CN108905485A - 一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，包括外壳(1)、折流集尘板(2)、正电晕极(3)、负电晕极(4)、扰流棒(5)；多个折流集尘板(2)设置在外壳(1)内，将外壳(1)内的烟气通道分隔呈多个分流通道，相邻分流通道内分别设置正电晕极(3)和负电晕极(4)，将分别通过相邻分流通道内的颗粒荷上不同电荷，各分流通道内分散设置多根扰流棒(5)。与现有技术相比，本发明通过扰流与电凝并协同装置，结合后续高效除尘器，可以实现细颗粒物和重金属的同步深度捕集。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域的有色金属冶炼烟气细颗粒物与重金属排放控制技术，尤其是涉及一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置及方法。
背景技术
我国有色金属产量连续多年居于世界首位，为国民经济做出了重要贡献。但是在有色金属冶炼过程的工业烟气及环境集烟中会含有大量烟尘和重金属，会对人类健康和环境造成极大的危害。我国当前我国大气污染治理的方向已经由电力行业向非电行业转变。环保部针对有色冶炼行业出台了特别限值的排放标准，对有色金属冶炼烟气中的细颗粒物和重金属提出了严格的排放要求。因此，有色金属冶炼过程中的烟气污染物亟待治理。
有色冶炼企业大多依靠除尘装置将烟气中的重金属与粉尘一并进行捕集。然而，有色金属冶炼烟气中的铅/汞等重金属在高温条件下大部分以挥发态形式存在，而在降温过程中又会转化为细颗粒物。现有的烟气除尘装置对细颗粒物和挥发态的重金属处理效率比较低。有发明专利CN102125788A提出了一种利用布袋除尘结合湿式喷射雾化旋流板吸收塔的方法对有色金属行业铅烟及铅尘进行净化。CN102319531A提出了一种分级过滤铅尘净化装置。这些方法均可以有效去除大部分的粉尘，但是对属于细颗粒物和挥发态的重金属同样处理效果不佳，无法满足有色冶炼行业烟气特别排放限值的要求。因此，有必要寻求新的工艺或方法对细颗粒物和挥发态重金属进行同步捕集。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，包括外壳(1)、折流集尘板(2)、正电晕极(3)、负电晕极(4)、扰流棒(5)；多个折流集尘板(2)设置在外壳(1)内，将外壳(1)内的烟气通道分隔呈多个分流通道，相邻分流通道内分别设置正电晕极(3)和负电晕极(4)，将分别通过相邻分流通道内的颗粒荷上不同电荷，各分流通道内分散设置多根扰流棒(5)。
所述的装置还包括振打除灰装置(6)、高压电源(7)和灰斗(8)，所述的振打除灰装置(6)设置在外壳(1)上，并连接折流集尘板(2)，所述的高压电源(7)分别连接正电晕极(3)和负电晕极(4)，所述的灰斗(8)设置在各分流通道下方，所述的振打除灰装置(6)为机械振打装置，通过机械振打将富集在折流集尘板(2)上的粉尘振落道灰斗(8)之中。
所述的折流集尘板(2)呈多段凹凸结构状，包括与烟气流通方向平行的平行段集尘板和与烟气流通方向呈一定夹角的折流段集尘板。
同一折流集尘板(2)上相邻两个平行段集尘板的高度不同，且通过折流段集尘板连接，相邻折流集尘板(2)上平行段集尘板相对设置，相邻折流集尘板间最窄距离为50-200mm，最宽距离为100-400mm，折流段集尘板长度为100-150mm，平行段集尘板长度300-600mm。
所述的折流集尘板(2)上设有多个烟气导流孔(9)，该烟气导流孔(9)直径为40-100mm，相邻烟气导流孔(9)中心之间距离为40-100mm。
所述的外壳(1)的高度与宽度比为1:1-1.5:1。
所述的正电晕极(3)和负电晕极(4)交错设置在烟气通道内，其中正电晕极(3)位于前排，连接高压电源(7)的正极，负电晕极(4)位于后排，连接高压电源(7)的负极，折流集尘板(2)接地。
所述的正电晕极(3)和负电晕极(4)的型式为星形线、芒刺线、锯齿线、麻花线形状中的一种。
所述的扰流棒(5)为聚四氟乙烯棒或聚四氟乙烯管或外涂绝缘层的金属管，通过同性电荷排斥及“反电晕”效应，减少粉尘的沉积，增强凝并作用；
扰流棒(5)短轴为20-100mm，长轴为短轴的1.0-1.5倍；高度1-5米，扰流棒(5)设置在正电晕极(3)和负电晕极(4)前端100-500mm。
所述的高压电源(7)为直流电源，电压范围在20-100kV之间；正电极与正高压电源的高压极相连，负极与负电源的高压极相连，折流集尘板(2)及外壳(1)作为上述两电源的接地极。
所述的装置设置在布袋除尘器、静电除尘器或电袋复合除尘器之前的烟道段，进入装置的烟气已经进行过降温处理，其烟气温度为90-250度之间的温度段。
一种采用上述装置绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，烟气经过折流集尘板(2)所组成的分流通道进入装置，在经过正电晕区(3)时，部分颗粒物被荷正电荷；经过扰流棒(5)和负电晕区(4)的烟气细颗粒物被荷负电；
第二步，部分烟气在各自的分流通道内继续前进，经过扰流棒(5)和正电晕区(3)或负电晕区(4)后继续分别被荷正电荷或负电荷；
第三步，剩余烟气在通过折流集尘板(2)上的烟气导流孔(9)进入相邻的分流通道，并经过扰流棒(5)和与前一级电极相反的电极后被荷异种电荷；
第四步，烟气经由扰流棒(5)与折流集成板(2)的缝隙向下游流动，在扰流作用下增大了气流的混合程度和细颗粒物之间的碰撞团聚机会，细颗粒由此团聚成较大颗粒；
第五步，当烟气经过不同的电晕区后，细颗粒物被荷不同电荷，细颗粒物在电荷异性相吸的作用下碰撞团聚，也会团聚成较大颗粒；
第六步，经过上述多组扰流和电凝并部件后，细颗粒物经过反复扰流和电荷双重作用团聚，形成更大颗粒物，然后借助后续布袋或静电除尘装置将大颗粒物进行高效去除；
第七步，富集在折流集尘板(2)上的粉尘，经过振打除灰装置(6)振落道灰斗之中。
与现有技术相比，本发明具有以下一些优点：
1、本发明借助交错设置的正电极和负电极，对烟气中的细颗粒物分别荷正电或负电，使其在电荷异性相吸的作用下团聚；
2、本发明利用扰流棒和折流板上的导流口的扰流和导流作用，强化烟气混合程度，并增大细颗粒物之间的碰撞团聚机会；
3、本发明利用电凝并作用强化细颗粒物对重金属的吸附捕集作用；
4、本发明还适用于垃圾焚烧炉、金属冶炼、水泥生产等行业的烟气细颗粒物、重金属和可凝结性物质的协同排放控制。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置的另一结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明利用实验室的中试烟气净化装置进行实验研究。有旋转炉窑焙烧铅精矿提供铅冶炼烟气，其烟气量为300m3/h。烟气经旋风除尘器预除尘和降温处理后，烟气中含尘浓度为8000mg/m3，重金属汞浓度为2mg/m3，温度为180℃。烟气经过一个方形烟道(0.10m0.10m)后，通过后续的布袋除尘器进一步除尘，烟气中的含尘浓度降低至50mg/m3左右，重金属汞浓度为0.50mg/m3。
实施例1
在布袋除尘器前的烟道中水平段加装了小型绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置。
如图1～2所示，绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，包括外壳1、折流集尘板2、正电晕极3、负电晕极4、扰流棒5、振打除灰装置6、高压电源7和灰斗8、烟气导流孔9；多个折流集尘板2设置在外壳1内，将外壳1内的烟气通道分隔呈多个分流通道，相邻分流通道内分别设置正电晕极3和负电晕极4，将分别通过相邻分流通道内的颗粒荷上不同电荷，各分流通道内分散设置多根扰流棒5。所述的振打除灰装置6设置在外壳1上，并连接折流集尘板2，所述的高压电源7分别连接正电晕极3和负电晕极4，所述的灰斗8设置在各分流通道下方，所述的振打除灰装置6为机械振打装置，通过机械振打将富集在折流集尘板2上的粉尘振落道灰斗8之中。
所述的折流集尘板2呈多段凹凸结构状，包括与烟气流通方向平行的平行段集尘板和与烟气流通方向呈一定夹角的折流段集尘板。同一折流集尘板2上相邻两个平行段集尘板的高度不同，且通过折流段集尘板连接，相邻折流集尘板2上平行段集尘板相对设置，相邻折流集尘板间最窄距离为100mm，最宽距离为200mm，折流段集尘板长度为100mm，平行段集尘板长度300mm。一共设置4排电极，分别是正电晕极3(2根)、负电晕极4(1根)、正电晕极3(2根)和负电晕极4(1根)，位于相邻折流集尘板间最宽处。
所述的折流集尘板2上设有多个烟气导流孔9，该烟气导流孔9直径为40mm，相邻烟气导流孔9中心之间距离为40mm。
所述的外壳1的高度为500mm，宽度为500mm，长度为1460mm。
所述的正电晕极3和负电晕极4交错设置在烟气通道内，其中正电晕极3位于前排，连接高压电源7的正极，负电晕极4位于后排，连接高压电源7的负极，折流集尘板2接地。
所述的正电晕极3和负电晕极4的型式为星形线，场500mm，后三排每根电极前100mm处设置一根对应的扰流棒5。
所述的扰流棒5为聚四氟乙烯棒或聚四氟乙烯管或外涂绝缘层的金属管，通过同性电荷排斥及“反电晕”效应，减少粉尘的沉积，增强凝并作用；
扰流棒5短轴为20mm，长轴为短轴的1.5倍；高度1米，扰流棒5设置在正电晕极3和负电晕极4前端100mm。
所述的高压电源7为直流电源，电压范围在20-100kV之间；正电极与正高压电源的高压极相连，负极与负电源的高压极相连，折流集尘板2及外壳1作为上述两电源的接地极。
所述的装置设置在布袋除尘器、静电除尘器或电袋复合除尘器之前的烟道段，进入装置的烟气已经进行过降温处理，其烟气温度为90-250度之间的温度段。
采用上述装置净化烟气的步骤如下：
第一步，烟气经过折流集尘板2所组成的分流通道进入装置，在经过正电晕区3时，部分颗粒物被荷正电荷；经过扰流棒5和负电晕区4的烟气细颗粒物被荷负电；
第二步，部分烟气在各自的分流通道内继续前进，经过扰流棒5和正电晕区3或负电晕区4后继续分别被荷正电荷或负电荷；
第三步，剩余烟气在通过折流集尘板2上的烟气导流孔9进入相邻的分流通道，并经过扰流棒5和与前一级电极相反的电极后被荷异种电荷；
第四步，烟气经由扰流棒5与折流集成板2的缝隙向下游流动，在扰流作用下增大了气流的混合程度和细颗粒物之间的碰撞团聚机会，细颗粒由此团聚成较大颗粒；
第五步，当烟气经过不同的电晕区后，细颗粒物被荷不同电荷，细颗粒物在电荷异性相吸的作用下碰撞团聚，也会团聚成较大颗粒；
第六步，经过上述多组扰流和电凝并部件后，细颗粒物经过反复扰流和电荷双重作用团聚，形成更大颗粒物，然后借助后续布袋或静电除尘装置将大颗粒物进行高效去除；
第七步，富集在折流集尘板2上的粉尘，经过振打除灰装置6振落道灰斗之中。
经检测，当加装绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置后，布袋除尘器出口烟气中的含尘浓度降低至30mg/m3左右，重金属汞浓度约为0.40mg/m3。
实施例2
在布袋除尘器前的烟道中水平段加装了小型绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置。该装置主要尺寸如下：高度为500mm，宽度为500mm，长度为1460mm，折流集尘板最窄宽度为100mm，最宽宽度为200mm，折流段集尘板长度100mm，平行段集尘板长度为300mm，导流孔直径为50mm。一共设置4排电极，分别是正电极(2根)、负电极(1根)、正电极(2根)和负电极(1根)，电极为星形，场500mm，后三排每根电极前100mm处设置一根对应的扰流棒，扰流棒短轴为20mm，长轴为短轴的30mm，长度为500mm。绕流棒和电极中心距离折流集成板壁面的距离为100mm。将第1、3排电极接高压电源正极；将第2、4排电极接高压电源负极；将绕流棒的金属内芯均和折流集成板与地线相连。将正极电源电压调节为20kV，将负极电源电压调节为20kV。经检测，在荷电凝并和扰流、导流双重作用后，布袋除尘器出口的颗粒物浓度下降至15mg/m3，重金属汞浓度约为0.20mg/m3。
实施例3
在布袋除尘器前的烟道中水平段加装了小型绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置。该装置主要尺寸如下：高度为500mm，宽度为500mm，长度为1460mm，折流集尘板最窄宽度为100mm，最宽宽度为200mm，折流段集尘板长度100mm，平行段集尘板长度为300mm，导流孔直径为50mm。一共设置4排电极，分别是正电极(2根)、负电极(1根)、正电极(2根)和负电极(1根)，电极为星形，场500mm，后三排每根电极前100mm处设置一根对应的扰流棒，扰流棒短轴为20mm，长轴为短轴的30mm，长度为500mm。绕流棒和电极中心距离折流集成板壁面的距离为100mm。将第1、3排电极接高压电源正极；将第2、4排电极接高压电源负极；将绕流棒的金属内芯均和折流集成板与地线相连。将正极电源电压调节为40kV，将负极电源电压调节为40kV。经检测，在荷电凝并和扰流、导流双重作用后，布袋除尘器出口的颗粒物浓度下降至8mg/m3，重金属汞浓度约为0.05mg/m3。
Claims (12)
1.一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，包括外壳(1)、折流集尘板(2)、正电晕极(3)、负电晕极(4)、扰流棒(5)；多个折流集尘板(2)设置在外壳(1)内，将外壳(1)内的烟气通道分隔呈多个分流通道，相邻分流通道内分别设置正电晕极(3)和负电晕极(4)，将分别通过相邻分流通道内的颗粒荷上不同电荷，各分流通道内分散设置多根扰流棒(5)。
2.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的装置还包括振打除灰装置(6)、高压电源(7)和灰斗(8)，所述的振打除灰装置(6)设置在外壳(1)上，并连接折流集尘板(2)，所述的高压电源(7)分别连接正电晕极(3)和负电晕极(4)，所述的灰斗(8)设置在各分流通道下方，所述的振打除灰装置(6)为机械振打装置，通过机械振打将富集在折流集尘板(2)上的粉尘振落道灰斗(8)之中。
3.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的折流集尘板(2)呈多段凹凸结构状，包括与烟气流通方向平行的平行段集尘板和与烟气流通方向呈一定夹角的折流段集尘板。
4.根据权利要求3所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，同一折流集尘板(2)上相邻两个平行段集尘板的高度不同，且通过折流段集尘板连接，相邻折流集尘板(2)上平行段集尘板相对设置，相邻折流集尘板间最窄距离为50-200mm，最宽距离为100-400mm，折流段集尘板长度为100-150mm，平行段集尘板长度300-600mm。
5.根据权利要求3所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的折流集尘板(2)上设有多个烟气导流孔(9)，该烟气导流孔(9)直径为40-100mm，相邻烟气导流孔(9)中心之间距离为40-100mm。
6.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的外壳(1)的高度与宽度比为1:1-1.5:1。
7.根据权利要求2所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的正电晕极(3)和负电晕极(4)交错设置在烟气通道内，其中正电晕极(3)位于前排，连接高压电源(7)的正极，负电晕极(4)位于后排，连接高压电源(7)的负极，折流集尘板(2)接地。
8.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的正电晕极(3)和负电晕极(4)的型式为星形线、芒刺线、锯齿线、麻花线形状中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的扰流棒(5)为聚四氟乙烯棒或聚四氟乙烯管或外涂绝缘层的金属管，通过同性电荷排斥及“反电晕”效应，减少粉尘的沉积，增强凝并作用；
扰流棒(5)短轴为20-100mm，长轴为短轴的1.0-1.5倍；高度1-5米，扰流棒(5)设置在正电晕极(3)和负电晕极(4)前端100-500mm。
10.根据权利要求2所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的高压电源(7)为直流电源，电压范围在20-100kV之间；正电极与正高压电源的高压极相连，负极与负电源的高压极相连，折流集尘板(2)及外壳(1)作为上述两电源的接地极。
11.根据权利要求1所述的一种绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集装置，其特征在于，所述的装置设置在布袋除尘器、静电除尘器或电袋复合除尘器之前的烟道段，进入装置的烟气已经进行过降温处理，其烟气温度为90-250度之间的温度段。
12.一种采用权利要求1-11任一所述的装置绕流与电凝并协同细颗粒物与重金属捕集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，烟气经过折流集尘板(2)所组成的分流通道进入装置，在经过正电晕区(3)时，部分颗粒物被荷正电荷；经过扰流棒(5)和负电晕区(4)的烟气细颗粒物被荷负电；
第二步，部分烟气在各自的分流通道内继续前进，经过扰流棒(5)和正电晕区(3)或负电晕区(4)后继续分别被荷正电荷或负电荷；
第三步，剩余烟气在通过折流集尘板(2)上的烟气导流孔(9)进入相邻的分流通道，并经过扰流棒(5)和与前一级电极相反的电极后被荷异种电荷；
第四步，烟气经由扰流棒(5)与折流集成板(2)的缝隙向下游流动，在扰流作用下增大了气流的混合程度和细颗粒物之间的碰撞团聚机会，细颗粒由此团聚成较大颗粒；
第五步，当烟气经过不同的电晕区后，细颗粒物被荷不同电荷，细颗粒物在电荷异性相吸的作用下碰撞团聚，也会团聚成较大颗粒；
第六步，经过上述多组扰流和电凝并部件后，细颗粒物经过反复扰流和电荷双重作用团聚，形成更大颗粒物，然后借助后续布袋或静电除尘装置将大颗粒物进行高效去除；
第七步，富集在折流集尘板(2)上的粉尘，经过振打除灰装置(6)振落道灰斗之中。
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