CN108325314A - 一种用于pm2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，凝聚效率高、操作方便、适应性强，便于推广应用。其包括内部形成烟气通道的外壳，外壳内部沿烟气流动方向顺次布置的进口渐扩段、浓淡分离段、异极荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段；浓淡分离段用于将含有大量PM2.5的含尘烟气分离形成颗粒浓度不同的两股浓淡含尘气流；异极荷电段用于将颗粒浓度不同的两股浓淡含尘烟气分别进行荷电，低浓度颗粒区域颗粒将带上与高浓度颗粒区域颗粒相反极性的异极电荷；湍流凝聚段包含若干顺排或错排布置且材质为氟塑料的扰流元件，每一扰流元件由具有一定夹角γ＝120～160°且构成L型形状的两块平板组成。

Description

一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置

技术领域

本发明涉及燃煤工业颗粒物排放控制的技术领域，具体为一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置。

背景技术

近年我国雾霾污染严重，影响了民众正常的生活、工作及身心健康，燃煤源烟气颗粒物尤其是细颗粒物(动力学直径小于2.5μm的颗粒物，即PM2.5)排放是主要原因之一。燃煤工业排放的PM2.5因质量轻和粒径小而具有较长的停留时间和较远的输送能力，容易与大气污染物二次反应造成更严重的环境污染，甚至可穿过人体肺泡进入血液循环系统，进而严重危害人体健康。目前我国传统除尘设备难以脱除PM2.5颗粒，以颗粒数计约有90％以上PM2.5被排放至大气环境。在传统除尘设备前增设增强脱除预处理设备，使PM2.5通过化学或物理方法凝聚成粒径较大颗粒，进而经传统除尘设备脱除是当前微细颗粒物增强脱除技术的发展趋势。按照机理可将凝聚技术分为：电凝聚、声凝聚、磁凝聚、湍流凝聚和化学凝聚等。但采用单一物理或化学作用的凝聚方法对PM2.5凝聚效果有限，因而开发一种用于PM2.5脱除的多场协同颗粒物脱除装置具有十分重要的意义。

公开号为CN106607188A的专利文件公开了一种用于粉尘颗粒的双极荷电凝并装置，包括了顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器，通过顺时针旋风荷电器和逆时针旋风荷电器分别对烟气颗粒进行荷电，再利用旋风分离作用将荷同种电荷的粉尘颗粒的粗、细颗粒分开，再将不同电荷的粗、细颗粒混合，进而强化双极荷电颗粒之间的凝并作用。该装置结构复杂，粗细颗粒分离需配备较大空间旋风荷电器，因而不适用于工业改造。

公开号为CN106492581A的专利文件公开了一种雾化湍流团聚颗粒物的装置及方法，该装置包括内部形成烟气通道的外壳，外壳内部沿烟气流动方向顺次布置的烟气换热器、导流叶片、双流体喷射雾化段和湍流团聚段，通过相变凝结技术、湍流凝聚技术相结合的协同作用脱除细颗粒物。该方法设备较多、结构复杂、可靠性低，消耗大量水资源且需对设备进行防腐蚀处理，因而成本较高，运行操作困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，结构简单，设计合理，能够强化PM2.5脱除效果，成本低，便于工业改造。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，包括内部形成烟气通道的外壳，外壳内部沿烟气流动方向顺次布置的进口渐扩段、浓淡分离段、异极荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段；

所述的浓淡分离段包括百叶窗挡板；百叶窗挡板由位于同一平面的平面挡片组成，相邻挡片之间留有空隙，挡片平面与烟气流向呈倾斜呈锐角设置；烟气经百叶窗挡板后在其上方形成高浓度颗粒区域，下方形成低浓度颗粒区域；

所述的异极荷电段包括分离挡板、高浓度颗粒放电极板、高浓度颗粒接地极板、低浓度颗粒放电极板和低浓度颗粒接地极板；相互平行且间隔布置形成高浓度烟气流道的高浓度颗粒放电极板与高浓度颗粒接地极板均垂直设置在分离挡板上方，相互平行且间隔布置形成低浓度烟气流道的低浓度颗粒放电极板与低浓度颗粒接地极板均垂直设置在分离挡板下方；

高浓度颗粒区域的高浓度颗粒烟气经高浓度烟气流道后带电；低浓度颗粒区域的低浓度颗粒烟气经低浓度烟气流道后带有与高浓度颗粒烟气相反的异种电荷；

所述的湍流凝聚段包括若干沿烟气方向布置的扰流元件，用于带电相反的低浓度颗粒烟气和高浓度颗粒烟气之间的局部富集和湍流团聚。

优选的，所述的进口渐扩段包括依次连接的恒定截面流道和渐扩截面流道，恒定截面流道为直管结构或弯管结构。

优选的，所述的平面挡片大小相同，共设置3～7片，挡片平面与烟气流向的倾角α＝25～60°。

优选的，所述的浓淡分离段还包括集流角；集流角由烟气流道的外壳在高浓度颗粒区域变截面形成，集流角与外壳水平段的夹角为折弯角，折弯角度β＝120～160°。

优选的，所述的分离挡板与百叶窗挡板的顶端平齐设置，分别对应高浓度颗粒区域和低浓度颗粒区域分隔形成高度为a的高浓度颗粒带电区域和高度为b的低浓度颗粒带电区域，a和b为自然数，且a/b＝0.5～0.8。

优选的，所述的高浓度颗粒放电极板表面具有针状凸起且带有正电荷或负电荷，高浓度颗粒接地极板为表面光滑平板；低浓度颗粒放电极板表面具有针状凸起且带有与高浓度颗粒放电极板相反的异种电荷，低浓度颗粒接地极板为表面光滑平板。

优选的，所述的扰流元件呈顺排或错排布置，两端固定于外壳内壁上。

进一步，所述的扰流元件由夹角γ＝120～160°且构成L型形状的第一、二两块平板组成，夹角内侧背向烟气流向设置。

优选的，第一平板与烟气流向平行设置，第二平板设置在第一平板的上游端，且向上倾斜设置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明基于湍流凝聚局部富集原理，利用浓淡分离挡板将烟气颗粒分为颗粒浓度不同的浓淡两股含尘气流，然后进入异极荷电段和湍流凝聚段进行颗粒荷电凝聚，通过采用异极荷电方法，将粒径较大的高浓度颗粒与粒径较小的低浓度颗粒分别带上电荷相反的异种电荷，通过强化颗粒间库仑力促进PM2.5在湍流凝聚段部分的碰撞凝聚，可在短时间内将微细颗粒吸引并粘附于粒径较大颗粒表面，大幅提高浓度颗粒物尤其是PM2.5在传统除尘设备的脱除效果。采用的颗粒浓淡分级后异极荷电协同湍流凝聚促进PM2.5凝聚长大技术，不需要对现有除尘设备进行改变，装置结构简单，操作方便，适用于水平烟道和竖直烟道。该发明不同于常规湍流凝聚或电凝聚技术，具有鲜明的理论创新性和很好的凝聚效果；不仅适合于燃煤电站，而且适用于水泥、钢铁及陶瓷等PM2.5排放控制行业，具有很好的发展前景。

进一步的，通过恒定截面流道和渐扩截面流道的设置可使微细颗粒流动时因具有离心力或碰撞而初步实现浓淡分离，有利于增强PM2.5的凝聚效果。

进一步的，通过分别与高浓度颗粒区域和低浓度颗粒区域对应的带电区域，对不同浓度的颗粒进行异电荷带电操作，加强了后期不同浓度颗粒即不同大小颗粒之间的富集和团聚。

进一步的，本发明湍流凝聚段布置有一系列采用氟塑料制作的扰流元件，扰流元件的材料、大小和位置等参数共同决定烟气中不同粒径颗粒的流体力学特性，同时扰流件的参数选取与异极荷电段具有协同作用，实际安装后湍流凝聚段不需外部能量及运行控制，即可实现微细颗粒的高效凝聚。

附图说明

图1为本发明所述实施例1的装置结构示意图。

图2为本发明所述实施例2的装置结构示意图。

图3为本发明所述的异极荷电段结构示意图。

图4为本发明扰流元件促进颗粒物凝聚的原理示意图。

图中：外壳1，进口渐扩段2，浓淡分离段3，异极荷电段4，湍流凝聚段5，出口渐缩段6，恒定截面流道21，渐扩流道截面22，百叶窗挡板31，集流角32，分离挡板41，高浓度颗粒放电极板42，高浓度颗粒接地极板43，低浓度颗粒放电极板44，低浓度颗粒接地极板45，扰流元件51。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，包括内部形成烟气通道的外壳1，外壳1内部沿烟气流动方向顺次布置进口渐扩段2、浓淡分离段3、异极荷电段4、湍流凝聚段5和出口渐缩段6；进口渐扩段2由恒定截面流道21和渐扩截面流道22组成，恒定截面流道21为直管结构或弯管结构；浓淡分离段3由百叶窗挡板31和集流角32组成；异极荷电段4由分离挡板41、高浓度颗粒放电极板42、高浓度颗粒接地极板43、低浓度颗粒放电极板44和低浓度颗粒接地极板45组成；湍流凝聚段5由若干顺排或错排布置扰流元件51组成，每一扰流元件51两端固定于外壳1内壁上。

其中，百叶窗挡板31由大小相同且均位于同一平面的平面挡片组成，相邻挡片之间留有一定空隙，挡片数量为3～7片，挡片平面与烟气流向具有一定倾角α＝25～60°。

集流角32由烟气流道的外壳1在高浓度颗粒区域变截面形成，集流角33具有一定折弯角度β＝120～160°。

分离挡板41与高浓度颗粒放电极板42、高浓度颗粒接地极板43和低浓度颗粒放电极板44、低浓度颗粒接地极板45均相互垂直，采用氟塑料材料制成，可分隔形成宽度为a的高浓度颗粒区域和宽度为b的低浓度颗粒区域，a和b为自然数，具有数学关系a/b＝0.5～0.8。

高浓度颗粒放电极板42与高浓度颗粒接地极板43相互平行且间隔一定距离d₁，高浓度颗粒放电极板42表面具有针状凸起且带有正电荷或负电荷，高浓度颗粒接地极板43为表面光滑平板；

低浓度颗粒放电极板44与高浓度颗粒接地极板45相互平行且间隔一定距离d₂，低浓度颗粒放电极板44表面具有针状凸起且带有与高浓度颗粒放电极板42相反的异种电荷，低浓度颗粒接地极板45为表面光滑平板；

湍流凝聚段5的扰流元件51由氟塑料制成，每一扰流元件51由具有一定夹角γ＝120～160°且构成L型形状的两块平板组成。

实施例1

如图1所示，本发明装置主体结构包括优选为矩形截面的外壳1、进口渐扩段2、浓淡分离段3、异极荷电段4、湍流凝聚段5和出口渐缩段6。进口渐扩段2由恒定截面流道21和渐扩截面流道22组成，其中恒定截面流道21为弯管结构，该结构可使微细颗粒流动时因具有离心力而初步实现浓淡分离，有利于增强PM2.5的凝聚效果。浓淡分离段3中包含由4片位于同一平面的平面挡片构成的百叶窗挡片31，挡片与烟气流向形成倾角α＝45°，相邻挡片之间留有一定间隙，挡片由不锈钢材料制成。同时，外壳1在浓淡分离段3位置处变截面形成集流角32，折弯角度为β＝150°。异极荷电段4的分离挡板41将经过浓淡分离段3的烟气颗粒物分隔形成宽度为a的高浓度颗粒区域和宽度为b的低浓度颗粒区域，分离挡板41的位置由数学关系a/b＝0.65确定。如图3所示异极荷电段4的高浓度颗粒区域布置有高浓度颗粒放电极板42和高浓度颗粒接地极板43，高浓度颗粒放电极板42表面具有针状凸起且带正电荷；异极荷电段4的低浓度颗粒区域布置有低浓度颗粒放电极板44和低浓度颗粒接地极板45，低浓度颗粒放电极板44表面具有针状凸起且带负电荷。湍流凝聚段5由若干错排布置且材质为氟塑料的扰流元件51组成，每一扰流元件由两块夹角为γ＝120°且构成L型形状的两块平板组成。

实施例2

如图2所示，本发明装置的进口渐扩段2由恒定截面流道21和渐扩截面流道22组成，其中恒定截面流道21为直管结构。烟气中的颗粒物经恒定截面流道21进入装置，经渐扩截面流道减小流动速度。进一步的，烟气颗粒经过浓淡分离段3的百叶窗挡片31后定性形成浓淡两股含尘气流，颗粒浓度较高的一股气流经集流角32后进一步提高浓度颗粒。异极荷电段4中的分离挡板41将含尘气流定量分成浓淡两股含尘气流，其中绝大多数PM2.5位于低浓度颗粒的含尘气流中。进一步的，高浓度颗粒区域的颗粒经过高浓度颗粒放电极板42和高浓度颗粒接地极板43后带有正电荷，低浓度颗粒区域的颗粒经过低浓度颗粒放电极板44和低浓度颗粒接地极板45后带有负电荷。分别带有正负电荷的两股浓淡颗粒气流在湍流凝聚段5经过扰流元件51，在扰流元件51面向烟气流向的正面形成颗粒局部富集现象，在扰流元件51的L型夹角内侧区域形成颗粒湍流团聚现象；最后在湍流脉动、旋涡局部富集效应和库仑力的影响下带有相反电荷的大粒径颗粒和小粒径颗粒不断的碰撞并凝聚长大，过程示意图如图4所示。

Claims (9)

1.一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：包括内部形成烟气通道的外壳(1)，外壳(1)内部沿烟气流动方向顺次布置的进口渐扩段(2)、浓淡分离段(3)、异极荷电段(4)、湍流凝聚段(5)和出口渐缩段(6)；

所述的浓淡分离段(3)包括百叶窗挡板(31)；百叶窗挡板(31)由位于同一平面的平面挡片组成，相邻挡片之间留有空隙，挡片平面与烟气流向呈倾斜呈锐角设置；烟气经百叶窗挡板(31)后在其上方形成高浓度颗粒区域，下方形成低浓度颗粒区域；

所述的异极荷电段(4)包括分离挡板(41)、高浓度颗粒放电极板(42)、高浓度颗粒接地极板(43)、低浓度颗粒放电极板(44)和低浓度颗粒接地极板(45)；相互平行且间隔布置形成高浓度烟气流道的高浓度颗粒放电极板(42)与高浓度颗粒接地极板(43)均垂直设置在分离挡板(41)上方，相互平行且间隔布置形成低浓度烟气流道的低浓度颗粒放电极板(44)与低浓度颗粒接地极板(45)均垂直设置在分离挡板(41)下方；

高浓度颗粒区域的高浓度颗粒烟气经高浓度烟气流道后带电；低浓度颗粒区域的低浓度颗粒烟气经低浓度烟气流道后带有与高浓度颗粒烟气相反的异种电荷；

所述的湍流凝聚段(5)包括若干沿烟气方向布置的扰流元件(51)，用于带电相反的低浓度颗粒烟气和高浓度颗粒烟气之间的局部富集和湍流团聚。

2.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的进口渐扩段(2)包括依次连接的恒定截面流道(21)和渐扩截面流道(22)，恒定截面流道(21)为直管结构或弯管结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的平面挡片大小相同，共设置3～7片，挡片平面与烟气流向的倾角α＝25～60°。

4.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的浓淡分离段(3)还包括集流角(32)；集流角(32)由烟气流道的外壳(1)在高浓度颗粒区域变截面形成，集流角(32)与外壳(1)水平段的夹角为折弯角，折弯角度β＝120～160°。

5.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置装置，其特征在于：所述的分离挡板(41)与百叶窗挡板(31)的顶端平齐设置，分别对应高浓度颗粒区域和低浓度颗粒区域分隔形成高度为a的高浓度颗粒带电区域和高度为b的低浓度颗粒带电区域，a和b为自然数，且a/b＝0.5～0.8。

6.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的高浓度颗粒放电极板(42)表面具有针状凸起且带有正电荷或负电荷，高浓度颗粒接地极板(43)为表面光滑平板；低浓度颗粒放电极板(44)表面具有针状凸起且带有与高浓度颗粒放电极板(42)相反的异种电荷，低浓度颗粒接地极板(45)为表面光滑平板。

7.根据权利要求1所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的扰流元件(51)呈顺排或错排布置，两端固定于外壳(1)内壁上。

8.根据权利要求1或7所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：所述的扰流元件(51)由夹角γ＝120～160°且构成L型形状的第一、二两块平板组成，夹角内侧背向烟气流向设置。

9.根据权利要求8所述的一种用于PM2.5脱除的颗粒浓淡电湍凝聚装置，其特征在于：第一平板与烟气流向平行设置，第二平板设置在第一平板的上游端，且向上倾斜设置。