一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统

1.本发明涉及余热回收与除尘领域，尤其涉及一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统。


背景技术：

2.燃煤和机动车排放的细颗粒物造成了严重的空气污染和健康问题。然而传统除尘器，如旋风分离器、文丘里洗涤器、静电除尘器和过滤器对于微细颗粒的去除是困难和昂贵的。这是由于这些系统是基于扩散、惯性冲击和沉降的方法除去烟气的颗粒，然而0.1-1μm的微细颗粒，对于布朗扩散来说太大而无效，而对于惯性碰撞来说又太小。因此可以通过预处理技术将微粒放大到若干微米的尺寸，微粒与气体的分离就可以大大简化。
3.冷凝换热器可以促进几纳米大小的颗粒生长扩大成一些微米大小的液滴。气体的旋转扰动可以促进颗粒的碰撞团聚和长大。因此，本领域的技术人员致力于开发一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统，一方面通过烟气冷凝的方式回收烟气中的余热和水分，另一方面通过添加旋流设备，实现了微细颗粒的有效捕集和去除。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现烟气中微细颗粒的有效捕集和去除。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统，其特征在于，包括旋流空气装置、第一段换热器、旋转风扇和第二段换热器，其中，所述旋流空气装置、所述第一段换热器、所述旋转风扇和所述第二段换热器依次连接。
6.进一步地，还包括湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统和网状除雾器，所述湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统设置在所述旋流空气装置前端，所述网状除雾器设置在所述第二段换热器后端，所述湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统、所述旋流空气装置、所述第一段换热器、所述旋转风扇、所述第二段换热器和所述网状除雾器通过烟气管道依次连接。
7.进一步地，所述旋流空气装置是由在所述烟气管道外侧布置的空气喷嘴组成，所述空气喷嘴的出风口位于所述烟气管道内部，所述旋流空气装置将烟气以螺旋状送入所述第一段换热器中。
8.进一步地，所述旋流空气装置使烟气旋转的方向与所述旋转风扇使烟气旋转的方向相反。
9.进一步地，还包括热泵，所述第一段换热器还包括第一冷却介质水入口和第一冷却介质水出口，所述第二段换热器还包括第二冷却介质水入口和第二冷却介质水出口，所述第一冷却介质水入口、所述第一冷却介质水出口、所述第二冷却介质水入口和所述第二冷却介质水出口与所述热泵相连。
10.进一步地，所述第一段换热器的管道正下方为凹型槽，在所述第一段换热器的凹型槽最低点设有第一冷凝水出口，所述第二段换热器的管道正下方为凹型槽，在所述第二
段换热器的凹型槽最低点设有第二冷凝水出口，所述第一冷凝水出口和所述第二冷凝水出口与所述湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统相连。
11.进一步地，所述第二段换热器的长度比所述第一段换热器的长度短。
12.进一步地，所述第一段换热器和所述第二段换热器的管壁温度低于烟气水露点温度。
13.进一步地，所述第一段换热器的管壁上设有冷凝液膜。
14.进一步地，所述第一段换热器和所述第二段换热器均为错位式管束换热器，所述第一段换热器和所述第二段换热器上均设有清扫装置。
15.本发明结合湍流扰动和烟气冷凝的作用，一方面在第一段换热器和第二段换热器处通过烟气冷凝的方式回收烟气中的余热和水分，收集到的热量可用于城市集中供暖等，另一方面通过添加旋流空气装置和旋转风扇，使烟气中的颗粒发生有效的碰撞，且在旋转风扇的旋转过程中，会产生一定声频和声压级的声波，强化了冷凝核的碰撞和团聚，实现了微细颗粒的有效捕集和去除。
16.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
17.图1是本发明的一个较佳实施例的一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统示意图；
18.其中，1-湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统，2-旋流空气装置，3-第一段换热器，4-第一冷却介质水入口，5-第一冷凝水出口，6-第一冷却介质水出口，7-旋转风扇，8-第二段换热器，9-网状除雾器，10-热泵，11-第二冷却介质水入口，12-第二冷凝水出口，13-第二冷却介质水出口。
具体实施方式
19.以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
20.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
21.如图1所示，一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统包括通过烟气管道依次连接的湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统1、旋流空气装置2、第一段换热器3、旋转风扇7、第二段换热器8和网状除雾器9，旋流空气装置2是由在烟气管道外侧布置的空气喷嘴组成，空气喷嘴的出风口位于烟气管道内部，旋流空气装置将烟气以螺旋状送入第一段换热器3中，烟气中的微细颗粒在旋流空气装置2中发生旋转扰动，较大的颗粒被第一段换热器3捕集，微细颗粒在第一段换热器3冷凝的作用下成核，旋转风扇7发射的相反方向的气流使得颗粒碰撞团聚，被第二段换热器8捕集，最后，烟气中剩余的水分被网状除雾器9捕集。
22.湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统1能实现烟气中水分的自循环。在脱硫过程中，烟
气的热量被浆液的一部分水分吸收变为蒸汽，蒸汽随着烟气进入管道，在换热器冷凝的作用下变为液态水，又重新被管道收集，输运到脱硫系统的水池中。
23.第一段换热器3和第二段换热器8均为错位式管束换热器，在第一段换热器3和第二段换热器8上均有清扫装置，每间隔一段时间清扫一次换热器管束上的灰尘。由于第二段冷却强度小，所以第二段换热器8的长度比第一段换热器3短。第一段换热器3和第二段换热器8正下方的烟气管道为凹型槽，且在第一段换热器3的凹型槽最低端设置有第一冷凝水出口5，在第二段换热器8的凹型槽最低端设置有第二冷凝水出口12，便于冷凝水的收集与循环，冷凝水收集后用于湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统1的补水。第一段换热器3的第一冷却介质水出口6和和第二段换热器8的第二冷却介质水出口13与热泵10相连，收集到的热量可用于城市集中供暖，经热泵10冷却后的介质水进入第一段换热器3的第一冷却介质水入口4和第二段换热器8的第二冷却介质水入口11，循环使用介质水。
24.烟气经过湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统1后，携带一定的水分和剩余微细颗粒经过旋流空气装置2，在旋流的作用下，烟气和微细颗粒发生旋流扰动。旋流扰动的烟气在第一段换热器3内进行热交换，第一段换热器3和第二段换热器8均能使烟气的温度降低到露点温度以下，由于管壁温度低于烟气水露点温度，会在换热管壁附近形成水蒸气的过饱和区。在该区域内，水蒸气分别在换热管壁和颗粒上凝结。此时，第一段换热器3管壁附近的水蒸气浓度梯度和烟气温度梯度产生的扩散泳和热泳作用，使得微细颗粒向第一段换热器3的管壁移动，同时烟气的旋流扰动加速了微细颗粒与管壁的碰撞。在第一段换热器3的管壁上设有强粘附力的冷凝液膜阻止颗粒的反弹，实现了对部分微细颗粒的捕集脱除。
25.剩余的微细颗粒，在非均相凝结的作用下，冷凝成小液滴的核，随着烟气穿过第一段换热器3，进入旋转风扇7的旋流扰动区域。旋转风扇7使烟气旋转的方向与旋流空气装置2使烟气旋转的方向相反，由于旋流扰动方向发生改变，能使烟气中的颗粒发生有效的碰撞，且在旋转风扇7的旋转过程中，会产生一定声频和声压级的声波，强化了冷凝核的碰撞和团聚，有利于烟尘中的颗粒团聚。
26.团聚的颗粒进入第二段换热器8，团聚体及成核颗粒的尺寸通过水蒸气冷凝得到了进一步的长大，强化了与第二段换热器8管壁的惯性撞击，实现了微细颗粒的进一步脱除，尺寸得到进一步增大的团聚体以及成核颗粒易于被丝网除雾器9捕集。
27.烟气经过本发明提供的一种旋转扰动联合烟气冷凝的微细颗粒捕集系统时，烟气中的余热、水分回收和微细颗粒捕集流程包括以下步骤：
28.步骤1、烟气经过湿式石灰石-石膏烟气脱硫系统1后，携带一定的水分和剩余微细颗粒经过旋流空气装置2，在旋流的作用下，烟气和微细颗粒发生旋流扰动。
29.步骤2、旋流扰动的烟气在第一段换热器3处进行热交换，由于管壁温度低于烟气水露点温度，于是在换热管壁附近形成水蒸气的过饱和区。在该区域内，水蒸气分别在换热管壁和颗粒上凝结，此时，换热管壁附近的水蒸气浓度梯度和烟气温度梯度产生的扩散泳和热泳作用，使得微细颗粒向换热管壁移动。同时烟气的旋流扰动加速了微细颗粒与管壁的碰撞，换热器管壁上有强粘附力冷凝液膜阻止颗粒的反弹，实现了对部分微细颗粒的捕集脱除。
30.步骤3、剩余的微细颗粒，在非均相凝结的作用下，冷凝成小液滴的核，随着烟气穿过第一段换热器3，进入旋转风扇7的旋流扰动区域。由于旋流扰动方向发生改变，再加上风
扇发出的一定声频和声压级的声波，强化了冷凝核的碰撞和团聚。
31.步骤4、团聚的颗粒进入第二段换热器8，团聚体及成核颗粒的尺寸通过水蒸气冷凝得到了进一步的长大，强化了与第二段换热器8管壁的惯性撞击，实现了微细颗粒的进一步脱除。
32.步骤5、尺寸得到进一步增大的团聚体以及成核颗粒易于被丝网除雾器9捕集。
33.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。