一种凝并增强型旋流除尘除雾装置的制作方法

本发明属于废气处理领域，具体涉及一种凝并增强型旋流除尘除雾装置。

背景技术：

目前，我国现有的燃煤机组普遍采用石灰石——石膏湿法烟气脱硫工艺，从吸收塔排放的湿烟气中除了含有部分前端除尘器未除尽的粉尘外，还含有大量的呈细小雾滴状态石灰石、石膏浆液等，随着国家环保排放标准的日趋提高，需对脱硫后的净烟气进行深度除尘。根据最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》，对烟囱排放的粉尘浓度提出了5mg/m³的要求。

烟气的除尘除雾是烟气净化工序中最为常见的工艺，类型多种多样，但对于含有大量雾滴的饱和湿烟气的处理而言，具有现实的处理难度。为了解决微细粉尘、气溶胶粒子等粒径小的杂尘分离，部分机组采用折流板除雾器+WESP(湿式电除雾器)进行处理，但对于已建脱硫机组而言改造工作量巨大，通常需对现有的吸收塔本体增高、基础加固，改造周期过长，且其含有大量的高压电气设备，运行和操作难度较大。

管束式除尘除雾装置作为WESP的一种替代技术，因其结构简单、运行可靠、能耗低而得到广泛应用。管束式除尘除雾装置是一种基于离心力分离的气液分离器，利用旋转气流的离心作用，将气流中夹带的液滴甩向壁面周围，烟气中的细小液滴、细微粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物互相碰撞团聚凝聚成大液滴，大液滴再被气旋筒表面液膜捕获，从而实现与气相分离而脱除，具有压降小、除雾效果较好，结构简单，改造实施简单等优点，尤其适用于湿法脱硫后酸雾中带固体或带盐分的废气除雾。

这种类型的除雾器是通过离心力实现液滴或颗粒的分离，当负荷较低或颗粒粒径过小时，由于离心力较小或离心力不足于使小颗粒分离时，分离效率较差，尽管可以提高除雾器的级数达到一定的脱除效率，但投资和运行费用大幅上升，甚至部分情况下即使增加除雾器级数也难以满足排放要求。

技术实现要素：

本发明针对现有上述技术存在的缺陷提供了一种除凝并增强型旋流除尘除雾装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种凝并增强型旋流除尘除雾装置，该装置包括有圆柱形外筒、m个旋流组件，所述的旋流组件包括有若干个旋流叶片和一个中心筒，旋流叶片以倾斜的角度均匀分布在中心筒外壁和圆柱形外筒内壁之间的环状区域内，所述旋流组件的个数m≥2；

在至少一组相连旋流组件之间的圆柱形外筒内设有n级凝并装置，所述的凝并装置包括凝并液管道以及设置在凝并液管道顶部产生雾滴粒径为2～80μm的喷嘴和设置在凝并液管道底部的凝并装置快速接头，所述凝并装置快速接头与外部凝并液连接，其中n≥1；

所述凝并液为工艺水、蒸汽或添加化学团聚剂的工艺水。

本发明技术方案中：喷嘴产生雾滴的粒径为2～35μm。优选喷嘴产生的雾滴是采用高压雾化、双流体雾化或超声波雾化的方式形成。

本发明技术方案中：所述的相连旋流组件之间设有液膜拦截及收集器，所述的液膜拦截及收集器包括拦截环和收集孔，所述的拦截环位于圆柱形外筒内周壁，所述的收集孔位于圆柱形外筒和拦截环之间；所述的收集孔为半圆形、圆形或腰孔形，优选所述的收集孔为半圆形。

本发明技术方案中：所述的装置由下到上共计m-1级液膜拦截及收集器，所述的第i-1级收集孔的开孔面积大于第i级收集孔的开孔面积，1≤i≤m-1。

本发明技术方案中：所述的凝并装置的喷嘴前设置过滤器。

本发明技术方案中：在至少一组相连旋流组件之间设有冲洗水系统，所述的冲洗水系统包括冲洗水管，所述的冲洗水管顶部设有堵头，底部设有冲洗水快速接头，在冲洗水管的上部设有若干冲洗喷嘴，冲洗喷嘴喷向圆柱形外筒内壁。

本发明技术方案中：该装置顶部设有挡流环，所述挡流环的内径为圆柱形外筒的内径的85～95％。

本发明技术方案中：该装置位于吸收塔内喷淋层的上方，包括有n个凝并增强型旋流除尘除雾装置，n≥1，相邻凝并增强型旋流除尘除雾装置之间及增强型旋流除尘除雾装置及吸收塔内壁之间均设有下端密封板及上端密封板。

管束式除尘除雾装置是一种基于离心力分离的气液分离器，利用旋转气流的离心作用，将气流中夹带的液滴甩向壁面周围，烟气中的细小液滴、细微粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物互相碰撞团聚凝聚成大液滴，大液滴再被气旋筒表面液膜捕获，从而实现与气相分离而脱除。离心力与颗粒直径的3次方成正比，要使颗粒或液滴具有足够的离心力，颗粒或液滴必须具有足够的粒径，通常而言，旋流组件对于大于18μm的颗粒的分离效率达99％左右，但由于二次夹带等因素的存在，实际效率低于该数值，换句话来说，经过一级(或二级)旋流组件后，烟气中大于18μm的颗粒基本已脱除，剩余部分大都为小于18μm的颗粒。试验数据表明，湿法脱硫之后(喷淋层后)，PM2.5和PM10占总颗粒的比重相当高，部分电厂甚至达到了76％和51％左右，也就是说这部分粉尘的总量有可能超过排放限值(5mg/m³)。

发明人通过研究发现：要提高次级旋流组件的效率，必须有效地提高颗粒的粒径，达到或超过离心力可以容易分离的粒径大小(18μm及以上)。当在相连旋流组件(8)之间的圆柱形外筒(13)内喷射细水雾时，细水雾会布满该空间，因此大大增加了粉尘颗粒和细水雾之间发生惯性碰撞、拦截以及凝并的概率，其捕捉的概率与液滴的多少、直径有关，当雾滴的直径较大时，粉尘颗粒仅仅是随气流绕过雾滴而未被捕集；而当雾滴与粉尘颗粒直径相近时，更容易与粉尘颗粒相撞而被捕集。发明人通过若干次实验后发现雾滴雾化粒径应与待捕集颗粒接近，以2～35μm为佳。为达到这一粒径，发明人采用高压雾化、双流体雾化或超声波雾化手段所产生的雾滴。通过本发明技术方案可以将PM2.5和PM10颗粒团聚变大，从而提高了粉尘的可捕集性。另一方面，前述所产生的微细雾滴向含尘空间时，能在很短时间内蒸发，使喷雾区水蒸气迅速饱和，过饱和的水蒸气凝结在含尘区内悬浮的大量粉尘颗粒上，从而凝聚合并，提高了粉尘的可捕集性。当然喷入过饱和蒸汽也可以达到同等的效果。

同时，发明人通过多次实验还发现在水中加入0.5％～2.5％化学团聚剂按上述粒径雾化喷入后，容易在颗粒之间产生液桥，促进颗粒团聚。团聚促进剂按质量百分比包含0.004％～0.25％的高聚物絮凝剂，0.0002～0.02％的润湿剂，0.001～0.05％的无机盐添加剂，其余为水。

优选所述的化学团聚剂为高聚物絮凝剂和润湿剂的混合物，高聚物絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚氧化乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醚中的一种或多种，润湿剂为磺化油，硫醇类、酰肼类和硫醇缩醛类中的一种或多种，无机盐添加剂为磷酸钠。

此外：管束式除尘除雾装置是一种基于离心力分离的气液分离器，利用旋转气流的离心作用，将气流中夹带的液滴甩向壁面周围，壁面的液膜的厚度和高度会随着烟气中的液滴和颗粒数量激增，液膜过厚会使操作阻力过大，液膜过高时会增加二次夹带的可能性，这些都会造成操作性能的下降。发明人通过多次研究发现通过设置液膜拦截及收集器，内径设置为为壁面内径的0.8～0.9。液膜拦截及收集器开设一定数量的孔是为了上层的液体能顺利沿着壁面流下来，而不致于流入烟气内侧造成二次夹带。优选的半圆形的孔主要是为了便于沿壁面顺流。开孔的总的面积根据脱除烟气中的液体的总量确定。下层的比上层孔多是因为上层的液体汇并流入下层。

本发明的有益效果：

本发明通过在旋流组件级间增加凝并装置，提高细小颗粒粉尘与喷入凝并液滴间发生惯性碰撞、拦截以及凝并的概率，提高了粉尘的可捕集性，在同等旋流组件级数下提升了脱除效率，或者说达到同等效率所需的旋流组件级数降低，缩减了投资和运行成本。

附图说明

图1为凝并增强型旋流除尘除雾装置的主视图；

图2为凝并增强型旋流除尘除雾装置的剖视图；

图3为凝并增强型旋流除尘除雾装置的俯视图；

图4为挡流环的主视图；

图5为液膜拦截及收集器的主视图。

1为下端密封板，2为凝并装置快速接头，3为凝并液管道，4为凝并装置，5为液膜拦截及收集器，6为过滤器，7为喷嘴，8为旋流组件，9为挡流环，10为上端密封板，11为中心筒，12为旋流叶片，13为圆柱形外筒，14为堵头，15为冲洗喷嘴，16为冲洗水系统，17为冲洗水管，18为冲洗水快速接头，511为第i级拦截环，512为第i级收集孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

一种凝并增强型旋流除尘除雾装置，该装置包括有圆柱形外筒(13)、m个旋流组件(8)，所述的旋流组件(8)包括有若干个旋流叶片(12)和一个中心筒(11)，旋流叶片(12)以倾斜的角度均匀分布在中心筒(11)外壁和圆柱形外筒(13)内壁之间的环状区域内，所述旋流组件的个数m≥2；

在至少一组相连旋流组件(8)之间的圆柱形外筒(13)内设有n级凝并装置(4)，所述的凝并装置(4)包括凝并液管道(3)以及设置在凝并液管道(3)顶部产生雾滴粒径为2～80μm的喷嘴(7)和设置在凝并液管道(3)底部的凝并装置快速接头(2)，所述凝并装置快速接头(2)与外部凝并液连接，其中n≥1；

所述凝并液为工艺水、蒸汽或添加化学团聚剂的工艺水。优选添加化学团聚剂的工艺水是在工艺水中加入0.5％～2.5％化学团聚剂，所述的化学团聚剂为0.004％～0.25％的高聚物絮凝剂、0.0002～0.02％润湿剂和0.001～0.05％的无机盐添加剂，其余为水。更优选所述的高聚物絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚氧化乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醚中的一种或多种；所述的润湿剂为磺化油，硫醇类、酰肼类和硫醇缩醛类中的一种或多种；所述的无机盐添加剂为磷酸钠。

所述的喷嘴(7)产生雾滴的粒径为2～35μm。优选所述喷嘴(7)产生的雾滴是采用高压雾化、双流体雾化或超声波雾化的方式形成。

所述的相连旋流组件之间设有液膜拦截及收集器，所述的液膜拦截及收集器包括拦截环(511)和收集孔(512)，所述的拦截环(511)位于圆柱形外筒(13)内周壁，所述的收集孔(512)位于圆柱形外筒(13)和拦截环(511)之间；所述的收集孔(512)为半圆形、圆形或腰孔形，优选所述的收集孔(512)为半圆形。

所述的装置由下到上共计m-1级液膜拦截及收集器，所述的第i-1级收集孔(512)的开孔面积大于第i级收集孔(512)的开孔面积，1≤i≤m-1。所述的凝并装置(4)的喷嘴(7)前设置过滤器(6)。在至少一组相连旋流组件之间设有冲洗水系统(16)，所述的冲洗水系统(16)包括冲洗水管(17)，所述的冲洗水管(17)顶部设有堵头(14)，底部设有冲洗水快速接头(18)，在冲洗水管(17)的上部设有若干冲洗喷嘴(15)，冲洗喷嘴(15)喷向圆柱形外筒(13)内壁。所述的凝并增强型旋流除尘除雾装置顶部设有挡流环，所述挡流环的内径为圆柱形外筒(13)的内径的85～95％。

凝并增强型旋流除尘除雾装置位于吸收塔内喷淋层的上方，包括有n个凝并增强型旋流除尘除雾装置，n≥1，相邻凝并增强型旋流除尘除雾装置之间及增强型旋流除尘除雾装置及吸收塔内壁之间均设有下端密封板(1)及上端密封板(10)。

采用上述装置进行燃煤热态试验系统研究，在工艺水中加入1％的化学团聚剂，所述的化学团聚剂为0.004％～0.25％的聚丙烯酰胺、0.0002～0.02％磺化油和0.001～0.05％的磷酸钠，其余为水。在电除尘器入口烟气添加化学团聚剂促进电除尘脱除PM2.5的试验研究，研究了团聚剂添加前后PM2.5浓度及其粒度分布的变化，结果表明，采用本发明装置PM2.5增大到原先的四倍左右，典型工况下电除尘器出口PM2.5浓度降低80％以上。采用本发明装置PM10增大到也是原先的四倍左右，典型工况下电除尘器出口PM10浓度降低85％以上。