一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统的制作方法

本实用新型属于能源环境工程污染减排技术领域，具体涉及一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统。

背景技术：

雾霾天气的形成与一次细颗粒物PM_2.5的排放及环境空气中二次细颗粒物的形成密切相关。煤燃烧过程是细微颗粒物(PM_2.5)及二次颗粒物前体物等大气污染物最主要的来源之一，为了减少雾霾天气，需要对燃煤排放的一次PM_2.5及其前体物形成的二次PM_2.5进行严格控制。《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，要求火电厂粉尘排放浓度低于30mg/m³，重点地区低于20mg/m³。部分地区/电力公司提出达到5mg/m³的天然气燃气轮机粉尘排放要求，甚至达到3mg/m³以内的近零排放要求。湿式电除尘器通常作为大气污染物控制系统的终端处理装备，布置于脱硫塔后，不仅可有效去除烟气中的烟尘微粒、PM_2.5，同时可协同脱除SO₃、汞及除雾器后烟气中携带的脱硫石膏雾滴等污染物，已成为燃煤电厂大气污染物控制的重要技术。

湿式静电除尘器的主要工作原理是：将水雾喷向集尘板，水雾在放电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化；电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对细颗粒物起捕集作用，最终颗粒物在电场力作用下到达集尘极而被捕集。细颗粒的均匀、高强度荷电是脱除效率的保证，脱硫塔后特殊的工作环境对此提出了严峻挑战。脱硫塔后，烟气湿度大，而且含有大量脱硫塔喷淋携带而来的微细水雾液滴。微细水雾液滴较粉尘颗粒更易吸附电子形成空间电荷，液滴荷电后电晕电流相对降低，粉尘荷电减少，捕集效率下降。为了提高粉尘的荷电效果，目前多采用在入口段安装预荷电器的方法，使粉尘在进入除尘器前通过高强度的荷电区，提高湿式静电除尘器的工作性能。中国专利CN205392746U公开了一种预荷电均流装置，包括均流板和电晕放电的部件，均流板在起到对烟气均流作用的同时，又与电场区中的放电部件形成电场，烟气中的颗粒被荷电并在电场力的反向作用下实现减速，为下游放电部件、板排电场高效捕集颗粒创造条件。中国专利CN105032611A公开了一种预荷电强化系统，包括气流均布板，电晕极线和电晕极线上方布置的清灰喷嘴，预荷电器的高强度脉冲放电可产生大量 自由电子、离子和活性组分。自由电子和离子使烟气中的颗粒在进入除尘器前进行部分预荷电，活性组分使NO、SO₂发生氧化进一步吸收。

上述的荷电装置受到流场、颗粒特性、供电形式和运行环境等限制，对颗粒物的脱除过程存在以下问题：

1、超低排放运行环境下，系统内的颗粒物浓度较低(20mg/m³甚至10mg/m³以下)，难以取得高脱除效率；

2、流场均匀性差导致颗粒物运动存在大量扰动，影响了颗粒物脱除效率；

3、部分颗粒物受到其理化性质影响，荷电量低、迁移能力弱，难以高效脱除；

4、绝大多数的除尘器与预荷电器应用直流供电方式，受到反应器电气性能限制，输出能量有限，且能耗较高；

以上问题使颗粒物脱除设施难以实现稳定的超低排放，需要从流场、颗粒物特性、供电方式等多个角度改善颗粒物特性与脱除环境，提高颗粒物荷电脱除水平。

技术实现要素：

本实用新型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，提出了一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统。

为了实现上述功能，本实用新型采用的技术方案为：

一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统，所述系统沿烟气方向顺次包括液滴喷射装置、阻流与导流结合的均流装置以及荷电强化放电装置，所述液滴喷射装置包括喷嘴和支架，所述支架垂直于烟气方向布置，支架上安装有相互平行的管道，所述喷嘴布置在管道上；所述阻流与导流结合的均流装置包括带有开孔的挡板，所述荷电强化放电装置包括极线，所述极线设置在挡板后方并安装于悬挂框架上，所述极线与电源相连。

本实用新型将烟气增湿、气流均布与高压静电场结合，从多方面强化颗粒物荷电的同时，优化烟气流场分布，降低流场不均匀给后续污染减排系统带来的效率损失，从流场、增湿和放电强化等多个方面保证了超细颗粒物高效脱除。

作为优选，所述管道垂直于烟气方向布置，管道的间距不大于喷嘴有效喷射 距离，喷嘴的喷射方向垂直于烟气方向，单个管道上喷嘴均匀分布，距离不大于喷嘴的有效喷射范围，相邻管道的喷嘴交错布置。

作为优选，所述喷嘴为精细雾化实心锥喷嘴。精细雾化实心锥喷嘴可产生粒径范围在60～80μm的超细液滴，通过喷嘴荷电，使液滴带电，提高荷电水平。

超细液滴喷射装置的喷淋量应连续可调，各个喷嘴的喷淋角度应经过精确校正与匹配；超细液滴喷射装置所采用的增湿剂可为工艺水，为同时促进系统对酸性污染物的脱除，超细液滴喷射装置所采用的增湿剂可为碱液。

作为优选，所述挡板宽度为480mm，所述挡板包括阻流板和导流板，阻流板与导流板为相邻布置，并形成若干个菱形区域，所述阻流板、导流板与烟气方向的夹角绝对值为30°～40°；相邻阻流板与导流板的中心最近距离在220mm至280mm之间，阻流板与导流板之间的最近距离在15mm至25mm之间。

阻流与导流结合的均流系统在显著提高流场均匀性的同时，由于其独创的布置方式，阻流板与导流板与流体速度的夹角小，降低了对气流产生的阻力和造成的压降，节省了烟风系统的运行成本。

作为优选，每个菱形区域内设有两根极线，两根极线分别垂直于气流方向布置，极线间距离为140mm至150mm之间，极线与阻流板、导流板的垂直距离为130mm至160mm之间。

作为优选，所述悬挂框架距离阻流板、导流板的垂直距离大于极线与阻流板、导流板距离的2.5倍，悬挂框架与电源连接处安装绝缘子，同时布置加热及热风吹扫装置。可以保证电气安全。

作为优选，所述液滴喷射装置与阻流与导流结合的均流装置之间的距离大于500mm。

作为优选，所述系统设置在静电除尘器入口处。结构紧凑，不需要额外空间；布置于静电除尘器入口处，向系统空间喷射大量超细液滴，利用液滴荷电速度快、荷电量大的特性，使其迅速带电，并与烟气中的颗粒物碰撞结合，使颗粒物荷电；颗粒物与液滴结合后，性质向有利于荷电的方向发生改变，其荷电速度与荷电强度得到显著提高，进一步提升颗粒物荷电量。

超细液滴喷射装置所产生的超细液滴与颗粒物结合，使颗粒物粒径增大，荷电性质改善，荷电速度与荷电量提高；超细液滴喷射装置所产生的超细液滴在荷 电后与颗粒物碰撞，增加颗粒物荷电量；阻流与导流结合的均流装置在提高系统流场均匀性的同时，与荷电强化放电系统配合产生高压静电场与高密度离子，用于颗粒物及液滴的强化荷电。电源(高能量密度供电装置)与荷电强化放电装置及均流装置经过匹配，输出能量形式有利于高压静电场和高密度粒子的稳定产生，采用的极线形式、板形式和材质均有强化放电的作用。

本实用新型利用超细液滴喷射装置，将增湿剂雾化为超细液滴，并通过喷射装置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；利用阻流和导流结合的均流系统，对烟道的高速来流进行均流，使进入系统的烟气流速分布均匀，提升后续系统的运行效果；利用荷电强化放电装置，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装置(电源)，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。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过烟气增湿、气流均布与高压静电场结合的方式，从多方面强化颗粒物荷电，不易受烟气成分和颗粒特性影响，荷电效果好，同时有优化烟气流场的作用；

(2)本实用新型布置通过精细雾化与均匀喷射技术，实现烟气的有效增湿，通过阻流与导流结合的均流装置、荷电强化放电装置和高能量密度供电装置，实现烟气流场均布和液滴与颗粒物荷电，并通过荷电液滴对与颗粒物的碰撞结合，进一步强化颗粒物荷电，突破颗粒物荷电量有限、细颗粒荷电困难的难题，进而提升颗粒物，尤其是细颗粒物的高效脱除效果；

(3)本实用新型能有效改善进入静电除尘器的烟气流场均匀性，强化颗粒物荷电效果，结构紧凑，具有良好的工况和颗粒特性适应性，具有较高的技术与应用价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型超细液滴喷射装置的结构示意图；

图3是本实用新型阻流与导流结合的均流装置的结构示意图；

图4是本实用新型荷电强化放电装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例2的结构示意图；

图6是本实用新型实施例2中导流板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要保护的范围并不限于此。

实施例1

参照图1～4，一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统，所述系统沿烟气方向顺次包括液滴喷射装置1、阻流与导流结合的均流装置2以及荷电强化放电装置3，所述液滴喷射装置1与阻流与导流结合的均流装置2之间的距离为1000mm。

所述液滴喷射装置包括喷嘴5和支架6，所述支架垂直于烟气方向布置，支架上安装有相互平行的管道7，所述喷嘴5布置在管道7上；所述管道7垂直于烟气方向布置，管道的间距不大于喷嘴5有效喷射距离，喷嘴5的喷射方向垂直于烟气方向，单个管道上喷嘴均匀分布，距离不大于喷嘴的有效喷射范围，相邻管道的喷嘴交错布置。所述喷嘴为精细雾化实心锥喷嘴，喷嘴的喷射角度为70°，喷嘴的喷射范围为450mm。精细雾化实心锥喷嘴可产生粒径范围在60～80μm的超细液滴，通过喷嘴荷电，使液滴带电，提高荷电水平。

超细液滴喷射装置是本实用新型的核心装置之一，该装置将精细雾化喷嘴交错布置于垂直于烟气方向的支架上，通过将精细雾化喷嘴位置与喷嘴的喷射范围进行精确匹配，使装置通道内均匀分布超细雾滴的同时将水耗量达到最低。超细液滴喷射装置喷射的超细雾滴与超细颗粒碰撞结合，促进颗粒物的凝并长大，同时改善颗粒物的粒径分布和荷电能力，使超细颗粒物数目减少20％以上，饱和荷电量提升50％以上。本实施例中所采用的的超细液滴喷射装置共有九个管道，七十二个喷嘴，支架长度和宽度均为4000mm，覆盖16m²的区域，喷淋量为224L/min。

所述阻流与导流结合的均流装置包括带有开孔的挡板，所述挡板孔隙率为50％，开孔的直径为50mm；所述挡板中间区域的孔隙率小于边缘区域的孔隙率。所述挡板宽度为480mm，高度为4000mm。所述挡板包括阻流板8和导流板9， 阻流板8与导流板9为相邻布置，并形成若干个菱形区域，本实施例中共布置三十二块挡板，形成八个菱形区域，所述阻流板、导流板与烟气方向的夹角绝对值为30°；相邻阻流板与导流板的中心最近距离未260mm，阻流板与导流板之间的最近距离为20mm。阻流与导流结合的均流系统在显著提高流场均匀性的同时，由于其独创的布置方式，阻流板与导流板与流体速度的夹角小，降低了对气流产生的阻力和造成的压降，节省了烟风系统的运行成本。

所述荷电强化放电装置包括极线10，所述极线10设置在挡板后方并安装于悬挂框架11上，所述极线10与电源4相连。每个菱形区域内设有两根极线10，两根极线分别垂直于气流方向布置，为保证电气安全，所述悬挂框架11距离阻流板8、导流板9的垂直距离大于极线10与阻流板8、导流板9距离的2.5倍，悬挂框架与电源连接处安装绝缘子12，同时布置加热及热风吹扫装置15。热风吹扫保证绝缘子温度在120℃以上，悬挂框架使用耐高应力耐腐蚀钢材，防止高速带电颗粒与液滴造成框架变形或腐蚀。悬挂框架高度为4000mm，共布置十六根极线，分布在阻流与导流结合的均流装置的菱形区域中，两根相邻极线的间距为140mm，距离极板的垂直距离为150mm。

高能量密度供电装置(电源)通过荷电强化放电装置，将高密度能量加载在放电装置与导流装置之间，产生高压静电场及高密度离子，从而促进颗粒物与液滴的荷电与碰撞；为保证高压静电场和高密度离子的稳定性，电源为高压脉冲电源，所述高压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至-80kV连续可调，瞬时脉冲功率达到1MW以上，能量转化效率在80％以上。通过高频谐振充电电路向脉冲发生电容C_ps注入能量，高功率断路器通过断路的方式将脉冲发生电容的能量作用在放电系统上，产生-20kV至-80kV的高压脉冲，宽度为40μs，峰值功率为1MW。

所述系统设置在静电除尘器13入口处，使进入湿式静电除尘器的烟气流速偏差在5％以下，颗粒物介电常数提升50％以上，颗粒物实际荷电量达到饱和量的30％以上，颗粒物的排放浓度降低30％以上，PM_2.5的排放浓度降低50％以上。结构紧凑，不需要额外空间；布置于静电除尘器入口处，向系统空间喷射大量超细液滴，利用液滴荷电速度快、荷电量大的特性，使其迅速带电，并与烟气中的 颗粒物碰撞结合，使颗粒物荷电；颗粒物与液滴结合后，性质向有利于荷电的方向发生改变，其荷电速度与荷电强度得到显著提高，进一步提升颗粒物荷电量。

实施例2

参照图2～6，一种增湿均流预荷电颗粒物强化脱除系统，按照烟气流向的顺序，分别布置超细液滴喷射装置1，阻流与导流结合的均流装置2及荷电强化放电装置3。气流先通过超细液滴喷射装置1再通过阻流与导流结合的均流装置2，超细液滴喷射装置1和阻流与导流结合的均流装置2的距离为500mm。

所述液滴喷射装置包括喷嘴5和支架6，所述支架垂直于烟气方向布置，支架上安装有相互平行的管道7，所述喷嘴5布置在管道7上；所述管道7垂直于烟气方向布置，管道的间距不大于喷嘴5有效喷射距离，喷嘴5的喷射方向垂直于烟气方向，单个管道上喷嘴均匀分布，距离不大于喷嘴的有效喷射范围，相邻管道的喷嘴交错布置。所述喷嘴为精细雾化实心锥喷嘴，喷嘴的喷射角度为70°，喷嘴的喷射范围为450mm。精细雾化实心锥喷嘴可产生粒径范围在60～80μm的超细液滴，通过喷嘴荷电，使液滴带电，提高荷电水平。本实施例中超细液滴喷射系统共有六个管道，三十个喷嘴，支架长度和宽度均为2500mm，覆盖6.25m²的区域，喷淋量为100L/min，可使颗粒物介电常数提升30％以上。

所述阻流与导流结合的均流装置包括带有开孔的挡板，所述挡板采用一层垂直于烟气方的开孔导流板9，孔隙率为50％，开孔14的直径为100mm；导流板中间区域的孔隙率小于边缘区域的孔隙率。导流板宽度为2500mm，高度为2500mm。经过导流板后，烟气的流速偏差下降到10％以下。

所述荷电强化放电装置包括极线10，所述极线10设置在挡板后方并安装于悬挂框架11上，所述极线10与电源4相连。悬挂框架与电源连接处安装绝缘子12，同时布置加热及热风吹扫装置15。热风吹扫保证绝缘子温度在120℃以上，悬挂框架使用耐高应力耐腐蚀钢材，防止高速带电颗粒与液滴造成框架变形或腐蚀。本实施例中的框架高度为2500mm，共布置十根极线，两根相邻极线的间距为140mm，距离极板的垂直距离为150mm。

高能量密度供电装置连接采用与实施例一相同的形式，产生-20kV至-80kV的高压脉冲，宽度为40μs，但由于本实施例属于紧凑型布置，脉冲峰值功率为0.7MW，可使颗粒物的荷电量达到饱和荷电量的15％以上。

本实施例在湿式静电除尘器前烟道的有限空间中进行布置，使进入湿式静电除尘器的烟气流速偏差在10％以下，颗粒物介电常数提升30％以上，颗粒物实际荷电量达到饱和量的15％以上，颗粒物的排放浓度降低15％以上，PM_2.5的排放浓度降低25％以上。