脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及除尘装置技术领域，具体是一种脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤炭资源是我国最重要的化石燃料之一，储量丰富，短时期以火电为主的能源结构不会改变，燃煤产生的含尘烟气是大气中悬浮颗粒物的主要来源之一。这些颗粒物从传统设备(静电除尘器、湿式除尘器、机械除尘器等)中飘散到大气中，对人体和大气环境有很大的危害性。我国大部分燃煤电厂都装备了高效的除尘装置，对烟尘的质量脱除效率能达至Ij99%以上，对于大于ΙΟμπι的颗粒物基本都可以除去，但是对于PMiq尤其是PM2.5这样的细颗粒物脱除效率特别低，这部分细颗粒物以数量计可达到烟气中颗粒数量总数的90%以上。以PM2.5为主的超细颗粒具有粒径小、数量多、具有很强的吸附能力，能够使重金属(As、Se、Pb、Cr等)和有机污染物(二恶英类和多环芳香烃等)富集起来，除对人体健康有严重威胁夕卜，也是导致酸雨、雾霾天气等环境问题的主要原因。
[0003]申请号为2013106676615的中国专利公开了一种协同脱除燃煤锅炉烟气超细颗粒和微量污染物的装置和方法，该方法在脱硫设备前设置有吸附剂预喷射装置、超细颗粒团聚装置、吸附剂加入装置和布袋除尘装置，在脱硫设备后依次设置有喷淋清洗装置、反应剂加入装置和湿式电除尘装置，该方法增设的设备较多，没能充分利用脱硫设备来脱除部分大颗粒和增加烟气相对湿度的有利条件，使吸附剂用量较大，成本较高，实际操作复杂，推广不易。
[0004]申请号为2015104361111的中国专利公开了一种湿式脱硫塔脱硫除尘除雾节水工艺，该工艺主要采用撞击冷却室、凝并室等装置，采用两股含尘烟气撞击的方法，阻力较大，各个设备连接繁琐，成本较高，实际操作复杂，推广不易。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置及方法。该装置主要用于脱除燃煤烟气中的超细颗粒物，在脱硫设备后沿烟气流动方向依次连接烟气蒸汽引射器、蒸汽相变团聚室、湍流团聚室、除雾器，之后连接静电除尘器，该装置可有效脱除PM2.5等超细颗粒物，且该装置具有结构简单，操作方便，运行成本低廉等优点。
[0006]该方法采用湍流团聚协同蒸汽相变团聚的机理，在蒸汽相变团聚过程中，通过增加烟气的湿度破坏颗粒物表面的气膜，为湍流团聚创造条件;湍流团聚采用扰流构件控制烟气的湍流度，增加细颗粒物的碰撞几率，阻力损失小，多组扰流构件组合优化烟气的流场分布，有效增加细颗粒物团聚效率。通过蒸汽相变团聚和湍流团聚技术使细颗粒物粒径达到除尘器可以脱除的范围；该方法不需要对电厂已有设备做较大的变动，适应性强，运行成本低，具有实际推广应用的价值。
[0007]本发明解决所述装置技术问题采用的技术方案是，设计一种脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置，其特征在于该装置沿烟气流动方向按照工艺流程在脱硫设备之后依次设置烟气蒸汽引射器、蒸汽相变团聚室、湍流团聚室和除雾器，除雾器的出口处与静电除尘器连接;所述烟气蒸汽引射器与脱硫设备连接的一端设有烟气入口，在烟气蒸汽引射器的上部设有水蒸汽入口；所述湍流团聚室内设有扰流圆柱和扰流涡片，扰流圆柱布置在湍流团聚室的前部，在扰流圆柱后等间距错列布置若干数量的扰流涡片;所述湍流团聚室一端与蒸汽相变团聚室的出口连接，另一端与除雾器的入口连接。
[0008]本发明解决所述方法技术问题采用的技术方案是，设计一种脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的方法，该方法使用本发明所述的脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置，该方法的工艺步骤如下:
[0009]I)蒸汽相变团聚
[0010]脱硫设备处理后的烟气经过烟气入口进入烟气蒸汽引射器，根据烟气流量引射器从水蒸汽入口自动引射相应的水蒸汽流量，控制蒸汽相变团聚室内过饱和度在1.05?1.2之间；烟气和水蒸汽充分混合后流入到蒸汽相变团聚室中，烟气中的细颗粒物在蒸汽相变团聚室内发生蒸汽相变团聚；
[0011]2)湍流团聚
[0012]经过蒸汽相变团聚室团聚后的烟气，进入湍流团聚室中，烟气经过湍流团聚室内扰流圆柱和扰流涡片后，实现烟气中的细颗粒物的湍流团聚；
[0013]3)除雾
[0014]烟气流经除雾器，为静电除尘器除去多余的水分；
[0015]4)静电除尘器脱除团聚后的细颗粒物
[0016]经过上述蒸汽相变团聚、湍流团聚之后，粒径为2?6μπι的细颗粒由静电除尘器脱除。
[0017]与现有技术相比，本发明所述装置和方法具有以下有益效果:
[0018]I)本发明增设烟气蒸汽引射器，在蒸汽相变团聚室中创造一个使超细颗粒物凝结长大的过饱和蒸汽环境。一般脱硫后烟气的相对湿度在70%?95%之间，根据烟气流量引射水蒸汽流量的比值关系，调节水蒸汽流量，控制烟气中水蒸汽的过饱和度在1.05?1.2之间。在建立的过饱和水汽场中，水蒸汽凝结在细颗粒物表面，发生相变，促使颗粒运动，使细颗粒粒径变大，为湍流碰撞团聚形成较好的条件;烟气蒸汽引射器所引射的蒸汽量与燃煤锅炉负荷的变化相适应，蒸汽用量较少，易于操作。
[0019]2)本发明在增设的湍流团聚室内部布置自行设计的扰流构件，即扰流圆柱和扰流涡片，作为纵向涡流发生器，前端布置的并联扰流圆柱可起到很好的分流作用，与后端布置的扰流涡片可以产生不同尺度的涡街，对不同粒径的颗粒物在不同区域形成选择性卷吸，增加不同颗粒物的碰撞机会，促使烟气中的细颗粒物团聚成大颗粒，来增强细颗粒物团聚的效率。
[0020]3)本发明在湍流团聚室布置的扰流圆柱并联排列，可以很好的起到分流作用；在湍流团聚室布置的“Τ”字扰流涡片，采用相互交错布置，可以产生大小不同的涡街，促使不同的细颗粒物发生碰撞，设计结构简单，易操作。
[0021]本发明采取的颗粒团聚技术因不需要对现有除尘设备做任何改变，且对电厂固有布局改动不大，适应性强，投资、运行成本较低，脱除效率高，具有很好的应用发展前景。
【附图说明】
[0022]图1是本发明脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置一种实施例的设备组成结构示意图；
[0023]图2是本发明脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置一种实施例的湍流团聚室4的模型图；
[0024]图3是本发明脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置一种实施例的湍流团聚室中扰流涡片42的立体结构示意图；
[0025]图4是本发明脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的方法一种实施例的湍流团聚室内含尘烟气的速度矢量图；
[0026]图5是经本发明装置及方法团聚前后的颗粒数密度百分比图。
[0027]图1中:I脱硫设备、2烟气蒸汽引射器(或引射器)、3蒸汽相变团聚室、4湍流团聚室、5除雾器、6静电除尘器，21烟气入口、22水蒸汽入口、41扰流圆柱、42扰流涡片。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例及其附图对本发明作进一步的详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
[0029]本发明脱除燃煤锅炉烟气中超细颗粒物的装置(简称装置，参见图1和图2)位于燃煤锅炉尾部烟道脱硫设备I之后，且位于锅炉静电除尘器6之前，沿烟气流动方向按照工艺流程在脱硫设备I之后依次设置烟气蒸汽引射器2、蒸汽相变团聚室3、湍流团聚室4和除雾器5，除雾器5的出口处与静电除尘器6连接;所述烟气蒸汽引射器2与脱硫设备I连接的一端设有烟气入口 21，在烟气蒸汽引射器2的上部设有水蒸汽入口 22;所述湍流团聚室4内设有扰流圆柱41和扰流涡片42，扰流圆柱41布置在湍流团聚室的前部，在扰流圆柱41后等间距错列布置若干数量的扰流涡片42;所述湍流团聚室4 一端与蒸汽相变团聚室3的出口连接，另一端与除雾器5的入口连接。
[0030]本发明装置的进一步特征在于所述扰流涡片42的形状为“T”字柱形(参见图3)，相邻扰流涡片42的中心行间距17与湍流团聚室的宽度w满足h/w= 1:2。
[0031]本发明装置的进一步特征在于所述扰流圆柱41的数量为偶数，且并联排列，相邻扰流圆柱41的中心间距11、扰流圆柱的直径d与瑞流团聚室的宽度w的比为11: d: w = 2:1:5;第一个扰流涡片前端到扰流圆柱的中心连线的距离I2和湍流团聚室4的总长I满足12/1 = 1:8。
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