CN111876551A - 一种多场协同净化除尘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多场协同净化除尘装置，属于大气污染物治理技术领域。包括壳体，壳体的一端设有进气口，相对端设有出气口，壳体内的空腔通入湿烟气；沿进气口到出气口的气流方向，壳体内的空腔依次分为预荷电区、交流凝并区和电收尘区；预荷电区布设有双极预荷电系统，用于使烟气中的粉尘颗粒带上极性相反的电荷；交流凝并区布设有交变电场发生系统，用于通过施加交变电场使来自预荷电区的带电粉尘颗粒凝并长大；电收尘区布设有负高压电场发生系统，用于通过施加负高压电场使来自交流凝并区的粉尘颗粒被捕获收集。在预荷电区、交流凝并区和电收尘区三处电场，以及烟气自身湿度场的协同作用下，细颗粒物的脱除效率大大提高。

Description

一种多场协同净化除尘装置
技术领域
本发明属于大气污染物治理技术领域，涉及一种多场协同净化除尘装置。
背景技术
目前，随着环保政策相继落实，大多数燃煤电厂已经完成了超低排放，因此以钢铁为主的非电力行业，是目前大气污染治理的重点。转炉炼钢是我国长流程钢铁生产工艺中最重要的工序，其排放的转炉一次烟气具有含尘浓度高、粉尘粒径分布广(有的小于1μm，有的大于10μm)的特点。现有的转炉一次除尘工艺技术方案主要为老OG(湿式除尘)技术、新OG技术、半干法技术、干式电除尘技术，其中，我国约70％的转炉一次除尘采用的是老OG或新OG法，相应的转炉一次烟气具有含湿量大的特点。上述各类转炉一次除尘工艺对粒度较大的粉尘颗粒去除效率较高，最高可达99％，但对细颗粒物(空气动力学粒径低于2.5μm)，尤其是粒径在0.1～1.0μm的颗粒物，存在穿透窗口，去除效率较低。这些细颗粒物主要为氧化铁、金属铁粒，排入大气后会随呼吸道进入人体，危害人体健康。因此，钢铁行业也亟需开发出细颗粒物高效脱除技术。
有研究指出，让细颗粒物通过外加物理或化学的作用使其凝并长大成更大的颗粒物，能提高细颗粒去除效率。目前已有的凝并方法有电凝并、声凝并、相变凝并和化学凝并等，但研究表明，这些凝并技术单独使用时，细颗粒物脱除效率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多场协同净化除尘装置，用于含湿量大的烟气的治理，比如针对采用老OG或新OG法除尘后的转炉一次烟气，利用本发明提供的多场协同净化除尘装置，在预荷电区、交流凝并区和电收尘区形成的三处电场，以及烟气自身湿度场的协同作用下进一步除尘，细颗粒物的脱除效率提高，解决含湿量大的烟气中细颗粒物脱除效率不高，除尘效果不佳的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多场协同净化除尘装置，包括壳体，所述壳体的一端设有进气口，相对端设有出气口，壳体内的空腔通入湿烟气；沿进气口到出气口的气流方向，壳体内的空腔依次分为预荷电区、交流凝并区和电收尘区；预荷电区布设有双极预荷电系统，用于使烟气中的粉尘颗粒带上极性相反的电荷；交流凝并区布设有交变电场发生系统，用于通过施加交变电场使来自预荷电区的带电粉尘颗粒凝并长大；电收尘区布设有负高压电场发生系统，用于通过施加负高压电场使来自交流凝并区的粉尘颗粒被捕获收集。
进一步，双极预荷电系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的三个极板和设置在相邻两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，其中一条极线连接有设置在壳体外部的负直流高压电源，另一条极线连接有设置在壳体外部的正直流高压电源。
进一步，交变电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的两个极板和设置在两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线连接有设置在壳体外部的交流电源。
进一步，负高压电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的两个极板和设置在两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线连接有设置在壳体外部的负直流高压电源。
进一步，进气口与用于烟气处理的脱水器连通；进气口处设置有气流均布板；预荷电区沿气流方向的长度使烟气流经预荷电区的时间不小于0.1s；壳体内的下方对应预荷电区、交流凝并区和电收尘区分别设有灰斗；壳体内对应电收尘区的上方设有喷淋系统。
进一步，双极预荷电系统为正负电场强度不等的双极非对称预荷电系统。
进一步，双极预荷电系统的三个极板中，相邻两极板之间的板间距为300mm～400mm。
进一步，交变电场发生系统的交流电源的频率不低于50Hz，电压不小于20kV。
进一步，负高压电场发生系统的负直流高压电源的电压绝对值不小于25kV。
进一步，极板为槽型板、C型板、Z型板中的任意一种或多种；极线为双角钢型、鱼骨针刺型、RS芒刺型中的任意一种或多种。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开的多场协同净化除尘装置，集成了预荷电区、交流凝并区和电收尘区三个区域，对应形成三处电场，并且烟气含湿量大，自身形成湿度场，利用多场所发挥的协同作用，除尘效果优于传统除尘设备，尤其体现在对细颗粒物的脱除上，从而使该除尘装置具有更高的除尘效率。
(2)本发明公开的多场协同净化除尘装置，通过在预荷电区设置双极预荷电系统，将烟气中的粉尘颗粒转化为异极性的带电颗粒，有利于小颗粒与大颗粒之间的凝聚，提高了细颗粒物的去除效率。
(3)本发明公开的多场协同净化除尘装置，充分利用烟气含湿量大的特点，如转炉一次烟气经脱水器后湿度仍较大，一方面，湿度的增加使极线放电更加剧烈，预荷电区带电粒子浓度更高；另一方面，烟气中的水份在颗粒表面形成液膜，使得带电粒子向颗粒表面的运动更剧烈，两种促进作用下，颗粒的荷电效果显著增强，带电量增多。
(4)本发明公开的多场协同净化除尘装置，通过在交流凝并区叠加交变电场，使交流凝并区的带电颗粒往复运动，增加带电颗粒间的有效碰撞效率，使细颗粒与较大颗粒粘附在一起。同时由于烟气含湿量大，增强了颗粒表面的粘附力(表面张力、库仑力、静电吸附力)，使之稳定地粘附在较大颗粒表面，形成更大的颗粒，更有利于捕捉粒径更小的颗粒，有助于颗粒凝并长大。
(5)本发明公开的多场协同净化除尘装置，将细颗粒转化为更大的颗粒后再通过电收尘区加以收集，粉尘颗粒的驱进速度增大，降低了电收尘区的负高压电场的能耗，同时又减少了电收尘区的极板的面积。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种多场协同净化除尘装置的主视示意图；
图2为多场协同净化除尘装置的俯视示意图；
图3为多场协同净化除尘装置的工作原理示意图。
附图标记：壳体1、进气口2、气流均布板3、第一负直流高压电源401、第二负直流高压电源402、交流电源5、极板6、出气口7、极线8、正直流高压电源9、喷淋系统10、灰斗11、预荷电区12、交流凝并区13、电收尘区14、转炉15、环缝洗涤塔16、脱水器17。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一：
请参阅图1和图2，为一种多场协同净化除尘装置，用于对转炉一次烟气的治理，包括采用横截面积相同的箱体结构的壳体1，壳体1的一端设有喇叭状的进气口2，相对端设有喇叭状的出气口7，壳体内的空腔通入经脱水器17后的转炉一次湿烟气；沿进气口2到出气口7的气流方向(图1和图2中的横向)，壳体1内的空腔依次分为预荷电区12、交流凝并区13和电收尘区14；预荷电区12布设有双极预荷电系统，用于使烟气中的粉尘颗粒带上极性相反的电荷；交流凝并区13布设有交变电场发生系统，用于通过施加交变电场使来自预荷电区12的带电粉尘颗粒凝并长大；电收尘区14布设有负高压电场发生系统，用于通过施加负高压电场使来自交流凝并区13的粉尘颗粒被捕获收集。
该除尘装置的进气口2与脱水器17连通，出气口7与风机连通。
本实施例中，预荷电区12布设的双极预荷电系统包括沿垂直于气流方向的前后方向(图1中垂直于纸面的方向)间隔设置在壳体1内的三个极板6和设置在相邻两极板6之间中心处的极线8，极线8沿垂直于气流方向的上下方向(图1中的竖向)延伸，其中一条极线8连接有设置在壳体1外部的第一负直流高压电源401(为阴极)，另一条极线8连接有设置在壳体1外部的正直流高压电源9(为阳极)。
双极预荷电系统的三个极板6中，相邻两极板6之间的板间距相等，从而将阴极和阳极二等分，板间距范围是300mm～400mm。
预荷电区12沿气流方向的长度使烟气流经预荷电区12的时间不小于0.1s，保障粉尘颗粒荷上足够的电量。
优选地，为加强粉尘颗粒间的吸引，双极预荷电系统采用双极非对称预荷电系统，通过调控阴极和阳极不同的电压，形成正负电场强度不等的双极非对称预荷电系统。
通过在预荷电区12设置双极预荷电系统，将烟气中的粉尘颗粒转化为异极性的带电颗粒，有利于小颗粒与大颗粒之间的凝聚，提高了细颗粒物的去除效率。
烟气经脱水器17后进入该除尘装置，除尘装置中的烟气仍具有含湿量大的特点，一方面，湿度的增加使极线8放电更加剧烈，预荷电区12带电粒子浓度更高；另一方面，烟气中的水份在颗粒表面形成液膜，使得带电粒子向颗粒表面的运动更剧烈，两种促进作用下，颗粒的荷电效果显著增强，带电颗粒浓度更高，带电量更多。
本实施例中，交流凝并区13布设的交变电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体1内的两个极板6和设置在两极板6之间中心处的极线8，极线8沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线8连接有设置在壳体1外部的交流电源5。从而可以在交流凝并区13加载交变电场。
交变电场发生系统的交流电源5的频率不低于50Hz，电压不小于20kV，保障细颗粒物的凝并效率。
通过在交流凝并区13叠加交变电场，使交流凝并区13的带电颗粒往复运动，增加带电颗粒间的有效碰撞效率，使细颗粒与较大颗粒粘附在一起。同时由于烟气含湿量大，增强了颗粒表面的粘附力(表面张力、库仑力、静电吸附力)，使之稳定地粘附在较大颗粒表面，形成更大的颗粒，更有利于捕捉粒径更小的颗粒，有助于颗粒凝并长大。
本实施例中，电收尘区14布设的负高压电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体1内的两个极板6和设置在两极板6之间中心处的极线8，极线8沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线8连接有设置在壳体1外部的第二负直流高压电源402。第二负直流高压电源402的电压绝对值不小于25kV。
通过将细颗粒转化为更大的颗粒后再通过电收尘区14加以收集，粉尘颗粒的驱进速度增大，降低了电收尘区14的负高压电场的能耗，同时又减少了电收尘区14的极板6的面积。
如图1所示，位于电收尘区14的极板6的上方设置有喷淋系统10，可以定期对此处极板6上的灰尘进行冲洗。
如图1所示，壳体1内的下方对应预荷电区12、交流凝并区13和电收尘区14分别设有灰斗11，用于收集相应区域的灰尘。
如图1所示，进气口2处设置有气流均布板3，用于对烟气进行整流，使其均匀流入。
本实施例中，预荷电区12、交流凝并区13和电收尘区14设置的极板6为槽型板、C型板、Z型板中的任意一种或多种，极线8为双角钢型、鱼骨针刺型、RS芒刺型中的任意一种或多种。
如图3所示，该除尘装置的工作原理是：转炉15产生的转炉一次烟气先后流经环缝洗涤塔16和脱水器17，通过进气口2进入该除尘装置，经过气流均布板3均匀地进入预荷电区12，烟气被预荷电区12的阴极和阳极两个通道拆分为两股气流，阴、阳极通道分别释放大量的阴、阳离子，使得两股气流中的粉尘颗粒均匀的被荷上负电荷、正电荷；随后，粉尘颗粒随气流运动到交流凝并区13，带电颗粒在正负方向交替的交流电场下往复运动，由于正负电荷相互吸引及颗粒表面液膜表面张力的促进作用，细颗粒极易粘附在大颗粒上形成粒径更大的稳定团聚体；团聚体随气流继续运动到电收尘区14，在电场力作用下极易被电收尘区14的极板6捕获。净化后的烟气由出气口7排出。
实施例二：
实施例二中，通入该除尘装置中的烟气由粉尘发生系统稳定产生，并且在烟气中添加水雾，调节水雾用量使烟气的含湿量与转炉一次烟气的实际含湿量相同或相近，从而可以模拟转炉一次烟气。将模拟烟气经过该除尘装置净化后排出，采用ELPI+(静电低压撞击器，Electrical Low Pressure Impactor)实时检测出气口7处粉尘的浓度及粒径分布。预荷电区12、交流凝并区13和电收尘区14布置的极板6选用不锈钢C型板薄板，极线8采用鱼骨针刺型，预荷电区12的相邻极板6之间的板间距分别为300mm。预荷电区12施加电压为-25kV/+30kV，交流凝并区13电压为25kV，频率为50Hz，电收尘区14电压为-30kV。经测试，经过该除尘装置处理后，出气口处7，模拟烟气中的PM2.5质量浓度下降了52.7％，PM1.0质量浓度下降了83％，由此可见，本实施例所提供的除尘装置对粒径低于2.5μm甚至1.0μm的细颗粒物的去除效率高，可实现转炉一次烟气的超低排放。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多场协同净化除尘装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体的一端设有进气口，相对端设有出气口，壳体内的空腔通入湿烟气；沿进气口到出气口的气流方向，壳体内的空腔依次分为预荷电区、交流凝并区和电收尘区；预荷电区布设有双极预荷电系统，用于使烟气中的粉尘颗粒带上极性相反的电荷；交流凝并区布设有交变电场发生系统，用于通过施加交变电场使来自预荷电区的带电粉尘颗粒凝并长大；电收尘区布设有负高压电场发生系统，用于通过施加负高压电场使来自交流凝并区的粉尘颗粒被捕获收集。
2.根据权利要求1所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述双极预荷电系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的三个极板和设置在相邻两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，其中一条极线连接有设置在壳体外部的负直流高压电源，另一条极线连接有设置在壳体外部的正直流高压电源。
3.根据权利要求1所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述交变电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的两个极板和设置在两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线连接有设置在壳体外部的交流电源。
4.根据权利要求1所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述负高压电场发生系统包括沿垂直于气流方向的前后方向间隔设置在壳体内的两个极板和设置在两极板之间中心处的极线，极线沿垂直于气流方向的上下方向延伸，极线连接有设置在壳体外部的负直流高压电源。
5.根据权利要求1所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述进气口与用于烟气处理的脱水器连通；进气口处设置有气流均布板；预荷电区沿气流方向的长度使烟气流经预荷电区的时间不小于0.1s；壳体内的下方对应预荷电区、交流凝并区和电收尘区分别设有灰斗；壳体内对应电收尘区的上方设有喷淋系统。
6.根据权利要求1所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述双极预荷电系统为正负电场强度不等的双极非对称预荷电系统。
7.根据权利要求2所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述双极预荷电系统的三个极板中，相邻两极板之间的板间距为300mm～400mm。
8.根据权利要求3所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述交变电场发生系统的交流电源的频率不低于50Hz，电压不小于20kV。
9.根据权利要求4所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述负高压电场发生系统的负直流高压电源的电压绝对值不小于25kV。
10.根据权利要求2、3、4任一项所述的多场协同净化除尘装置，其特征在于：所述极板为槽型板、C型板、Z型板中的任意一种或多种；极线为双角钢型、鱼骨针刺型、RS芒刺型中的任意一种或多种。
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