一种基于水汽相变强化过饱和场构建的装置和方法与流程

本发明属于基于水汽相变促进烟气细颗粒物长大技术研究领域，特别涉及一种基于水汽相变强化过饱和场构建的装置和方法。

背景技术：

细颗粒物PM2.5污染已成为突出的大气环境问题，PM2.5不仅能通过呼吸系统进入人体，沉积在肺部对人体健康造成严重危害，也是导致大气能见度降低、光化学烟雾等环境问题的重要因素之一。然而常规除尘技术对PM2.5的捕集效率很低，数量上，占有飞灰数量90％以上的细颗粒因不能有效脱除而直接排入大气。目前对PM2.5排放处理方式主要是采取在除尘器或洗涤器前设置预处理设施，使其通过物理或化学作用长大成较大颗粒后再加以脱除，其中利用蒸汽相变促进细颗粒物长大成为脱除PM2.5预处理技术的重要研究路线之一。应用蒸汽相变促使细颗粒物长大机理是：在过饱和蒸汽环境中，蒸汽以细颗粒物为凝结核发生相变，使微粒粒径长大，质量增加。过饱和环境的构建为细颗粒长大提供了必要的环境条件，并影响细颗粒的长大效果。在单一的对高湿烟气冷却或饱和冷气体与高温液体相接触的方式生长管中会出现严重的过饱和水平分布不均的现象，在后半段出现过饱和度的快速下降，这使得烟气中细颗粒在生长管后半段的生长受到阻碍。

技术实现要素：

本发明为解决上述生长管中过饱和度分布不均的问题，提高生长管中整体的过饱和水平，提出一种基于水汽相变强化过饱和场构建的装置和方法。

本发明采用的技术方案为：一种基于水汽相变强化过饱和场构建的装置，包括一级过饱和构建室和二级过饱和构建室；

所述一级过饱和构建室的外侧壁上设有烟气进口一和烟气进口二，烟气进口一的末端处设有小布风板一，烟气进口二的末端处设有小布风板二；一级过饱和构建室上端和下端环圆周设有盘管一；一级过饱和构建室下端盘管一通过进水阀门一、循环水泵一与循环恒温水箱一连接，循环恒温水箱一设有补给水口一并连接旁路水进口阀门一；一级过饱和构建室上端盘管一通过出水口一与过滤装置一连接，出水口一上设有温度计一，过滤装置一分别与回流阀门一，旁路循环泵一相连；

所述二级过饱和构建室的外侧壁设有烟气进口三和烟气进口四，烟气进口三和烟气进口四的末端处共同设置有大布风板；二级过饱和构建室上端和下端环圆周设有盘管二；二级过饱和构建室上端盘管二设有多排喷雾装置，并通过进水阀门二与循环恒温水箱二连接，循环恒温水箱二设有补给水口二并连接旁路水进口阀门二；二级过饱和构建室下端盘管二通过出水口二与过滤装置二连接，出水口二上设有温度计二，过滤装置二分别与回流阀门二，旁路循环泵二相连，回流阀门二与回流循环泵相连；

所述小布风板一、小布风板二的横截面积与一级过饱和构建室及二级过饱和构建室之间空隙的横截面积相等，所述大布风板与二级过饱和构建室的横截面积相等。

所述盘管一上设有若干水出口，保证在一级过饱和构建室内层形成水幕。所述盘管二上设有若干水出口，保证在二级过饱和构建室内层形成水幕，同时与喷雾装置有管路相连，保证对喷雾装置的供水要求。所选用的烟气为低温高湿或高温高湿含尘烟气。

作为优选，所述一级过饱和构建室和二级过饱和构建室的形状为圆柱体。

作为优选，所述一级过饱和构建室的外层采用良好的保温绝热材料，保证不与外界发生热量交换；所述二级过饱和构建室的外层也采用良好的保温绝热材料，保证烟气在一级过饱和构建室中不与二级过饱和构建室发生热量交换。

作为优选，所述循环恒温水箱一和循环恒温水箱二的水温度范围为5～80℃。

作为优选，所述的一级过饱和构建室上端也可设有喷雾装置。

一种使用上述装置的强化水汽过饱和度场的建立方法，该方法包括以下步骤：

(1)若在烟气入口一和烟气入口二通入的烟气温度较低湿度偏高，循环恒温水箱一设置水温度要高于烟气进口温度，循环恒温水箱二设置水温度要低于或等于烟气进口温度；

(2)在一级过饱和构建室中，高温热水向低温烟气提供大量的水蒸气并同时使烟气温度增加，但水蒸气在空气中的质量扩散比热量扩散要快，使得烟气在一级过饱和构建室中形成过饱和；

(3)在步骤(2)中，烟气温度增大，随后通过烟气进口三和烟气进口四进入二级过饱和构建室，烟气与壁面上的低温冷水相接触或与室内冷水雾滴相接触，高温烟气迅速降温使得再一次形成过饱和；

(4)若在烟气入口一和烟气入口二通入的烟气温度较高湿度偏高，则与步骤(1)所述相反，循环恒温水箱一设置水温度要低于烟气进口温度，循环恒温水箱二设置水温度要高于或等于烟气进口温度；

(5)烟气在一级过饱和构建室中通过冷却形成过饱和，在二级过饱和构建室中通过与壁面上的高温热水相接触或与室内热水雾滴相接触进一步形成过饱和。

有益效果：本发明针对不同类型的烟气，烟气通过两级过饱和构建室，分别形成过饱和，弥补了单一的烟气加热或冷却过饱和度水平在后半段下降的现象，提高了过饱和水平，更有效的促进烟气中细颗粒物的长大。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置中过饱和水平分布与单一高湿烟气冷却过饱和水平的对比图；

图3为本发明装置中过饱和水平分布与单一饱和气体与高温液体相接触过饱和水平的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2、3所示，一种基于水汽相变强化过饱和场构建的装置，包括一级过饱和构建室1和二级过饱和构建室2；

所述一级过饱和构建室1的外侧壁上设有烟气进口一3和烟气进口二4，烟气进口一3的末端处设有小布风板一5，烟气进口二4的末端处设有小布风板二6；一级过饱和构建室1上端和下端环圆周设有盘管一10；一级过饱和构建室1下端盘管一10通过进水阀门一17、循环水泵一16与循环恒温水箱一13连接，循环恒温水箱一13设有补给水口一14并连接旁路水进口阀门一15；一级过饱和构建室1上端盘管一10通过出水口一18与过滤装置一20连接，出水口一18上设有温度计一19，过滤装置一20分别与回流阀门一21，旁路循环泵一22相连；

所述二级过饱和构建室2的外侧壁设有烟气进口三7和烟气进口四8，烟气进口三7和烟气进口四8的末端处共同设置有大布风板9；二级过饱和构建室2上端和下端环圆周设有盘管二11；二级过饱和构建室2上端盘管二11设有多排喷雾装置12，并通过进水阀门二26与循环恒温水箱二23连接，循环恒温水箱二23设有补给水口二24并连接旁路水进口阀门二25；二级过饱和构建室2下端盘管二11通过出水口二27与过滤装置二29连接，出水口二27上设有温度计二28，过滤装置二29分别与回流阀门二30，旁路循环泵二31相连，回流阀门二30与回流循环泵32相连；

所述小布风板一5、小布风板二6的横截面积与一级过饱和构建室1及二级过饱和构建室2之间空隙的横截面积相等，所述大布风板9与二级过饱和构建室2的横截面积相等。

所述一级过饱和构建室1和二级过饱和构建室2的形状为圆柱体。所述一级过饱和构建室1的外层采用良好的保温绝热材料，保证不与外界发生热量交换；所述二级过饱和构建室2的外层也采用良好的保温绝热材料，保证烟气在一级过饱和构建室中不与二级过饱和构建室发生热量交换。所述循环恒温水箱一13和循环恒温水箱二23的水温度范围为5～80℃。所述的一级过饱和构建室1上端也设有喷雾装置。

以低温高湿烟气为例，说明强化过饱和场构建的方法。假设烟气温度为298K，先将循环恒温水箱一13的温度设定为323K，循环恒温水箱二23的温度设定为298K，将循环水泵16，进水阀门一17，出水口一18，过滤装置一20，回流阀门一21，进水阀门二26，出水口二27，过滤装置二29，回流阀门二30与回流循环泵32打开；一级过饱和构建室1四周侧面形成热水水幕，二级过饱和构建室2四周侧面形成冷水水幕。

烟气从烟气进口一3和烟气进口二4进入一级过饱和构建室1，烟气与壁面热水发生传热传质，水蒸气分子从壁面液相向气相扩散，气相水蒸气分压升高，虽然气相本身温度也增加，但水蒸气扩散速度较快，使烟气达到过饱和；温度增加的烟气经烟气进口三7和烟气进口四8进入二级过饱和构建室2，此时烟气与壁面冷水相接触，烟气温度又迅速降低进一步形成过饱和，也可将喷雾装置12打开形成冷水水雾与烟气相接触进一步形成过饱和。

为了尽量保证水的循环利用和节约能耗，若出水口一18的水温较低，则可打开旁路循环泵一22和旁路水进口阀门二25，将部分水进入到循环恒温水箱二23中；同样地，若出水口二27的水温较高，则可打开旁路循环泵二31和旁路水进口阀门一15，将部分水进入到循环恒温水箱一13中；循环恒温水箱一13和循环恒温水箱二23还可分别通过补给水口一14和补给水口二24补充水量。

若烟气在二级过饱和构建室2中需要较高的过饱和度则可将循环恒温水箱二23的设定温度调低，若烟气在一级过饱和构建室1中需要较高的过饱和度则可将循环恒温水箱一13的设定温度调高。

高温高湿烟气实施方法与低温高湿烟气实施方法的差别在于循环恒温水箱一13和循环恒温水箱二23的温度设定上，高温高湿烟气中循环恒温水箱一13设定温度低于烟气进口温度，循环恒温水箱二23设定温度高于或等于烟气进口温度。其他设置类似，故不再予以叙述。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。