CN108079672A - 散煤燃烧烟气高效一体化处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明即针对散煤燃烧所产生烟气的高效一体化处理装置，主要由超声波雾化系统、折流混合系统和超重力分离系统组成。超声波雾化系统与进烟管道并联连接、混合系统内置折流板，超重力分离系统主要为并联旋风分离器，烟气与雾化系统的水雾并联后进入混合系统及超重力分离系统，最终由引风机排出。本发明解决了散煤烟气直排大气，污染严重的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，尤其涉及一种能捕集烟气中以细颗粒物（PM2.5）为主的多种污染物的散煤燃烧烟气高效一体化处理装置。
背景技术
近年来，我国空气污染现象严重，尤其是以京津冀为代表的北方地区。采暖季节里雾霾天气的发生频率很高，很大部分来源于农村地区采暖时散煤燃烧对超细颗粒物（PM2.5）的贡献。（洪纲, 周静博, 姜建彪,等. 空气细颗粒物(PM2.5)的污染特征及其来源解析研究进展[J]. 河北工业科技, 2015, 32(1):64-71；柴发合, 薛志钢, 支国瑞,等. 农村居民散煤燃烧污染综合治理对策[J]. 环境保护, 2016, 44(6)）。
散煤燃烧产生的烟气中，最主要的污染物即超细颗粒物（PM2.5）。经有关学者研究，散煤燃烧两天即可使PM2.5浓度由“良”变为“重度污染”，空气质量指数明显上升，严重污染了大气环境，威胁着人们的身体健康。（李彪. 散煤燃烧两天 PM2.5浓度可由优良变重污染[N]. 每日经济新闻,2016-12-29004）。尤其是对于农村地区而言，燃煤后产生的烟气未经任何处理便排入大气，并且由于排放高度较低，对人们的健康影响更加严重。
目前有很多学者也针对散煤污染的治理提供了以下两种解决思路：
①加大清洁能源开发力度，并将成本较低的新能源在农村地区进行大面积推广，逐步替代散煤，以从源头减少污染物排放；
②把农村各户的单独采暖整合起来变为集中供暖，并给集中供暖设施配套烟气脱硫除尘等净化处理装置，从而减少个体采暖时散烧煤的使用；
清洁能源作为我国能源结构转型的主要方向，对环境质量和人体健康的提升都具有重要意义。但当前对于清洁能源的开发仍不成熟，其初期建设成本和正常使用成本都要高于散煤，难以保证其经济可行性，因此清洁能源暂时还无法作为散煤污染最主要的改善措施。
而集中供暖作为我国城镇地区的主要供暖方式，具有热效率高，管理方便、清洁卫生等优点，但要在农村地区建设集中供暖设施，必须首先变分散的独户居住为集中的楼房居住，需进行庞大的改造工程和拆迁工程，短时间内不可能大面积实现，尤其是对于经济水平相对落后的地区。
在这两种方法均还无法实现的情况下，在煤炉后接简易的烟气处理装置，通过针对性的末端治理减少污染物排放成为了最及时有效的解决措施。但烟气中存在的PM2.5仍存在较大的去除难度，原因在于颗粒运动的根本源于受力，粉尘随气流运动时是被流体曳力所牵引。参照图3，随着颗粒粒径的减小，尤其是粒径小于20μm的颗粒，其所受到的流体曳力呈几何倍数急剧增长。采用增加收集力的方式除尘时，其所施加的收集力，如电场力、离心力等，需大于粉尘所受的流体曳力，粉尘才能有效捕集。对于越细小的颗粒物，其流体曳力越大，传统收集方式通过增大能耗来提高收集力．但是远远赶不上流体曳力的增长速度，因此收效甚微。（B. WANG A B Y. Computational Investigation of the Mechanisms ofParticle Separation and"Fish-Hook"Phenomenon in Hydrocyclones）
由此可知，研发一套对PM2.5具有较高去除效果的烟气处理装置对于减轻散煤烟气污染和改善大气环境具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，以解决散煤烟气污染大气环境且危害人体健康的问题。
为此，采用如下技术方案：
一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，主要包括由超声波雾化系统、折流混合系统和超重力分离系统组成的整体结构及置于该整体结构外部的引风机组成；所述超声波雾化系统的出口与散煤烟气进烟管道分别于三通阀门并联连接后，三通阀门的第三通道连接至折流混合系统的入口侧，然后从折流混合系统的出口侧串联至超重力分离系统进口；而所述引风机与超重力分离系统出口相连。
所述超声波雾化系统包括雾化箱，该雾化箱内安装若干超声波雾化器；雾化箱的内壁上安装水位控制器，高于水位控制器上方的雾化箱壁上开有通风孔（6）。
所述超重力分离系统主要由若干并联的旋风分离器组成，该若干并联的旋风分离器通过其锥体的下口与废液斗相连，该废液斗上设有排液孔。
所述折流混合系统包括混合箱，该混合箱内安装若干折流板，而混合箱壁上开有排液孔。
本发明综合考虑了散煤烟气成分复杂，且其中的PM2.5较难去除的问题，通过极细水雾与烟气的充分结合，使其发生异相冷凝过程，并通过后续的旋转并联旋风分离对烟气中的PM2.5、SO2和NOx都进行了脱除。
本发明通过添加超细水雾构建相对湿度过饱和的环境，类似于云雾形成条件，在扰动的流场中超细颗粒物与饱和水蒸汽充分混合，饱和水蒸汽以颗粒物为凝结核液化并附着在粉尘颗粒表面使细颗粒物粒径不断增大。这一异相冷凝过程不仅改善了粉尘颗粒的亲水性能，而且增大了超细颗粒物的体积与重量，从而降低其流体曳力，从而大幅度降低颗粒物的收集难度。与此同时，过饱和雾气中的液滴与粉尘颗粒相互碰撞，发生合并、团聚等微物理过程。该过程中释放大量的负离子与细颗粒物等产生静电式反应，更加有利于使其沉降。
经过数值模拟分析，参照图4，添加水雾对颗粒物加湿后可以获得更高的去除效率。经实验测定，本发明针对100m2采暖面积设计的一体化装置可以实现99%左右的颗粒物去除效率，同时可以去除约90%的SO2和50%的NOx。参照图6，与其他散煤污染治理方法相比，本发明的制造成本和运行成本均较低，且当前并无其他的同类型装置，具备不可替代性。
综上所述，本发明可以高效地收集散煤烟气中的PM2.5、SO2和NOx，大幅降低散煤烟气直排大气对于环境的污染和人体健康的威胁。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作流程图；
图3为颗粒物受力与粒径大小的关系图；
图4为并联旋风分离器并联布局下的压降对比图；
图5为并联旋风分离器并联布局下的风量对比图；
图6为本发明与其他散煤污染治理方法的经济成本对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，主要包括由超声波雾化系统、折流混合系统和超重力分离系统组成的整体结构及置于该整体结构外部的引风机组成；该引风机17与一体化装置相对分离的设置，可以实现不同应用情境下的风机选型。所述超声波雾化系统的出口与散煤烟气进烟管道1分别于三通阀门3并联连接（以避免雾化箱被烟气污染）后，三通阀门3的第三通道连接至折流混合系统的入口侧，然后从折流混合系统的出口侧串联至超重力分离系统进口；而所述引风机17与超重力分离系统出口16相连。最终由引风机17引出烟气。
所述超声波雾化系统包括雾化箱2，该雾化箱2内安装若干超声波雾化器4；雾化箱2的内壁上安装水位控制器5保证雾化器的最佳雾化水位，而使超声波雾化器4具有较好的雾化效果。同时，高于水位控制器5上方的雾化箱2壁上开有通风孔6，以使箱内气压满足雾化量进入系统的条件。同时也是超声波雾化器4和水位控制器5的水电通口。
所述超重力分离系统主要由若干并联的旋风分离器10（Lapple型）组成，该若干并联的旋风分离器10通过其锥体11的下口12与废液斗13相连，该废液斗13上设有排液孔14。该若干并联的旋风分离器10可以实现对于压降和风量的均匀分配，降低单个分离器的烟气负载，从而高效地脱除烟气中的颗粒物等污染物。该超重力分离系统可以采用专利201510356260.7，或专利201510356212.8的结构，亦能达到相应的功能。
所述折流混合系统包括混合箱7，该混合箱7内安装若干折流板8，而混合箱7壁上开有排液孔9。多个折流板8的布置，目的是使烟气和水雾充分混合，使烟气中的颗粒物充分发生异相冷凝。
本发明的工作过程：散煤燃烧所产生的高浓度烟气通过烟气进口1进入处理系统，干烟气与雾化箱2所产生的超细水雾通过三通阀3并联进入混合箱7中，并在其中折流板8的作用下充分混合，发生凝并团聚过程，饱和水蒸汽以颗粒物为凝结核液化并附着在粉尘颗粒表面使细颗粒物粒径不断增大。在混合箱7中冷凝降落的液滴在其中成为废液，并通过排液孔9排出系统。随后湿烟气进入并联的旋风分离器10中做多级旋流运动，并在多级切向旋转离心力的作用下被收集，经过多层液封15下进入废液斗13中，从烟气中脱除。废液斗13中所产生的废液通过排液孔14排出系统。经过处理的洁净烟气通过经旋风分离器出口16排出系统，被引风机17引出。
Claims (4)
1.一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，其特征在于：主要包括由超声波雾化系统、折流混合系统和超重力分离系统组成的整体结构及置于该整体结构外部的引风机组成；所述超声波雾化系统的出口与散煤烟气进烟管道（1）分别于三通阀门（3）并联连接后，三通阀门（3）的第三通道连接至折流混合系统的入口侧，然后从折流混合系统的出口侧串联至超重力分离系统进口；而所述引风机（17）与超重力分离系统出口（16）相连。
2.根据权利要求1所述的一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，其特征在于：所述超声波雾化系统包括雾化箱（2），该雾化箱（2）内安装若干超声波雾化器（4）；雾化箱（2）的内壁上安装水位控制器（5），高于水位控制器（5）上方的雾化箱（2）壁上开有通风孔（6）。
3.根据权利要求1所述的一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，其特征在于：所述超重力分离系统主要由若干并联的旋风分离器（10）组成，该若干并联的旋风分离器（10）通过其锥体（11）的下口（12）与废液斗（13）相连，该废液斗（13）上设有排液孔（14）。
4.根据权利要求1所述的一种散煤燃烧烟气高效一体化处理装置，其特征在于：所述折流混合系统包括混合箱（7），该混合箱（7）内安装若干折流板（8），而混合箱（7）壁上开有排液孔（9）。
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- 2018-01-29 CN CN201810085839.8A patent/CN108079672A/zh active Pending
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