CN207708765U - 一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，该装置总体为长方体，在长方体的中部上下对称布置两个角形内槽，装置一端是烟气入口，另一端为烟气出口；在烟气入口和角形内槽之前的装置轴线上设置一个“V”字形扰流件，“V”字形扰流件的尖角朝向烟气入口，在角形内槽最低点的后方的装置轴线上布置一个“﹝”字形扰流件。该装置通过在装置的上下壁面设置对称的角形内槽，并且在装置内加装不同形状的扰流件，通过角形内槽和扰流件相互作用，在装置内产生漩涡，使得颗粒较好的聚并，促进颗粒长大。本实用新型具有操作方便，制造工艺简单，运行成本低等优点。

Description

一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置

技术领域

本实用新型属于脱除烟气中超细颗粒物的技术领域，尤其是一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置及方法，适用于工业锅炉中燃煤烟气细颗粒物的脱除。

背景技术

近些年来，由于工业生产和生活等各个方面的影响，使得大气环境日益恶化，尤其到了秋冬季节，空气中PM_2.5含量逐渐增加，使得雾霾天气越来越严重。我国是一个工业大国，在工业生产中燃煤锅炉使用最广，而燃煤锅炉烟气中含有大量的超细颗粒，传统的除尘器如静电除尘器、布袋除尘器等对燃煤锅炉烟气中超细颗粒物(颗粒物的当量直径在1微米以下)的脱除效果不佳，致使大量超细颗粒物排放到空气中，污染大气环境。故此，在烟气进入除尘器之前设置预处理阶段，使得燃煤烟气中的超细颗粒物在预处理阶段通过物理或者化学作用使超细颗粒物团聚成直径较大的颗粒物，之后经过传统除尘器脱除。这样不仅可以增加除尘器的脱除效率，还使得环境中的超细颗粒物数密度大大的降低。

颗粒团聚技术可以分为很多种，有声波团聚、电磁团聚、电荷团聚、湍流团聚、化学团聚、蒸汽相变等。目前，因为湍流团聚操作简单，使用过程中花费成本较低，而且可以在不改变现有设备的基础上就可以实现这种工艺操作，因此湍流团聚得到了许多人的青睐，在工程中使用的也最广。湍流团聚是由于流场的扰动引起颗粒的速度发生变化，使得流场内颗粒局部富集或颗粒间径向速度不均匀，从而使流场内的颗粒发生碰撞，团聚成较大颗粒的过程。

刘含笑(刘含笑.燃煤超细颗粒物涡聚并数值模拟[D].华北电力大学.2011)提出了一种聚并器，该聚并器为长方体，聚并器中有三棱柱、大涡片、两个平板构成的挡板和小涡片。大涡片设置在聚并器的前端，距离大涡片一段距离之后加装小涡片，每排有两个大涡片和六个小涡片，共有三排相同的布置，并且每排与每一排有挡板隔开。经过数值模拟之后该聚并器虽然有很好的产涡效果，但聚并器内大小涡片的数量较多，使得流体的流动阻力增加，并且设有多个挡板，这不仅增加了制造工艺的复杂性，也使得聚并器内的阻力增加。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的问题是，提供一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置及方法。该装置通过在装置的上下壁面设置对称的角形内槽，并且在装置内加装不同形状的扰流件，通过角形内槽和扰流件相互作用，在装置内产生漩涡，使得颗粒较好的聚并，促进颗粒长大。本实用新型具有操作方便，制造工艺简单，运行成本低等优点。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，该装置总体为长方体，其特征在于，在长方体的中部上下对称布置两个角形内槽，装置一端是烟气入口，另一端为烟气出口；在烟气入口和角形内槽之前的装置轴线上设置一个“V”字形扰流件，“V”字形扰流件的尖角朝向烟气入口，在角形内槽最低点的后方的装置轴线上布置一个“﹝”字形扰流件，“﹝”字形扰流件为关于装置轴线对称的结构，且“﹝”字形扰流件的封口端朝向烟气入口，在“﹝”字形扰流件和烟气出口之间设置多个矩形扰流件，两个矩形扰流件为一组，且关于装置轴线对称，“V”字形扰流件、“﹝”字形扰流件的斜边及矩形扰流件与装置轴线的夹角均相等；所述烟气出口为渐缩出口，烟气出口连接静电除尘器；“V”字形扰流件的顶点到烟气入口的距离为该装置总长度的2/15；角形内槽的顶点距烟气入口处的距离为装置总长度的13/30；“﹝”字形扰流件的封口端到烟气入口处的距离为装置总长的17/30；最后一组矩形扰流件的末端到烟气出口处的距离为装置总长度的6/30；第一组的两个矩形扰流件之间的最短距离大于“﹝”字形扰流件的两个斜边之间的最大距离。

一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的方法，该方法使用上所述的装置，具体步骤是：

1)来流高温烟气以10m/s速度进入聚并器入口，在聚并器内烟气首先流过“V”字形扰流件，将烟气分流并使烟气速度降低，扰流件后产生较大的速度梯度，这样会在扰流件后方形成两个方向相反的漩涡，小颗粒在漩涡作用下相互撞击形成较大颗粒；

2)流过“V”字形扰流件的烟气，由于角形内槽的设置，装置的宽度先变窄，使得烟气的流速增加，之后装置宽度再增加，使得烟气在此阶段有较大的速度梯度，会在角形内槽边缘形成漩涡，加大颗粒间的撞击，使颗粒再一次团聚；

3)加速后的烟气流经“﹝”字形扰流件，“﹝”字形扰流件的封口端起到分流的作用，烟气流经该扰流件的两条斜边时会因阻力的作用在“﹝”字形扰流件后形成漩涡，进一步使颗粒相互作用，持续长大；之后的烟气流经呈扩张式分布的多个矩形扰流件加速，在矩形扰流件后的颗粒再一次长大；

4)经过步骤3)团聚后的颗粒经过烟气渐缩出口，流速再一次增加，使团聚后的颗粒充分混合后流出装置，再经静电除尘器脱除。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型装置沿烟气来流方向成对称设计，在烟气入口处设有“V”字形扰流件，顶角为60°，两条边长相等，这样来流烟气流经该扰流元件时，即可起到分流的作用，又可在“V”字形后方形成两个方向相反的漩涡，小颗粒随漩涡流动增加了颗粒之间的相互碰撞几率，使得小颗粒聚并成较大颗粒。

(2)本实用新型装置的上下壁面上设有对称的角形内槽，这种设计可以使烟气的流速增大。并且烟气流经角形内槽的第二条边时，会因为扰动在对称的角形内槽后边形成漩涡。颗粒在漩涡内发生强烈的相互作用，可以使之前因“V”字形扰流件分流而未聚并的小颗粒进一步发生聚并；而之前在“V”字形扰流件后面的漩涡中聚并过的颗粒同样也会因为这漩涡的作用，使颗粒继续增大，聚并成较大粒径的颗粒。

(3)本实用新型装置在“V”字形扰流件后加入了“﹝”字形扰流件和一对矩形扰流件。加速后的烟气先经过“﹝”字形扰流件，分流后在“﹝”字形扰流件后面形成两个漩涡，颗粒在漩涡作用下进一步长大。长大后的颗粒流经一对矩形扰流件，矩形扰流件和尾部渐缩出口相结合，渐缩出口使流体加速，之后和扰流片结合，再次形成漩涡，使分流后的流体中间部分的小颗粒在漩涡中得到较大几率的团聚机会。

(4)本实用新型方法中选择10m/s的烟气流速，在该烟气流速下，流经“V”字形扰流元件，在元件后面形成漩涡。因为“V”字形元件距离烟气入口和角形内槽距离适当，既起到了分流的作用，又可以使该扰流件产生的涡不被角形内槽破坏。角形内槽的第一条边使烟气流速增加，如果“V”字形元件距离角形内槽过近会因为流速加大而破坏漩涡，影响团聚效果。

(5)本实用新型在聚并超细颗粒且粒径较为均匀时效果更好,并且整个过程的压降为423.24pa,总体能量消耗较少。装置外形新颖且具有使烟气流速增加并产涡的作用。装置内的扰流元件结构简单，制造成本低，且很大程度上提高了团聚效果，具有很好的发展前景。

附图说明

图1为本实用新型强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置一种实施例的结构示意图；

图2为本实用新型强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置的实施例1的速度矢量图；

图3为图2中“﹝”字形扰流件的局部放大矢量图；

图4为实施例1中颗粒物平均粒径团聚前后分布图；

图5为实施例1的出口平均粒径的百分比分布图；

图1中：1-烟气入口；2-角形内槽；3-烟气出口；4-“V”字形扰流件；5-“﹝”字形扰流件；6-矩形扰流件。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型做详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本实用新型强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置(简称装置，参见图1)，该装置总体为长方体，在长方体的中部上下对称布置两个角形内槽2，装置一端是烟气入口1，另一端为烟气出口3；在烟气入口和角形内槽之前的装置轴线上设置一个“V”字形扰流件4，“V”字形扰流件的尖角朝向烟气入口，在角形内槽最低点的后方的装置轴线上布置一个“﹝”字形扰流件5，“﹝”字形扰流件为关于装置轴线对称的结构，且“﹝”字形扰流件的封口端朝向烟气入口，在“﹝”字形扰流件和烟气出口之间设置多个矩形扰流件6，两个矩形扰流件为一组，且关于装置轴线对称，“V”字形扰流件、“﹝”字形扰流件的斜边及矩形扰流件与装置轴线的夹角均相等；所述烟气出口为渐缩出口，烟气出口连接静电除尘器。

本实用新型的进一步特征在于“V”字形扰流件的顶点到烟气入口的距离为该装置总长度的2/15；角形内槽的顶点距烟气入口处的距离为装置总长度的13/30；“﹝”字形扰流件的封口端到烟气入口处的距离为装置总长的17/30；最后一组矩形扰流件的末端到烟气出口处的距离为装置总长度的6/30。

所述“V”字形扰流件的张角为60°。张角角度是根据来流烟气流速决定的，在本实用新型烟气流速(10m/s)下角度为60°时细颗粒团聚效果较好。“V”字形扰流件的尖角朝向烟气入口，这样可以对烟气起到分流的作用。

所述角形内槽的顶角为120°。角形内槽呈顶角为120°的等腰三角形，顶角朝向装置内部，角形内槽的角度可以根据来流烟气流速而进行调整，优选120°的顶角，此时对细颗粒团聚效果最好。

所述“﹝”字形扰流件整体呈等腰梯形，“﹝”字形扰流件的封口端为等腰梯形的上底，朝向烟气入口，该等腰梯形无下底，优选等腰梯形的底角为60°。参数选取的不同会对细颗粒物的团聚效果产生影响。

所述多个矩形扰流件每两个一组，每组的两个矩形扰流件以装置轴线对称布置，相邻两组之间的距离相等，每个矩形扰流件所在平面与“﹝”字形扰流件的斜边所在平面平行，第一组的两个矩形扰流件之间的最短距离大于“﹝”字形扰流件的两个斜边之间的最大距离。

本实用新型装置设计的关键点在于角形内槽、“V”字形扰流件、“﹝”字形扰流件以及矩形扰流件的形状尺寸、及各部件布置的相对位置，通过调整上述参数能得到最优的结果。角形内槽的第一条边可以增大烟气流速，并且在第二条边后面形成漩涡，增加颗粒的碰撞几率。装置内有三种不同的扰流元件，扰流元件在不同位置可以分别团聚不同粒径的颗粒，使小颗粒进一步长成粒径较大的颗粒。

在本实用新型中“V”字形扰流件的数量为一个、“﹝”字形扰流件的数量为一个、矩形扰流件的数量为多对，具体根据烟气来流速度在“﹝”字形元件后面所形成漩涡的大小而决定的，矩形元件6的数量优选为一对。“V”字形扰流件既可以分流烟气，又可以在扰流元件后面形成漩涡，使该漩涡不被破坏。“﹝”字形扰流件5在不破坏烟气流过角形内槽后产生的漩涡情况下，既起到了分流作用又形成漩涡团聚小颗粒。

本实用新型强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的方法步骤是：

1)来流高温烟气以10m/s速度进入聚并器入口，在聚并器内烟气首先流过“V”字形扰流件，将烟气分流并使烟气速度降低，扰流件后产生较大的速度梯度，这样会在扰流件后方形成两个方向相反的漩涡，小颗粒在漩涡作用下相互撞击形成较大颗粒。

2)流过“V”字形扰流件的烟气，因为装置上下壁面上的角形内槽的缘故，装置在角形内槽的第一条边的区域宽度逐渐变窄，使得烟气的流速增加，之后装置在角形内槽的第二条边的区域宽度逐渐增加，使得烟气在此区域内有较大的速度梯度，会在角形内槽边缘形成漩涡，加大颗粒间的撞击，使颗粒在再一次团聚。

3)加速后的烟气流经“﹝”字形扰流件，“﹝”字形扰流件封口端面起到分流的作用，烟气流经该扰流件的两条斜边时会因扰流的作用在“﹝”字形扰流件后形成漩涡，进一步使颗粒相互作用，持续长大。之后的烟气流经矩形扰流件再一次经过加速过程，在肋片后颗粒再一次长大。

4)团聚后的颗粒经过烟气缩放出口，流速再一次增加，使团聚后的颗粒充分混合后流出聚并器，与静电除尘器连接经行脱除。

粒径在0.5微米以下的颗粒经过本实用新型团聚后，大部分颗粒粒径在2.4-3.8微米之间。烟气流出聚并器后与静电除尘器相连接，经行下一步的脱除，除尘效果更佳。

实施例1

本实施例强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，整体为长方体，装置一端设有烟气入口1，另一端设有烟气出口3，烟气入口连接在脱硫塔之后，烟气出口连接静电除尘器；在烟气入口后设有“V”字形扰流件4，所述扰流元件4的尖角朝向烟气入口；在“V”字形扰流件后的装置的上下壁面上对称设置两个角形内槽2，角形内槽2的顶角为120°；烟气流过角形内槽的通道后经过“﹝”字形扰流件5，“﹝”字形扰流件布置在装置轴线上，“﹝”字形扰流件的封口端面垂直于烟气的来流方向；烟气流过“﹝”字形扰流件后，经过一对矩形扰流件6，两个矩形扰流件对称分布于装置轴线的两侧，矩形扰流件与烟气来流方向成30°，两个矩形扰流件之间的最短距离大于“﹝”字形扰流件两个斜边之间的最大距离。

本实施例中烟气由全自动燃煤锅炉产生，烟气量为70Nm³/h，脱硫后烟气经疏导管进入烟气入口1，烟气流速为10m/s。整个聚并器为长方体结构，长度为1520mm,宽度为500mm,高为300m。“V”字形扰流件的顶点到烟气入口的距离为该装置总长度的2/15；角形内槽的顶点距烟气入口处的距离为装置总长度的13/30；“﹝”字形扰流件的封口端到烟气入口处的距离为装置总长的17/30；最后一组矩形扰流件的末端到烟气出口处的距离为装置总长度的6/30。

图2为本实施例的速度矢量图。由矢量图可以看出，烟气流过“V”字形扰流件时会在其后形成两个方向相反的漩涡；流过角形内槽后，会在角形内槽的后面形成漩涡；之后流过“﹝”字形扰流件，在该扰流件后面形成两个涡，以及流经一对矩形扰流件后，会在矩形扰流件后形成漩涡，由图3可见；烟气中的细颗粒物在漩涡的作用下，增加了碰撞几率，提高了团聚效果。

图4为烟气中颗粒物平均粒径团聚前后分布图。由图4可以看出，颗粒在未团聚前，颗粒平均粒径在0.5微米以下，颗粒粒径较小。团聚后可以看出相比于团聚前，颗粒平均粒径在2.4微米至3.8微米之间，脱除效率可达96％，颗粒粒径在该范围内经过后续的除尘设备都可以较好的脱除。说明经过该装置团聚后，颗粒增长明显，装置的团聚效果较好。

图5为经本实施例装置团聚后烟气出口平均粒径的百分比分布图，从图中可以看出，在烟气出口处颗粒粒径为2.4-3.8μm之间，其中粒径为3.0μm的颗粒占95％以上，说明本实施例装置团聚后颗粒粒径较大，能更容易被后续工序脱除。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，该装置总体为长方体，其特征在于，在长方体的中部上下对称布置两个角形内槽，装置一端是烟气入口，另一端为烟气出口；在烟气入口和角形内槽之前的装置轴线上设置一个“V”字形扰流件，“V”字形扰流件的尖角朝向烟气入口，在角形内槽最低点的后方的装置轴线上布置一个“﹝”字形扰流件，“﹝”字形扰流件为关于装置轴线对称的结构，且“﹝”字形扰流件的封口端朝向烟气入口，在“﹝”字形扰流件和烟气出口之间设置多个矩形扰流件，两个矩形扰流件为一组，且关于装置轴线对称，“V”字形扰流件、“﹝”字形扰流件的斜边及矩形扰流件与装置轴线的夹角均相等；所述烟气出口为渐缩出口，烟气出口连接静电除尘器。

2.根据权利要求1所述的强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，其特征在于所述“V”字形扰流件的张角为60°。

3.根据权利要求1所述的强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，其特征在于在角形内槽的顶角为120°。

4.根据权利要求1所述的强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，其特征在于，矩形扰流件的数量为两个。

5.根据权利要求1所述的强化燃煤锅炉中超细颗粒物脱除的装置，其特征在于“V”字形扰流件的顶点到烟气入口的距离为该装置总长度的 2/15；角形内槽的顶点距烟气入口处的距离为装置总长度的13/30；“﹝”字形扰流件的封口端到烟气入口处的距离为装置总长的17/30；最后一组矩形扰流件的末端到烟气出口处的距离为装置总长度的6/30。