CN108744820A - 一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置 - Google Patents
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Abstract
一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，包括外壳，外壳分为进口渐扩段、超声波雾化荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段；进口渐扩段、超声波雾化荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段从左向右依次设置；烟气从进口渐扩段进入，从出口渐缩段流出；本发明通过采用新型多场协同脱除颗粒技术有效解决了传统除尘器较难解决的细颗粒物脱除问题，一般布置于传统除尘器前，无需对现有除尘设备进行改变，装置结构简单，便于安装，运行成本较低，有效提高了除尘效率，具有良好的推广前景。
Description
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，具体为一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置。
背景技术
现有燃煤工业锅炉或炉窑具有高耗能、高污染和高资源消耗特点，特别是其颗粒物、噪声等污染严重危害人体健康和影响大气环境。目前锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2014)规定一般地区新建锅炉颗粒物排放标准为50mg/Nm3，重点地区实行的特别排放限值为30mg/Nm3，而2011年燃煤发电行业就已提出“超低排放”理念并要求颗粒物排放不超过10mg/m3，甚至进一步通过多污染高效协同控制技术使颗粒物排放不超过5mg/m3。随着国家对高耗能高污染行业的宏观调控不断深入以及燃煤工业锅炉大气污染物排放标准的日趋严格，基于现有传统除尘系统技术，进一步发展新型增强脱除技术及多场协同脱除颗粒技术具有十分重要的意义。
申请公告号为CN 106823652A的专利文件公开了一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒物的系统及方法，该系统包括了流道主体，以及依次设置在流道主体上的装置主体由入口段、雾化荷电装置、预混合段和湍流扰动段组成并提供了一种利用超声波雾化荷电湍流团聚颗粒的方法，用于产生大小规模间距的湍流流动，由此促进细颗粒物团聚或更有效地与大颗粒聚合。但该系统的雾化荷电装置仅设置在烟道壁面一侧且雾化喷口较少、环形荷电极板荷电不均匀，导致雾化荷电效果不明显，颗粒物团聚效率低。
申请公告号为CN 106492581A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，利用湍流凝聚原理和相变凝聚技术多场协同实现颗粒物的凝聚与脱除。该方法设备结构复杂、可靠性低，且未对雾化颗粒采取异极荷电措施，多场协同脱除颗粒效果不突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，包括外壳，外壳分为进口渐扩段、超声波雾化荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段；进口渐扩段、超声波雾化荷电段、湍流凝聚段和出口渐缩段从左向右依次设置；烟气从进口渐扩段进入，从出口渐缩段流出；
超声波雾化荷电段包括雾化荷电管道、超声波雾化部件和荷电部件，若干雾化荷电管道安装在超声波雾化荷电段的外壳上，且与外壳内部连通；超声波雾化部件设置在超声波雾化荷电段的外壳外侧，且与外壳内部连通；荷电部件同轴设置在雾化荷电管道内；荷电部件包括荷电部件主体、阳极网状电极、阴极中轴电极、荷电管道壁面、荷电管道喷雾口和绝缘层；阳极网状电极和绝缘层均为圆环状，阳极网状电极套在荷电部件主体外侧，绝缘层套在阳极网状电极外侧，绝缘层与雾化荷电管道的内壁接触；阴极中轴电极位于荷电部件主体中心，绝缘层上设置有荷电管道喷雾口，荷电管道喷雾口一端连通阳极网状电极，另一端伸出雾化荷电管道外壁；
湍流凝聚段包括若干凝聚扰流件，每个凝聚扰流件两端固定于外壳内壁上。
进一步的，雾化荷电管道对称布置于外壳壁面两侧，每根雾化荷电管道外径为200mm～220mm，管道数量为20～24根。
进一步的，超声波雾化部件包括超声波雾化器和引出管；若干引出管连接在超声波雾化器的出口，引出管与外壳内部连通；引出管数量为10-12根，引出管外径为200mm，超声波雾化器的雾化量为100～320kg/h。
进一步的，两个荷电管道喷雾口相对于雾化荷电管道水平中轴线对称布置，两个荷电管道喷雾口之间的夹角α为60°～90°。
进一步的，凝聚扰流件包括扰流件主体、防磨瓦和氟塑料膜；扰流件主体由304不锈钢制成，为三棱柱或圆柱结构，截面形状为等边三角形或圆形；防磨瓦设置在扰流件主体的迎风侧一端，氟塑料膜设置在扰流件主体的背风侧一端。
进一步的，以垂直烟气流向为行，平行烟气流向为列，湍流凝聚段由m行和n列凝聚扰流件组成，凝聚扰流件顺排或错排布置，m和n为自然数，且m≥n，n≥20。
进一步的，阳极网状电极由13目不锈钢筛网制成，丝径为0.5mm，孔径为1.453mm；阴极中轴电极形状为圆柱、星型、麻花或芒刺中任意一种，其中心圆柱直径为2mm～5mm；绝缘层由特氟龙塑料制成。
进一步的，超声波雾化器和荷电管道喷雾口所产生的液滴直径为1～5μm，雾化液滴与烟气颗粒物的质量比为1:1～1:1.5。
进一步的，进口渐扩段包括弯管流道和渐扩流道；弯管流道的一端连接渐扩流道，弯管流道的另一端为烟道入口。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明主要依据湍流团聚机理，结合水雾增湿团聚机理，借助超声波雾化及荷电技术，高效地控制细颗粒物排放。具体地，超声波雾化的水雾粒径保持在微米级别，颗粒经水雾润湿后，可大大改善其表面粘附特性；此外通过雾化荷电的手段，能够解决亚微米级别颗粒难以荷电的难题，增加颗粒间互相粘附结合的几率；后续的湍流结构产生特定湍流流动，进一步通过控制湍流产出来控制烟气中颗粒间作用位置、随动特性和运动轨迹等，以提高细颗粒间或与更大粒径粒子间的碰撞几率从而凝聚成更大粒径的颗粒，便于之后的设备将其除去。本发明通过采用新型多场协同脱除颗粒技术有效解决了传统除尘器较难解决的细颗粒物脱除问题，一般布置于传统除尘器前，无需对现有除尘设备进行改变，装置结构简单，便于安装，运行成本较低，有效提高了除尘效率，具有良好的推广前景。
进一步的，通过设置弯管流道和渐扩流道可以借助离心力的作用使细颗粒物相互碰撞而实现初步的颗粒凝聚，有利于增强细颗粒物的凝聚效果。
进一步的，经过核算证明超声波雾化加湿后烟气中水分含量远低于饱和曲线，因而雾化液滴在喷入烟道内一定距离内将汽化形成水蒸气，而不会增加颗粒物排放浓度以及影响布袋除尘器正常运行。
进一步的，通过与其他颗粒荷电方式对比，采用管道内雾滴荷电的方式可有效减少荷电部件对烟道内流场的扰动，同时能够均匀地使颗粒雾化荷电，从而有效改善颗粒表面粘附特性。
进一步的，本发明湍流凝聚段的凝聚扰流件为等边三角形或圆柱型结构，在通过产生特定湍流流动的同时也能够有效减小烟气流经湍流凝聚段时的压降，保证了颗粒碰撞的强度，此外扰流件主体安装有防磨瓦和氟塑料膜，有效增强了装置运行稳定性。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。
图2为本发明所述的超声波雾化器结构示意图。
图3为本发明所述的荷电部件结构示意图。
图4为本发明所述的凝聚扰流件结构示意图。
图中：外壳1，进口渐扩段2，超声波雾化荷电段3、湍流凝聚段4，出口渐缩段5，雾化荷电管道6，超声波雾化部件7，荷电部件8，凝聚扰流件9，弯管流道21，渐扩流道22，超声波雾化器71，引出管72，阳极网状电极81,，阴极中轴电极82，荷电管道壁面83，荷电管道喷雾口84，绝缘层85，扰流件主体91，防磨瓦92，氟塑料膜93。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1-图4，一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，包括外壳1，外壳1分为进口渐扩段2、超声波雾化荷电段3、湍流凝聚段4和出口渐缩段5；进口渐扩段2、超声波雾化荷电段3、湍流凝聚段4和出口渐缩段5从左向右依次设置；烟气从进口渐扩段2进入，从出口渐缩段5流出；
超声波雾化荷电段3包括雾化荷电管道6、超声波雾化部件7和荷电部件8，若干雾化荷电管道6安装在超声波雾化荷电段3的外壳1上，且与外壳1内部连通；超声波雾化部件7设置在超声波雾化荷电段3的外壳1外侧，且与外壳1内部连通；荷电部件8同轴设置在雾化荷电管道6内；荷电部件8包括荷电部件主体、阳极网状电极81、阴极中轴电极82、荷电管道壁面83、荷电管道喷雾口84和绝缘层85；阳极网状电极81和绝缘层85均为圆环状，阳极网状电极81套在荷电部件主体外侧，绝缘层85套在阳极网状电极81外侧，绝缘层85与雾化荷电管道6的内壁接触；阴极中轴电极82位于荷电部件主体中心，绝缘层85上设置有荷电管道喷雾口84，荷电管道喷雾口84一端连通阳极网状电极81，另一端伸出雾化荷电管道6外壁；
湍流凝聚段4包括若干凝聚扰流件9，每个凝聚扰流件两端固定于外壳1内壁上。
雾化荷电管道6对称布置于外壳1壁面两侧，每根雾化荷电管道外径为200mm～220mm，管道数量为20～24根。
超声波雾化部件7包括超声波雾化器71和引出管72；若干引出管72连接在超声波雾化器71的出口，引出管72与外壳1内部连通；引出管72数量为10-12根，引出管72外径为200mm，超声波雾化器71的雾化量为100～320kg/h。
两个荷电管道喷雾口84相对于于雾化荷电管道6水平中轴线对称布置，两个荷电管道喷雾口84之间的夹角α为60°～90°。
凝聚扰流件9包括扰流件主体91、防磨瓦92和氟塑料膜93；扰流件主体91由304不锈钢制成，为三棱柱或圆柱结构，截面形状为等边三角形或圆形；防磨瓦92设置在扰流件主体91的迎风侧一端，氟塑料膜93设置在扰流件主体91的背风侧一端。
以垂直烟气流向为行，平行烟气流向为列，湍流凝聚段4由m行和n列凝聚扰流件9组成，凝聚扰流件9顺排或错排布置，m和n为自然数，且m≥n，n≥20。
阳极网状电极81由13目不锈钢筛网制成，丝径为0.5mm，孔径为1.453mm；阴极中轴电极82形状为圆柱、星型、麻花或芒刺中任意一种，其中心圆柱直径为2mm～5mm；绝缘层85由特氟龙塑料制成。
超声波雾化器71和荷电管道喷雾口84所产生的液滴直径为1～5μm，雾化液滴与烟气颗粒物的质量比为1:1～1:1.5。
进口渐扩段2包括弯管流道21和渐扩流道22；弯管流道21的一端连接渐扩流道22，弯管流道21的另一端为烟道入口。
如图1所示，本发明为一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，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的进口渐扩段2、超声波雾化荷电段3、湍流凝聚段4和出口渐缩段5；进口渐扩段2由弯管流道21和渐扩流道22组成；超声波雾化荷电段由与超声波雾化部件7相连接且内部布置有荷电部件8的若干雾化荷电管道6组成；湍流凝聚段4由一系列顺排或错排布置的凝聚扰流件9组成。
具体的，包含有大量细颗粒物的烟气经过弯管流道21和渐扩流道22进入装置，其中弯管流道21可使细颗粒物在离心力的作用下相互碰撞而实现初步的颗粒凝聚，渐扩流道22能够减小烟气流动速度从而增强装置脱除细颗粒物的效果。
超声波雾化荷电段3内雾化荷电管道6对称布置于烟道壁面两侧，每根雾化管道外径为220mm，管道数量为20根，因该管道位置处为负压，所以只需布置雾化喷口即可实现雾化效果；管道内通过两台工业用超声波雾化器71产生1～5μm雾化液滴，雾化液滴与烟气颗粒物的质量比为1:1；每台超声波雾化器加湿量为230kg/h，额定功率为21.3kW，并配有10根口径为200mm的PVC引出管72；雾化所用水源来自于电厂制备的除氧水。
为减小荷电部件对烟道内流场扰动，超声波雾化荷电段3采用管道内荷电方式进行雾滴荷电，荷电部件8包括阳极网状电极81、阴极中轴电极82、荷电管道壁面83、荷电管道喷雾口84和绝缘层85；阳极网状电极81与荷电管道壁面83间布置有耐高温绝缘层85，雾化液滴经阳极网状电极81和阴极中轴电极82荷电后通过荷电管道喷雾口84进入烟道，喷雾口沿荷电管道水平中轴线对称布置，中心线与荷电管道水平中轴线构成角度α为30°，考虑到该处烟气温度为80～120℃，可考虑采用特氟龙材料作为绝缘材料；最外层不锈钢管规格为Φ219×6，氟塑料管规格为Φ200×6，阳极网状电极81采用不锈钢筛网制作，可选13目筛网，丝径0.5mm，孔径1.453mm，阴极中轴电极82形状为圆柱、星型、麻花、芒刺中任意一种，圆柱直径为10mm；荷电部件电极间距为10cm，所需电场强度约为5kV/cm，则所需电源电压约为50kV。
湍流凝聚段4内设置有一系列凝聚扰流件9，每一凝聚扰流件两端固定于外壳内壁上，包括扰流件主体91、沿烟气流动方向布置的防磨瓦92以及背风侧粘附的氟塑料膜93；扰流件主体91为三棱柱或圆柱结构，截面形状为等边三角形或圆形；以垂直烟气流向为行，平行烟气流向为列，所述湍流凝聚段4由m行和n列顺排或错排布置凝聚扰流件9组成，m和n为自然数，且m≥n，n≥20；凝聚扰流件主体91采用304不锈钢材料制作。
Claims (9)
1.一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)分为进口渐扩段(2)、超声波雾化荷电段(3)、湍流凝聚段(4)和出口渐缩段(5)；进口渐扩段(2)、超声波雾化荷电段(3)、湍流凝聚段(4)和出口渐缩段(5)从左向右依次设置；烟气从进口渐扩段(2)进入，从出口渐缩段(5)流出；
超声波雾化荷电段(3)包括雾化荷电管道(6)、超声波雾化部件(7)和荷电部件(8)，若干雾化荷电管道(6)安装在超声波雾化荷电段(3)的外壳(1)上，且与外壳(1)内部连通；超声波雾化部件(7)设置在超声波雾化荷电段(3)的外壳(1)外侧，且与外壳(1)内部连通；荷电部件(8)同轴设置在雾化荷电管道(6)内；荷电部件(8)包括荷电部件主体、阳极网状电极(81)、阴极中轴电极(82)、荷电管道壁面(83)、荷电管道喷雾口(84)和绝缘层(85)；阳极网状电极(81)和绝缘层(85)均为圆环状，阳极网状电极(81)套在荷电部件主体外侧，绝缘层(85)套在阳极网状电极(81)外侧，绝缘层(85)与雾化荷电管道(6)的内壁接触；阴极中轴电极(82)位于荷电部件主体中心，绝缘层(85)上设置有荷电管道喷雾口(84)，荷电管道喷雾口(84)一端连通阳极网状电极(81)，另一端伸出雾化荷电管道(6)外壁；
湍流凝聚段(4)包括若干凝聚扰流件(9)，每个凝聚扰流件两端固定于外壳(1)内壁上。
2.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，雾化荷电管道(6)对称布置于外壳(1)壁面两侧，每根雾化荷电管道外径为200mm～220mm，管道数量为20～24根。
3.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，超声波雾化部件(7)包括超声波雾化器(71)和引出管(72)；若干引出管(72)连接在超声波雾化器(71)的出口，引出管(72)与外壳(1)内部连通；引出管(72)数量为10-12根，引出管(72)外径为200mm，超声波雾化器(71)的雾化量为100～320kg/h。
4.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，两个荷电管道喷雾口(84)相对于雾化荷电管道(6)水平中轴线对称布置，两个荷电管道喷雾口(84)之间的夹角α为60°～90°。
5.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，凝聚扰流件(9)包括扰流件主体(91)、防磨瓦(92)和氟塑料膜(93)；扰流件主体(91)由304不锈钢制成，为三棱柱或圆柱结构，截面形状为等边三角形或圆形；防磨瓦(92)设置在扰流件主体(91)的迎风侧一端，氟塑料膜(93)设置在扰流件主体(91)的背风侧一端。
6.根据权利要求5所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，以垂直烟气流向为行，平行烟气流向为列，湍流凝聚段(4)由m行和n列凝聚扰流件(9)组成，凝聚扰流件(9)顺排或错排布置，m和n为自然数，且m≥n，n≥20。
7.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，阳极网状电极(81)由13目不锈钢筛网制成，丝径为0.5mm，孔径为1.453mm；阴极中轴电极(82)形状为圆柱、星型、麻花或芒刺中任意一种，其中心圆柱直径为2mm～5mm；绝缘层(85)由特氟龙塑料制成。
8.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，超声波雾化器(71)和荷电管道喷雾口(84)所产生的液滴直径为1～5μm，雾化液滴与烟气颗粒物的质量比为1:1～1:1.5。
9.根据权利要求1所述的一种超声波雾化预荷电湍流凝聚装置，其特征在于，进口渐扩段(2)包括弯管流道(21)和渐扩流道(22)；弯管流道(21)的一端连接渐扩流道(22)，弯管流道(21)的另一端为烟道入口。
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