一种降温电凝并装置及方法与流程

本发明属于工业烟气净化领域，特别涉及一种降温电凝并装置及方法。

背景技术：

当前，我国已成为世界上微细颗粒物污染最为严重的地区之一，严重雾霾天气频繁出现，PM2.5已成为社会的热点名词，微细颗粒物污染的治理力度前所未有，《环境空气质量标准》GB3095-2012增设了PM2.5的限制项，火电、冶金等主要污染领域的大气污染物排放标准全面修订，重点区域与城市也相应出台了更为严格的地方标准，颗粒物治理进入了精细化阶段。

工业领域高效除尘设备主要为电除尘器及布袋除尘器两类。电除尘器运行稳定、阻损小、能处理高温、高湿烟气，但受粉尘比电阻影响大、对微细粉尘捕集率不高。布袋除尘器运行稳定高效、正常工作能保证粉尘排放浓度控制在30mg/Nm³以下，但难以达到洁净排放、超细排放，且滤料难以在高温或高湿情况下正常工作，运行阻力大。基于上述原因，当前主要的两种除尘设备对微细粉尘的捕集率均难以满足日益提高的大气污染物排放标准的要求。

根据基础除尘理论，除尘器收尘效率与粉尘粒子粒径直接相关，即粉尘粒径粗，在除尘器内净化效率就高，实际工业除尘设备运行过程也验证了这一理论，电除尘器和布袋除尘器对较粗颗粒粉尘的捕集 率几近100％，设备末端逃逸的粉尘大部分为微细粉尘。如果在烟尘进入除尘器前，通过外力使粉尘粒子相互碰撞聚集在一起，将微细粒子与其他粒子凝并在一起形成新的较粗粒子，从而使得烟尘的粒径分布显著增粗，然后能够在除尘器内得以更高效地捕集。通过电场力的外力形式凝并是当前公认的最有效、可操作性最强的凝并方式，称之为电凝并。

专利公开号为CN1390157A的发明名称为“凝聚粒子的方法和装置”的专利申请文件、公开号为CN1603004A的发明名称为“双极性电晕放电烟尘凝并电除尘方法及其设备”的专利申请文件、公开号为CN102836779A的发明名称为“一种偶极荷电静电凝并除尘装置”、以及公开号为CN201329312Y的实用新型名称为“凝聚型高压静电除尘器”的专利申请文件，分别公开了各自的粒子电凝并方法或设备，通过粒子在电场中荷异性电荷后定向迁移而发生交叉碰撞，形成新的较粗颗粒，从而使烟尘粒径显著粗化，提升其在后续除尘设备中的捕集率。

但前述电凝并的设备和方法均是单纯通过电场力在凝并区改变粉尘行进方向来形成一次碰撞，凝并性能有待提高，且凝并器仅起单纯的粒子增粗作用，对烟气和后续除尘器无变动和其余辅助收尘效果。而工业烟气净化系统仍处于独立装置完成独立单元操作阶段，除尘器、脱硫塔、脱硝反应器等基本为串联组合，流程长，占地大，随着大气污染物排放标准越来越严，占地小、复合功能型、注重系统效应的净化方法及装备将成为首选，对于电凝并器这类辅助增效的装备尤其如此。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种降温电凝并装置，其包括：外壳，其首端和末端分别开设有入口和出口，以使得需要除尘的气体能够从所述入口流入并从所述出口流出；电离组件，其设置在所述外壳的内部，用于使得所述外壳内的气体中的粒子带电；换热组件，其设置在所述外壳的内部，用于使得所述外壳内的气体降温。

进一步地，所述电离组件包括多个放电极排，每个所述放电极排包括矩阵式排列的多个放电线，所述多个放电极排之间互相平行且互相间隔有预定距离，每个所述放电线均连接到高压电源，以使得每个所述放电极排内的多个所述放电线的正负极性相同，且相邻的两个所述放电极排的正负极性相反。

优选地，各所述放电线的延伸方向与所述壳体内的气体的流动方向垂直。

进一步地，所述换热组件为用于流动冷却水的换热管，所述换热管从所述壳体的末端进入所述壳体的内部，并从所述壳体的首端伸出所述壳体。

优选地，所述换热管从所述壳体的末端的上部进入所述壳体的内部，并从所述壳体的首端的下部伸出所述壳体。

进一步地，所述换热管在所述壳体的内部的部分形成为互相连通的多个段，各所述段设置在相邻的两个所述放电极排之间，各所述段的延伸方向与所述壳体内的气体的流动方向平行。

优选地，各所述段均形成为蛇形管。

本发明还提供了一种降温电凝并方法，其包括如下步骤：将需要除尘的气体通入所述外壳的入口；开启所述高压电源，使得每个所述放电极排周围的气体中的粒子带电，并且粒子所带的电荷的极性与其临近的所述放电极排的极性相同；持续向所述换热管中通入冷却水，使得所述壳体内的气体降温。

本发明的降温电凝并装置及方法，使得烟气降温与粉尘凝并同时实现并能够促进凝并效应、降低粉尘比电阻、降低后续电除尘器的电场风速、提高系统除尘效率，显著提高凝并装置的综合性能。

附图说明

图1为锅炉烟气净化系统的结构示意图；

图2为本发明的降温电凝并装置的立体结构示意图；

图3为图2中去除外壳之后的结构示意图；

图4为图3中的放电极排的放大的结构示意图；

图5为以剖视图方式展示的本发明的降温电凝并装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-锅炉，2-脱硝反应器，3-空预器，4-降温电凝并装置，5-电除尘器，6-风机，7-脱硫塔，8-烟囱，

410-外壳，411-入口，412-出口，

421-放电极排，4211-框架，4212-放电线，

431-入水端，432-出水端，433-段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的降温电凝并装置及方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1所示为本发明的降温电凝并装置适用的锅炉烟气净化系统，净化系统由依次连接的锅炉1、脱硝反应器2、空预器3、降温电凝并装置4、电除尘器5、风机6、脱硫塔7、以及烟囱8组成。降温电凝并装置4使得烟气(即需要除尘的气体)中的粉尘粒子相互碰撞凝并，从而使得烟气中的粉尘颗粒明显变大，更有利于后续的电除尘器5进行除尘。

下面参照图2至图5描述本发明的降温电凝并装置。该装置包括外壳410、以及设置在外壳410内部的电离组件和换热组件。其中，外壳410的首端和末端分别开设有入口411和出口412，以使得需要除尘的气体能够从入口411流入，从出口412流出(图中虚线所示方向为气体的流动方向)。电离组件用于使需要除尘的气体中的粒子带上极性相反的电荷，换热组件用于使需要除尘的气体降温，从而更有利于粒子的碰撞凝聚。

具体地，参照图3至图5，电离组件包括多个互相平行且互相间隔设置的放电极排421，每个放电极排分别对其周围的气体放电以使其中的粒子荷电。为了使得荷电后的粒子能够在电场的作用下互相碰撞，相邻的两个放电极排421必须具有相反的正负极性。

优选地，每个放电极排421包括矩阵式排列的多个放电线4212，多个放电线4212通过框架4211固定以形成为平面状的放电极排421。每个放电线4212均连接到高压电源，并且同一个放电极排421内的所有放电线4212的正负极性均相同，但与相邻的放电极排421内的放电线4212的正负极性相反。

为了使得放电极排421能够对其上方和下方的空气均放电，放电线4212分别向放电极排421的上下两个方向延伸。

放电线4212可为双角钢芒刺线或V15线等，两个相邻的放电极排421之间的中心距优选为250～350mm，相邻的放电线4212之间的中心距为100～200mm，具体需要根据放电线4212的型号来确定。

为了使得凝并效果最好，优选地，各个放电极排421的平面方向与气体的流动方向平行。

参照图2、图3和图5，优选地，换热组件为用于流动冷却水的换热管。为了使得壳体410内的气体的温度沿着气体流动的方向依次降低，优选地，换热管从壳体410的末端进入壳体410的内部，并从壳体410的首端伸出壳体410。即，换热管伸出壳体410的末端的部分为换热管的入水端431，其伸出壳体410的首端的部分为换热管的出水端432。

为了便于冷却水的流动，优选地，换热管从壳体410的末端的上部进入壳体410，并从壳体410的首端的下部伸出壳体410。

为了使得换热管对气体的降温效果更好，该换热管在壳体410的内部的形成为互相连通的多个段433，每个段433均设计为蛇形管或者翅片管形成的平面状，以使得换热更加均匀和有效，各段433分别设 置在相邻的两个放电极排421之间、以及放电极排421与壳体410之间的间隔处，并与放电极排421平行。各段433的延伸方向(即换热管内的冷却水流动的趋势方向，并非蛇形管中的每一小段的冷却水的流动方向)与壳体410内的气体的流动方向平行。

优选地，换热管的直径为25～75mm，壁厚为2～5mm，边壁间距为10～25mm，入水端431、出水端432、以及各段433的管径相同。相邻的两个段433之间的中心距优选为250～350mm。

根据以上描述，本发明的降温电凝并装置4内形成了自上而下交替分布的多个正、负放电通道，每个正放电通道由两个平行布置的换热管的蛇形的段433和置于其中(优选为正中间)的接正的高压电源的放电极排421组成；每个负放电通道由两个平行布置的换热管的蛇形的段433和置于其中(优选为正中间)的接负的高压电源的放电极排421组成。

本发明还提供了一种降温电凝并方法，其基于上述的降温电凝并装置4，并包括如下步骤：

S1.将需要除尘的气体通入外壳410的入口411。锅炉1排出的烟气经脱硝反应器2、空预器3后，进入降温电凝并装置4，此时温度较高，烟尘未经任何处理，粉尘比电阻较高。

S2.开启放电线4212连接的高压电源，使得降温电凝并装置4的每个正、负放电通道产生电晕电离烟气，在电场内部产生大量的电子和自由离子，烟气进入电场后，烟尘在正、负放电通道内分别荷正、负电。荷电后的烟尘受到相邻两个异极性放电通道内放电线对其的吸引力、以及本通道内同极性放电线对其的排斥力，在两种力的共同作 用下，其改变行进方向，即从虚线所示的方向偏离，向相邻通道移动，并与相邻通道内向本通道移动过来的烟尘发生交叉碰撞，聚集从而发生凝并，形成新的较粗颗粒烟尘。

S3.在步骤S2进行的同时，持续向换热管中通入冷却水，使得壳体410内的气体降温。由入水端431连续地通入冷水，进入换热管后的冷水在各个段433内往前行进，通过管壁与烟气进行换热，使得烟气降温，冷水换热后升温从出水端432排出。在换热的过程中，烟气的温度逐步降低，烟气的体积同步减小，烟气及烟尘的流速也随之降低，并且越靠近出口412处的烟气的温度越低，其烟尘的运动速度也越慢。不同时刻进入的烟尘粒子由于降温后产生的速度差会发生追击碰撞，使得在电凝并的同时还存在降温凝并，从而增强了凝并效应。

特别地，操作人员可以控制冷却水的流速和流量，以使得外壳410的出口412处的气体的温度接近并高于该气体的露点温度，即，当烟气到达降温电凝并装置4的出口412时，烟气温度降低至稍高于该烟气的露点温度，例如高于烟气露点温度3～10℃，以达到最佳的降温凝并效果，又有利于后续的除尘步骤。烟气的露点温度与烟气的成分相关，可以经过计算或者实测得到。

同时，为了保证更好的电凝并效果，可以根据需要来调节高压电源的电压，以改变电场中的电离程度。例如，可以根据降温电凝并装置4之后的电除尘器5的除尘效果来调节高压电源的电压，当除尘效果低于预定标准时，升高高压电源的电压，当除尘效果高于预定标准时，降低高压电源的电压。

例如，当电场区的平均风速为8～12m/s时，锅炉1排出的烟气经脱硝反应器2、空预器3后，进入降温电凝并装置4，其温度为135℃，粉尘比电阻1.26×10¹²Ω·cm，该烟气的露点温度为90℃。经过降温电凝并装置4后，烟气中的PM2.5减少了35％，出口412处的粉尘比电阻降至6.54×10¹⁰Ω·cm，电除尘器5的工作电压自降温电凝并装置4开启前的56kV提升至62kV，电除尘器5之后的粉尘排放浓度自58mg/m³降至43mg/m³。

可见，本发明的降温电凝并装置及方法，同时使用了电凝冰和降温凝并，在一个装置内实现了烟尘的多次交叉碰撞、高效凝并增粗；同时烟气的温度显著降低，烟气体积也同步减小，使得后续的电除尘器的电场风速随之降低，停留时间增长，有助于提高收尘效率；此外，烟尘温度降低，粉尘比电阻也随之减小，反电晕等不利效应得以消除；同时烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱，气体击穿电压提高，粉尘驱进速度提高，进一步推动系统除尘效率的提升，从而整体提高了降温电凝并装置的凝并性能，拓展了其综合的辅助收尘性能。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。