一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备及方法
【专利摘要】本发明公开一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备及方法，静电雾化团聚室上部是包括储液腔、底板电极、调整孔板、绝缘平板、金属板接地电极及多个金属毛细管的阵列式静电雾化装置，储液腔内储有团聚剂溶液，储液腔的底板是连接负高压静电发生器的底板电极，底板电极正下方是调整孔板，调整孔板正下方是贴合在静电雾化团聚室顶部外壁上绝缘平板，金属板接地电极设在静电雾化团聚室顶部内壁上；每个金属毛细管从上至下延伸在静电雾化团聚室内；储液腔顶部通过单向阀连接搅拌混合室，搅拌混合室分别通过管路连接团聚剂储藏罐和供水系统；采用接触荷电方法对含有团聚剂的液体进行静电雾化，增强了雾滴对PM2.5超细微粉尘的吸附能力。
【专利说明】一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超细微粉尘(主要指PM2.5，即当量粒径小于2.5 μ m的粉尘)处理与净化技术，具体是指将烟气中的超细微颗粒物(PM2.5)团聚或聚并为粒度较大的颗粒，然后在静电除尘器或其他传统除尘装置中进行有效脱除的设备及方法。
【背景技术】
[0002]在大量利用化石燃料热能的同时，其燃烧产生的颗粒污染物排放使得空气质量不断恶化，其中微细颗粒物占35%以上，是造成雾霾的主要原因。随着燃煤电厂烟尘排放标准的不断提高，实现这一标准的关键在于对微细颗粒物的控制。现有的除尘装置的效率可达99%以上，但是对可吸入颗粒物(PMlO)特别是超细微颗粒物(PM2.5)的捕获率很低，仍有大量随排烟进入大气。
[0003]中国专利号为ZL200410066936.0公开的双极性电晕放电烟尘凝并电除尘方法及设备，提出将含尘烟气中的极其细小的可吸入尘埃微粒(主要指PM10，即粒径小于10 μ m的粉尘)通过正负电晕放电区，使其带上正负电荷后相互凝并聚集成为较大颗粒，再通过电除尘器进行脱除。该设备主要针对PMlO以下的粉尘粒子的聚并问题，但是对超细微颗粒物(PM2.5)的捕获率很低，而且该设备极其复杂，实施难度较大，采用电晕电极放电后容易再产生结灰，不利于持续的电晕放电，必须对电晕电极定期清灰处理。
[0004]中国专利申请号为201210100925.4公开的一种脱除可吸入颗粒物(PMlO)的设备，通过在除尘器出口安装颗粒物浓淡分离装置，将含尘浓度高的部分烟气通过团聚装置进行聚合，使其长成体积较大的颗粒物，然后与含尘浓度较低的烟气一起送入脱硫塔进行脱除。该设备只处理燃煤锅炉的部分烟气，能有效提高粉尘脱除效率，但有仍有大量随排烟进入大气，不能处理超细微颗粒物(PM2.5)，而且该设备增加了浓淡分离装置，增加了装置的系统的阻力，使费用升高，系统复杂性且分离装置稳定性较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备及方法，采用阵列式毛细管静电雾化产生细小的带电雾滴，电荷雾滴有效吸附烟气中PM2.5超细微粉尘，使PM2.5以下的粉尘颗粒实现聚并，结构简单、稳定性好、对超细微颗粒物的捕获率高。
[0006]本发明一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备采用的技术方案是:设有矩形的静电雾化团聚室，静电雾化团聚室的前端连接烟气进口、后端连接除尘器，除尘器的后端连接烟?，静电雾化团聚室上部是阵列式静电雾化装置，阵列式静电雾化装置包括储液腔、底板电极、调整孔板、绝缘平板、金属板接地电极及多个金属毛细管，储液腔内储有团聚剂溶液，储液腔的底板是连接负高压静电发生器的底板电极，底板电极正下方是调整孔板，调整孔板正下方是贴合在静电雾化团聚室顶部外壁上绝缘平板，金属板接地电极设在静电雾化团聚室顶部内壁上；每个金属毛细管的上端口均与储液腔相连通，每个金属毛细管从上至下依次地穿过底板电极上的阵列式圆孔以及调整孔板、绝缘平板、金属板接地电极上的毛细通孔向下延伸在静电雾化团聚室内；储液腔顶部连接位于储液腔外部的单向阀，单向阀又连接搅拌混合室，搅拌混合室分别通过管路连接团聚剂储藏罐和供水系统，在团聚剂储藏罐和搅拌混合室之间的管路上装有第一阀门、计量泵和第一流量计，在供水系统和搅拌混合室之间的管路上装有第二阀门和第二流量计。
[0007]本发明一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并方法采用的技术方案是:先打开第一、第二阀门，开启计量泵，由团聚剂储藏罐和供水系统向搅拌混合室内同时分别供给团聚剂和工业用水，搅拌混合室将工业用水与团聚剂均匀混合形成团聚剂溶液，团聚剂溶液自单向阀流入储液腔内；再开启负高压静电发生器，在底板电极与金属板接地电极之间形成一静电场，在静电场作用下金属毛细管产生细小带电雾滴，使进入静电雾化团聚室内烟气中的超细微颗粒被带电雾滴吸附在表面，产生聚并形成较大的粉尘颗粒物，粉尘颗粒最后通过除尘器后由烟囱排出。
[0008]本发明采用上述技术方案后具有的优点:
1.本发明采用接触荷电方法对含有团聚剂的液体进行静电雾化，雾滴荷电后，其表面活性显著增加，增强了雾滴对PM2.5超细微粉尘的吸附能力。
[0009]2.本发明中毛细管静电雾化的动力主要来源于雾滴表面张力的降低，雾滴表面张力降低后雾滴更容易破碎为细小的雾滴，增大了雾滴的总体表面积，增强了雾滴对超细微粉尘的吸收效果。
[0010]3.吸附超细微粉尘后的雾滴在高温烟气的作用下产生蒸发现象，粉尘在静电力和团聚剂作用下吸附在一起，形成粒度较大的粉尘颗粒，能够利用现有的传统除尘器进行有效脱除，成本低、不改变现有设备、不增加大型装置。
[0011]4.本发明不但可以有效实现超细微颗粒的团聚或聚并，当采用石灰浆液作为吸收剂时，同时可以实现脱硫除尘的协同效应。
[0012]5.本发明采用的直接接触荷电的方式对金属毛细管内的液体进行荷电，保证了荷电过程的稳定。
[0013]6.本发明装置结构简单，只需对现在除尘设备进口段进行简单改造，即可实现超细微颗粒物有效的团聚或聚并脱除。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备的结构图；
图2为图1中静电雾化团聚室和阵列式静电雾化装置的左视图；
图3为图1中底板电极开有的多个阵列式圆孔的布置图。
[0015]图中:1.静电雾化团聚室；2.烟气进口 ；3.金属板接地电极；4.绝缘平板；5.调整孔板；6.底板电极；7.储液腔；8.团聚剂储藏罐；9.阀门；10.计量泵；11.流量计；12.搅拌混合室；13.流量计；14.阀门；15.供水系统；16.单向阀；17.雾化喷嘴；18.高压静电发生器；19.除尘器；20.烟囱；21.圆孔。
【具体实施方式】
[0016]参见图1和图2，本发明一种阵列式静电雾化超细微颗粒物团聚设备设有超细微颗粒物的静电雾化团聚室1，静电雾化团聚室I为矩形体，静电雾化团聚室I的前端连接烟气进口 2，静电雾化团聚室I的后端连接常规的除尘器19，除尘器19的后端连接排气的烟囱20。含有烟尘的气流自烟气进口 2进入静电雾化团聚室1，在静电雾化团聚室I内经过静电雾化团聚或聚并处理后形成的烟气输出至除尘器19，然后由烟囱20排出。
[0017]在矩形的静电雾化团聚室I上部安装阵列式静电雾化装置，阵列式静电雾化装置包括储液腔7、底板电极6、调整孔板5、绝缘平板4、金属板接地电极3以及金属毛细管17。储液腔7为矩形体，储有团聚剂溶液，储液腔7的底板为方形的金属板，同时也是静电雾化装置的底板电极6，即产生静电雾化一个电极，底板电极6直接连接负高压静电发生器18。在底板电极6的下方保持一段距离安装调整孔板5，在调整孔板5的下方保持一段距离安装绝缘平板4，绝缘平板4贴合在静电雾化团聚室I的顶部外壁上，金属板接地电极3安装在静电雾化团聚室I的顶部内壁上，金属板接地电极3与大地相连，是电势为零的电极。底板电极6、调整孔板5、绝缘平板4、金属板接地电极3从上至下布置，并且相互平行，均平行于静电雾化团聚室I的顶壁。
[0018]储液腔7的底板电极6上开有如图3所示的多个内径不等的阵列式圆孔21，每个圆孔21中装有一个垂直的金属毛细管17，每个金属毛细管17的内径相互不等，阵列式圆孔21的孔径大于对应装在其内的金属毛细管17的外径。金属毛细管17内径一般为
0.6-1.5mm，可以根据不同的团聚对象对金属毛细管17进行调换，相邻两根金属毛细管17轴心之间的距离20-30mm之间为宜，形成的锥射流之间不致形成相互影响。
[0019]每个金属毛细管17的上端口均与储液腔7相连通，金属毛细管17从上至下依次地穿过底板电极6上的阵列式圆孔21以及调整孔板5、绝缘平板4、金属板接地电极3上的毛细通孔向下延伸到静电雾化团聚室I内。伸在静电雾化团聚室I内的金属毛细管17的下端(末端)在金属板接地电极3下方，比金属板接地电极3低，与金属板接地电极3的下底面之间的垂直距离在5-20mm之间。绝缘平板4用来隔绝金属板接地电极3与上部其他装置以及金属毛细管17，防止高压静电与静电雾化团聚室I连接而带电。调整孔板5可沿着金属毛细管17的轴向上下移动，用于调整静电场分布，可以在不改变负高压发生器18电压的情况下通过改变调整孔板5的位置改变金属毛细管17内液体的静电场，从而改善金属毛细管17下端液体的雾化特性。
[0020]储液腔7顶部通过管路连接位于储液腔7外部的单向阀16，单向阀16又通过管路连接搅拌混合室12。搅拌混合室12通过管路连接团聚剂储藏罐8，在团聚剂储藏罐8和搅拌混合室12的连接管路上安装有阀门9、计量泵10和流量计11。搅拌混合室12还通过管路连接工业供水系统15，供水系统15将工业自来水供给搅拌混合室12，在供水系统15和搅拌混合室12的连接管路上装有阀门14和流量计13，通过阀门14控制自来水的流量，流量通过流量计13进行计量。团聚剂储藏罐8中的团聚剂通过计量泵10抽到搅拌混合室12内，并通过阀门9进行开关控制，通过流量计11进行计量。通过流量计11和流量计13分别计量团聚剂与工业供水量，能够有效控制团聚剂的浓度。搅拌混合室12将工业自来水与团聚剂进行均匀混合形成团聚剂溶液，经单向阀16进入静电雾化团聚室I中。
[0021]静电雾化团聚室I中的团聚剂溶液经金属毛细管17向下流入静电雾化团聚室I内时，通过底板电极6进行静电雾化。底板电极6通过绝缘导线与负高压静电发生器18相连，负高压静电发生器18可以通过调节电压对毛细管雾化过程进行有效控制。含尘气流中的超细微颗粒物在静电雾化团聚室I内被带电液滴吸收，完成吸附、蒸发与团聚(或聚并)作用，然后进入除尘器19，净化后的烟气经烟囱20排出。
[0022]本发明一种阵列式静电雾化超细微颗粒物团聚设备通过以下方法实现超细颗粒物的团聚或聚并脱除:
首先打开阀门9和阀门14，开启计量泵10，由团聚剂储藏罐8和供水系统15向搅拌混合室12同时地分别供给团聚剂和工业用水，并通过流量计11和流量计13实现团聚剂溶液浓度的配比，搅拌混合室12将工业自来水与团聚剂进行均匀混合形成团聚剂溶液。团聚剂一般为聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAM),是一种人工合成的有机高分子絮凝剂中最重要的一类线型高分子化合物的总称。团聚剂在水中的浓度为0.20%左右即可。由于计量泵10和供水系统15本身具有一定的压力，在压力作用下，液体自单向阀16流入储液腔7内。当储液腔7内液体积累到一定量时，开启负高压静电发生器18，将静电电压数值调至固定值，以保证每个金属毛细管17能够产生稳定的锥射流模式，获得较好的雾化效果。由于负高压静电发生器18通过绝缘导线连接底板电极6，与金属板接地电极3之间形成一静电场，在静电场作用下金属毛细管17产生射流雾化。金属毛细管17产生的细小带电雾滴，其表面活性比非静电雾化要强，且在团聚剂的作用下，其吸附能力显著增强。调整调整孔板5的上下位置，可以在不改变高压静电发生器的条件下改变毛细管静电场大小，实现对静电雾化的控制。当烟气通过烟气进口 2进入静电雾化团聚室I内时，超细微颗粒将被金属毛细管17产生雾滴吸附在表面，在高温烟气的作用下，雾滴将产生蒸发现象，超细微颗粒在静电力、液桥力、固桥力等的作用下，产生团聚和聚并作用，从而形成较大的粉尘颗粒物。当团聚或聚并后的粉尘颗粒通过常规除尘器19后，很容易被常规除尘器19脱除。脱除后洁净烟气由烟囱20排出。
[0023]本发明装置可以与烟气脱硫同时进行，即使在未添加团聚剂的情况下，静电雾化产生雾滴对超细微粉尘也具有团聚或聚并作用，因此，液体也可为某种浆液，浆液在脱除烟气中的硫化物等酸性气体后，同时对超细微粉尘完成凝并，进而通过除尘器可以有效脱除。
【权利要求】
1.一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备，设有矩形的静电雾化团聚室(1)，静电雾化团聚室(1)的前端连接烟气进口(2)、后端连接除尘器(19)，除尘器(19)的后端连接烟囱(20)，其特征是:静电雾化团聚室(1)上部是阵列式静电雾化装置，阵列式静电雾化装置包括储液腔(7)、底板电极(6)、调整孔板(5)、绝缘平板(4)、金属板接地电极(3)及多个金属毛细管(17)，储液腔(7)内储有团聚剂溶液，储液腔(7)的底板是连接负高压静电发生器(18)的底板电极(6)，底板电极(6)正下方是调整孔板(5)，调整孔板(5)正下方是贴合在静电雾化团聚室(1)顶部外壁上绝缘平板(4)，金属板接地电极(3)设在静电雾化团聚室(1)顶部内壁上；每个金属毛细管(17)的上端口均与储液腔(7)相连通，每个金属毛细管(17)从上至下依次地穿过底板电极(6)上的阵列式圆孔(21)以及调整孔板(5)、绝缘平板(4)、金属板接地电极(3)上的毛细通孔向下延伸在静电雾化团聚室(1)内；储液腔(7)顶部连接位于储液腔(7 )外部的单向阀(16 )，单向阀(16 )又连接搅拌混合室(12 )，搅拌混合室(12)分别通过管路连接团聚剂储藏罐(8)和供水系统(15)，在团聚剂储藏罐(8)和搅拌混合室(12)之间的管路上装有第一阀门(9)、计量泵(10)和第一流量计(11)，在供水系统(15)和搅拌混合室(12)之间的管路上装有第二阀门(14)和第二流量计(13)。
2.根据权利要求1所述一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备，其特征是:底板电极(6)、调整孔板(5)、绝缘平板(4)、金属板接地电极(3)相互平行且均平行于静电雾化团聚室(1)的顶壁。
3.根据权利要求1所述一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备，其特征是:金属毛细管(17)内径为0.6-1.5mm并且每个金属毛细管(17)的内径相互不等，相邻两个金属毛细管(17)轴心之间的距离20-30mm。
4.根据权利要求1所述一种阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备，其特征是:静电雾化团聚室(1)内的金属毛细管(17)下端在金属板接地电极(3)下方，且与金属板接地电极(3)下底面之间的垂直距离是5-20mm。
5.一种如权利要求1所述阵列式静电雾化超细微颗粒物聚并设备的超细微颗粒物聚并方法，其特征是:先打开第一、第二阀门(9、14)，开启计量泵(10)，由团聚剂储藏罐(8)和供水系统(15)向搅拌混合室(12)内同时分别供给团聚剂和工业用水，搅拌混合室(12)将工业用水与团聚剂均匀混合形成团聚剂溶液，团聚剂溶液自单向阀(16)流入储液腔(7)内；再开启负高压静电发生器(18)，在底板电极(6)与金属板接地电极(3)之间形成一静电场，在静电场作用下金属毛细管(17)产生细小带电雾滴，使进入静电雾化团聚室(1)内烟气中的超细微颗粒被带电雾滴吸附在表面，产生聚并形成较大的粉尘颗粒物，粉尘颗粒最后通过除尘器(19)后由烟囱(20)排出。
6.根据权利要求5所述超细微颗粒物聚并方法，其特征是:在静电场作用时，调整调整孔板(5)的上下位置以改变静电场大小。
7.根据权利要求5所述超细微颗粒物聚并方法，其特征是:团聚剂采用聚丙烯酰胺，通过第一、第二流量计(11、13)控制团聚剂溶液浓度为0.20%。
【文档编号】B01D50/00GK104258674SQ201410484923
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】王贞涛, 张永辉, 董庆铭 申请人:江苏大学