用生物质净化含尘烟气的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于过滤来自于固体燃料的燃烧系统，特别是秸秆燃料燃烧系统烟气粉尘的装置，为实现本发明目的，废烟气首先流过一个非常大的降尘空间，然后又以非常低的速度流过本发明的生物质净化器，该生物质净化器主要是由杆状富含纤维素的植物材料构成，尤其是秸秆捆包等组成的。

背景技术：

在进一步限制燃烧系统大气排放物的同时，还要努力使用尽可能多的生物质作为能源。但作物秸秆中因为包含许多有机态、熔点有时非常低的矿物质，因此在燃烧过程中会形成大量粉尘。这些粉尘颗粒与燃煤产生的颗粒相比非常小，有时甚至会小到纳米级，所以这样的粉尘对于热力系统烟气过滤是一个大问题。

因为可以吸附在粉尘颗粒上的电离子非常小，因此电荷静电引力小，所以已知的电除尘系统用于生物质燃烧产生的粉尘过滤效果并不好，而且由于粉尘颗粒数量巨大因此电力消耗也相对较高。由于生物质燃烧产生的粉尘颗粒非常小，它们的重量也非常轻，因此生物质燃烧产生的粉尘动力学表现类似于气体，它们也无法在离心除尘器中得到有效分离。

因为颗粒小所以即便是烟气洗涤系统也只能从废气中清除很小一部分的粉尘，轻飘且几乎没有惯性的粉尘颗粒会柔化烟气中的洗涤水滴，因此洗涤除尘效果无法完全符合法定粉尘排放标准。

已知的布袋除尘器用于生物质燃烧烟气除尘因为它们可以形成所谓的“过滤饼”效应，但生物质燃烧产生粉尘中的吸湿性盐类含量高是一个重要问题，当除尘器停止工作并冷却时，残存在布袋除尘器上的矿物质就会从空气中吸收水分子而变湿性，重新加热时这些被吸收的水分只有部分可以蒸发掉。

而大多数水分则是以结合水形态与矿物质结合形成结晶体，这些结晶体会阻塞除尘器，这些结晶体的分解需要超过600℃的温度，而这个温度是织物纤维除尘器滤芯无法耐受的。

陶瓷纤维除尘器因其具有高耐热性，理论上可以对其中的“水-矿物质”结晶体进行热清洗，但因超过600℃的温度会引起部分结晶体熔化，所以也存在陶瓷纤维除尘器由于结晶体熔化而堵塞的危险。

只有秸秆燃烧系统实现清洁燃烧并且烟气中没有焦油和粉尘，并且在燃烧系统停机期间始终对除尘器加热以阻止其吸水，那样才可以保证布袋除尘器的使用寿命，而除尘器的加热只能用电加热实现，因此对于夏季停止运行的燃烧系统来说，这是一个大问题。

以上这些过滤技术还因必须使用风机等设备从而导致大量电能消耗。

尽管利用重力降尘几乎不需消耗任何能量，但仅靠降尘还不足以确保废烟气中的粉尘达到排放标准。除尘的诸多技术和成本障碍意味着只有大型发电厂才有可能完全遵守现有的粉尘排放法规，而小型的农村秸秆供暖系统则很难实现。

技术实现要素：

本专利旨在发明一种工艺和装置，该工艺能够以低成本遵守粉尘排放法规，首先通过沉降原理强化粉尘沉降后，含有一定粉尘的废烟气再流经过滤器，该过滤器不需进行清洗并会在后续利用时得到处置。

本发明的除尘方法和装置技术可以低成本实现各种来自固体燃料燃烧系统的，特别是来自农作物秸秆等生物质固体燃料燃烧系统的烟气的粉尘排放达标，并且几乎不需要额外的能耗，该技术尤其适用于农村地区的供暖热力系统，也可应用于生产蒸汽、用于谷物干燥和用于发电等。

本发明的除尘净化的目的是通过一个大型的除尘净化系统实现的，在该除尘净化系统中使用了包括重力降尘、静电除尘和过滤三种除尘方法，其中的过滤过程是将压实的农作物秸秆等生物质用作过滤体的。

在已有的、带一个大型降尘室的秸秆燃烧系统中，可以观察到大量的粉尘仅通过重力沉降而留存在降尘室中，在本发明中该沉降过程会得到强化和成倍的延时，降尘室此时成为一个让含尘烟气长时间驻留和粉尘沉降的长通道，降尘室高度至少是其宽度的2倍、长度至少是其宽度的12倍。

该降尘通道的底部布置一个链式刮板输送机进行机械出尘，该降尘通道中的烟气流速小于1米/秒，而且由于烟气冷却导致的烟气容积变小烟气流速还会进一步降低。降尘通道的空间的尺寸大到足以让烟气在其中停留不低于12秒。

烟气排气通道通向包含秸秆等生物质制成的过滤体的构筑物，废气从底部穿过这些生物质过滤体。在这些生物质过滤体的下方是一个大的降尘空间，随着烟气流速的不断降低大量的粉尘在此得以密集性沉降。

烟气进入降尘空间时的速度约为0.3米/秒，离开降尘空间时的速度则降为约0.03米/秒。

这些生物质过滤体由作物秸秆等生物质制成，生物质过滤体优选圆形秸秆捆包，秸秆捆包密度小于88公斤/立方米。

本发明生物质除尘系统的引风机可根据生物质燃烧系统的参数进行设定和控制以便产生所需的压力以使废烟气穿过生物质过滤体。

来自生物质燃烧系统的废烟气可能会包含火花，所以需要对生物质过滤体进行保护，因此本发明在长而直的降尘通道的第一部分里布置了一个火花保护装置，该火花保护装置由一个以上的可旋转筛网组成，可旋转筛网网眼的大小约0.5-0.9毫米，可旋转筛网的材料首选不锈钢，也可使用陶瓷材料等。

如果布置在前边的可旋转筛网的网眼尺寸大于布置在后边的可旋转筛网的网眼尺寸，则有利于让这些可旋转筛网保持数小时不需要转动而连续运行。这些筛网只能够通过非常小的火花，而这些小火花因其存续时间短而无法带火通过可旋转筛网后面较长的降尘通道。

降尘通道通向包含多个秸秆捆包制成的生物质过滤体的构筑物下方。在这里烟气流速再次大大降低，大量粉尘在此再次密集性沉降。

待清洁的废烟气加压后从构筑物下方向上穿过生物质过滤体，因为生物质过滤体数量较多，流经生物质过滤体横截面的烟气流速小于6厘米/秒。

如此低的烟气流速也会使生物质过滤体内部的气体流动速度降低，这样就会让粉尘在生物质过滤体内部沉积。生物质过滤体内部逐渐增加的粉尘和生物质细纤维就会结合形成“过滤饼”从而进一步提高粉尘的过滤效果。

为实现烟气的最清洁燃烧，本发明的生物质燃烧系统使用涡流后燃烧器让烟气旋转速度达到不低于300转/分钟，这会导致燃烧涡流中的烟气粉尘颗粒带正电荷，而接地的涡流后燃烧器的金属墙表面，甚至风机叶片的表面都带有负电荷，就会在这些地方形成粉尘颗粒沉积物。

新放入的、带负电荷的秸秆捆包过滤体放置在金属支架上，而金属支架因接地也带负电荷，这样秸秆中的颗粒和带正电荷的粉尘颗粒之间的引力就会较低。因此如同电除尘器一样，静电沉积会进一步提高生物质过滤体对粉尘的过滤和沉淀效果。

在本发明的实施例中在长的降尘通道中布置了一个高压发射电极以使粉尘颗粒带有更多的正极电荷，但这种方法对于农村地区的生物质焚烧系统来说通常是不必要的。

在长的降尘通道中废烟气会因为冷却而出现烟气冷凝现象，因此降尘通道应进行隔热保温，本专利的实施例是使用隔热毡将降尘通道包起来以实现烟气的隔热保温。

干燥的秸秆捆包具有良好透气性和更加易燃，但秸秆捆包冷凝变湿后除了更加安全外还具有很好的集尘效果。包括秸秆捆包等组成的生物质过滤体的构筑物下方大空间中的过压使得废烟气流过秸秆捆包过滤体，当废烟气流过秸秆捆包所需的压力高于引风机能够带来的压力时，则需要更换新的、做为生物质过滤体的秸秆捆包。

潮湿的秸秆捆包可以首先在本发明的除尘净化系统中用作生物质过滤体，被干燥到一定程度后可用作生物质燃烧系统的燃料。

附图说明

图1示出了用秸秆捆包做为生物质过滤体的烟气生物质净化系统的侧立面图。

图2示出了包含秸秆捆包过滤体的烟气生物质净化单元构造的放大的侧立面图。

图3示出了包含秸秆捆包过滤体的烟气生物质净化单元构造的俯视图。

图中：1-生物质气化燃烧装置，2-第一涡流后燃烧器，3-第二涡流后燃烧器，4-换热单元，5-用热单元，6-生物质净化单元，7-引风机，8-活板门，9-电磁开关，10-安全烟气通道，11-降尘通道，12-可旋转筛网，13-秸秆捆包过滤体，14-外砖墙，15-金属支撑架，16-导风管，17-净化后的烟气，18-天棚，19-烟气排出通道，20-刮板输送机，21-门，22-金属导体，23-隔热毡，24-降尘室，25-消防水嘴，26-高压发射电极。

具体实施方式

以下将参考附图更详细地解释本发明的应用示例。

在图1中，示出了一个具有2400kw热功率的生物质燃烧系统。

在一个或多个生物质气化燃烧装置(1)中将生物质气化燃烧，生物质气化燃烧装置(1)可根据cn200480030110.7、或cn201811438779.x或cn201811060698.0进行构建。

可参考zl201821509780.2将烟气分两段依次在第一涡流后燃烧器(2)、第二涡流后燃烧器(3)中进行后燃烧，这里的第一涡流后燃烧器(2)、第二涡流后燃烧器(3)的尺寸设计可以实现其中的涡流速度不低于300转/分钟，这样就会让粉尘颗粒带正电荷。

生物质燃料的充分燃烧对本发明的可旋转筛网(12)的使用寿命非常重要，充分燃烧后的烟气在引风机(7)的驱动下进入通用的换热单元(4)完成换热并产出热风、热水或蒸汽等用热单元(5)的用途。

引风机(7)通向一个单向旋转的活板门(8)，当第一涡流后燃烧器(2)、第二涡流后燃烧器(3)中的烟气保持在设定温度范围时，该活板门(8)由一个电磁开关(9)保持在水平工位。如果燃烧质量下降导致第一涡流后燃烧器(2)、第二涡流后燃烧器(3)中的烟气温度低于设定的温度范围时，活板门(8)会由电磁开关(9)解除水平工位后自动落下。

此时烟气就会向上被引导至安全烟气通道(10)，由此可确保只有充分燃烧后的废气才能进入可旋转筛网(12)。

安全烟气通道(10)后边布置的是一个高度不低于2.6米、宽度1.3米、长度不短于15.6米的降尘通道(11)。

在降尘通道(11)中布置了两个可从外部旋转的可旋转筛网(12)，可旋转筛网(12)的网眼尺寸在0.5-0.9毫米之间，烟气里的大部分火花会被可旋转筛网(12)拦住。

通过转动可旋转筛网(12)可反转烟气流动方向从而实现烟气净化。如果一个可旋转筛网转动而另一个可旋转筛网仍然保持关闭，则穿过可旋转筛网(12)的极小的火花会在较长的降尘通道(11)中完全燃尽。

图2示出了在降尘通道(11)后，包含秸秆捆包过滤体(13)的生物质净化单元(6)的构造结构，该构造结构中是由外砖墙(14)围成一个大的降尘室(24)。在外砖墙(14)上布置有金属支撑架(15)，本实施例中金属支撑架为钢结构。每个金属支撑架(15)上可摆放3个圆形秸秆捆包过滤体(13)。每个圆形秸秆捆包过滤体(13)的直径约为1.4-1.5米并摆放在三个直径为1米的导风管(16)上，导风管(16)都被焊接在金属支撑架(15)上，废烟气从降尘通道(11)加压后经导风管(16)流过秸秆捆包过滤体(13)。

此处的10个金属支撑架(15)相互之间距离很小但为热膨胀保留了空间。

该生物质净化单元(6)的天棚(18)包含一个约10米高的烟气排出通道(19)将净化后的烟气(17)排出。

降尘通道(11)底部布置的一个刮板输送机(20)伸入到生物质净化单元(6)里可将降尘通道(11)里沉降的粉尘运送到生物质净化单元(6)的降尘室(24)。

图3示出了生物质净化单元(6)中秸秆捆包过滤体(13)的布置，共30个秸秆捆包过滤体(13)。秸秆捆包过滤体(13)可根据需要经常更换，特别是如果生物质净化单元(6)也用作草捆干燥系统的话。

操作人员可通过门(21)进入生物质净化单元(6)内部进行清洁和清除沉积的粉尘。

本实施例的钢结构金属支撑架(15)全部通过金属导体(22)连接并接地避雷，同时也有助于提高静电除尘效果。

降尘通道(11)通过隔热毡(23)与外部热隔离。如果需要将废烟气温度降的更低时则可以把隔热毡(23)向上卷起。为避免秸秆捆包过滤体(13)发生冷凝，降尘室(24)中的废烟气温度应保持最低70℃。

当秸秆捆包过滤体(13)打包比较松散时，间歇性冷凝对烟气过滤效果影响较小，因此秸秆捆包过滤体(13)的密度小于88公斤/立方米即可。

本实施例中的降尘通道(11)高2.6米、宽1.3米，进入降尘通道(11)的期初废烟气参数分别是约180℃、以流速1.2米/秒、烟气量4立方米/秒，随着废烟气在降尘通道(11)中的冷却，其结果是每秒废气量减少、烟气流速降至1米/秒以下。

废烟气进入降尘室(24)后流速下降至约0.28米/秒，废烟气流经秸秆捆包过滤体(13)第一排用时仅5秒多一点，而废烟气在降尘室(24)里通过秸秆捆包过滤体(13)最后一排时的流速则降为约0.028米/秒。

但废烟气到达秸秆捆包过滤体(13)倒数第二排用时会超过100秒，在最后一排秸秆捆包过滤体(13)停留时间会提高到50秒，因此就平均流速而言烟气中的粉尘可以有更多时间通过沉降落到降尘室(24)的底部。

然后，约0.1立方米的废烟气分别流过30个秸秆捆包过滤体(13)，这对应于通过秸秆捆包过滤体(13)横截面的流速为约0.06米/秒。通过秸秆捆包过滤体(13)的废烟气流速取决于秸秆捆包过滤体(13)的密度，松散的秸秆捆包其烟气流过速度要比流过紧密压实的秸秆捆包快。

废烟气通过秸秆捆包过滤体(13)用时一般不低于10秒，这样的废烟气通过速度有利于粉尘在秸秆捆包过滤体(13)内重力沉降和静电沉积。如果秸秆捆包过滤体(13)数量增加则粉尘过滤效果会进一步提高。

本发明实施时通过布置一个高压发射电极(26)来强化静电除尘效果，该高压发射电极(26)可通过释放电荷让烟尘颗粒带更多的静电荷。在降尘室(24)的工作温度不低于70℃时，这个温度可以避免发生凝结。

在所述的每个秸秆捆包过滤体(13)上方布置一个消防水嘴(25)用于向秸秆捆包过滤体(13)洒水用作防火设备。

本发明使用简单的工艺和装置解决了来自秸秆燃烧系统的废烟气的除尘难题，这项技术为在农村地区广泛使用秸秆环保能源开辟了道路。

本发明不仅可用于生物质谷物干燥系统，还可用于几乎所有类型的秸秆燃烧系统，也可以用于来自其它类型燃料燃烧产生的烟气除尘。