本發(fā)明屬于能源環(huán)境工程污染減排技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增濕均流預(yù)荷電顆粒物強(qiáng)化脫除系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

霧霾天氣的形成與一次細(xì)顆粒物pm2.5的排放及環(huán)境空氣中二次細(xì)顆粒物的形成密切相關(guān)。煤燃燒過程是細(xì)微顆粒物(pm2.5)及二次顆粒物前體物等大氣污染物最主要的來源之一，為了減少霧霾天氣，需要對燃煤排放的一次pm2.5及其前體物形成的二次pm2.5進(jìn)行嚴(yán)格控制?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb13223-2011)，要求火電廠粉塵排放濃度低于30mg/m³，重點(diǎn)地區(qū)低于20mg/m³。部分地區(qū)/電力公司提出達(dá)到5mg/m³的天然氣燃?xì)廨啓C(jī)粉塵排放要求，甚至達(dá)到3mg/m³以內(nèi)的近零排放要求。濕式電除塵器通常作為大氣污染物控制系統(tǒng)的終端處理裝備，布置于脫硫塔后，不僅可有效去除煙氣中的煙塵微粒、pm2.5，同時(shí)可協(xié)同脫除so3、汞及除霧器后煙氣中攜帶的脫硫石膏霧滴等污染物，已成為燃煤電廠大氣污染物控制的重要技術(shù)。

濕式靜電除塵器的主要工作原理是：將水霧噴向集塵板，水霧在放電極形成的強(qiáng)大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化；電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對細(xì)顆粒物起捕集作用，最終顆粒物在電場力作用下到達(dá)集塵極而被捕集。細(xì)顆粒的均勻、高強(qiáng)度荷電是脫除效率的保證，脫硫塔后特殊的工作環(huán)境對此提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。脫硫塔后，煙氣濕度大，而且含有大量脫硫塔噴淋攜帶而來的微細(xì)水霧液滴。微細(xì)水霧液滴較粉塵顆粒更易吸附電子形成空間電荷，液滴荷電后電暈電流相對降低，粉塵荷電減少，捕集效率下降。為了提高粉塵的荷電效果，目前多采用在入口段安裝預(yù)荷電器的方法，使粉塵在進(jìn)入除塵器前通過高強(qiáng)度的荷電區(qū)，提高濕式靜電除塵器的工作性能。中國專利cn205392746u公開了一種預(yù)荷電均流裝置，包括均流板和電暈放電的部件，均流板在起到對煙氣均流作用的同時(shí)，又與電場區(qū)中的放電部件形成電場，煙氣中的顆粒被荷電并在電場力的反向作用下實(shí)現(xiàn)減速，為下游放電部件、板排電場高效捕集顆粒創(chuàng)造條件。中國專利cn105032611a公開了一種預(yù)荷電強(qiáng)化系統(tǒng)，包括氣流均布板，電暈極線和電暈極線上方布置的清灰噴嘴，預(yù)荷電器的高強(qiáng)度脈沖放電可產(chǎn)生大量自由電子、離子和活性組分。自由電子和離子使煙氣中的顆粒在進(jìn)入除塵器前進(jìn)行部分預(yù)荷電，活性組分使no、so2發(fā)生氧化進(jìn)一步吸收。

上述的荷電裝置受到流場、顆粒特性、供電形式和運(yùn)行環(huán)境等限制，對顆粒物的脫除過程存在以下問題：

1、超低排放運(yùn)行環(huán)境下，系統(tǒng)內(nèi)的顆粒物濃度較低(20mg/m³甚至10mg/m³以下)，難以取得高脫除效率；

2、流場均勻性差導(dǎo)致顆粒物運(yùn)動(dòng)存在大量擾動(dòng)，影響了顆粒物脫除效率；

3、部分顆粒物受到其理化性質(zhì)影響，荷電量低、遷移能力弱，難以高效脫除；

4、絕大多數(shù)的除塵器與預(yù)荷電器應(yīng)用直流供電方式，受到反應(yīng)器電氣性能限制，輸出能量有限，且能耗較高；

以上問題使顆粒物脫除設(shè)施難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超低排放，需要從流場、顆粒物特性、供電方式等多個(gè)角度改善顆粒物特性與脫除環(huán)境，提高顆粒物荷電脫除水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有煙氣污染物減排過程氣流分布不均勻、超細(xì)顆粒物荷電難、荷電量低、脫除效率低等問題，提出了一種增濕均流預(yù)荷電顆粒物強(qiáng)化脫除系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種增濕均流預(yù)荷電顆粒物強(qiáng)化脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)沿?zé)煔夥较蝽槾伟ㄒ旱螄娚溲b置、阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置以及荷電強(qiáng)化放電裝置，所述液滴噴射裝置包括噴嘴和支架，所述支架垂直于煙氣方向布置，支架上安裝有相互平行的管道，所述噴嘴布置在管道上；所述阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置包括帶有開孔的擋板，所述擋板孔隙率在40％～50％之間，開孔的直徑在30～60mm之間；所述荷電強(qiáng)化放電裝置包括極線，所述極線設(shè)置在擋板后方并安裝于懸掛框架上，所述極線與電源相連。

本發(fā)明將煙氣增濕、氣流均布與高壓靜電場結(jié)合，從多方面強(qiáng)化顆粒物荷電的同時(shí)，優(yōu)化煙氣流場分布，降低流場不均勻給后續(xù)污染減排系統(tǒng)帶來的效率損失，從流場、增濕和放電強(qiáng)化等多個(gè)方面保證了超細(xì)顆粒物高效脫除。

作為優(yōu)選，所述管道垂直于煙氣方向布置，管道的間距不大于噴嘴有效噴射距離，噴嘴的噴射方向垂直于煙氣方向，單個(gè)管道上噴嘴均勻分布，距離不大于噴嘴的有效噴射范圍，相鄰管道的噴嘴交錯(cuò)布置。

作為優(yōu)選，所述噴嘴為精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴，流量為2～3l/min，噴嘴的噴射角度為60～80°，噴嘴的噴射范圍為400～500mm。精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴可產(chǎn)生粒徑范圍在60～80μm的超細(xì)液滴，通過噴嘴荷電，使液滴帶電，提高荷電水平。

超細(xì)液滴噴射裝置的噴淋量應(yīng)連續(xù)可調(diào)，各個(gè)噴嘴的噴淋角度應(yīng)經(jīng)過精確校正與匹配；超細(xì)液滴噴射裝置所采用的增濕劑可為工藝水，為同時(shí)促進(jìn)系統(tǒng)對酸性污染物的脫除，超細(xì)液滴噴射裝置所采用的增濕劑可為堿液。

作為優(yōu)選，所述擋板寬度為480mm，所述擋板包括阻流板和導(dǎo)流板，阻流板與導(dǎo)流板為相鄰布置，并形成若干個(gè)菱形區(qū)域，所述阻流板、導(dǎo)流板與煙氣方向的夾角絕對值為30°～40°；相鄰阻流板與導(dǎo)流板的中心最近距離在220mm至280mm之間，阻流板與導(dǎo)流板之間的最近距離在15mm至25mm之間。

阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流系統(tǒng)在顯著提高流場均勻性的同時(shí)，由于其獨(dú)創(chuàng)的布置方式，阻流板與導(dǎo)流板與流體速度的夾角小，降低了對氣流產(chǎn)生的阻力和造成的壓降，節(jié)省了煙風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

作為優(yōu)選，每個(gè)菱形區(qū)域內(nèi)設(shè)有兩根極線，兩根極線分別垂直于氣流方向布置，極線間距離為140mm至150mm之間，極線與阻流板、導(dǎo)流板的垂直距離為130mm至160mm之間。

作為優(yōu)選，所述擋板中間區(qū)域的孔隙率小于邊緣區(qū)域的孔隙率。

高能量密度供電電源通過荷電強(qiáng)化放電裝置，將高密度能量加載在放電裝置與導(dǎo)流裝置之間，產(chǎn)生高壓靜電場及高密度離子，從而促進(jìn)顆粒物與液滴的荷電與碰撞；為保證高壓靜電場和高密度離子的穩(wěn)定性，作為優(yōu)選，高能量密度供電電源為諧振逆變的高頻直流電源或高壓脈沖電源，所述諧振逆變的高頻直流電源額定頻率在20khz以上，輸出電壓在0kv至-60kv連續(xù)可調(diào)，有效功率達(dá)到30kw以上，能量效率在95％以上；所述高壓脈沖電源重復(fù)頻率在0～1000hz連續(xù)可調(diào)，脈沖上升沿在20μs以內(nèi)，脈沖寬度在50μs以內(nèi)，輸出電壓在-20kv至-80kv連續(xù)可調(diào)，瞬時(shí)脈沖功率達(dá)到1mw以上，能量轉(zhuǎn)化效率在80％以上。

作為優(yōu)選，所述懸掛框架距離阻流板、導(dǎo)流板的垂直距離大于極線與阻流板、導(dǎo)流板距離的2.5倍，懸掛框架與電源連接處安裝絕緣子，同時(shí)布置加熱及熱風(fēng)吹掃裝置?？梢员ＷC電氣安全。

作為優(yōu)選，所述液滴噴射裝置與阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置之間的距離大于500mm。

作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)設(shè)置在靜電除塵器入口處。結(jié)構(gòu)緊湊，不需要額外空間；布置于靜電除塵器入口處，向系統(tǒng)空間噴射大量超細(xì)液滴，利用液滴荷電速度快、荷電量大的特性，使其迅速帶電，并與煙氣中的顆粒物碰撞結(jié)合，使顆粒物荷電；顆粒物與液滴結(jié)合后，性質(zhì)向有利于荷電的方向發(fā)生改變，其荷電速度與荷電強(qiáng)度得到顯著提高，進(jìn)一步提升顆粒物荷電量。

超細(xì)液滴噴射裝置所產(chǎn)生的超細(xì)液滴與顆粒物結(jié)合，使顆粒物粒徑增大，荷電性質(zhì)改善，荷電速度與荷電量提高；超細(xì)液滴噴射裝置所產(chǎn)生的超細(xì)液滴在荷電后與顆粒物碰撞，增加顆粒物荷電量；阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置在提高系統(tǒng)流場均勻性的同時(shí)，與荷電強(qiáng)化放電系統(tǒng)配合產(chǎn)生高壓靜電場與高密度離子，用于顆粒物及液滴的強(qiáng)化荷電。電源(高能量密度供電裝置)與荷電強(qiáng)化放電裝置及均流裝置經(jīng)過匹配，輸出能量形式有利于高壓靜電場和高密度粒子的穩(wěn)定產(chǎn)生，采用的極線形式、板形式和材質(zhì)均有強(qiáng)化放電的作用。

本發(fā)明利用超細(xì)液滴噴射裝置，將增濕劑霧化為超細(xì)液滴，并通過噴射裝置的優(yōu)化布置使超細(xì)液滴可以均勻分布于系統(tǒng)空間，與煙氣進(jìn)行充分混合和有效增濕；利用阻流和導(dǎo)流結(jié)合的均流系統(tǒng)，對煙道的高速來流進(jìn)行均流，使進(jìn)入系統(tǒng)的煙氣流速分布均勻，提升后續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)行效果；利用荷電強(qiáng)化放電裝置，在系統(tǒng)空間中產(chǎn)生高壓靜電場與高密度離子，使煙氣中的顆粒物及液滴有效荷電，使其進(jìn)入后續(xù)污染減排系統(tǒng)后被高效脫除；利用高能量密度供電裝置(電源)，穩(wěn)定提供產(chǎn)生高壓靜電場和高密度粒子所需的高密度能量，并通過新型供電技術(shù)及其優(yōu)化極配形式，進(jìn)一步提升放電強(qiáng)度與荷電量。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明通過煙氣增濕、氣流均布與高壓靜電場結(jié)合的方式，從多方面強(qiáng)化顆粒物荷電，不易受煙氣成分和顆粒特性影響，荷電效果好，同時(shí)有優(yōu)化煙氣流場的作用；

(2)本發(fā)明布置通過精細(xì)霧化與均勻噴射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煙氣的有效增濕，通過阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置、荷電強(qiáng)化放電裝置和高能量密度供電裝置，實(shí)現(xiàn)煙氣流場均布和液滴與顆粒物荷電，并通過荷電液滴對與顆粒物的碰撞結(jié)合，進(jìn)一步強(qiáng)化顆粒物荷電，突破顆粒物荷電量有限、細(xì)顆粒荷電困難的難題，進(jìn)而提升顆粒物，尤其是細(xì)顆粒物的高效脫除效果；

(3)本發(fā)明能有效改善進(jìn)入靜電除塵器的煙氣流場均勻性，強(qiáng)化顆粒物荷電效果，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的工況和顆粒特性適應(yīng)性，具有較高的技術(shù)與應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明超細(xì)液滴噴射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明荷電強(qiáng)化放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明所要保護(hù)的范圍并不限于此。

實(shí)施例1

參照圖1～4，一種增濕均流預(yù)荷電顆粒物強(qiáng)化脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)沿?zé)煔夥较蝽槾伟ㄒ旱螄娚溲b置1、阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置2以及荷電強(qiáng)化放電裝置3，所述液滴噴射裝置1與阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置2之間的距離為1000mm。

所述液滴噴射裝置包括噴嘴5和支架6，所述支架垂直于煙氣方向布置，支架上安裝有相互平行的管道7，所述噴嘴5布置在管道7上；所述管道7垂直于煙氣方向布置，管道的間距不大于噴嘴5有效噴射距離，噴嘴5的噴射方向垂直于煙氣方向，單個(gè)管道上噴嘴均勻分布，距離不大于噴嘴的有效噴射范圍，相鄰管道的噴嘴交錯(cuò)布置。所述噴嘴為精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴，噴嘴的噴射角度為70°，噴嘴的噴射范圍為450mm。精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴可產(chǎn)生粒徑范圍在60～80μm的超細(xì)液滴，通過噴嘴荷電，使液滴帶電，提高荷電水平。

超細(xì)液滴噴射裝置是本發(fā)明的核心裝置之一，該裝置將精細(xì)霧化噴嘴交錯(cuò)布置于垂直于煙氣方向的支架上，通過將精細(xì)霧化噴嘴位置與噴嘴的噴射范圍進(jìn)行精確匹配，使裝置通道內(nèi)均勻分布超細(xì)霧滴的同時(shí)將水耗量達(dá)到最低。超細(xì)液滴噴射裝置噴射的超細(xì)霧滴與超細(xì)顆粒碰撞結(jié)合，促進(jìn)顆粒物的凝并長大，同時(shí)改善顆粒物的粒徑分布和荷電能力，使超細(xì)顆粒物數(shù)目減少20％以上，飽和荷電量提升50％以上。本實(shí)施例中所采用的的超細(xì)液滴噴射裝置共有九個(gè)管道，七十二個(gè)噴嘴，支架長度和寬度均為4000mm，覆蓋16m²的區(qū)域，噴淋量為224l/min。

所述阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置包括帶有開孔的擋板，所述擋板孔隙率為50％，開孔的直徑為50mm；所述擋板中間區(qū)域的孔隙率小于邊緣區(qū)域的孔隙率。所述擋板寬度為480mm，高度為4000mm。所述擋板包括阻流板8和導(dǎo)流板9，阻流板8與導(dǎo)流板9為相鄰布置，并形成若干個(gè)菱形區(qū)域，本實(shí)施例中共布置三十二塊擋板，形成八個(gè)菱形區(qū)域，所述阻流板、導(dǎo)流板與煙氣方向的夾角絕對值為30°；相鄰阻流板與導(dǎo)流板的中心最近距離未260mm，阻流板與導(dǎo)流板之間的最近距離為20mm。阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流系統(tǒng)在顯著提高流場均勻性的同時(shí)，由于其獨(dú)創(chuàng)的布置方式，阻流板與導(dǎo)流板與流體速度的夾角小，降低了對氣流產(chǎn)生的阻力和造成的壓降，節(jié)省了煙風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

所述荷電強(qiáng)化放電裝置包括極線10，所述極線10設(shè)置在擋板后方并安裝于懸掛框架11上，所述極線10與電源4相連。每個(gè)菱形區(qū)域內(nèi)設(shè)有兩根極線10，兩根極線分別垂直于氣流方向布置，為保證電氣安全，所述懸掛框架11距離阻流板8、導(dǎo)流板9的垂直距離大于極線10與阻流板8、導(dǎo)流板9距離的2.5倍，懸掛框架與電源連接處安裝絕緣子12，同時(shí)布置加熱及熱風(fēng)吹掃裝置13。熱風(fēng)吹掃保證絕緣子溫度在120℃以上，懸掛框架使用耐高應(yīng)力耐腐蝕鋼材，防止高速帶電顆粒與液滴造成框架變形或腐蝕。懸掛框架高度為4000mm，共布置十六根極線，分布在阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置的菱形區(qū)域中，兩根相鄰極線的間距為140mm，距離極板的垂直距離為150mm。

高能量密度供電裝置(電源)通過荷電強(qiáng)化放電裝置，將高密度能量加載在放電裝置與導(dǎo)流裝置之間，產(chǎn)生高壓靜電場及高密度離子，從而促進(jìn)顆粒物與液滴的荷電與碰撞；為保證高壓靜電場和高密度離子的穩(wěn)定性，電源為高壓脈沖電源，所述高壓脈沖電源重復(fù)頻率在0～1000hz連續(xù)可調(diào)，脈沖上升沿在20μs以內(nèi)，脈沖寬度在50μs以內(nèi)，輸出電壓在-20kv至-80kv連續(xù)可調(diào)，瞬時(shí)脈沖功率達(dá)到1mw以上，能量轉(zhuǎn)化效率在80％以上。通過高頻諧振充電電路向脈沖發(fā)生電容cps注入能量，高功率斷路器通過斷路的方式將脈沖發(fā)生電容的能量作用在放電系統(tǒng)上，產(chǎn)生-20kv至-80kv的高壓脈沖，寬度為40μs，峰值功率為1mw。

所述系統(tǒng)設(shè)置在靜電除塵器13入口處，使進(jìn)入濕式靜電除塵器的煙氣流速偏差在5％以下，顆粒物介電常數(shù)提升50％以上，顆粒物實(shí)際荷電量達(dá)到飽和量的30％以上，顆粒物的排放濃度降低30％以上，pm2.5的排放濃度降低50％以上。結(jié)構(gòu)緊湊，不需要額外空間；布置于靜電除塵器入口處，向系統(tǒng)空間噴射大量超細(xì)液滴，利用液滴荷電速度快、荷電量大的特性，使其迅速帶電，并與煙氣中的顆粒物碰撞結(jié)合，使顆粒物荷電；顆粒物與液滴結(jié)合后，性質(zhì)向有利于荷電的方向發(fā)生改變，其荷電速度與荷電強(qiáng)度得到顯著提高，進(jìn)一步提升顆粒物荷電量。

實(shí)施例2

參照圖2～6，一種增濕均流預(yù)荷電顆粒物強(qiáng)化脫除系統(tǒng)，按照煙氣流向的順序，分別布置超細(xì)液滴噴射裝置1，阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置2及荷電強(qiáng)化放電裝置3。氣流先通過超細(xì)液滴噴射裝置1再通過阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置2，超細(xì)液滴噴射裝置1和阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置2的距離為500mm。

所述液滴噴射裝置包括噴嘴5和支架6，所述支架垂直于煙氣方向布置，支架上安裝有相互平行的管道7，所述噴嘴5布置在管道7上；所述管道7垂直于煙氣方向布置，管道的間距不大于噴嘴5有效噴射距離，噴嘴5的噴射方向垂直于煙氣方向，單個(gè)管道上噴嘴均勻分布，距離不大于噴嘴的有效噴射范圍，相鄰管道的噴嘴交錯(cuò)布置。所述噴嘴為精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴，噴嘴的噴射角度為70°，噴嘴的噴射范圍為450mm。精細(xì)霧化實(shí)心錐噴嘴可產(chǎn)生粒徑范圍在60～80μm的超細(xì)液滴，通過噴嘴荷電，使液滴帶電，提高荷電水平。本實(shí)施例中超細(xì)液滴噴射系統(tǒng)共有六個(gè)管道，三十個(gè)噴嘴，支架長度和寬度均為2500mm，覆蓋6.25m²的區(qū)域，噴淋量為100l/min，可使顆粒物介電常數(shù)提升30％以上。

所述阻流與導(dǎo)流結(jié)合的均流裝置包括帶有開孔的擋板，所述擋板采用一層垂直于煙氣方的開孔導(dǎo)流板9，孔隙率為50％，開孔14的直徑為100mm；導(dǎo)流板中間區(qū)域的孔隙率小于邊緣區(qū)域的孔隙率。導(dǎo)流板寬度為2500mm，高度為2500mm。經(jīng)過導(dǎo)流板后，煙氣的流速偏差下降到10％以下。

所述荷電強(qiáng)化放電裝置包括極線10，所述極線10設(shè)置在擋板后方并安裝于懸掛框架11上，所述極線10與電源4相連。懸掛框架與電源連接處安裝絕緣子12，同時(shí)布置加熱及熱風(fēng)吹掃裝置13。熱風(fēng)吹掃保證絕緣子溫度在120℃以上，懸掛框架使用耐高應(yīng)力耐腐蝕鋼材，防止高速帶電顆粒與液滴造成框架變形或腐蝕。本實(shí)施例中的框架高度為2500mm，共布置十根極線，兩根相鄰極線的間距為140mm，距離極板的垂直距離為150mm。

高能量密度供電裝置連接采用與實(shí)施例一相同的形式，產(chǎn)生-20kv至-80kv的高壓脈沖，寬度為40μs，但由于本實(shí)施例屬于緊湊型布置，脈沖峰值功率為0.7mw，可使顆粒物的荷電量達(dá)到飽和荷電量的15％以上。

本實(shí)施例在濕式靜電除塵器前煙道的有限空間中進(jìn)行布置，使進(jìn)入濕式靜電除塵器的煙氣流速偏差在10％以下，顆粒物介電常數(shù)提升30％以上，顆粒物實(shí)際荷電量達(dá)到飽和量的15％以上，顆粒物的排放濃度降低15％以上，pm2.5的排放濃度降低25％以上。