CN108465554A - 控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高频交变电场、静电电场建立及其应用技术领域，涉及控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置及方法。装置主要包括单极性离子源、荷电凝并装置、直流高压电源、微细颗粒污染物浓度测试仪、电收尘器、绝缘套管和烟道。将单极性离子源和荷电凝并装置均置于烟道中，单极性离子源将O2电离成单极性离子O2 ‑或O2 +，单极性离子与烟道中烟气一并进入荷电凝并装置，烟气中微细颗粒污染物与单极性离子在交变电场中发生碰撞凝并成粒径大于4μm颗粒污染物，再经电收尘器捕集成固体颗粒回收物，变废为宝。本发明具有一次性投资和运行成本成倍降低特点，又不产生任何新污染物，对环境零污染。

Description

控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置及方法
技术领域
本发明属于高频交变电场、静电电场建立及其应用技术领域，涉及控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置及方法。
背景技术
颗粒污染物主要来至燃料燃烧过程的烟气，它是由烟气中SO2,、NO及其化学反应形成硫酸、硝酸及其盐类、重金属、有机污染、碳黑、粉尘等组成。目前控制上述烟气中颗粒污染物方法是以石灰石—石膏湿法(FGD)、SCR脱NO法及电收尘器捕集烟尘法，这些方法的计重(以颗粒污染物重量多少计算)控制效率达到90％～99.9％；而计数(以颗粒污染物个数多少计算)控制效率几乎为零。目前，主要采用电收尘器方法捕集微细颗粒污染物，如图1所示，采用5台电收尘器串联组成，收尘器的计重控制效率为99.9％以上，可见仅靠增加电收尘器台数解决不了电收尘器捕集微细颗粒污染物存在的问题，由于选择性催化还原SCR法净化后气体中含有大量NO微细颗粒污染物，即便采用5台串联电收尘器也解决不了电收尘器捕集微细颗粒污染物存在的问题。
本发明不但解决了极微细颗粒污染物，尤其是烟气中NO极微细颗粒污染物(10nm～4μm)污染环境问题，同时又节省下3台电收尘器，其一次投资、运行成本均成倍降低。本发明具有高效、低投资、不产生新污染物、零环境污染特点。由于纳米级微细颗粒污染物(粒径≤10nm)的比表面积增大，活性强、吸附性极强、致使纳米级微细颗粒物表面极易富集烟气中重金属(As、Se、Pb、Cr等)和PAHs、VOCs等有机污染物。这些污染物多为致癌物质或基因毒性诱变物质，这些微量污染物可在纳米级微细颗粒污染物表面上进一步迁移和富集，所以它们对人体健康危害极大。控制烟气中纳米级微细颗粒污染物将成为影响社会和谐稳定的重大民生问题，也是亟待解决的科学研究问题。
发明内容
本发明针对控制超微细颗粒污染物，尤其是NO超微细颗粒污染物(粒径10nm～1μm)存在的问题，提供控制烟气中纳米级微细颗粒污染物方法。
本发明的技术方案：
控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置，包括单极性离子源8、荷电凝并装置9、电收尘器20、微细颗粒污染物浓度测试仪21、直流高压电源22、绝缘套管23和烟道1；
所述的单极性离子源8主要由电晕极5、接地极11、绝缘子12和直流电源13组成，直流电源13输出直流高压经绝缘子12施加到电晕极5上，将O2电离成单极性离子O2 —或O2 +；所述的荷电凝并装置9主要由交变电源14、高压极10、接地极11和绝缘子12组成，交变电源14输出交变电流经绝缘子12施加到高压极10上，形成交变电场；所述的单极性离子源8和荷电凝并装置9安装于两台电收尘器20之间的烟道1中，单极性离子源8置于荷电凝并装置9之前；
所述的电收尘器20外部壳体3的顶部安装有平台15，壳体3的两侧为喇叭口2，喇叭口2内设置匀速板4；壳体3的底部安装有灰斗7，灰斗7内部安装多个限流板18；所述的直流高压电源22安装在平台15上，直流高压电源22的外部套有绝缘套管23；所述的微细颗粒污染物浓度测试仪21安装在电收尘器20的烟气入口和烟气出口的烟道1上，测试烟气16和净化后烟气17的微细颗粒污染物浓度。
控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，单极性离子源8和荷电凝并装置9安装于两台电收尘器20之间烟道1中，单极性离子源8置于荷电凝并装置9之前；烟气16从烟道1入口进入，经过第一电收尘器20后，进入到两台电收尘器20之间的烟道1中，烟气16中纳米级微细颗粒污染物与单极性离子源8产生的单极性离子O2 —或O2 +进入荷电凝并装置9中；单极性离子O2 —或O2 +在荷电凝并装置9产生的交变电场中进行上下往返运动；纳米级微细颗粒污染物在通过荷电凝并装置9产生的交变电场时，与单极性离子O2 —或O2 +碰撞，进而纳米级微细颗粒污染物、荷电的纳米级微细颗粒污染物与单极性离子O2 -或O2 +复合物重复往返碰撞，荷电凝并成粒径大于4μm颗粒污染物；形成的粒径大于4μm颗粒污染物进入下一个电收尘器20中，被捕集于灰斗7中；最后净化后烟气17从出口的烟道1中出来。
其中：
控制烟气中微细颗粒污染物粒径范围为1nm～4μm；
控制烟气中纳米级微细颗粒污染物计数效率≥98.6％；
控制烟气中纳米级微细颗粒污染物计重效率≥99.9％；
单极性离子源输出单极性离子浓度为1010/cm3～1015/cm3；
控制烟气中纳米级微细颗粒污染物反应时间小于5s；
控制烟气温度范围4℃～68℃；
所述的荷电凝并装置9中交变电场频率范围为80Hz～1kHz；
所述的荷电凝并装置9长度小于100cm；所述的单极性离子源8长度小于60cm；所述的两台电收尘器20之间距离为2m～8m；
所述的单极性离子源8和荷电凝并装置9，采用钛钢或316不锈钢加工制成。
本发明的有益效果：本发明实现在烟道中将烟气里的纳米级微细颗粒污染物增粗到4μm以上颗粒污染物，再用电收尘器回收成固体颗粒回收物，不但为控制烟气中纳米级微细颗粒物提供一个原始创新的新方法，同时也有效解决NO微细颗粒污染物环境污染问题。本发明具有一次性投资和运行成本成倍降低特点，又不产生任何新污染物，对环境零污染。
附图说明
图1是现在用于捕集粒径大于4μm的颗粒污染物电收尘器系统示意图；
图2是本发明系统结构图；
图3是烟道中单极性离子源和荷电凝并装置结构示意图；
图4是单极性离子源中电晕极与接地极间隙中电场强度与单极性离子浓度关系曲线图；
图5是控制烟道烟气中粒径为10-2μm～102μm微细颗粒污染物的实施结果图。
图中：1烟道；2喇叭口；3壳体；4匀速板；5电晕极；6阳极板；7灰斗；
8单极性离子源；9荷电凝并装置；10高压极；11接地极；12绝缘子；
13直流电源；14交变电源；15平台；16烟气；17净化后烟气；18限流板；
19固体颗粒回收物；20电收尘器；21微细颗粒污染物浓度测试仪；
22直流高压电源；23绝缘套管。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
现在用于捕集粒径大于4μm的颗粒污染物电收尘器系统如图1所示。
本发明“控制烟气中纳米级微细颗粒污染物方法”的实施系统结构如图2所示，包括一个单极性离子源8，一个荷电凝并装置9、一个直流电源13、一个交变电源14、二台直流高压电源22、二台电收尘器20、五条电晕极5、四条高压极10、七条接地极11、二个平台15、两个绝缘子12、5个绝缘套管22、三条烟道1、两台微细颗粒污染物浓度测试仪21。
本发明控制烟气中大于纳米微细颗粒污染物系统是将单极性离子源8和荷电凝并装置9一并置于烟道1中，单极性离子源8置于荷电凝并装置9之前，直流电源13输出直流高压经绝缘子12施加到单极性离子源8中的电晕极5上，单极性离子源8输出单极性离子O2 -(或O2 +)与烟气中大于纳米级微细颗粒污染物一并进入荷电凝并装置中；单极性离子在荷电凝并装置9的交变电场中进行千万次上下往返运动，将与烟道1烟气16中的大于纳米级微细颗粒污染物发生千万次碰撞，致使纳米级微细颗粒污染物荷电凝并生成粒径≥4μm颗粒污染物，它将被电收尘器20中静电场有效捕集成固体颗粒回收物19，含有纳米级微细颗粒污染物烟气16最终被净化成不含有微细颗粒污染物(含有纳米级微细颗粒污染物)的烟气17，在此基础上首先进行了单极性离子源8中的电晕极5与接地极11的间隙中，电场强度对单极性离子浓度影响实验，结果如图4所示，从图中可见当放电间隙中电场强度到5.5kV/cm时，单极性离子浓度达到5×1015/cm3，这就为荷电凝并装置9提供了高浓度单极性离子，进而大幅度提高了荷电凝并装置9的荷电性能，从而能使纳米级微细颗粒污染物粒径增粗到粒径≥4μm颗粒污染物。在上述基础上进行了在烟道中控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的实验，实验结果如图5所示，当颗粒物粒径＞10-1μm时，应用荷电凝并方法控制颗粒污染物效率为100％，当颗粒物粒径≤10-1μm时，控制纳米级微细颗粒污染物计数效率随着颗粒物粒径减小而有所降低，在颗粒物粒径为10-2μm时，控制微细颗粒污染物计数效率仅降了0.4％。

Claims (9)

1.控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的装置，其特征在于，包括单极性离子源(8)、荷电凝并装置(9)、电收尘器(20)、微细颗粒污染物浓度测试仪(21)、直流高压电源(22)、绝缘套管(23)和烟道(1)；
所述的单极性离子源(8)主要由电晕极(5)、接地极(11)、绝缘子(12)和直流电源(13)组成，直流电源(13)输出直流高压经绝缘子(12)施加到电晕极(5)上，将O2电离成单极性离子O2 —或O2 +；所述的荷电凝并装置(9)主要由交变电源(14)、高压极(10)、接地极(11)和绝缘子(12)组成，交变电源(14)输出交变电流经绝缘子(12)施加到高压极(10)上，形成交变电场；所述的单极性离子源(8)和荷电凝并装置(9)安装于两台电收尘器(20)之间的烟道(1)中，单极性离子源(8)置于荷电凝并装置(9)之前；
所述的电收尘器(20)外部壳体(3)的顶部安装有平台(15)，壳体(3)的两侧为喇叭口(2)，喇叭口(2)内设置匀速板(4)；壳体(3)的底部安装有灰斗(7)，灰斗(7)内部安装多个限流板(18)；所述的直流高压电源(22)安装在平台(15)上，直流高压电源(22)的外部套有绝缘套管(23)；所述的微细颗粒污染物浓度测试仪(21)安装在电收尘器(20)的烟气入口和烟气出口的烟道(1)上，测试烟气(16)和净化后烟气(17)的微细颗粒污染物浓度。
2.控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，单极性离子源(8)和荷电凝并装置(9)安装于两台电收尘器(20)之间烟道(1)中，单极性离子源(8)置于荷电凝并装置(9)之前；烟气(16)从烟道(1)入口进入，经过第一电收尘器(20)后，进入到两台电收尘器(20)之间的烟道(1)中，烟气(16)中纳米级微细颗粒污染物与单极性离子源(8)产生的单极性离子O2 —或O2 +进入荷电凝并装置(9)中；单极性离子O2 —或O2 +在荷电凝并装置(9)产生的交变电场中进行上下往返运动；纳米级微细颗粒污染物在通过荷电凝并装置(9)产生的交变电场时，与单极性离子O2 —或O2 +碰撞，进而纳米级微细颗粒污染物、荷电的纳米级微细颗粒污染物与单极性离子O2 —或O2 +复合物重复往返碰撞，荷电凝并成粒径大于4μm颗粒污染物；形成的粒径大于4μm颗粒污染物进入下一个电收尘器(20)中，被捕集于灰斗(7)中；最后净化后烟气(17)从出口的烟道(1)中出来。
3.根据权利要求2所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，控制烟气中微细颗粒污染物粒径范围为1nm～4μm；控制烟气中纳米级微细颗粒污染物计数效率≥98.6％；控制烟气中纳米级微细颗粒污染物计重效率≥99.9％；单极性离子源输出单极性离子浓度为1010/cm3～1015/cm3；控制烟气中纳米级微细颗粒污染物反应时间小于5s；控制烟气温度范围4℃～68℃。
4.根据权利要求2或3所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的荷电凝并装置(9)中交变电场频率范围为80Hz～1kHz。
5.根据权利要求2或3所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的荷电凝并装置(9)长度小于100cm；所述的单极性离子源(8)长度小于60cm；所述的两台电收尘器(20)之间距离为2m～8m。
6.根据权利要求4所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的荷电凝并装置(9)长度小于100cm；所述的单极性离子源(8)长度小于60cm；所述的两台电收尘器(20)之间距离为2m～8m。
7.根据权利要求2、3或6所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的单极性离子源(8)和荷电凝并装置(9)，采用钛钢或316不锈钢加工制成。
8.根据权利要求4所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的单极性离子源(8)和荷电凝并装置(9)，采用钛钢或316不锈钢加工制成。
9.根据权利要求5所述的控制烟气中纳米级微细颗粒污染物的方法，其特征在于，所述的单极性离子源(8)和荷电凝并装置(9)，采用钛钢或316不锈钢加工制成。
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