CN112354311A - 一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤pm2.5的装置及方法 - Google Patents

一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤pm2.5的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法，包括以下步骤：含尘烟气通过鼓风机，送入到其内部的多层泰勒涡旋区域中，并开启雾化喷嘴，将团聚剂溶液喷淋烟气内部的PM2.5颗粒混合；最后经过滤装置过滤，送入到团聚剂溶液配制槽备用。本发明所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法，利用泰勒涡流原理产生正反交替、有序排列的环形涡，为PM2.5颗粒与团聚剂提供了较大的比表接触面积，促使PM2.5颗粒之间以及与团聚剂进行碰撞接触，提高团聚剂与含尘烟气碰撞频率，层状的环形涡延长接触停留时间，提高颗粒被捕获几率，进一步促使PM2.5聚并长大，最终团聚长大的颗粒经粗效过滤棉去除，团聚剂循环进入喷淋系统。

Description

一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法
技术领域
本发明涉及化石燃料燃烧烟气细颗粒物排放控制领域，特别涉及一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法。
背景技术
我国空气污染已经由传统的烟煤型污染转变为以PM2.5等为主的跨区域性、复合型污染。细颗粒物(fine particles，PM2.5)是指空气动力学直径≤2.5μm的固体颗粒物或液滴，也称可入肺颗粒物。工业生产中产生的颗粒物尺寸范围可以从亚微米级的分子到毫米级的粗颗粒，其中PM2.5所占的质量分数并不大，但数量比例却可以占到总颗粒数的90％以上。由于细颗粒物的粒径很小，传统常规除尘设备很难实现有效去除，因此，在除尘设备之前增设预处理装置，通过物理或者化学方法对细微颗粒物进行团聚，从而形成较大颗粒加以脱除的方法是当前除尘技术的发展趋势。
吸附过滤是气态污染物处理技术中最广泛使用的方法，粗效过滤棉经济适用，安全环保，使用方便，可以根据出风口的尺寸自行剪裁，直接安装，也可以做成板式、折叠式、袋式过滤器使用，是工业废气治理、净化过滤中最常用，使用最普遍的过滤材料。但是粗效过滤棉仅能过滤大于5μm的粒子，对细颗粒物没有过滤作用，工业烟气中的PM2.5仍面临无法脱除的技术难题。过滤拦截对于粒径越大的粒子去除效果越好，PM2.5可以通过物理或化学作用长大成较大颗粒后加以清除。常用的PM2.5颗粒增长的方法包括声波团聚、磁团聚、化学团聚、电凝聚等；这些措施中，声波团聚和磁团聚尚未在工业领域应用，电凝聚虽已经初步具备工业应用的条件，但是造价及运行成本过高。化学团聚技术可以在既不改变正常生产条件，也不改变现有除尘设备和操作参数的条件下，增大PM2.5颗粒粒径，使过滤棉有效拦截细颗粒物，减少PM2.5排入大气的量。但是单一化学团聚技术对PM2.5团聚效果较差，难以充分团聚细颗粒物使其直径达到5μm被过滤棉拦截，为此，我们提出一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法，包括鼓风机、泰勒库特流装置、空压机、计量泵、团聚剂溶液配制槽和过滤装置，其中，
所述团聚剂溶液配制槽、计量泵、空压机以及安装在泰勒库特流装置内顶面的雾化喷嘴依次通过管道串联，所述鼓风机与泰勒库特流装置的底部之间通过设置布气管道相互连通，且泰勒库特流装置的底部通过管道与过滤装置连通，所述过滤装置与团聚剂溶液配制槽连接，所述泰勒库特流装置的内部设有多组由外到内依次套接的内筒。
优选的，所述泰勒库特流装置的外直径与高度比为1：5-8。
优选的，所述内筒的高度低于泰勒库特流装置的高度，相邻两组内筒之间旋转方向相反，并由位于泰勒库特流装置顶部的电机驱动。
优选的，所述布气管道的直径为8-12mm，且布气管道的横截面呈同心圆环状，圆周方向均匀分布有若干组气孔。
优选的，一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
烟气送入：含尘烟气通过鼓风机，从泰勒库特流装置的底部送入到其内部的多层泰勒涡旋区域中；
联合除尘：烟气送入泰勒涡旋区域时，开启雾化喷嘴，将团聚剂溶液配制槽内部的团聚剂溶液喷淋到泰勒库特流装置的内部，并与烟气内部的PM2.5颗粒混合；
循环处理：带有PM2.5颗粒的团聚剂在重力作用下进入到过滤装置中过滤，并将过滤后的团聚剂送入到团聚剂溶液配制槽进行储存备用。
优选的，泰勒涡旋区域为相邻两组内筒之间相互反向旋转，并在离心力作用下形成的正反交替、有序排列的环形涡。
优选的，联合除尘时，团聚剂通过空压机送入到位于泰勒库特流装置内部的雾化喷嘴中，并由雾化喷嘴向泰勒库特流装置的内部喷淋。
优选的，团聚剂溶液中按质量百分比含有0.005％～0.2％的高聚物粘结剂，团聚剂溶液的温度为30～60℃；团聚剂溶液的添加量为每Nm3烟气中添加0.005～0.025kg，团聚剂溶液喷入导致的烟气温度降低幅度≤20℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一是本发明在化学团聚的基础上，耦合采用泰勒涡旋流场结构，可促进团聚剂液滴与PM2.5及PM2.5与粗粉之间的接触碰撞，强化PM2.5长大效果，同时泰勒涡旋多层的流场结构和装置内多级内筒设置，延长颗粒与团聚剂的碰撞接触时间，PM2.5进一步聚并长大，提高过滤设备对细颗粒的去除率；
二是本发明采用过滤设备出水经补充团聚剂后，循环进入泰勒库特流装置，可以减少团聚剂的使用量；
三是本发明工艺简单，只需将直接通入过滤装置的烟气改入泰勒库特流装置，添加团聚剂溶液配置和回收线路，不改变正常生产条件，也不提高过滤装置的过滤级别，就可以促使PM2.5颗粒有效增大，进而去除普通除尘装置无法去除的PM2.5；
四是本发明装置结构简单，占地面积适中，有良好的实用性和可操作性，可应用在煤电厂、化工厂、水泥厂等VOCs排放严重的相关领域。
附图说明
图1为本发明一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置整体结构流程图；
图2为本发明一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置中泰勒库特流装置的结构图；
图3为本发明一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置中泰勒流动的模拟图；
图4为本发明一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法的整体结构流程图。
图中：1、鼓风机；2、布气管道；3、泰勒库特流装置；4、内筒；5、雾化喷嘴；6、电机；7、空压机；8、计量泵；9、团聚剂溶液配制槽；10、过滤装置。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1所示，一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置及方法，包括鼓风机1、泰勒库特流装置3、空压机7、计量泵8、团聚剂溶液配制槽9和过滤装置10，其中，
所述团聚剂溶液配制槽9、计量泵8、空压机7以及安装在泰勒库特流装置3内顶面的雾化喷嘴5依次通过管道串联，所述鼓风机1与泰勒库特流装置3的底部之间通过设置布气管道2相互连通，且泰勒库特流装置3的底部通过管道与过滤装置10连通，所述过滤装置10与团聚剂溶液配制槽9连接，所述泰勒库特流装置3的内部设有多组由外到内依次套接的内筒4。
参照图1，泰勒库特流装置3的外直径与高度比为1：5-8。
参照图1，内筒4的高度低于泰勒库特流装置3的高度，相邻两组内筒4之间旋转方向相反，并由位于泰勒库特流装置3顶部的电机6驱动。
参照图1，布气管道2的直径为8-12mm，且布气管道2的横截面呈同心圆环状，圆周方向均匀分布有若干组气孔。
参照图4所示，一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
烟气送入：含尘烟气通过鼓风机1，从泰勒库特流装置3的底部送入到其内部的多层泰勒涡旋区域中，泰勒涡旋区域为相邻两组内筒4之间相互反向旋转，并在离心力作用下形成的正反交替、有序排列的环形涡；
联合除尘：烟气送入泰勒涡旋区域时，开启雾化喷嘴5，将团聚剂溶液配制槽9内部的团聚剂溶液喷淋到泰勒库特流装置3的内部，并与烟气内部的PM2.5颗粒混合，联合除尘时，团聚剂通过空压机7送入到位于泰勒库特流装置3内部的雾化喷嘴5中，并由雾化喷嘴5向泰勒库特流装置3的内部喷淋；
循环处理：带有PM2.5颗粒的团聚剂在重力作用下进入到过滤装置10中过滤，并将过滤后的团聚剂送入到团聚剂溶液配制槽9进行储存备用。
团聚剂溶液中按质量百分比含有0.005％～0.2％的高聚物粘结剂，团聚剂溶液的温度为30～60℃；团聚剂溶液的添加量为每Nm3烟气中添加0.005～0.025kg，团聚剂溶液喷入导致的烟气温度降低幅度≤20℃。
使用时，本发明的泰勒涡旋与化学团聚耦合促进PM2.5长大的步骤如下：含尘烟气通过鼓风机1连接布气管道2送从底部进入内筒4结构的泰勒库特流装置3，通过顶部雾化喷嘴5喷射团聚剂的多层泰勒涡旋区域，最终进入过滤装置10；通过泰勒涡旋区时自下向上流动的烟气中PM2.5颗粒与从上向下喷淋的团聚剂发生接触，泰勒涡旋对颗粒破坏作用极小，使得PM2.5通过涡旋与团聚剂、粗粉之间充分接触碰撞、吸附搭桥，被高分子链相连接，促使PM2.5粒径增大，同时泰勒涡旋多层的流场结构和装置内内筒4的设置，延长了颗粒与团聚剂的碰撞接触时间，PM2.5进一步聚并长大，最终含有聚并长大颗粒和团聚剂的液体通过过滤棉去除颗粒。团聚剂溶液中按质量百分比含有0.005％～0.2％的高聚物粘结剂，团聚剂溶液的温度为30～60℃；团聚剂溶液的添加量为每Nm3烟气中添加0.005～0.025kg，团聚剂溶液喷入导致的烟气温度降低幅度≤20℃。含尘烟气中的细颗粒物浓度为3～5g/Nm3。
所述的雾化喷嘴5喷入团聚剂溶液的方向与烟气流动方向相反。调节空气压缩机与团聚剂溶液的压力与流量使团聚剂液滴粒径小于100μm，两者在泰勒库特流装置3内筒的环隙间发生相互作用，停留时间大于1s。
所述的布气管道2为316不锈钢管，直径为10mm，呈同心圆环状，圆周方向均匀布置100个气孔。
所述的泰勒库特流装置3外为316不锈钢，内筒4为316不锈钢。
所述的泰勒库特流装置3外直径与高度比为1：5～1：8。
所述的泰勒库特流装置3内有5个同心内筒4，高度低于泰勒库特流装置3的高度，内筒4之间的间隙与勒库特流装置3高度比值为1：50～1：80。
所述的团聚剂溶液配制槽9内设置搅拌器。
含尘烟气泵送从底部进入内筒4结构的泰勒库特流装置3，通过顶部雾化喷射团聚剂的多层泰勒涡旋区域，最终进入过滤装置；
通过泰勒涡旋区时自下向上流动的烟气中PM2.5颗粒与从上向下喷淋的团聚剂发生接触，泰勒涡旋对颗粒破坏作用极小，使得PM2.5通过涡旋与团聚剂、粗粉之间充分接触碰撞、吸附搭桥，被高分子链相连接，促使PM2.5粒径增大。同时，基于泰勒涡流原理制得的泰勒库特流装置3，在相对旋转的两同轴圆筒间(通常为内圆筒旋转而外圆筒静止)，当内圆筒转速高于某一临界值后，离心力作用将在沿圆筒轴线方向上诱导产生一系列正反交替、有序排列的环形涡(即泰勒涡)，如图2所示。与传统反应器相比，泰勒库特流装置3具有诸多优点。在层流泰勒流态下运行时，泰勒库特流装置3内介质流动接近理想平推流，泰勒库特流装置3内轴向返混小，反应推动力高，泰勒涡柱的存在为反应介质提供了较大的比表接触面积。本发明采用内筒4的设置，内筒4分别采用不同的旋转速度，使之形成多层的泰勒涡旋流场结构，从而延长了颗粒与团聚剂的碰撞接触时间，PM2.5进一步聚并长大，最终含有聚并长大颗粒和团聚剂的液体通过过滤棉脱除颗粒，未达到5μm的颗粒随着团聚剂循环进入喷淋系统，再次在泰勒库特流装置3发生聚并长大，最终彻底过滤脱除。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置，其特征在于，包括鼓风机(1)、泰勒库特流装置(3)、空压机(7)、计量泵(8)、团聚剂溶液配制槽(9)和过滤装置(10)，其中，
所述团聚剂溶液配制槽(9)、计量泵(8)、空压机(7)以及安装在泰勒库特流装置(3)内顶面的雾化喷嘴(5)依次通过管道串联，所述鼓风机(1)与泰勒库特流装置(3)的底部之间通过设置布气管道(2)相互连通，且泰勒库特流装置(3)的底部通过管道与过滤装置(10)连通，所述过滤装置(10)与团聚剂溶液配制槽(9)连接，所述泰勒库特流装置(3)的内部设有多组由外到内依次套接的内筒(4)。
2.根据权利要求1所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置，其特征在于：所述泰勒库特流装置(3)的外直径与高度比为1：5-8。
3.根据权利要求1所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置，其特征在于：所述内筒(4)的高度低于泰勒库特流装置(3)的高度，相邻两组内筒(4)之间旋转方向相反，并由位于泰勒库特流装置(3)顶部的电机(6)驱动。
4.根据权利要求1所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置，其特征在于：所述布气管道(2)的直径为8-12mm，且布气管道(2)的横截面呈同心圆环状，圆周方向均匀分布有若干组气孔。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
烟气送入：含尘烟气通过鼓风机(1)，从泰勒库特流装置(3)的底部送入到其内部的多层泰勒涡旋区域中；
联合除尘：烟气送入泰勒涡旋区域时，开启雾化喷嘴(5)，将团聚剂溶液配制槽(9)内部的团聚剂溶液喷淋到泰勒库特流装置(3)的内部，并与烟气内部的PM2.5颗粒混合；
循环处理：带有PM2.5颗粒的团聚剂在重力作用下进入到过滤装置(10)中过滤，并将过滤后的团聚剂送入到团聚剂溶液配制槽(9)进行储存备用。
6.根据权利要求5所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：泰勒涡旋区域为相邻两组内筒(4)之间相互反向旋转，并在离心力作用下形成的正反交替、有序排列的环形涡。
7.根据权利要求5所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：联合除尘时，团聚剂通过空压机(7)送入到位于泰勒库特流装置(3)内部的雾化喷嘴(5)中，并由雾化喷嘴(5)向泰勒库特流装置(3)的内部喷淋。
8.根据权利要求5所述的一种泰勒涡旋与化学团聚耦合吸收过滤PM2.5的装置的使用方法，其特征在于：团聚剂溶液中按质量百分比含有0.005％～0.2％的高聚物粘结剂，团聚剂溶液的温度为30～60℃；团聚剂溶液的添加量为每Nm3烟气中添加0.005～0.025kg，团聚剂溶液喷入导致的烟气温度降低幅度≤20℃。
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