本發(fā)明屬于工業(yè)煙氣凈化領域，特別涉及一種降溫電凝并裝置及方法。

背景技術：

當前，我國已成為世界上微細顆粒物污染最為嚴重的地區(qū)之一，嚴重霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，PM2.5已成為社會的熱點名詞，微細顆粒物污染的治理力度前所未有，《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》GB3095-2012增設了PM2.5的限制項，火電、冶金等主要污染領域的大氣污染物排放標準全面修訂，重點區(qū)域與城市也相應出臺了更為嚴格的地方標準，顆粒物治理進入了精細化階段。

工業(yè)領域高效除塵設備主要為電除塵器及布袋除塵器兩類。電除塵器運行穩(wěn)定、阻損小、能處理高溫、高濕煙氣，但受粉塵比電阻影響大、對微細粉塵捕集率不高。布袋除塵器運行穩(wěn)定高效、正常工作能保證粉塵排放濃度控制在30mg/Nm³以下，但難以達到潔凈排放、超細排放，且濾料難以在高溫或高濕情況下正常工作，運行阻力大?；谏鲜鲈颍斍爸饕膬煞N除塵設備對微細粉塵的捕集率均難以滿足日益提高的大氣污染物排放標準的要求。

根據(jù)基礎除塵理論，除塵器收塵效率與粉塵粒子粒徑直接相關，即粉塵粒徑粗，在除塵器內(nèi)凈化效率就高，實際工業(yè)除塵設備運行過程也驗證了這一理論，電除塵器和布袋除塵器對較粗顆粒粉塵的捕集 率幾近100％，設備末端逃逸的粉塵大部分為微細粉塵。如果在煙塵進入除塵器前，通過外力使粉塵粒子相互碰撞聚集在一起，將微細粒子與其他粒子凝并在一起形成新的較粗粒子，從而使得煙塵的粒徑分布顯著增粗，然后能夠在除塵器內(nèi)得以更高效地捕集。通過電場力的外力形式凝并是當前公認的最有效、可操作性最強的凝并方式，稱之為電凝并。

專利公開號為CN1390157A的發(fā)明名稱為“凝聚粒子的方法和裝置”的專利申請文件、公開號為CN1603004A的發(fā)明名稱為“雙極性電暈放電煙塵凝并電除塵方法及其設備”的專利申請文件、公開號為CN102836779A的發(fā)明名稱為“一種偶極荷電靜電凝并除塵裝置”、以及公開號為CN201329312Y的實用新型名稱為“凝聚型高壓靜電除塵器”的專利申請文件，分別公開了各自的粒子電凝并方法或設備，通過粒子在電場中荷異性電荷后定向遷移而發(fā)生交叉碰撞，形成新的較粗顆粒，從而使煙塵粒徑顯著粗化，提升其在后續(xù)除塵設備中的捕集率。

但前述電凝并的設備和方法均是單純通過電場力在凝并區(qū)改變粉塵行進方向來形成一次碰撞，凝并性能有待提高，且凝并器僅起單純的粒子增粗作用，對煙氣和后續(xù)除塵器無變動和其余輔助收塵效果。而工業(yè)煙氣凈化系統(tǒng)仍處于獨立裝置完成獨立單元操作階段，除塵器、脫硫塔、脫硝反應器等基本為串聯(lián)組合，流程長，占地大，隨著大氣污染物排放標準越來越嚴，占地小、復合功能型、注重系統(tǒng)效應的凈化方法及裝備將成為首選，對于電凝并器這類輔助增效的裝備尤其如此。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，本發(fā)明提供了一種降溫電凝并裝置，其包括：外殼，其首端和末端分別開設有入口和出口，以使得需要除塵的氣體能夠從所述入口流入并從所述出口流出；電離組件，其設置在所述外殼的內(nèi)部，用于使得所述外殼內(nèi)的氣體中的粒子帶電；換熱組件，其設置在所述外殼的內(nèi)部，用于使得所述外殼內(nèi)的氣體降溫。

進一步地，所述電離組件包括多個放電極排，每個所述放電極排包括矩陣式排列的多個放電線，所述多個放電極排之間互相平行且互相間隔有預定距離，每個所述放電線均連接到高壓電源，以使得每個所述放電極排內(nèi)的多個所述放電線的正負極性相同，且相鄰的兩個所述放電極排的正負極性相反。

優(yōu)選地，各所述放電線的延伸方向與所述殼體內(nèi)的氣體的流動方向垂直。

進一步地，所述換熱組件為用于流動冷卻水的換熱管，所述換熱管從所述殼體的末端進入所述殼體的內(nèi)部，并從所述殼體的首端伸出所述殼體。

優(yōu)選地，所述換熱管從所述殼體的末端的上部進入所述殼體的內(nèi)部，并從所述殼體的首端的下部伸出所述殼體。

進一步地，所述換熱管在所述殼體的內(nèi)部的部分形成為互相連通的多個段，各所述段設置在相鄰的兩個所述放電極排之間，各所述段的延伸方向與所述殼體內(nèi)的氣體的流動方向平行。

優(yōu)選地，各所述段均形成為蛇形管。

本發(fā)明還提供了一種降溫電凝并方法，其包括如下步驟：將需要除塵的氣體通入所述外殼的入口；開啟所述高壓電源，使得每個所述放電極排周圍的氣體中的粒子帶電，并且粒子所帶的電荷的極性與其臨近的所述放電極排的極性相同；持續(xù)向所述換熱管中通入冷卻水，使得所述殼體內(nèi)的氣體降溫。

本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法，使得煙氣降溫與粉塵凝并同時實現(xiàn)并能夠促進凝并效應、降低粉塵比電阻、降低后續(xù)電除塵器的電場風速、提高系統(tǒng)除塵效率，顯著提高凝并裝置的綜合性能。

附圖說明

圖1為鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的降溫電凝并裝置的立體結構示意圖；

圖3為圖2中去除外殼之后的結構示意圖；

圖4為圖3中的放電極排的放大的結構示意圖；

圖5為以剖視圖方式展示的本發(fā)明的降溫電凝并裝置的結構示意圖。

附圖標記說明：

1-鍋爐，2-脫硝反應器，3-空預器，4-降溫電凝并裝置，5-電除塵器，6-風機，7-脫硫塔，8-煙囪，

410-外殼，411-入口，412-出口，

421-放電極排，4211-框架，4212-放電線，

431-入水端，432-出水端，433-段。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法作進一步的詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

圖1所示為本發(fā)明的降溫電凝并裝置適用的鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)由依次連接的鍋爐1、脫硝反應器2、空預器3、降溫電凝并裝置4、電除塵器5、風機6、脫硫塔7、以及煙囪8組成。降溫電凝并裝置4使得煙氣(即需要除塵的氣體)中的粉塵粒子相互碰撞凝并，從而使得煙氣中的粉塵顆粒明顯變大，更有利于后續(xù)的電除塵器5進行除塵。

下面參照圖2至圖5描述本發(fā)明的降溫電凝并裝置。該裝置包括外殼410、以及設置在外殼410內(nèi)部的電離組件和換熱組件。其中，外殼410的首端和末端分別開設有入口411和出口412，以使得需要除塵的氣體能夠從入口411流入，從出口412流出(圖中虛線所示方向為氣體的流動方向)。電離組件用于使需要除塵的氣體中的粒子帶上極性相反的電荷，換熱組件用于使需要除塵的氣體降溫，從而更有利于粒子的碰撞凝聚。

具體地，參照圖3至圖5，電離組件包括多個互相平行且互相間隔設置的放電極排421，每個放電極排分別對其周圍的氣體放電以使其中的粒子荷電。為了使得荷電后的粒子能夠在電場的作用下互相碰撞，相鄰的兩個放電極排421必須具有相反的正負極性。

優(yōu)選地，每個放電極排421包括矩陣式排列的多個放電線4212，多個放電線4212通過框架4211固定以形成為平面狀的放電極排421。每個放電線4212均連接到高壓電源，并且同一個放電極排421內(nèi)的所有放電線4212的正負極性均相同，但與相鄰的放電極排421內(nèi)的放電線4212的正負極性相反。

為了使得放電極排421能夠對其上方和下方的空氣均放電，放電線4212分別向放電極排421的上下兩個方向延伸。

放電線4212可為雙角鋼芒刺線或V15線等，兩個相鄰的放電極排421之間的中心距優(yōu)選為250～350mm，相鄰的放電線4212之間的中心距為100～200mm，具體需要根據(jù)放電線4212的型號來確定。

為了使得凝并效果最好，優(yōu)選地，各個放電極排421的平面方向與氣體的流動方向平行。

參照圖2、圖3和圖5，優(yōu)選地，換熱組件為用于流動冷卻水的換熱管。為了使得殼體410內(nèi)的氣體的溫度沿著氣體流動的方向依次降低，優(yōu)選地，換熱管從殼體410的末端進入殼體410的內(nèi)部，并從殼體410的首端伸出殼體410。即，換熱管伸出殼體410的末端的部分為換熱管的入水端431，其伸出殼體410的首端的部分為換熱管的出水端432。

為了便于冷卻水的流動，優(yōu)選地，換熱管從殼體410的末端的上部進入殼體410，并從殼體410的首端的下部伸出殼體410。

為了使得換熱管對氣體的降溫效果更好，該換熱管在殼體410的內(nèi)部的形成為互相連通的多個段433，每個段433均設計為蛇形管或者翅片管形成的平面狀，以使得換熱更加均勻和有效，各段433分別設 置在相鄰的兩個放電極排421之間、以及放電極排421與殼體410之間的間隔處，并與放電極排421平行。各段433的延伸方向(即換熱管內(nèi)的冷卻水流動的趨勢方向，并非蛇形管中的每一小段的冷卻水的流動方向)與殼體410內(nèi)的氣體的流動方向平行。

優(yōu)選地，換熱管的直徑為25～75mm，壁厚為2～5mm，邊壁間距為10～25mm，入水端431、出水端432、以及各段433的管徑相同。相鄰的兩個段433之間的中心距優(yōu)選為250～350mm。

根據(jù)以上描述，本發(fā)明的降溫電凝并裝置4內(nèi)形成了自上而下交替分布的多個正、負放電通道，每個正放電通道由兩個平行布置的換熱管的蛇形的段433和置于其中(優(yōu)選為正中間)的接正的高壓電源的放電極排421組成；每個負放電通道由兩個平行布置的換熱管的蛇形的段433和置于其中(優(yōu)選為正中間)的接負的高壓電源的放電極排421組成。

本發(fā)明還提供了一種降溫電凝并方法，其基于上述的降溫電凝并裝置4，并包括如下步驟：

S1.將需要除塵的氣體通入外殼410的入口411。鍋爐1排出的煙氣經(jīng)脫硝反應器2、空預器3后，進入降溫電凝并裝置4，此時溫度較高，煙塵未經(jīng)任何處理，粉塵比電阻較高。

S2.開啟放電線4212連接的高壓電源，使得降溫電凝并裝置4的每個正、負放電通道產(chǎn)生電暈電離煙氣，在電場內(nèi)部產(chǎn)生大量的電子和自由離子，煙氣進入電場后，煙塵在正、負放電通道內(nèi)分別荷正、負電。荷電后的煙塵受到相鄰兩個異極性放電通道內(nèi)放電線對其的吸引力、以及本通道內(nèi)同極性放電線對其的排斥力，在兩種力的共同作 用下，其改變行進方向，即從虛線所示的方向偏離，向相鄰通道移動，并與相鄰通道內(nèi)向本通道移動過來的煙塵發(fā)生交叉碰撞，聚集從而發(fā)生凝并，形成新的較粗顆粒煙塵。

S3.在步驟S2進行的同時，持續(xù)向換熱管中通入冷卻水，使得殼體410內(nèi)的氣體降溫。由入水端431連續(xù)地通入冷水，進入換熱管后的冷水在各個段433內(nèi)往前行進，通過管壁與煙氣進行換熱，使得煙氣降溫，冷水換熱后升溫從出水端432排出。在換熱的過程中，煙氣的溫度逐步降低，煙氣的體積同步減小，煙氣及煙塵的流速也隨之降低，并且越靠近出口412處的煙氣的溫度越低，其煙塵的運動速度也越慢。不同時刻進入的煙塵粒子由于降溫后產(chǎn)生的速度差會發(fā)生追擊碰撞，使得在電凝并的同時還存在降溫凝并，從而增強了凝并效應。

特別地，操作人員可以控制冷卻水的流速和流量，以使得外殼410的出口412處的氣體的溫度接近并高于該氣體的露點溫度，即，當煙氣到達降溫電凝并裝置4的出口412時，煙氣溫度降低至稍高于該煙氣的露點溫度，例如高于煙氣露點溫度3～10℃，以達到最佳的降溫凝并效果，又有利于后續(xù)的除塵步驟。煙氣的露點溫度與煙氣的成分相關，可以經(jīng)過計算或者實測得到。

同時，為了保證更好的電凝并效果，可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)高壓電源的電壓，以改變電場中的電離程度。例如，可以根據(jù)降溫電凝并裝置4之后的電除塵器5的除塵效果來調(diào)節(jié)高壓電源的電壓，當除塵效果低于預定標準時，升高高壓電源的電壓，當除塵效果高于預定標準時，降低高壓電源的電壓。

例如，當電場區(qū)的平均風速為8～12m/s時，鍋爐1排出的煙氣經(jīng)脫硝反應器2、空預器3后，進入降溫電凝并裝置4，其溫度為135℃，粉塵比電阻1.26×10¹²Ω·cm，該煙氣的露點溫度為90℃。經(jīng)過降溫電凝并裝置4后，煙氣中的PM2.5減少了35％，出口412處的粉塵比電阻降至6.54×10¹⁰Ω·cm，電除塵器5的工作電壓自降溫電凝并裝置4開啟前的56kV提升至62kV，電除塵器5之后的粉塵排放濃度自58mg/m³降至43mg/m³。

可見，本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法，同時使用了電凝冰和降溫凝并，在一個裝置內(nèi)實現(xiàn)了煙塵的多次交叉碰撞、高效凝并增粗；同時煙氣的溫度顯著降低，煙氣體積也同步減小，使得后續(xù)的電除塵器的電場風速隨之降低，停留時間增長，有助于提高收塵效率；此外，煙塵溫度降低，粉塵比電阻也隨之減小，反電暈等不利效應得以消除；同時煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱，氣體擊穿電壓提高，粉塵驅進速度提高，進一步推動系統(tǒng)除塵效率的提升，從而整體提高了降溫電凝并裝置的凝并性能，拓展了其綜合的輔助收塵性能。

以上具體實施方式僅為本發(fā)明的示例性實施方式，不能用于限定本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。