行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集pm2.5-pm10的煙氣凈化裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃煤煙氣治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，全國(guó)大部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的霧霾空氣污染問(wèn)題。而造成空氣污染的主要原因之一就是火電、供暖、鋼鐵等燃煤工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的微細(xì)顆粒排向大氣。而當(dāng)前由于缺乏對(duì)于煙氣中PM2.5-PM10微細(xì)粉塵分級(jí)除塵效率的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)有的除塵技術(shù)對(duì)于PMlO以上的固相顆粒除塵效果較好，卻對(duì)煙氣中的微細(xì)顆粒除塵效率普遍不高，因此，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)排放的煙氣進(jìn)行精細(xì)除塵是解決空氣污染的主要途徑之一，需要開發(fā)一種針對(duì)工業(yè)燃煤煙氣中的微細(xì)顆粒的高效除塵凈化裝置。
[0003]目前國(guó)內(nèi)用于工業(yè)除塵主要有機(jī)械除塵、濕式除塵、靜電除塵、布袋除塵和布袋靜電聯(lián)合除塵技術(shù)等。機(jī)械除塵是利用重力、慣性力和離心力作用除塵的技術(shù)。但是機(jī)械除塵主要針對(duì)的是顆粒較大的粉塵，一般只能除掉50μπι以上的大顆粒。對(duì)于PMlO的脫除效率只有30%，所以對(duì)于機(jī)械除塵對(duì)于微細(xì)顆粒的凈化有限，一般只是作為高效除塵裝置的初級(jí)除塵器。
[0004]濕式除塵是利用液滴洗滌含塵氣流分離煙氣中的微細(xì)顆粒?？梢蕴幚砀邷貜U氣、黏性顆粒和液滴。但是由于粒徑小于2.5μπι的微細(xì)顆粒和水滴都存在一層氣膜，微細(xì)顆粒很難被濕潤(rùn)，所以對(duì)于ΡΜ2.5的除塵效率只有70%，而且該技術(shù)能耗高，并產(chǎn)生二次污染，投資較高。
[0005]袋式除塵是利用多孔過(guò)濾材料來(lái)過(guò)濾捕集煙氣中的顆粒。對(duì)于微細(xì)顆粒的捕集也有很高的效率，對(duì)于PMlO以上的除塵效率大于等于99%，但是含有極細(xì)小粉塵ΡΜ2.5的氣體卻大部分穿過(guò)濾袋，而且由于濾料受到高溫和腐蝕的問(wèn)題，布袋易破損甚至燒穿，影響生產(chǎn)連續(xù)性和煙氣凈化。此外由于煙氣中的含塵濃度高，運(yùn)行阻力不斷增大，運(yùn)行費(fèi)用也較高。
[0006]靜電除塵是對(duì)煙氣中的粉塵顆粒荷電，在電場(chǎng)力的作用下使粉塵顆粒與煙氣分離。該技術(shù)可以處理低溫、低壓到高溫、高壓的煙氣，而且處理煙氣時(shí)壓力損失小。這種方法對(duì)大顆粒污染物的捕獲率較高，但是對(duì)于尺寸小于2.5μπι的粉塵，靜電除塵器的效率就會(huì)急劇下降。對(duì)于0.5?2.5μπι的粉塵，最差時(shí)效率會(huì)低于50%。而且微細(xì)顆粒荷電困難，比電阻難以達(dá)到要求;振打后會(huì)造成二次揚(yáng)塵，并且對(duì)煙氣量較大的冶金爐煙塵的捕集遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);此外整個(gè)除塵裝置需要高壓變電及整流設(shè)備，投資和運(yùn)行費(fèi)用都較高。
[0007]布袋靜電聯(lián)合除塵技術(shù)是在靜電除塵之后再加上布袋除塵，靜電除塵過(guò)濾分離較大粉塵顆粒，袋式除塵過(guò)濾分離微細(xì)顆粒。聯(lián)合除塵技術(shù)除塵效率達(dá)到了99%，但是仍有約I %的粉塵排入了大氣中，此I %的粉塵中粒徑小于2.5微米甚至亞微米級(jí)的超細(xì)顆粒占到逃逸的飛灰總數(shù)的90%以上。此外靜電除塵部分產(chǎn)生的臭氧可能對(duì)于后面的袋式除塵的布袋發(fā)生嚴(yán)重的損害，而且袋式除塵技術(shù)的缺點(diǎn)仍然存在。所以以上幾種除塵技術(shù)對(duì)于微細(xì)顆粒的除塵效果都有待提尚。
[0008]隨著多孔材料的發(fā)展，許多人開始考慮利用多孔介質(zhì)來(lái)過(guò)濾分離煙氣。已經(jīng)有人利用多孔陶瓷和多孔金屬作為過(guò)濾層用于除塵凈化，除塵總效率可以達(dá)到99%以上。但是目前無(wú)法將多孔介質(zhì)過(guò)濾層應(yīng)用于煙氣微細(xì)顆粒脫除環(huán)節(jié)，主要是由于對(duì)于多孔介質(zhì)過(guò)濾材料來(lái)說(shuō)，孔隙性能與服役性能之間相互制約，存在一對(duì)矛盾，即孔徑越小，孔隙率越高，越有利于捕集超微細(xì)顆粒，過(guò)濾精度越高;但隨之而來(lái)的是流體透過(guò)量就越小，越容易造成高的壓力降甚至堵塞。多孔材料固定方式過(guò)濾雖然能夠利用在精細(xì)除塵中，但是由于孔隙吸附極易飽和，需要對(duì)多孔材料濾料頻繁更換，不適用于處理工業(yè)燃煤產(chǎn)生的大量煙氣。
[0009]綜上所示，急需開發(fā)一種壓力損失小、投資和運(yùn)行費(fèi)用低，適應(yīng)于靜電除塵或袋式除塵之后的精細(xì)除塵的高效凈化裝置，直接從源頭上解決與人民群眾健康息息相關(guān)的排煙中PM2.5-PM10造成的大氣污染問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PMlO的煙氣凈化裝置和方法，目的是通過(guò)發(fā)揮具有高梯度磁分離器和多孔介質(zhì)的精細(xì)除塵裝置過(guò)濾的優(yōu)勢(shì)，低阻力、高通量地高效精細(xì)除塵，且多孔介質(zhì)可以回收利用，并且對(duì)粉塵的溫度、比電阻等沒(méi)有要求。
[0011]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置，包括一條煙氣管道，在所述的煙氣管道前端設(shè)置有磁性多孔介質(zhì)進(jìn)料口，末端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，煙氣管道的前端和末端之間設(shè)置若干個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器，所述的每個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器包括一個(gè)腔體，煙氣管道從腔體中間穿過(guò)，被磁場(chǎng)發(fā)生器劃分為有磁場(chǎng)段和無(wú)磁場(chǎng)段，磁場(chǎng)發(fā)生器的腔體兩端纏繞勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈與相應(yīng)的多路輸出穩(wěn)流直流電源相連，腔體兩端還設(shè)有冷卻風(fēng)機(jī)。
[0012]采用上述行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置捕集PM2.5-PMlO的煙氣凈化方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0013]開啟多路輸出穩(wěn)流直流電源，向煙氣管道磁性多孔介質(zhì)進(jìn)料口中加入磁性多孔介質(zhì)，將經(jīng)過(guò)靜電除塵或袋式除塵之后的煙氣引入煙氣管道，調(diào)節(jié)多路輸出穩(wěn)流直流電源的輸出電流和通電時(shí)間，得到沿?zé)煔夤艿婪较虻男羞M(jìn)磁場(chǎng)或脈沖磁場(chǎng)，磁場(chǎng)具有橫向和縱向的磁場(chǎng)梯度，磁性多孔介質(zhì)與煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒同時(shí)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生慣性碰撞、多孔隙截留和布朗擴(kuò)散攔截，磁性多孔介質(zhì)動(dòng)態(tài)捕集煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒，經(jīng)過(guò)有磁場(chǎng)段和無(wú)磁場(chǎng)段最終到達(dá)煙氣管道末端時(shí)經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)攔截，實(shí)現(xiàn)分離潔凈氣體，將捕集PM 2.5-PM10顆粒后的磁性多孔介質(zhì)超聲波水洗、酸洗、再次水洗、干燥后，得到脫附的磁性多孔介質(zhì)，再次裝入煙氣管道中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。
[0014]其中，所述的磁性多孔介質(zhì)是經(jīng)電化學(xué)處理的多孔鐵或多孔鎳，其粒度直徑<1_，所述的過(guò)濾網(wǎng)孔徑小于磁性多孔介質(zhì)的直徑。
[0015]所述的通電電流的調(diào)節(jié)范圍為5A?30A，所述的通電時(shí)間為I s?3600s。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
[0017]本發(fā)明的行進(jìn)磁場(chǎng)中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置中設(shè)有若干個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器，每個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器都包括一對(duì)勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈與多路直流穩(wěn)流電源相連，通過(guò)調(diào)節(jié)多路直流穩(wěn)流電源的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)控制煙氣管道不同位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和有無(wú)磁場(chǎng)，能夠得到沿著水平方向的行進(jìn)磁場(chǎng)或脈沖磁場(chǎng)，磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生橫向或縱向的高磁場(chǎng)梯度，在磁場(chǎng)發(fā)生器的上下都設(shè)置有風(fēng)扇，對(duì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行風(fēng)冷。本發(fā)明裝置還在煙氣管道前端設(shè)置有磁性多孔介質(zhì)進(jìn)口，管道末端設(shè)有濾網(wǎng)，用來(lái)攔截已經(jīng)負(fù)載PM
2.5-PM10顆粒的磁性多孔介質(zhì)。
[0018]本發(fā)明放棄了傳統(tǒng)除塵方式和固定多孔介質(zhì)過(guò)濾方式對(duì)于氣體中顆粒物的捕集方式，如直接攔截、搭橋攔截、聚并和重力沉降，創(chuàng)造性地提供一種利用電磁吸引力、重力和氣體拖曳力耦合作用來(lái)驅(qū)動(dòng)磁性多孔介質(zhì)捕集、分離煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒的裝置和方法，磁性多孔介質(zhì)與被捕集顆粒在煙氣支撐下同時(shí)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)慣性碰撞、截留、和布朗擴(kuò)散攔截實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)捕集的方式。這是由于氣體黏度極小，分子迀移速率高，極大提高了顆粒的碰撞機(jī)會(huì)，使得慣性碰撞成為氣體過(guò)濾中固體粒子捕集的基本方式，另一方面，布朗運(yùn)動(dòng)增加了細(xì)顆粒被多孔材料捕集的機(jī)會(huì)，通過(guò)分子碰撞對(duì)細(xì)顆粒(0.1?0.3μπι)的捕集最為有效，因此布朗擴(kuò)散攔截主要發(fā)生于氣體過(guò)濾中。
[0019]傳統(tǒng)的過(guò)濾機(jī)理或微細(xì)顆粒聚并機(jī)理由于煙氣中的細(xì)顆粒物不一定具有磁性，添加電磁場(chǎng)不會(huì)顯著增大聚并機(jī)率，僅靠聚并作用捕集細(xì)顆粒物，其效果有限，與傳統(tǒng)過(guò)濾方式相比，本發(fā)明中煙氣氣流沒(méi)有被迫通過(guò)濾材(多孔介質(zhì))，而是磁性多孔介質(zhì)在電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下在煙氣中運(yùn)動(dòng)，在捕集細(xì)顆粒物的同時(shí)降低流體阻力和多孔介質(zhì)的負(fù)載，通過(guò)增加磁性多孔介質(zhì)的濃度，控制磁性多孔介質(zhì)在磁場(chǎng)中的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多孔介質(zhì)的長(zhǎng)行程可控運(yùn)動(dòng)，不僅能夠大大增加捕集效率，同時(shí)由于易于回收負(fù)載微細(xì)顆粒的多孔介質(zhì)，脫附后可循環(huán)使用，不會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)可行性。
[0020]本發(fā)明方法中被送入煙氣管道的磁性多孔介質(zhì)顆粒在磁場(chǎng)作用下，形成簾狀，用于動(dòng)態(tài)捕集PM 2.5-ΡΜ