本发明属于能源环境工程污染减排技术领域，涉及一种静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置及方法。
背景技术：
目前，我国燃煤电厂虽已配置了高效除尘装备，但我国燃煤机组炉型和容量多变，煤质复杂，除尘技术装备设计针对性不强，细颗粒物排放特性差异大，成为制约冬季重灰霾天气颗粒物深度减排的关键，亟需满足环境空气质量管理要求的高效稳定可靠的颗粒物超低排放技术与装备。
燃煤电厂湿法脱硫后的烟气中含有大量酸雾、石膏粒子以及少量其他的重金属微粒，为避免对后续设备造成腐蚀，对周围环境造成污染，火电厂在湿法脱硫吸收塔中都安装有脱硫除雾器。折流板式除雾器是一种常用的惯性颗粒物脱除装置，利用含尘气流通路的转折使得颗粒物从主气流中脱除，达到除尘除雾目的，但对于细微颗粒，尤其是亚微米级颗粒的脱除效果较差，同时烟气流速较低时，折流板式除雾器的除雾除尘效果会有明显降低，故机组低负荷运行时，除雾效果难以保证。
湿式静电除尘器可实现烟尘排放浓度<10mg/nm3，特别情况可实现<5mg/nm3，对液滴具有一定脱除能力，但是系统相对较复杂，投资成本和能耗较高。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的不足，强化气溶胶和微细颗粒物的脱除，本发明提供了一种适应机组负荷频繁波动、低阻力、低成本、低能耗的静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置包括顺次设置的预除尘除雾装置、气流均布协同除雾板、预荷电系统、强化除雾收尘板和喷淋系统，所述静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置采用立式布置于脱硫吸收塔内。
作为优选，所述预除尘除雾装置设置有一级或多级，位于脱硫吸收塔内的喷淋层上方；所述预除尘除雾装置为折流板式除雾器、屋脊式除雾器或管式除雾器中的一种或多种；预除尘除雾装置的叶片采用流线型或折线型。所述叶片材质可采用不锈钢(316l、2205等)或高分子材料(frp、pp)；预除尘除雾装置主要是促进烟气均布和拦截超过5微米的大雾滴，预除尘除雾装置具有对雾滴和粉尘的预处理作用，85～95％体积比例的浆液雾滴将被有效分离。
作为优选，所述气流均布协同除雾板位于预除尘除雾装置上方1～2米处；所述气流均布协同除雾板由多孔板和多孔板支撑梁构成，所述多孔板由多组多孔板组件水平拼接而成，各多孔板组件之间通过强化强度的加强筋进行连接，所述多孔板开孔率为30～35％，厚度为1～5mm，孔径为15～50mm；所述多孔板支撑梁由矩形管呈井字形同一平面布置而成，矩形管管壁厚6～15mm，其表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理，多孔板支撑梁连接处和两端开有释放应力的气孔，气孔孔径为15～25mm。
所述多孔板材质可选用2205或2507，矩形管材质可选用碳钢，气流均布协同除雾板主要是促进气流均匀分布，使进入预荷电系统的流场、液滴的粒径场以及颗粒物浓度场分布均匀，促进细颗粒物和细小雾滴的凝结长大，同时借助碰撞除去一部分液滴和细颗粒物。
作为优选，所述气流均布协同除雾板包括多孔板，所述多孔板由多组多孔板组件成120°～135°拼接而成，所述多孔板组件为长方形结构，所述多孔板开孔率为30～35％，厚度为1～5mm，孔径为15～50mm；所述预除尘除雾装置和气流均布协同除雾板共用一套支撑架；所述支撑架由两根矩形管平行布置于同一平面而成，矩形管管壁厚6～15mm，其表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理。
作为优选，所述预荷电系统位于气流均布协同除雾板上方0.2～0.8米，其由电极固定组件、电晕电极、电极支撑梁、电气系统以及保温箱热风吹扫系统组成，预荷电系统利用所述电晕电极放电使雾滴和细颗粒物荷电，荷电促进细小雾滴和细微颗粒物凝并长大，便于后续的脱除；
所述电极固定组件由环形圆管、多根线性圆管以及固定底板焊接而成或由多根线性电极支撑梁拼接而成，并水平布置在脱硫吸收塔内同一平面，所述圆管和固定底板材质可选用不锈钢材质(316l或2205等)；所述电极固定组件组成电晕电极固定的框架，用于形成放电通路同时防止气流冲击引起的电晕电极晃动；
所述电晕电极水平固定在底板上，所述电晕电极由多根圆管型单面针形线组成，针形线针尖逆着烟气流向布置；所述圆管型单面针形线间距250～300mm，所述电晕电极材料可选用不锈钢材质(316l或2205等)；
所述电极支撑梁布置在电极固定组件上方或下方，所述电极支撑梁采用矩形管，材质可选用碳钢，表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理，电极支撑梁两端开有释放应力和腐蚀泄露观察的气孔；
所述电气系统包括电源和绝缘子，电气系统放电极电源采用高频叠加脉冲高效电源；
所述保温箱热风吹扫系统包括保温筒、电加热器和热风管，防止绝缘子结露，造成电极短路或爬电。
作为优选，所述预荷电系统由电极固定组件、电晕电极、电气系统以及保温箱热风吹扫系统组成，所述电极固定组件由多根线性圆管拼接而成，水平布置在脱硫吸收塔同一平面，线性圆管管壁厚5～15mm，表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理；电晕电极由圆管型单面针形线相互之间成120°～135°顺次拼接而成，与多孔板平行布置，同一平面的相邻的电晕电极之间的间距为200～400mm；所述圆管型单面针形线针尖逆着烟气流向布置。
作为优选，所述一体化装置还包括多场均布协同除雾收尘板，所述多场均布协同除雾收尘板位于电晕电极上方0.2～0.8米处；所述多场均布协同除雾收尘板与所述气流均布协同除雾板参数布置形式相同；
所述强化除雾收尘板设置有一级或多级，位于多场均布协同除雾收尘板上方0.1～1.5米；所述强化除雾收尘板为折流板式或屋脊式除雾器，强化除雾收尘板的叶片采用折线型，叶片平行布置，叶片间距为20～100mm；叶片高度为150～400mm，倾角为45°～60°。
多场均布协同除雾收尘板主要是促进气流均匀分布和荷电液滴/颗粒物电场分布均匀，促进细颗粒物和细小雾滴的凝结长大，同时借助碰撞出去一部分液滴和细颗粒物。强化除雾收尘板叶片材质可采用不锈钢(316l、2205等)；烟气中的细颗粒物和雾滴经过预荷电系统后，进行荷电，强化雾滴的凝结长大，凝结长大后的雾滴进一步吸附细颗粒物，同时荷电后的细物颗粒物会进一步团聚长大为粒径较大的颗粒物；带负电的液滴和颗粒物在电场力作用下迁移至所述强化除雾收尘板，荷电液滴和颗粒物被收尘板捕集。
作为优选，所述喷淋系统由喷淋主管、喷淋支管以及喷嘴构成，所述喷淋主管沿所述脱硫吸收塔外侧壁面布置，延伸至所述预除尘除雾装置、多场均布协同除雾收尘板和气流均布协同除雾板、强化除雾收尘板附近；所述喷淋支管由多根支管组成并分别与所述喷淋主管相连；所述喷淋支管分布在预除尘除雾装置和强化除雾收尘板上方和下方、多场均布协同除雾收尘板和气流均布协同除雾板上方；所述喷嘴与所述喷淋支管相连，均布在所述装置表面；所述喷淋系统采用间歇、分层次运行冲洗方式，所述预除尘除雾装置上、下表面的喷淋系统采用20l/min、6次/d；所述气流均布协同除雾板和多场均布协同除雾收尘板上表面喷淋冲洗采用10l/min、3次/d；所述强化除雾收尘板上方和下方采用10l/min、2次/d。
一种静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化方法，包括下述步骤：
(1)经过脱硫吸收塔内喷淋层脱硫收尘处理后的湿烟气，进入预除尘除雾装置，对雾滴和粉尘进行预处理作用，控制雾滴浓度低于75mg/nm3；
(2)烟气继续上行通过气流均布协同除雾板，使流场、雾滴和颗粒物分布均匀，并捕集较大的液滴和颗粒物；
(3)流场、雾滴和颗粒物分布均匀的烟气进入预荷电系统，高频叠加脉冲高效电源施加稳定高压，使电极电晕放电，进而烟气中的雾滴和细微颗粒物荷电；
(4)荷电的雾滴和颗粒物在电场力和外场力的作用下，继续上行过程中荷电颗粒物和雾滴由于电荷间的作用凝并团聚长大，迁移至强化除雾收尘板，在烟气的惯性撞击作用下，被附着在收尘板表面形成液膜，再随气流向前运动至收尘板转弯处，由于转向离心力及其与收尘板的摩擦作用，吸附作用和液体的表面张力使得液滴变大，从收尘板表面上被分离下来，未被除去的雾滴在后续转弯处通过相同的作用被继续分离。
作为优选，荷电的雾滴和颗粒物在迁移至强化除雾收尘板前，先经过多场均布协同除雾收尘板处理。
一种静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化方法的工作原理如下：
经过脱硫吸收塔内喷淋层脱硫收尘处理后的湿烟气，进入所述预除尘除雾装置，所述预除尘除雾装置具有对雾滴和粉尘的预处理作用，可以去除粒径较大的雾滴和颗粒物，控制雾滴浓度低于75mg/nm3；烟气继续上行通过所述气流均布协同除雾板，促进气流均匀分布，使进入预荷电系统的流场、液滴的粒径场以及颗粒物浓度场分布均匀，在随气流穿过所述多孔板的孔时，由于孔的摩擦作用，吸附作用和液体的表面张力使得液滴变大，促进细颗粒物和细小雾滴的凝结长大，进而较大的液滴和颗粒物被捕集下来；流场、雾滴和颗粒物分布均匀的烟气进入所述预荷电系统，所述高频叠加脉冲高效电源施加稳定高压，使所述电极电晕放电，进而烟气中的雾滴和细微颗粒物荷电，荷电雾滴和颗粒物凝并长大，在电场力的作用下上行至所述多场均布协同除雾收尘板，促进气流均匀分布和荷电液滴/颗粒物电场分布均匀，由于孔的摩擦、吸附作用和液体的表面张力使得液滴变大，促进细颗粒物和细小雾滴的凝结长大，进而较大的液滴和颗粒物被捕集下来；荷电的雾滴和颗粒物在电场力和外场力的作用下，继续上行过程中荷电颗粒物和雾滴由于电荷间的作用凝并团聚长大，迁移至所述强化除雾收尘板，在烟气的惯性撞击作用下，被附着在折流板表面形成液膜，在随气流向前运动至收尘板转弯处，由于转向离心力及其与收尘板的摩擦作用，吸附作用和液体的表面张力使得液滴变大，从收尘板表面上被分离下来，未被除去的雾滴在后续转弯处通过相同的作用被彻底分离。
本发明的有益效果在于：
(1)在静电场作用下细颗粒物和细小雾滴的荷电、凝并长大及迁移，进而实现细颗粒物和雾滴高效脱除，负荷适应性强，实现宽粒径范围除雾收尘效果；
(2)烟气由下至上流动，集成紧凑布置于脱硫吸收塔内，节约场地；
(3)采用高频叠加脉冲高效电源作为电晕电极电源，可以明显提升电晕放电效果，显著提高对细微颗粒物的捕集效率；具有电源效率较高、电源自身能耗较低、放电强度高等优点；
(4)结构简便，流线型布置与圆形塔内，导流构件少，节省烟道和外框架，使得系统阻力大幅度降低，与常规采用湿式静电除尘器相比，阻力减少100～200pa；
(5)阻力的降低使得引风机电耗降低，进而使得能耗降低10％以上；
(6)与常规采用湿式静电除尘器相比，减少了反应装置外框架、装置地基、支撑架以及对应水处理系统的投入，减少投资40％以上；
(7)在脱硫吸收塔入口颗粒物浓度低于30mg/nm3时，可全工况稳定实现颗粒物排放浓度在低于5mg/nm3，最低可至3mg/nm3以下；雾滴含量低于20mg/nm3，对于布置空间有限的老旧机组的环保提效改造有较大的优势。
附图说明
图1为本发明实施例1的静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构剖视图；
图2为实施例1多孔板的结构示意图；
图3为实施例1多孔板支撑梁的结构示意图；
图4为实施例1电极固定组件的结构示意图；
图5为实施例1电晕电极的结构示意图；
图6为实施例1电晕电极的布置示意图；
图7为实施例1电晕电极固定结构示意图；
图8为实施例1电晕电极支撑梁与圆管间连接示意图；
图9为实施例2静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构剖视图；
图10为实施例3静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构剖视图；
图11为实施例4静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构图；
图12为实施例4预除尘除雾装置和强化除雾收尘板叶片结构示意图；
图13为实施例4多场均布协同除雾收尘板和气流均布协同除雾板结构示意图；
图14为实施例4电晕电极和电极固定组件示意图；
图15实施例5静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构图；
图16实施例6静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
实施例1
参照图1～8，一种静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置，采用立式布置于脱硫吸收塔内，位于脱硫吸收塔喷淋层上方，所述一体化装置包括顺次设置的预除尘除雾装置2、气流均布协同除雾板3、预荷电系统11、多场均布协同除雾收尘板22、强化除雾收尘板23和喷淋系统25；
经脱硫吸收塔内1喷淋层处理后的烟气经过预除尘除雾装置2、所述预除尘除雾装置2为屋脊式除雾器，所述屋脊式除雾器的叶片材质采用pp材质；经过预除尘除雾装置2后，一方面促进烟气均布，同时可以去除粒径较大的雾滴和颗粒物，控制雾滴浓度低于75mg/nm3；
经过预除尘除雾装置2处理后的烟气继续上行1.5米进入气流多场均布协同除雾板3；气流均布协同除雾板3由多孔板4和多孔板支撑梁5构成；多孔板4由多组多孔板组件6水平拼接而成，各组件之间有强化强度的加强筋7进行连接；多孔板4开孔率32％，厚度为2mm，孔径为
预荷电系统11位于气流均布协同除雾板3上方0.6米；由电极固定组件12、电晕电极13、电极支撑梁14、电气系统15以及保温箱热风吹扫系统16组成；预荷电系统11利用所述电晕电极13放电使雾滴和细微颗粒物荷电，荷电促进细小雾滴和细微颗粒物凝并长大，便于后续的脱除。
电极固定组件12由环形圆管17、多根线性圆管18以及固定底板19焊接而成，水平布置在脱硫吸收塔1内同一平面；电极固定组件12采用管卡20固定吊挂在所述支撑梁14下方；环形圆管17、多根线性圆管18和固定底板19材质为316l；所述电极固定组件12组成电晕电极固定的框架，用于形成放电通路同时防止气流冲击引起的电晕电极晃动。电晕电极13水平固定在固定底板19上；电晕电极13由多根圆管型单面针形线21组成，针尖逆着烟气流向布置，单面针形线21间距280mm，电晕电极材料为316l。
电极支撑梁14布置在电极固定组件12上方，采用管卡20与电极固定组件12中的圆管17、18连接；电极支撑梁14采用矩形管，管壁厚10mm，材质为碳钢，表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理。
电气系统15放电极电源采用高频叠加脉冲高效电源，所述保温箱热风吹扫系统16，主要是防止绝缘子结露，造成电极短路或爬电。
多场均布协同除雾收尘板22与气流均布协同除雾板3构成相同，位于电极固定组件12上方0.3米处。
强化除雾收尘板23设置有一级，位于多场均布协同除雾收尘板22上方0.3米；强化除雾收尘板23叶片24采用折线型；叶片24为钩式折流板，叶片间距30mm，叶片高度为300mm，倾角45°，叶片材质316l；烟气中的细颗粒物和雾滴经过预荷电系统11后，进行荷电，强化雾滴的凝结长大，凝结长大后的雾滴进一步吸附细颗粒物，同时荷电后的细物颗粒物会进一步团聚长大为粒径较大的颗粒物；带负电的液滴和颗粒物由于电场力作用达到所述强化除雾收尘板23，荷电液滴和颗粒物被折流板所捕集。
喷淋系统25分别布置在预除尘除雾装置2上下表面、强化除雾收尘板上下表面；喷淋系统25采用间歇、分层次运行冲洗方式；所述预除尘除雾装置上、下表面的喷淋系统采用20l/min、6次/d；所述气流均布协同除雾板和多场均布协同除雾收尘板上表面喷淋冲洗采用10l/min、3次/d；所述强化除雾收尘板上方和下方采用10l/min、2次/d；喷淋系统的主管的末端采用喷嘴，未采用对应的盲板封堵。
本实施例静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置，采用一体化布置于脱硫吸收塔内，无需另外设置烟道导引烟气进入该装置，无复杂的导流构件，与常规采用湿式静电除尘器相比阻力减少120pa，阻力的降低使得引风机电耗降低；采用高频叠加脉冲电源效率高，电源自身能耗较少，放电强度高，综合能耗降低12％；与常规采用湿式静电除尘器相比，减少了反应装置外框架、装置地基、支撑架以及对应水处理系统的投入，减少投资40％以上；在高效稳定电源，多途经多级强化颗粒物/液滴荷电、团聚、长大、定向迁移的作用下，当脱硫吸收塔入口烟尘浓度≤20mg/nm3时，可以使得烟气中的烟尘含量≤3mg/nm3，雾滴含量低于20mg/nm3。
实施例2
参照图9，为进一步降低烟尘含量，在实施例1基础上，采用两级强化除雾收尘板，间距为0.5米，使得烟气中的烟尘含量≤5mg/nm3，雾滴含量低于20mg/nm3，与常规采用湿式静电除尘器的系统相比阻力减少80pa，能耗降低10％以上。
实施例3
参照图10，在实施例1的基础上，不设置多场均布协同除雾收尘板，使得系统的阻力进一步减少，能耗进一步降低，能耗降低13％，可以稳定实现烟气中的烟尘含量≤5mg/nm3，雾滴含量低于20mg/nm3。
实施例4
参照图11～14，本实施例的静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置，采用立式布置于脱硫吸收塔内，位于脱硫吸收塔喷淋层上方。
经脱硫吸收塔内喷淋层处理后的烟气经过预除尘除雾装置2、所述预除尘除雾装置2为高效折流板式除雾器，所述高效折流板式除雾器2的叶片24材质采用pp材质；经过预除尘除雾装置2后，一方面促进烟气均布，同时可以去除粒径较大的雾滴和颗粒物，控制雾滴浓度低于75mg/nm3；
经过预除尘除雾装置2处理后的烟气进入气流均布协同除雾板3；所述气流均布协同除雾板包括多孔板4，所述多孔板由多组多孔板组件6成120°顺次拼接而成，所述多孔板组件为长方形结构，所述多孔板开孔率为32％，厚度为3mm，孔径为40mm；所述预除尘除雾装置2和气流均布协同除雾板3共用一套支撑架26；所述支撑架26由两根矩形管平行布置于同一平面而成，矩形管管壁厚12mm，其表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理。气流均布协同除雾板2促使预荷电系统11的流场、液滴的粒径场以及颗粒物浓度场分布均匀，促进细颗粒物和细小雾滴的凝结长大，同时借助碰撞除去一部分液滴和细颗粒物。
预荷电系统11下底面位于气流均布协同除雾板2上表面上方0.3米；由电极固定组件12、电晕电极13、电气系统15和保温箱热风吹扫系统16组成；所述电极固定组件12由多根线性圆管拼接而成，水平布置在脱硫吸收塔同一平面，线性圆管管壁厚8mm，材质为碳钢，表面采用玻璃鳞片进行防腐蚀处理；所述电极固定组件12组成电晕电极固定的框架，用于形成放电通路同时防止气流冲击引起的电晕电极晃动。
电晕电极13由圆管型单面针形线相互之间成120°～135°顺次拼接而成，与多孔板平行布置，同一平面的相邻的电晕电极之间的间距为300mm；所述圆管型单面针形线针尖逆着烟气流向布置，电晕电极材料为316l。
预荷电系统11利用电晕电极13放电使雾滴和细微颗粒物荷电，荷电促进细小雾滴和细微颗粒物凝并长大，便于后续的脱除。
电气系统15放电极电源采用高频叠加脉冲高效电源，所述保温箱热风吹扫系统16，主要是防止绝缘子结露，造成电极短路或爬电。
多场均布协同除雾收尘板22与气流均布协同除雾板2构成相同，平行位于电晕电极上方200mm处。
强化除雾收尘板23设置有一级，平行位于多场均布协同除雾板22上方1.0米；强化除雾收尘板23叶片24采用折线型，叶片平行布置，间距100mm，倾角45°，叶片材质316l；烟气中的细颗粒物和雾滴经过预荷电系统11后，进行荷电，强化雾滴的凝结长大，凝结长大后的雾滴进一步吸附细颗粒物，同时荷电后的细物颗粒物会进一步团聚长大为粒径较大的颗粒物；带负电的液滴和颗粒物由于电场力作用达到强化除雾收尘板23，荷电液滴和颗粒物被折流板所捕集。
喷淋系统25分别布置在预除尘除雾装置2和多场均布协同除雾收尘板22上表面，强化除雾收尘板23上、下表面；喷淋系统25采用间歇、分层次运行冲洗方式；预除尘除雾装置2中的折流板式除雾器上、下表面的喷淋系统分别采用20l/min、6次/d；多场均布协同除雾收尘板22上表面，强化除雾收尘板23上、下表面采用10l/min，2次/d；喷淋系统的主管的末端采用喷嘴，未采用对应的盲板封堵。
采用本实施例的静电与惯性耦合高效除尘除雾一体化装置，当脱硫吸收塔入口烟尘浓度≤15mg/nm3时，可以使得烟气中的烟尘含量≤4mg/nm3，雾滴含量低于15mg/nm3，与常规采用湿式静电除尘器的系统相比阻力减少200pa，能耗降低15％。
实施例5
参照图15，在实施例4的基础上，将不设置多场均布协同除雾收尘板22，同时将强化除雾收尘板23整体下移200mm，多孔板组件6相互之间成135°顺次拼接而成，电晕电极13相互之间成135°顺次拼接而成，强化除雾收尘板23叶片24采用折线型，叶片平行布置，间距100mm，倾角45°，使得系统的阻力进一步减少，能耗降低16％，同时可以减少布置高度，可以稳定实现烟气中的烟尘含量≤4mg/nm3，雾滴含量低于20mg/nm3。
实施例6
参照图16，是在实施例5的基础上，增加一级强化除雾收尘板23，变为两级强化除雾收尘板，两级强化除雾收尘板间距为1.5米，可以稳定实现烟气中的烟尘含量≤3mg/nm3，雾滴含量低于20mg/nm3。
在其他的实施例中，预除尘除雾装置可以为屋脊式除雾器，材质可以为不锈钢金属材质，在引风机裕量可控的范围内，可以为多级布置，进而减少后续静电-惯性处理过程中的压力，进一步保证系统高效的除雾收尘效果。