燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于脫除鍋爐煙氣中超細(xì)顆粒物的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]PM2.5直徑小、比表面積大、易于富集重金屬等有毒物質(zhì)，其懸浮在大氣中，對(duì)大氣能見度、人的身心健康均可造成影響。最近幾年出現(xiàn)的霧霾天氣就是由這種細(xì)顆粒物引起的，成為空氣的首要污染物。因此，大力推進(jìn)細(xì)顆粒物的排放控制，不僅是國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的重大需求，也是解決全球環(huán)境問題的必然要求。傳統(tǒng)的除塵器對(duì)燃煤煙氣中煙塵顆粒的脫除效率可以達(dá)到99 %以上，但對(duì)以亞微米為主的細(xì)顆粒物PM2.5的捕集效率卻很低，這部分細(xì)顆粒物以數(shù)量計(jì)可達(dá)到排放煙氣中細(xì)顆粒物總數(shù)的90%以上。目前國內(nèi)外正在開發(fā)研究的主要為燃燒后控制技術(shù)，通過外加條件作用使較小粒徑的顆粒長大為粒徑較大的顆粒之后，再采用傳統(tǒng)除塵技術(shù)加以脫除。
[0003]顆粒物團(tuán)聚的方式有聲聚并、電聚并、湍流聚并和化學(xué)聚并，以及蒸汽相變團(tuán)聚，單獨(dú)利用其中一種聚并技術(shù)耗能較多，而且脫除細(xì)顆粒的效果有限。其中蒸汽相變團(tuán)聚技術(shù)是目前工業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)，可有效促進(jìn)顆粒物團(tuán)聚;通常蒸汽相變團(tuán)聚在一空腔中進(jìn)行，相變室內(nèi)水汽和細(xì)顆粒物混合不均勻，導(dǎo)致不少水汽直接由煙氣帶走，但單靠過飽和水汽在顆粒物表面的凝結(jié)作用，長大至3?5μπι以上有一定難度，且過高的蒸汽添加量，會(huì)顯著增大能耗。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?007101322500的發(fā)明專利公開了一種煙氣濕法脫硫中協(xié)同脫除PM〗.5的方法及其裝置，該方法應(yīng)用蒸汽相變來促進(jìn)PM2.5的脫除，采用兩種方式添加蒸氣:I)在脫硫塔入口添加蒸汽，使煙氣在脫硫洗滌過程中達(dá)到過飽和;2)在脫硫塔出口處添加蒸汽，使凈煙氣達(dá)到過飽和;細(xì)顆粒物在過飽和狀態(tài)下發(fā)生蒸汽相變，團(tuán)聚長大成較大顆粒。單靠添加蒸汽方式使顆粒團(tuán)聚長大，所需的蒸汽量較多，造成能耗較大，且顆粒碰撞團(tuán)聚效果也不明顯，導(dǎo)致顆粒脫除效率低。
[0005]顏金培等人于2014年在《中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)光大環(huán)保優(yōu)秀論文集(2014)》發(fā)表的聲波與相變耦合促進(jìn)燃煤細(xì)顆粒脫除的實(shí)驗(yàn)研究中，提到了基于聲波和相變耦合作用強(qiáng)化細(xì)顆粒長大的方法，并建立了在相變室中加入聲波振動(dòng)與蒸汽相變團(tuán)聚聯(lián)合作用下燃煤細(xì)顆粒物長大脫除的實(shí)驗(yàn)裝置，但是聲聚并技術(shù)需要解決高能耗和消除噪聲等危害，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用推廣困難。
[0006]熊桂龍?zhí)岢隽艘环N高濕煙氣中細(xì)顆粒物的脫除方法及其裝置(熊桂龍.水汽相變耦合撞擊流促進(jìn)細(xì)顆粒物脫除的研究[D].東南大學(xué)，2012.)，該裝置是對(duì)旋風(fēng)除塵器進(jìn)行的改進(jìn)，將一個(gè)入口改為兩個(gè)對(duì)噴入口，而入口管道由蒸汽管道和煙氣管道嵌套而成，入口流出的煙氣在旋風(fēng)除塵器上部形成撞擊流，增強(qiáng)顆粒物的碰撞，使細(xì)顆粒物凝并長大，繼而利用旋風(fēng)除塵器的慣性脫除細(xì)顆粒，其不足之處在于采用撞擊流技術(shù)，導(dǎo)管較多，煙氣導(dǎo)管需調(diào)節(jié)不同角度，工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是:提出一種燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置及工藝。該裝置在煙氣導(dǎo)管中設(shè)置蒸汽添加噴嘴，使煙氣過飽和度達(dá)到1.02?1.2，流動(dòng)過程中過飽和蒸汽逐漸凝結(jié)于細(xì)顆粒物表面，發(fā)生蒸汽相變團(tuán)聚使細(xì)顆粒物長大，同時(shí)在碰撞區(qū)后設(shè)置擾流柱，可形成漩渦，更利于顆粒的團(tuán)聚長大，且裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。該工藝以利用蒸汽相變聚并為主，結(jié)合撞擊流和湍流聚并的機(jī)理來脫除煙氣中的細(xì)顆粒物，再利用高效除霧器脫除細(xì)顆粒物，脫除效果明顯，能耗較低，易于工業(yè)推廣。
[0008]本發(fā)明解決所述裝置技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置，其特征在于該裝置包括2η個(gè)煙氣蒸汽引射器、撞擊流相變室和高效除霧器，2η個(gè)煙氣蒸汽引射器沿撞擊流相變室的主體的中心呈中心對(duì)稱布置，且位于撞擊流相變室的前部，在撞擊流相變室的出口處連接有高效除霧器；所述煙氣蒸汽引射器包括煙氣導(dǎo)管和蒸汽添加噴嘴，蒸汽添加噴嘴設(shè)置在煙氣導(dǎo)管的入口處;所述撞擊流相變室的水平方向和豎直方向的長度比為1-1.6:1，撞擊流相變室內(nèi)設(shè)置有擾流柱，在高效除霧器的尾部設(shè)有煙氣出口。
[0010]—種燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除工藝，該工藝?yán)蒙鲜龅娜济哄仩t煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置，該工藝的具體步驟是:
[0011]I)煙氣與蒸汽預(yù)混合
[0012]在煙氣蒸汽引射器中，煙氣引射蒸汽，控制煙氣和蒸汽的流量比例，使煙氣過飽和度S增至S = 1.02?1.2，得到蒸汽煙氣混合物；
[0013]2)撞擊流細(xì)顆粒團(tuán)聚
[0014]經(jīng)過步驟I)預(yù)混合后，來自對(duì)稱設(shè)置的煙氣導(dǎo)管中的兩股蒸汽煙氣混合物進(jìn)入撞擊流相變室中，以10?20m/s的速率相向進(jìn)入撞擊流相變室的主體中，煙氣與蒸汽混合物相互撞擊，使細(xì)顆粒物粒度進(jìn)一步增大；
[0015]3)湍流聚并，脫除大顆粒
[0016]經(jīng)過步驟2)撞擊流細(xì)顆粒團(tuán)聚后，在撞擊區(qū)后設(shè)置擾流柱，形成漩渦，增強(qiáng)顆粒的團(tuán)聚效果;經(jīng)團(tuán)聚得到的大顆粒在離心作用下隨氣流流向撞擊流相變室的出口，凝并長大的顆粒物再經(jīng)高效除霧器脫除，由煙氣出口排出。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1.本發(fā)明工藝簡單，易于操作。采用煙氣混合管路，使煙氣與水蒸氣混合均勻，煙氣導(dǎo)管中加入少量水蒸汽就可達(dá)到異質(zhì)核化的過飽和度條件;采用對(duì)稱分布來實(shí)現(xiàn)煙氣對(duì)噴，顆粒團(tuán)聚室內(nèi)僅加入了一個(gè)擾流柱作為漩渦發(fā)生器，整體結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行阻力小。
[0019]2.由于采用撞擊流技術(shù)，可有效解決水汽和含細(xì)顆粒物煙氣混合不均勻的現(xiàn)象，避免不少水汽直接由煙氣帶走的問題；以及單獨(dú)使用蒸汽相變團(tuán)聚時(shí)，顆粒不易長大至常規(guī)除塵(除霧)技術(shù)可脫除粒徑大小的問題。
[0020]3.本發(fā)明采用圓柱形擾流柱作為漩渦發(fā)生器，圓柱形結(jié)構(gòu)運(yùn)行阻力小，形成的漩渦可以增加顆粒在團(tuán)聚室主體的停留時(shí)間，且增加顆粒碰撞概率，為顆粒團(tuán)聚長大提供有利條件。
[0021 ] 4.利用過飽和水汽在細(xì)顆粒物表面核化凝結(jié)是促使細(xì)顆粒粒徑增大的重要措施，特別適合于煙氣水汽含量較高、煙溫較低的團(tuán)聚過程。本發(fā)明裝置連接在脫硫裝置之后，煙氣經(jīng)吸收處理、濕式洗滌除塵后，煙氣相對(duì)濕度接近或達(dá)到飽和狀態(tài)，煙溫降低，在以上條件下，添加少量蒸汽即可達(dá)到蒸汽相變團(tuán)聚所需要的過飽和度條件，減少混合室水蒸汽的添加量，減少能耗。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明裝置中擾流柱位于撞擊流相變室水平中心線3/8位置處的煙氣與蒸汽混合物的速度矢量圖；
[0024]圖3是本發(fā)明中擾流柱位置相比于圖2向流體上游移動(dòng)得到的煙氣與蒸汽混合物的速度矢量圖；
[0025]圖4是本發(fā)明中擾流柱位置相比于圖2向流體下游移動(dòng)得到的煙氣與蒸汽混合物的速度矢量圖；
[0026]圖5是經(jīng)過圖2的裝置團(tuán)聚前后的粒徑分布對(duì)比圖。
[0027]圖1中:I一煙氣蒸汽引射器；2—撞擊流相變室；3—高效除霧器；4一煙氣出口；11—煙氣導(dǎo)管；12 —蒸汽添加噴嘴;21—擾流柱。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。
[0029]本發(fā)明燃煤鍋爐煙氣細(xì)顆粒物的脫除裝置(簡稱裝置，參見圖1)包括2η(η^1)個(gè)煙氣蒸汽引射器1、撞擊流相變室2和高效除霧器3，2η個(gè)煙氣蒸汽引射器I沿撞擊流相變室2的主體的中心呈中心對(duì)稱布置，且位于撞擊流相變室2的前部，在撞擊流相變室2的出口處連接有高效除霧器3;所述煙氣蒸汽引射器I包括煙氣導(dǎo)管11和蒸汽添加噴嘴12，蒸汽添加噴嘴12設(shè)置在煙氣導(dǎo)管11的入口處;所述撞擊流相變室2的水平方向和豎直方向的長度比為1-1.6:1，撞擊流相變室2內(nèi)設(shè)置有擾流柱21，擾流柱作為漩渦發(fā)生器，撞擊后的氣流經(jīng)過擾流柱后產(chǎn)生漩渦，增加顆粒的碰撞幾率和在相變室內(nèi)的停留時(shí)間，在高效除霧器3的尾部設(shè)有煙氣出口 4。
[0030]本發(fā)明裝置的進(jìn)一步特征在于所述擾流柱21設(shè)置于撞擊流相變室2的沿水平方向中心線5/16-5/8位置處，擾流柱的位置影響漩渦的位置、大小和數(shù)量，影響顆粒的團(tuán)聚效果，經(jīng)優(yōu)化得到擾流柱的較佳位置，且在該位置處，擾流柱形成的漩渦能夠比較均勻地布滿撞擊流相變室，保證漩渦的形成效果。
[0031]本發(fā)明裝置的進(jìn)一步特征在于所述撞擊流相變室2為長方體或圓柱形。
[0032]本發(fā)明裝置的進(jìn)一步特征在于所述撞擊流相變室2的內(nèi)襯涂有耐蝕低表面能材料，如采用RLHY-901防腐涂料，低表面能材料粘度小，可以減少水汽在壁面的凝結(jié)，可增加水蒸汽凝結(jié)于顆粒表面的幾率，節(jié)省水蒸汽用量。
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