CN107469536B - 基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的除尘装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置及方法，属于环境工程领域。本发明含尘烟气由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2‑3μm以上的粗颗粒直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构；粒径2‑3μm以下的细颗粒通过细颗粒粉尘管道进入粉尘扩径室，粉尘扩径剂蒸汽凝结在细颗粒表面，使细颗粒粒径变大，细颗粒粉尘经扩径处理后，进入除尘器；除尘器对原有的粗颗粒粉尘以及扩径后的粉尘颗粒处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。与传统除尘器相比，本发明可处理粒径小于2μm的粉尘，除尘效率显著提高；可极大降低小颗粒烟尘的排放，改善空气的PM2.5，具有明显的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程领域，特别涉及一种基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置及方法。
背景技术
工业生产过程中常排放含尘烟气，如果排入大气，对人体健康和环境危害很大，已经成为我国各地大气的首要污染物，因此需要进行除尘净化。工业中广泛应用的除尘器包括旋风分离器、静电除尘器和布袋除尘器等。
旋风分离器除尘效率低，对小于5 μm的粉尘几乎无效果，常用在除尘要求不高的小型工业设备中。
静电除尘器是目前广泛使用的除尘设备，具有很高的总除尘效率，但是对小于2.5μm的超细粉尘，效率较低，且除尘效率容易受到粉尘的比电阻等物理特性影响。
布袋除尘器也具有很高的除尘效率，但是同样对超细颗粒粉尘的除尘效果较差，且阻力较大，运行一段时间后效果变差，布袋需要定期更换。
因此，在环保要求日益严格情况下，尤其现阶段PM2.5非常高的情况下，工业中使用的常规除尘器，已经不能满足超低排放的需求，亟需开发具有更高效率的新型除尘器技术，尤其要对细颗粒粉尘具有较高的除尘效率。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中除尘设备无法去除超细颗粒粉尘，除尘效率相对较低的问题，本发明提供了一种基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置及方法。
本发明的技术方案为：
一种基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置，包括含尘烟气入口、粉尘颗粒粗细分离机构、粉尘扩径机构、除尘机构和洁净烟气出口；所述粉尘颗粒粗细分离机构连通细颗粒粉尘管道和粗颗粒粉尘管道，所述粗颗粒粉尘管道直接连通至除尘机构；所述细颗粒粉尘管道通过所述粉尘扩径机构与所述除尘机构连通；所述粉尘扩径机构包括粉尘扩径室、内装粉尘扩径剂的粉尘扩径剂容器以及用于加热粉尘扩径剂的加热器；所述粉尘扩径室与粉尘扩径剂容器相连通。
作为优选方案，所述粉尘颗粒粗细分离机构为旋风分离装置。
进一步地，所述旋风分离装置为将粉尘分为粒径2-3μm以下细颗粒粉尘和2-3μm以上粗颗粒粉尘的旋风分离装置。
作为优选方案，所述加热器位于所述粉尘扩径剂容器内。
作为优选方案，所述除尘机构为静电除尘器。由于静电除尘器为工业用的较多的除尘器，且静电除尘器对PM2.5超细颗粒粉尘效果较差，本发明中的除尘机构优选为静电除尘器。
采用所述基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法，打开加热器，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满所述粉尘扩径室；含尘烟气由含尘烟气入口进入所述粉尘颗粒粗细分离机构，经所述粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入所述除尘机构；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入所述粉尘扩径室，粉尘扩径剂蒸汽凝结在细颗粒粉尘表面，使细颗粒粉尘粒径变大，细颗粒粉尘经扩径处理后，进入除尘机构；除尘机构器对原有的粗颗粒粉尘以及扩径后的粉尘颗粒处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。
作为优选方案，所述粉尘扩径剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的混合物。
作为优选方案，所述粉尘扩径剂中氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为2-5:2-5:1-2。
作为优选方案，所述粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在所述粉尘扩径室的停留时间为2-5秒。
作为优选方案，加热粉尘扩径剂的温度为1000-1200℃。只要能使粉尘扩径剂产生无机蒸汽即可。该温度下，扩径效果已足够好。
本发明的有益效果为：
1、本发明对烟气中的粉尘进行粗细分离，仅对超细颗粒粉尘（粒径小于2-3μm）进行扩径处理使超细颗粒粉尘粒径分布变大，而对粗颗粒粉尘则不处理，更有针对性，能够节约能源与运行费用。
2、采用粉尘扩径剂，其蒸汽在超细颗粒粉尘表面凝结，使超细颗粒粉尘粒径增大，就能够消除除尘机构对超细颗粒粉尘除尘效率不高的缺点。
3、本发明可以最大幅度利用现有设备，在原有的除尘器基础上，增加粉尘粗细分离机构及粉尘扩径机构，就能大幅提高烟气除尘效率，具有改造费用低的优点。
4、与传统除尘器相比，本发明的除尘效率有显著的提高，除尘效率几乎为100%。极大降低小颗粒粉尘的排放，改善空气的PM2.5，具有明显的社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的结构示意图；
图2为使用本发明装置时，细颗粒粉尘烟尘扩径处理前后的粒径分布图；
图3为粉尘扩径室入口前细颗粒粉尘的SEM图；
图4为粉尘扩径室出口处扩径处理后颗粒的SEM图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置，包括含尘烟气入口1、粉尘颗粒粗细分离机构7、粉尘扩径机构、除尘机构4和洁净烟气出口5。
粉尘颗粒粗细分离机构7连通细颗粒粉尘管道2和粗颗粒粉尘管道6，粗颗粒粉尘管道6直接连通至除尘机构4；细颗粒粉尘管道2通过粉尘扩径机构与除尘机构4连通；粉尘扩径机构包括粉尘扩径室3、内装粉尘扩径剂的粉尘扩径剂容器8以及用于加热粉尘扩径剂的加热器9；加热器9位于粉尘扩径剂容器8内。粉尘扩径室3与粉尘扩径剂容器8相连通。
其中，除尘机构4为传统的除尘器，如旋风分离除尘器、静电除尘器和布袋除尘器等；由于静电除尘器为工业用的较多的除尘器，且静电除尘器对PM2.5超细颗粒粉尘效果较差，本发明中的除尘机构4优选为静电除尘器。粉尘颗粒粗细分离机构为旋风分离装置。该旋风分离装置可将粉尘分为粒径2-3μm以下细颗粒粉尘和2-3μm以上粗颗粒粉尘。
实施例2
采用实施例1基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法：
1）配制粉尘扩径剂
氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为2:1:1；
2）打开加热器，加热温度为1150℃，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满粉尘扩径室；
3）含尘烟气（燃煤飞灰）由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构4（静电除尘器）；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入粉尘扩径室；
4）粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在粉尘扩径室内停留2.3s，然后通过管道进入除尘机构4（静电除尘器）
5）粗颗粒粉尘以及扩径后的颗粒经布袋除尘器处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。
经检测，本实施例总除尘效率几乎为100%；其中，细颗粒粉尘除尘效率为99.9%；对粗颗粒粉尘的除尘效率为99.99%。
采用多级粉尘采样器（FA-3型）对进入粉尘扩径室前后的颗粒进行粒径分布的测量和粉尘采样，结果如图2所示，结果表明在进入扩径处理前，粉尘的平均粒径为2.5 μm；经过扩径处理后，粉尘的粒径分布曲线整体往右移动，表明粒径增加，平均粒径达到了5.3 μm，扩径效果明显。
由图3、图4的扫描电镜结果看，扩径后的颗粒直径变大，表面光滑，是粉尘扩径剂蒸汽冷凝形成的。
实施例3
采用实施例1基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法：
1）配制粉尘扩径剂
氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为2:2:1；
2）打开加热器，加热温度为1100℃，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满粉尘扩径室；
3）含尘烟气（燃煤飞灰）由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构4（静电除尘器）；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入粉尘扩径室；
4）粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在粉尘扩径室内停留2.5s，然后通过管道进入除尘机构4（静电除尘器）
5）粗颗粒粉尘以及扩径后的颗粒经布袋除尘器处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。
经检测，本实施例总除尘效率几乎为100%；其中，细颗粒粉尘除尘效率为99.9%；对粗颗粒粉尘的除尘效率为99.99%。
实施例4
采用实施例1基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法：
1）配制粉尘扩径剂
氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为3:2:1；
2）打开加热器，加热温度为1050℃，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满粉尘扩径室；
3）含尘烟气（燃煤飞灰）由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构4（旋风分离除尘器）；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入粉尘扩径室；
4）粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在粉尘扩径室内停留3s，然后通过管道进入除尘机构4（旋风分离除尘器）
5）粗颗粒粉尘以及扩径后的颗粒经布袋除尘器处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。
经检测，本实施例总除尘效率几乎为100%；其中，细颗粒粉尘除尘效率为99.9%；对粗颗粒粉尘的除尘效率为99.99%。
实施例5
采用实施例1基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法：
1）配制粉尘扩径剂
氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为4:3:2；
2）打开加热器，加热温度为1050℃，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满粉尘扩径室；
3）含尘烟气（燃煤飞灰）由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构4（布袋除尘器）；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入粉尘扩径室；
4）粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在粉尘扩径室内停留3s，然后通过管道进入除尘机构4（布袋除尘器）
5）粗颗粒粉尘以及扩径后的颗粒经布袋除尘器处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出。
经检测，本实施例总除尘效率几乎为100%；其中，细颗粒粉尘除尘效率为99.9%；对粗颗粒粉尘的除尘效率为99.99%。
对比例1
仅采用与实施例2所用除尘机构相同的静电除尘器处理燃煤飞灰。
将（燃煤飞灰）直接通入静电除尘器，处理后，烟气由烟气出口排出。
经检测，单纯的静电除尘器对烟气中粉尘的总除尘效率为98.1%，其中对细颗粒粉尘的除尘效率仅为90.0%，对粗颗粒粉尘的除尘效率为99.99%。粒径小于3μm的粉尘颗粒相当一部分由烟气出口排出。
传统的静电除尘器，除尘效率低，尤其对于细颗粒粉尘除尘效率更低，增加了空气中PM2.5，严重影响空气质量。因此传统的静电除尘器不适于处理细颗粒粉尘较多的烟气。
Claims (8)
1.采用基于粉尘粗细分离及细颗粒粉尘扩径的高效除尘装置的除尘方法，其特征在于：打开加热器，加热粉尘扩径剂，使粉尘扩径剂蒸汽充满粉尘扩径室；含尘烟气由含尘烟气入口进入粉尘颗粒粗细分离机构，经所述粉尘颗粒粗细分离机构处理，粒径2 -3μm以上的粗颗粒粉尘直接通过粗颗粒粉尘管道进入除尘机构；粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘通过细颗粒粉尘管道进入所述粉尘扩径室，粉尘扩径剂蒸汽凝结在细颗粒粉尘表面，使细颗粒粉尘粒径变大，细颗粒粉尘经扩径处理后，进入除尘机构；除尘机构对原有的粗颗粒粉尘以及扩径后的粉尘颗粒处理后，洁净烟气由洁净烟气出口排出；
所述高效除尘装置，包括含尘烟气入口、粉尘颗粒粗细分离机构、粉尘扩径机构、除尘机构和洁净烟气出口；所述粉尘颗粒粗细分离机构连通细颗粒粉尘管道和粗颗粒粉尘管道，所述粗颗粒粉尘管道直接连通至除尘机构；所述细颗粒粉尘管道通过所述粉尘扩径机构与所述除尘机构连通；所述粉尘扩径机构包括粉尘扩径室、内装粉尘扩径剂的粉尘扩径剂容器以及用于加热粉尘扩径剂的加热器；所述粉尘扩径室与粉尘扩径剂容器相连通；所述除尘机构为静电除尘器。
2.如权利要求1所述的除尘方法，其特征在于：所述粉尘颗粒粗细分离机构为旋风分离装置。
3.如权利要求2所述的除尘方法，其特征在于：所述旋风分离装置为将粉尘分为粒径2-3μm以下细颗粒粉尘和2-3μm以上粗颗粒粉尘的旋风分离装置。
4.如权利要求1-3任一项所述的除尘方法，其特征在于：所述加热器位于所述粉尘扩径剂容器内。
5.如权利要求1所述的除尘方法，其特征在于：所述粉尘扩径剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的混合物。
6.如权利要求5所述的除尘方法，其特征在于：所述粉尘扩径剂中氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的重量比为2-5:2-5:1-2。
7.如权利要求1或5所述的除尘方法，其特征在于：所述粒径2-3μm以下的细颗粒粉尘在所述粉尘扩径室的停留时间为2-5秒。
8.如权利要求1所述的除尘方法，其特征在于：加热粉尘扩径剂的温度为1000-1200℃。
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