温/湿调控多场强化的复合静电除尘系统的制作方法

本发明属于能源环境工程污染减排技术领域，具体涉及一种温/湿调控多场强化的复合静电除尘系统。

背景技术：

随着经济的快速发展，环境污染问题日趋严重，全国各地日渐加剧的雾霾天气更是对人们的身体健康造成严重危害，全国对pm2.5的控制需求日益紧迫。

雾霾天气的形成原因主要是空气中悬浮着高浓度的细颗粒物，我国的颗粒物主要来自固定源排放，如燃煤电厂。其中固定源的一次颗粒态污染物包括可过滤颗粒物与可凝结颗粒物，二者的排放比例大约为1:1，是空气中颗粒污染物的重要来源之一。但由于可凝结颗粒物的生成机制，其属于细微颗粒物，在pm10和pm2.5中占有更大的比例，与可过滤颗粒物相比，造成的危害更大，且更易导致形成雾霾天气。

细颗粒物捕集装置作为一种新型的除尘技术，可以很好的避免反电晕现象以及振打清灰带来的二次扬尘。但由于荷电与颗粒粒径之间的关系，电除尘器对于荷电不充分的细微颗粒物的脱除效率较低，因此对于可凝结颗粒物等细颗粒物的控制难以达到排放要求。同时，由于前端脱硫系统产生的高浓度悬浮物，包括石膏颗粒，二氧化硅及铁/铝的氢氧化物等，废水硬度较高，处于5116～11545mg/l之间，废水中的阳离子主要为钙镁等硬度离子，重金属离子种类较多，同时含有大量的阴离子主要为氯离子，容易引起后续设备的腐蚀。

技术实现要素：

本发明针对现有烟气污染物减排过程气流分布不均匀、超细颗粒物荷电难、荷电量低、脱除效率低等问题，提出了一种温/湿调控多场强化的复合静电除尘系统。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案为：

一种温/湿调控多场强化的复合静电除尘系统，所述复合静电除尘系统包括顺次连通的调温增湿系统、电除尘末级脉冲荷电强化系统、分层脱硫协同增湿除尘系统、以及增湿均流的颗粒物荷电强化系统，所述调温增湿系统包括降温换热装置和废水增湿装置，降温换热装置的出口与废水增湿装置的进口相连通；所述电除尘末级脉冲荷电强化系统包括若干个连续的静电场，所述静电场中的末极电场的电源为高压脉冲电源；所述分层脱硫协同增湿除尘系统与脱硫废水池相连通，颗粒物荷电强化系统与废水箱相连通，所述废水箱与脱硫废水池相连通，脱硫废水池顺次通过中和池、絮凝池、沉淀池与废水增湿装置相连通，所述废水箱还与循环水箱相连通；所述颗粒物荷电强化系统包括冷凝管、液滴喷淋、阴极框架以及清洗喷淋，所述液滴喷淋、清洗喷淋分别与循环水箱相连通；所述颗粒物荷电强化系统之后、烟囱之前设有升温换热装置，所述升温换热装置与降温换热装置相连通。

作为优选，所述沉淀池与废水增湿装置之间设有废水换热装置。脱硫废水在通过雾化喷嘴雾化分散之前可以选择设置加热单元进行加热，可以降低液体的表面张力，有助于得到粒径更小的雾化液滴。

作为优选，所述废水增湿装置内设有双流体雾化喷嘴，所述双流体雾化喷嘴与脱硫废水池相连通。通过雾化空气雾化作用，降低雾化粒径，缩短烟道内液滴的蒸发时间，避免液滴在烟道管壁上的粘附，可以采用喷嘴交错的布置形式。

作为优选，所述电除尘末级脉冲荷电强化系统包括放电极和收尘极，放电极与脉冲电源负极相连，收尘极为正极，接地；电除尘末级脉冲荷电强化系统采用高压脉冲电源。放电极使用防腐蚀特种钢材制成，收尘极采用#502钢材制成。电除尘器采取多电场布置形式，粉尘在除尘器内荷电并在电场力的驱动下向收尘极运动在收尘极上被俘获，并进入灰斗，定期处理。高压脉冲电源较使用普通电源情况下实现更充分的pm颗粒的荷电，达到对于细微颗粒的更好脱除效果，使得荷电量得以提升30％～60％，从而使得细微颗粒物的静电除尘器内的脱除效率上升20％以上，并有效提高出口颗粒物在脱硫塔内的捕集效率。

作为优选，所述颗粒物荷电强化系统采用卧式电除尘器，所述冷凝管设置在卧式电除尘器喇叭状进口内，所述喇叭状进口末端设有两层气流均布板，其间距控制在100～150mm之间；所述液滴喷淋布置于气流均布板后方，所述阴极框架为多级不锈钢阴极框架，并由脉冲电源叠加高频电源供电，所述清洗喷淋设置在阴极框架上方。由高能量密度的电源供电，稳定提供产生高压静电场和高密度粒子所需的高密度能量，使颗粒荷电量提高20～40％以上。

作为优选，所述颗粒物荷电强化系统采用立式管式湿式电除尘器，所述冷凝管设置在立式管式湿式电除尘器进口上方，液滴喷淋布置在冷凝管上方，气流均布板布置在液滴喷淋上方，阴极框架布置在气流均布板上方，清洗喷淋布置在阴极框架上方。

作为优选，所述冷凝管采用φ25×1.5mm的不锈钢蛇形盘管构成，所述气流均布板开孔率40～50％，开孔大小φ30～40mm，所述液滴喷淋安装于与烟气方向垂直的支架上，支架上布置平行管排，液滴喷淋的喷嘴方向与烟气流向一致，管排的间距不大于喷嘴有效喷射距离，相邻管排的喷嘴交错布置；所述液滴喷淋的喷嘴采用精细雾化实心锥喷嘴，可产生粒径范围在50～500μm的超细液滴，喷嘴流量为1～2l/min，喷嘴的喷射角度为30°。保证90％以上的颗粒粒径凝并、长大至0.5μm以上。

为促进酸性污染物的协同脱除，颗粒物荷电强化系统中的液滴喷淋所采用的增湿剂可为碱性工艺水。喷淋量连续可调，各个喷嘴的喷淋角度经过精确校正与匹配。湿式电除尘器清洗喷淋在系统运行过程中间歇运行，结合电场中捕集的水滴对阴极框架(收尘极板)进行冲洗。

作为优选，通过雾化喷嘴将液体被分散成为10～100μm的液滴，烟气温度条件90～120℃之间，液滴在2s内变为水蒸气；通过废水增湿装置的湿度调节，烟气中粉尘颗粒物的比电阻降低到10⁵ωm～10¹²ωm范围内。有助于增效静电除尘器的除尘效果。增湿水量根据烟气条件进行一定调节，通过增湿水的喷入，使得相对湿度提升5～10％。

废水增湿装置的雾化水可以采用处理过的脱硫废水，通过喷射蒸发处理可以节约水资源同时降低脱硫废水的处理成本，有助于电厂污水零排放。

作为优选，所述的分层脱硫协同增湿除尘系统由多层喷淋层组成，脱硫废水经中和、絮凝、沉淀后进入烟道内，利用烟道余热加热至60～90℃；烟气经冷凝管后温度降低5℃以上。

静电除尘器出口的烟气通过管道进入分层脱硫协同增湿除尘系统(脱硫塔)，所述脱硫塔通过多层喷淋装置，向烟气中喷射石灰浆，高效率的脱除so2气体，同时烟气湿度上升，达到饱和或过饱和的状态。上述浆液液滴降落后在脱硫塔废水池内，之后废水池内废水通过废水泵运送至废水沉降池，较大石灰渣等可以沉降在池底与上部废水分离。之后进入絮凝池，通过添加絮凝剂有助于经一部的澄清废水。处理后的脱硫废水可以通过废水加热单元进行升温后通过双流体喷嘴雾化喷射进入增湿单元烟道。

作为优选，所述脉冲电源重复频率在0～1000hz连续可调，脉冲上升沿在20μs以内，脉冲宽度在50μs以内，输出电压在-20kv～-80kv连续可调，瞬时脉冲功率达到2mw以上，能量转化效率在80％以上。

本发明电厂烟气经过前置脱硝装置scr以及空气换热器之后进入降温增湿系统，降温增湿系统包括降温换热装置和废水增湿装置，通过降温换热装置降低温度，实现温度调控。所述换热装置可以采用间壁式或其他形式的换热装置，采用耐磨材料。烟气温度降低从而减少总烟气流量，降低通过除尘器的烟气流量，提升除尘效率，通过烟气增湿系统向烟气中喷入增湿水，局部湿度迅速上升，促进烟气中颗粒物的凝并，利用烟气温度，雾滴迅速蒸发，通过电除尘末级电场采用脉冲电源可强化细颗粒的荷电，荷电细颗粒提高了洗涤作用对颗粒的捕集效果，饱和烟气进入湿式静电除尘器前，通过液滴喷淋的优化布置使超细液滴可以均匀分布于系统空间，与烟气进行充分混合和有效增湿；经电除尘器处理后的烟气进入分层脱硫协同增湿除尘系统，其中喷淋浆液在对烟气中的硫氧化物进行脱出的同时，还有一定几率与逃逸颗粒发生碰撞，进而产生一定的颗粒捕集作用。此外，多层喷淋可将烟气的温度降低，增大烟气的含湿量。该系统可对喷淋层的开启层数以及喷淋浆液温度进行控制，通过调控二者以达到最佳的增湿与协同除尘效果；最后烟气进入增湿均流的颗粒物荷电强化系统，通过对烟气进行增湿及均流，使颗粒在均匀流场中凝并长大，提高颗粒在静电场中的荷电能力，进而高超细颗粒物的脱除效率。同时系统出口处的高效换热器可降低烟气温度，有效防止烟气温度过低造成的白烟及设备腐蚀问题。

本发明从技术和设计层面对颗粒物脱除进行系统分级强化，将调温、增湿、均流、荷电与强化收尘有机结合，通过流场、气氛、颗粒特性、高压静电场等多个方面实现颗粒物荷电强化，突破了颗粒物，特别是超细颗粒物荷电难、荷电量低的难题，从而实现工业烟气中颗粒物的高效脱除。本发明可以有效促进颗粒物的凝并、长大，使90％以上的颗粒粒径达到0.5μm以上，使颗粒荷电量平均提高20％以上，最终颗粒脱除效率达到99％以上。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例5的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

实施例1

采用卧式电除尘器，烟气流量为15000nm³/s。

参照图1，一种温/湿调控多场强化的复合静电除尘系统，所述复合静电除尘系统包括顺次连通的调温增湿系统、电除尘末级脉冲荷电强化系统、分层脱硫协同增湿除尘系统、以及增湿均流的颗粒物荷电强化系统，所述调温增湿系统包括降温换热装置1和废水增湿装置2，降温换热装置1的出口与废水增湿装置2的进口相连通；所述分层脱硫协同增湿除尘系统(脱硫塔)4与脱硫废水池12相连通，颗粒物荷电强化系统与废水箱10相连通，所述废水箱10与脱硫废水池12相连通，脱硫废水池12顺次通过中和池13、絮凝池14、沉淀池15与废水增湿装置2相连通，所述废水箱10还与循环水箱11相连通；所述沉淀池15与废水增湿装置2之间设有废水换热装置16，脱硫废水在通过雾化喷嘴雾化分散之前可以选择设置加热单元进行加热，可以降低液体的表面张力，有助于得到粒径更小的雾化液滴。所述颗粒物荷电强化系统之后、烟囱之前设有升温换热装置9，所述升温换热装置9与降温换热装置1相连通。

所述废水增湿装置内设有双流体雾化喷嘴，所述双流体雾化喷嘴与脱硫废水池12相连通，通过雾化空气雾化作用，降低雾化粒径，缩短烟道内液滴的蒸发时间，避免液滴在烟道管壁上的粘附，可以采用喷嘴交错的布置形式。

电厂烟气流经脱硝装置scr以及空气换热器之后进入调温与废水增湿系统，通过降温换热装置降低烟气温度至酸露点以下水露点以上，使so3等可凝物质在飞灰表面吸附凝结改变比电阻提高电除尘器工作性能，降温换热装置通过冷却水循环的方式冷却烟气，可以采用间壁式或其他换热形式，采用耐磨材料。烟气温度降低从而减少总烟气流量，降低通过除尘器的烟气流量，提升除尘效率。废水增湿装置采用湿法脱硫塔内产生的脱硫废水作为增湿水，将增湿水喷射进入烟道之中，使得局部烟气迅速降温，采用双流体雾化喷嘴喷射，双流体雾化喷嘴通过引入雾化气的方式，获得较普通喷嘴更细的雾滴，控制粒径介于10～100μm，蒸发时间小于0.3s，避免雾滴粘附在壁面。脱硫废水作为增湿水，经过中和、絮凝、沉降三道处理工序后去除绝大多数固形物等沉淀，可以通过加热的方式使其升温，降低表面张力，减小雾化粒径。

所述电除尘末级脉冲荷电强化系统包括四个连续的静电场3，所述静电场中的末极电场的电源为高压脉冲电源；可强化细颗粒的荷电，其重复频率应在0～1000hz连续可调，其脉冲上升沿在20μs以内，其脉冲宽度应在50μs以内，其输出电压在-20kv至-80kv连续可调，其瞬时脉冲功率可以达到2mw以上，其能量转化效率在80％以上；利用荷电强化放电系统，在系统空间中产生高压静电场与高密度离子，使烟气中的颗粒物及液滴有效荷电，使其进入后续污染减排系统后被高效脱除；利用高能量密度供电系统，稳定提供产生高压静电场和高密度粒子所需的高密度能量，并通过新型供电技术及其优化极配形式，进一步提升放电强度与荷电量。所述电除尘末级脉冲荷电强化系统包括放电极和收尘极，放电极与脉冲电源负极相连，收尘极为正极，接地。放电极使用防腐蚀特种钢材制成，收尘极采用#502钢材制成，静电除尘器采取四电场布置形式，粉尘在除尘器内荷电并在电场力的驱动下向收尘极运动在收尘极上被俘获，并进入灰斗，定期处理。

所述的分层脱硫协同增湿除尘系统由多层喷淋层组成，电除尘末级脉冲荷电强化系统中逃逸的荷电颗粒随烟气进入多层喷淋区域，喷淋浆液在对烟气中的硫氧化物进行脱出的同时，还有一定几率与逃逸颗粒发生碰撞，进而产生一定的颗粒捕集作用。此外，多层喷淋可将烟气的温度降低，增大烟气的含湿量，使烟气在进入下一系统前达到饱和状态。

所述颗粒物荷电强化系统采用卧式电除尘器，所述颗粒物荷电强化系统包括冷凝管5、超细液滴喷淋6、阴极框架8以及清洗喷淋7，所述超细液滴喷淋6、清洗喷淋7分别与循环水箱11相连通；所述冷凝管5设置在卧式电除尘器喇叭状进口内，所述喇叭状进口末端设有两层气流均布板17，其间距控制在120mm；所述液滴喷淋6布置于气流均布板后方，所述阴极框架8为多级不锈钢阴极框架，并由脉冲电源叠加高频电源供电，由高能量密度的电源供电，稳定提供产生高压静电场和高密度粒子所需的高密度能量，使颗粒荷电量提高20～40％以上。所述清洗喷淋7设置在阴极框架上方。

所述冷凝管采用φ25×1.5mm的不锈钢蛇形盘管构成，所述气流均布板开孔率45％，开孔大小φ35mm，所述液滴喷淋安装于与烟气方向垂直的支架上，支架上布置平行管排，液滴喷淋的喷嘴方向与烟气流向一致，管排的间距不大于喷嘴有效喷射距离，相邻管排的喷嘴交错布置；所述液滴喷淋的喷嘴采用精细雾化实心锥喷嘴，可产生粒径范围在50～500μm的超细液滴，喷嘴流量为1.5l/min，喷嘴的喷射角度为30°。保证90％以上的颗粒粒径凝并、长大至0.5μm以上。

经脱硫塔后的高湿烟气经喇叭状扩散口扩散并降低流速，使烟气中颗粒在脱除系统中的停留时间加长，使颗粒更充分的被捕集；气流均布板可使烟气流场分布更加均匀，有利于颗粒的荷电及捕集，提升整个系统的运行效果；冷凝管使烟气温度骤降，提高烟气的过饱和度，同时促进可凝结颗粒物的成核、凝结及长大，使可凝结颗粒物由气态及0.1μm级的细微颗粒物长大为大于1μm的颗粒物，颗粒物粒径的长大可使颗粒在高压静电场中的荷电更加充分，进而提高捕集效率。此外，冷凝管可通过调节水流量有效控制烟气的温降，使其达到最优运行状态。经整流冷却后的烟气进入超细液滴喷射段，通过喷射装置的优化布置，使增湿剂雾化成的超细液滴均匀分布于系统空间，与烟气进行充分混合和有效增湿。一方面，利用液滴荷电速率快、荷电量大的特性，可使其在高压静电场中迅速带电，并与烟气中的颗粒物碰撞结合，使颗粒物荷电，进而使颗粒物与液滴结合后的性质向有利于荷电的方向发生改变，使颗粒的荷电速率与荷电量都得到显著提高；另一方面，烟气湿度的提高不仅有利于可凝结颗粒物的凝结长大，还可使进入高压静电场的湿烟气在电流体动力(ehd)的作用下凝结出小水滴，大量的凝结水滴荷电后迁移至极板处，并形成一层均匀水膜，可起到辅助清灰的作用，进而节约冲洗水的用量。经两段预处理后的烟气随后进入高压放电收尘段，该段由多级不锈钢阴极框架组成，并由高能量密度的电源供电，稳定提供产生高压静电场和高密度粒子所需的高密度能量，并通过新型供电技术及其优化极配形式，进一步提升放电强度，从而提高颗粒的荷电速率及荷电量；同时清洗喷淋在系统运行过程中间歇运行，用于清洗收尘极板，由于利用了ehd促进形成的凝结水，可大大减少冲洗系统的耗水量。完成颗粒脱除后的洁净烟气进入升温换热装置9(后处理段)，该段由管式换热器组成，与电除尘末级脉冲荷电强化系统的前置降温换热装置1相通，在此处用于提高烟气温度，有效防止烟气温度过低造成的白烟及设备腐蚀问题。

经过该系统后，烟气中的颗粒物平均脱除效率达到99.99％以上，颗粒物排放浓度小于0.5mg/m³，so2排放浓度小于3mg/m³。

实施例2

采用立式管式湿式电除尘器，烟气流量为1000nm³/s。

参照图2，本实施例与实施例1不同在于：所述颗粒物荷电强化系统采用立式管式湿式电除尘器，所述冷凝管5设置在立式管式湿式电除尘器进口上方，液滴喷淋6布置在冷凝管5上方，气流均布板17布置在液滴喷淋6上方，阴极框架8布置在气流均布板17上方，清洗喷淋7布置在阴极框架8上方。

电厂烟气经过脱硝装置scr以及空气换热器之后进入调温与废水增湿系统，通过降温换热装置降低烟气温度至酸露点以下水露点以上，使so3等可凝物质在飞灰表面吸附凝结改变比电阻提高电除尘器工作性能；经过电除尘的含尘烟气，大部分颗粒被捕集，少数细颗粒由于荷电困难逃逸，通过电除尘末级电场采用脉冲电源可强化细颗粒的荷电；逃逸的荷电细颗粒进入分层脱硫协同增湿除尘系统，提高了洗涤作用对颗粒的捕集效果，同时脱硫塔将烟气增湿至饱和条件；饱和烟气进入湿式静电除尘器前，经过进一步的降温提高烟气过饱和度，以利于超细颗粒的快速凝结长大，同时将降温装置设计成具有均流的结构，可保证湿式静电除尘器的最佳工作性能。

经过该系统后，烟气中的颗粒物平均脱除效率达到99.9％以上，颗粒物排放浓度小于1mg/m³，so2排放浓度小于5mg/m³。

实施例3

采用卧式电除尘器，烟气流量为15000nm³/s。

系统如实施例1所述，两层气流均布板间距控制在100mm，气流均布板开孔率40％，开孔大小φ30mm，液滴喷淋的喷嘴流量为1l/min。

经过该系统后，烟气中的颗粒物平均脱除效率达到99.9％以上，颗粒物排放浓度小于1mg/m³，so2排放浓度小于6mg/m³。

实施例4

采用卧式电除尘器，烟气流量为15000nm³/s。

系统如实施例1所述，两层气流均布板间距控制在150mm，气流均布板开孔率50％，开孔大小φ40mm，液滴喷淋的喷嘴流量为2l/min。

经过该系统后，烟气中的颗粒物平均脱除效率达到99.5％以上，颗粒物排放浓度小于1mg/m³，so2排放浓度小于8mg/m³。

实施例5

采用卧式电除尘器，烟气流量为15000nm³/s。

参照图3，系统如实施例1所述，沉淀池15与废水增湿装置2之间没有废水换热装置16。

经过该系统后，烟气中的颗粒物平均脱除效率达到99.5％以上，颗粒物排放浓度小于1mg/m³，so2排放浓度小于5mg/m³。