负电荷的颗粒相互碰撞、凝并成大颗粒，正、负荷电颗粒之间的库仑力强化了凝并作用，凝并后的大颗粒在惯性离心力的作用下被抛向圆筒6的内壁面而与气流分离，再沿圆筒6的内壁面落至圆锥7的内壁面，再沿圆锥7的内壁面落至排尘管8排出；4）荷正电烟道气与荷负电烟道气脱除颗粒后得到了净化气，净化气在圆锥7和排尘管8之间的连接处从由上而下的螺旋运动折返成由下而上的螺旋运动，并沿着中心轴附近作螺旋运动，最后净化气由排气管3排出。本实施例对烟道气中10 μm以下细颗粒物的捕集率为78%。

Claims (7)

1.用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离装置和工艺，其特征在于：所述的装置包括：正极入口、排气管、负极入口、圆筒、圆锥和排尘管构成的旋风分离器，其中正极入口和负极入口以圆筒的中心轴为对称轴，轴对称地设置在圆筒的上部，并与圆筒切向贯通；正极荷电段与正极入口连通，负极荷电段与负极入口连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的正极荷电段和负极荷电段的结构相同。
3.根据权利要求2所述的正极荷电段和负极荷电段，其特征在于：正极荷电段和负极荷电段是由上侧板、下侧板、内侧板、外侧板焊接而成的矩形管道，该矩形管道内设置有电网。
4.根据权利要求3所述的电网，其特征在于：电网是由1块矩形的钢丝网折弯成4块矩形钢丝网形成的W形钢丝网，W形钢丝网内的夹角相同均为20~90度。
5.根据权利要求3所述的电网，其特征在于：电网与上侧板和下侧板垂直，且与上侧板和下侧板的距离相同均为5~10 cm。
6.用于烟道气除尘的双极荷电-旋风分离工艺，其特征在于：所述的工艺包括：
1）烟道气以10~30 m/s的速度从正极荷电段的一端进入，正极荷电段的电网负载有一定的正电压，烟道气的尘粒受电网上正电压的作用荷上了正电荷得到了荷正电烟道气，荷正电烟道气从正极荷电段的另一端排入正极入口，通过正极入口进入到圆筒；
2）烟道气以10~30 m/s的速度从负极荷电段的一端进入，负极荷电段的电网负载有一定的负电压，烟道气的尘粒受电网上负电压的作用荷上了负电荷得到了荷负电烟道气，荷负电烟道气从负极荷电段的另一端排入负极入口，通过负极入口进入到圆筒；
3）荷正电烟道气和荷负电烟道气进入圆筒后，受到圆筒的壁面作用向下作螺旋运动并相互混合，荷正电烟道气中带正电荷的颗粒与荷负电烟道气中带负电荷的颗粒相互碰撞、凝并成大颗粒，正、负荷电颗粒之间的库仑力强化了凝并作用，凝并后的大颗粒在惯性离心力的作用下被抛向圆筒的内壁面而与气流分离，再沿圆筒的内壁面落至圆锥的内壁面，再沿圆锥的内壁面落至排尘管排出；
4）荷正电烟道气与荷负电烟道气脱除颗粒后得到了净化气，净化气在圆锥和排尘管之间的连接处从由上而下的螺旋运动折返成由下而上的螺旋运动，并沿着中心轴附近作螺旋运动，最后净化气由排气管排出。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述的正电压为10~50千伏特，负电压为-20~-5千伏特。
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