一种实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台的制作方法

本发明属于颗粒物脱除领域，更具体地，涉及一种实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台。

背景技术：

目前我国城市大气污染物主要是细颗粒物，细颗粒物中通常富集各类重金属元素，微米级特别是亚微米级颗粒物极易被人体吸收造成危害，世界各国在制定更加严厉的法律法规控制细颗粒物的排放。我国大型燃煤电站90％以上采用静电除尘器除去燃煤过程中产生的颗粒物，虽然静电除尘器的除尘效率可达99％以上，但对于细颗粒物除尘效果并不显著。

现有除尘技术均为后端处理技术，具有改造难度大和成本高的问题。为提高细颗粒物控制的经济性、适用性和推广性，目前的技术方向为在常规除尘设备前端增加预处理装置，通过各种物理或化学作用使细颗粒物长大后予以清除，包括声团聚、电凝聚、湍流团聚、化学团聚等。其中湍流团聚是一种具有较高应用前景的预处理技术，如何在实验室阶段确定最佳的实验条件，提高该技术的应用效果是目前的主要研究方向之一。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台，其中结合颗粒物脱除自身的特征及其燃煤锅炉的工艺特点，相应设计了烟气发生装置、聚并器和颗粒物捕集装置，并对其关键组件如聚并器的结构及其具体设置方式进行研究和设计，能够模拟实际燃煤电厂的工况，并探究各参数对颗粒物脱除效果的影响。

为实现上述目的，本发明提出了一种实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台，包括沿气体流动方向依次连接烟气发生装置、聚并器和颗粒物捕集装置，其中：

所述烟气发生装置包括风洞、空气预热器、气溶胶发生器和空气压缩机，所述空气预热器的入口与所述风洞连接，该空气预热器的出口与所述聚并器的入口连接，工作时所述空气预热器将所述风洞送入的外部空气加热到预设温度并将其送入所述聚并器中，以此控制烟气的温度，所述气溶胶发生器的出口与所述聚并器的入口连接，同时该气溶胶发生器的出口与所述空气压缩机连接，工作时利用所述空气压缩机将所述气溶胶发生器产生的颗粒物吹入所述聚并器中，以此控制所述烟气中颗粒物的浓度；

所述聚并器的内部设置有预设数量的与来流方向平行的隔板，每个所述隔板的上表面和下表面分别设置有第一凹槽和第二凹槽，用于安装扰流叶片，通过改变所述扰流叶片的安装位置或改变所述第一凹槽、第二凹槽的间距调节所述扰流叶片的间距，同时通过转动所述扰流叶片的连接轴调节该扰流叶片的迎流角度，以此探究所述扰流叶片的间距或扰流角度对脱除效果的影响；

所述颗粒物捕集装置包括除尘器和变频风机，所述除尘器与所述聚并器的出口连接，用于对所述烟气中的颗粒物进行脱除，所述变频风机与所述除尘器的出口连接，通过改变该变频风机的转速调节所述烟气的风速。

作为进一步优选地，所述气溶胶发生器的出口设置有粒径切割器，用于控制所述烟气中颗粒物的粒径。

作为进一步优选地，所述颗粒物的粒径为1μm、2.5μm、5μm或10μm。

作为进一步优选地，所述扰流叶片的迎流角度优选为0°～90°。

作为进一步优选地，所述第一凹槽或第二凹槽的间距为50mm～150mm。

作为进一步优选地，除尘器为布袋除尘器、湿式除尘器、旋风除尘器或静电除尘器。

作为进一步优选地，所述隔板的数量优选为1～3个。

作为进一步优选地，所述隔板上设置有6～20排的第一凹槽或第二凹槽。

作为进一步优选地，所述变频风机的转速为0～3000r/s，所述变频风机的功率为2.2～5kw。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过设置烟气发生装置和颗粒物捕集装置，能够准确调节烟气参数如温度、流速和颗粒物浓度，具有高度的可控性，从而准确模拟燃煤电厂的实际工况，同时通过改变聚并器中扰流叶片的间距、扰流角度或形状，能够探究不同硬件因素对脱除效果的影响，以此获得最佳的脱除条件，该实验台具有结构简单、便于操作、参数可自由变化等优点，因此适合在实验室阶段研究聚并器对pm2.5减排效率的影响规律，同时为燃煤电厂现有除尘技术的改造提供新方法和新技术；

2.此外，本发明通过在气溶胶发生器的出口设置粒径切割器，能够对颗粒物的粒径进行筛选，从而获得不同粒径下颗粒物脱除的最佳条件，满足不同的工业需求；

3.尤其是，本发明通过对聚并器实验台的各参数进行优化，能够有效提高实验效率，提高细颗粒物及重金属的脱除效果，给出工业推广技术方案。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台的结构示意图；

图2是图1中空气预热器的结构示意图；

图3是隔板上扰流叶片的安装示意图；

图4是图1中隔板的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-风洞，2-空气预热器，3-气溶胶发生器，4-聚并器，5-除尘器，6-变频风机，7-空气压缩机，8-隔板，9-扰流叶片，10-第一凹槽，11-第二凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～2所示，本发明实施例提出了一种实现烟气参数和硬件参数调节的聚并器实验台，包括沿气体流动方向依次连接烟气发生装置、聚并器4和颗粒物捕集装置，其中：

烟气发生装置包括风洞1、空气预热器2、气溶胶发生器3和空气压缩机7，风洞为喇叭状壳体，壳体的敞口为气流入口，用于引入外部的冷空气，空气预热器2的入口与风洞1连接，该空气预热器2的出口与聚并器4的入口连接，工作时空气预热器2将风洞1送入的外部空气加热到预设温度并将其送入聚并器4中，以此控制烟气的温度，气溶胶发生器3的出口与聚并器4的入口连接，同时该气溶胶发生器3的出口与空气压缩机7连接，工作时利用空气压缩机7将气溶胶发生器3产生的颗粒物吹入聚并器4中，以此控制烟气中颗粒物的浓度；

聚并器4用于将烟气中的颗粒物团聚长大，便于进行脱除，该聚并器4的内部设置有预设数量的与来流方向平行的隔板8，隔板8采用插入式的安装方式，通过将其插入位置实现隔板8间距的调节，如图3～4所示，每个隔板8的上表面和下表面分别设置有第一凹槽10和第二凹槽11，用于安装扰流叶片9，通过改变扰流叶片9的安装位置或改变第一凹槽10、第二凹槽11的间距调节扰流叶片9的间距，同时通过转动扰流叶片9的连接轴调节该扰流叶片9的迎流角度，以此探究扰流叶片9的间距或扰流角度对脱除效果的影响；

颗粒物捕集装置包括除尘器5和变频风机6，除尘器5与聚并器4的出口连接，用于对烟气中的颗粒物进行脱除，除尘器5为布袋除尘器、湿式除尘器、旋风除尘器或静电除尘器，变频风机6与除尘器5的出口连接，通过改变该变频风机6的转速调节烟气的风速。

进一步，将空气预热器与温控设备连接，能够对烟气的温度进行准确调节，同时将气溶胶发生器与软件控制系统连接，可实现每分钟颗粒物发生量的调节，从而改变烟气中颗粒物的浓度。

进一步，气溶胶发生器3的出口设置有粒径切割器，用于控制烟气中颗粒物的粒径，颗粒物的粒径为1μm、2.5μm、5μm或10μm。

进一步，扰流叶片9的角度高于90°对实验参数不产生影响，故扰流叶片9的迎流角度优选为0°～90°；

第一凹槽10或第二凹槽11的间距为50mm～150mm，该间距小于50mm时扰流叶片9产生的漩涡会相互影响，出现团聚削弱效应，而其间距大于150mm时扰流叶片9产生的漩涡之间会出现间隙，影响团聚效率；

隔板8的数量优选为1～3个，受聚并器尺寸的影响，隔板8过于密集会导致扰流叶片9产生的漩涡相互影响，降低团聚效率；

隔板8上设置有6～20排的第一凹槽10或第二凹槽11，其中扰流叶片9过于稀疏或过于密集时会影响烟气流场，使团聚效果减弱；

变频风机6的转速为0～3000r/s，转速过高或过低会影响烟气进气量，降低试验数据的准确程度。

下面根据具体实施例对本发明作进一步说明。

设置风洞1的入口直径为200mm，聚并器长度为1500mm，隔板8上的凹槽间隔为50mm，实验颗粒物由燃煤电厂燃烧产生，实验前根据实验要求选择飞灰粒径，利用分子筛筛出不同粒径的颗粒物。启动空气预热器，调节温控装置设置温度120℃，预热10min，依据热力学数据资料得知，空气比热cp＝1.003kj/(kg*k)，每小时烟气流量500m³/h，煤灰比热cp＝0.92kj/(kg*k)，当温度升至120k，计算得出所需功率为22kw，预热器选用功率40kw。

开启变频风机6，当系统运行5min，管道上压力表示数指示-1kpa。风洞段依据雷诺数计算公式re＝ρvd/μ得出re＝65000，气体在管道中的压力损失计算公式p1＝λlρv²/2d得到压力损失p1＝6pa，同理计算聚并段压力损失p2＝42pa，根据局部压力损失公式p3＝εv²/2得出局部压力损失为p3＝7.3pa，假设所有扰流叶片按管道渐缩处理，计算局部压力损失p4＝6pa，故整套实验平台压力损失为61.3pa。

通过聚并器外部旋钮转动连接轴，使得扰流叶片的迎流角度为45°，同时调节聚并器扰流叶片的间距为100mm。开启气溶胶发生器3，选择流量30g/m³。运行2min待气溶胶均匀分布后，进行颗粒物收集。采样点连接lpi和颗粒物稀释系统进行采集。含尘颗粒依次经过气溶胶发生器3、聚并器4，最终进入布袋除尘器。流经气溶胶发生器的烟气经过粒径切割器后粒径分布均匀，除去部分大颗粒。烟气在流经聚并器4之前，颗粒相互发生碰撞概率较小，烟气进入聚并器4后，首先经过扰流叶片9，烟气主流方向为扰流叶片外侧，大颗粒由于其高惯性和高质量的特性会与烟气主流发生分离。烟气流经聚并器4时，由于扰流叶片9的存在会在其外侧尾部的下游产生不同尺寸的漩涡，具有一定尺寸的漩涡能够将富集重金属的细颗粒物夹带于其中。在聚并器4内流体处于湍流状态，之前由于惯性作用被分离出来的大颗粒会穿过聚并器4，在经过漩涡时会增加与细颗粒物碰撞的机会，由于细颗粒物的黏性作用和范德华力，富集重金属的细颗粒物吸附在大颗粒上被尾部除尘器5除去。

本实施例试验结果显示，针对现场相近的烟气流速、烟气温度、颗粒物浓度和平均粒径，调节聚并器硬件参数可以达到pm2.5减排60％以上；考虑尽可能减少系统阻力等经济型因素前提下，pm2.5减排可以达到30％以上。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。