CN112122004B - 一种双区耦合电极型湿式电除雾单元及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双区耦合电极型湿式电除雾单元及装置，其中，除雾单元包括除雾管(1)、阴极线(3)、金属内筒(2)、石墨穿刺复合电极(4)和导流套管(5)，除雾管(1)内包括耦合的放电增强区和放电区，其中放电增强区位于除雾管(1)烟气入口侧，由除雾管(1)以及嵌入除雾管(1)内的表面光滑的金属内筒(2)作为阳极，对应阴极线(3)以及复合在阴极线(3)上的石墨穿刺复合电极(4)作为阴极；放电区位于除雾管(1)烟气出口侧，由作为阳极的除雾管(1)与对应阴极线(3)组成。与现有技术相比，本发明可显著提高湿式电除雾装置的除尘除雾效率，降低操作电压及运行能耗，具有自清洁效果，降低清洗水耗。

Description

一种双区耦合电极型湿式电除雾单元及装置
技术领域
本发明涉及烟气除尘除雾脱白技术领域，具体涉及一种双区耦合电极型湿式电除雾单元及装置。
背景技术
2019年我国的钛白粉产量已经达到了318万吨。钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法，我国约有84％的产能使用硫酸法。硫酸法钛白粉生产工艺中产生烟气污染的环节主要是酸解工序和回转窑煅烧工序。在酸解和回转窑煅烧过程中，会产生大量粉尘、硫酸雾等污染物，同时会伴随有水汽蒸发，如果不对其进行有效控制将会对环境造成严重的危害，并造成大量水汽损失。因此，当前钛白行业都会采用必要的措施进行烟气除尘除雾及脱白的处理。
当前钛白粉行业多采用静电除雾器对回转窑煅烧烟气进行除尘除雾处理。然而，由于钛白粉粘性较大，被捕集附着在除雾器壁面，用常规的水洗方式难以将其有效冲洗，使得除雾管壁面容易结垢，造成放电短路，从而影响静电除雾器的除尘除雾效率。发明专利CN109569904A报道了一种旋流-静电除雾器。烟气中的雾滴进入旋流管后，在离心力与电场力的共同作用下向旋流管壁移动并从排液管流出，气体则向中间迁移，并沿着轴线向上旋动从排气管流出。该方法有望增强静电除雾器的除雾性能，但是对于容易粘在管壁的粉尘冲洗效果并不明显，且存在设备阻力损失较大，能耗较大的不足。因此，有必要寻求新的装置，在满足其高效除尘除雾的同时兼具较好的自清洁效果。
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双区耦合电极型湿式电除雾单元及装置，具有除尘除雾效率高、自清洁以及价格低等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双区耦合电极型湿式电除雾单元，包括除雾管和阴极线，阴极线位于除雾管中心，其特征在于，还包括：金属内筒、石墨穿刺复合电极和导流套管，所述的除雾管内包括耦合的放电增强区和放电区，其中放电增强区位于除雾管烟气入口侧，由除雾管以及嵌入除雾管内的表面光滑的金属内筒作为阳极，对应阴极线以及复合在阴极线上的石墨穿刺复合电极作为阴极；所述的放电区位于除雾管烟气出口侧，由作为阳极的除雾管与对应阴极线组成；所述的导流套管位于除雾管内并与金属内筒连通。
通过上述的双区耦合作用，可以在较低的操作电压条件下，强化前端湿电装置的荷电特性，提高其对烟气雾滴和颗粒物的捕集效果，从而降低整体设备的运行能耗。具有自清洁作用，降低清洗水耗。
所述的除雾管为等边六边形，其内切圆直径为150-300mm，长度为3-6m，由具有导电性的玻璃钢材料加工而成，除雾管与地线连接。
所述的金属内筒材质包括钛和耐腐蚀不锈钢，并进行抛光处理；金属内筒的外径比除雾管的内切圆直径小2-6mm；金属内筒伸入除雾管的长度为除雾管长度的30-60％。
所述的阴极线是直径为4-10mm且具有一定的强度和耐腐蚀性能的金属丝。
所述的石墨穿刺复合电极主体是直径为14-20mm的中空石墨管，其内孔孔径为4-10mm，穿在阴极线上。
进一步地，所述的中空石墨管上设有多根金属钛钉，金属钛钉的尖端距离金属内筒内壁的距离为50-100mm，通过多根金属钛钉进行尖端放电，可以提高烟气粉尘及雾滴的荷电能力，从而达到强化除尘除雾效果。
更进一步地，所述的中空石墨管的同一横截面上均匀设有4-6根金属钛钉，相邻层金属钛钉之间的间距为100-150mm。
所述的导流套管上端直径与除雾管内切圆直径相同，下端直径与金属内筒内径相同。
一种含上述双区耦合电极型湿式电除雾单元的装置，包括多个双区耦合电极型湿式电除雾单元组合成蜂窝除雾管、冲洗水管、高压电源、烟气出口管、阴极线固定板、烟气再分配器、废液导流管和烟气进口管；
烟气从烟气进口管进入除雾装置，经过烟气再分配器后进入蜂窝除雾管内；进入蜂窝除雾管的烟气首先经放电增强区放电作用，使得烟气中的粉尘、硫酸雾和水雾荷电，在电场力的作用下迁移至金属内筒内壁，并沿着金属内筒的光滑内壁流出蜂窝除雾管，同时清洗金属内筒；烟气中未被捕集的带电硫酸雾或水滴在蜂窝除雾管上部的放电区进一步凝结成较大液滴，并在被捕集后沿除雾管管壁向下流动，并沿着导流套管流到金属内筒内壁，对金属内筒进行进一步冲洗，而除雾后的烟气由烟气出口管输送至烟囱排放；
所述的冲洗水管定期对蜂窝除雾管内壁喷水清洗，所有冲洗水和除雾过程中捕集的酸雾、水雾向下冲洗除雾器内筒后，通过废液导流管引入水处理***中处理后回用或排放。
进一步地，所述的高压电源为直流电源，电压范围在20-100kV之间；
所述的阴极线与高压电源的负极连接，除雾管和金属内筒为高压电源的接地极。
所述的烟气需先经过降温处理，温度降低至60℃以下，使得烟气中大部分的SO3和水雾等以雾滴形式存在，再通入到除雾器中，以提高其除雾效果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、效率高：本发明设计的石墨管与放电极金属丝的结合是穿刺复合电极的一个支撑结构，结合除雾装置内筒的结构特点可以在复合电极上有针对性地安装钛钉，提高放电强度并增强电场强度，提高对烟气中粉尘、硫酸雾和水雾等的荷电效率；
2、自清洁：本发明特别适用于钛白粉行业对回转窑煅烧烟气进行除尘除雾处理。钛白粉粘性较大，本发明除雾器采用光滑的金属管材，可以减少粉尘在除雾器内筒壁的富集和结垢现象，同时利用自上而下的废液可以清洗除雾器内筒，具有自清洁的作用；
3、价格低，易更换：本发明设计的金属内筒可以拆卸，且长度短于除雾管长度，具有价格低易更换的特性；
4、应用范围广：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除尘除雾脱白控制。
附图说明
图1为本发明双区耦合电极型湿式电除雾装置示意图；
图2为本发明双区耦合电极型湿式电除雾单元示意图；
图3为石墨穿刺复合电极剖视图；
图4为蜂窝除雾管的俯视图；
图中：1-除雾管，2-金属内筒，3-阴极线，4-石墨穿刺复合电极，5-导流套管，6-冲洗水管，7-高压电源，8-烟气出口管，9-蜂窝除雾管，10-阴极线固定板，11-烟气再分配器，12-废液导流管，13-烟气进口管，41-中空石墨管，42-金属钛钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。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。
实施例1
如图1所示，一种双区耦合电极型湿式电除雾单元，包括除雾管1和阴极线3，金属内筒2、石墨穿刺复合电极4和导流套管5，阴极线3位于除雾管1中心，所述的除雾管1内部区间分为放电增强区和放电区，其中放电增强区位于除雾管1烟气入口侧，由除雾管1以及嵌入除雾管1内的表面光滑的金属内筒2作为阳极，对应阴极线3以及复合在阴极线3上的石墨穿刺复合电极4作为阴极；所述的放电区位于除雾管1烟气出口侧，由作为阳极的除雾管1与对应阴极线3组成；所述的导流套管5位于除雾管1内并与金属内筒2连通，导流套管5上端直径与除雾管1内切圆直径相同，下端直径与金属内筒2内径相同。
如图4所示，所述的除雾管1为等边六边形，其内切圆直径为150-300mm，长度为3-6m，由具有导电性的玻璃钢材料加工而成，除雾管1与地线连接。所述的金属内筒2材质包括钛和耐腐蚀不锈钢，并进行抛光处理；金属内筒2的外径比除雾管1的内切圆直径小2-6mm；金属内筒2伸入除雾管1的长度为除雾管1长度的30-60％。所述的阴极线3是直径为4-10mm的金属丝。
如图3所示，所述的石墨穿刺复合电极4主体是直径为14-20mm的中空石墨管41，其内孔孔径为4-10mm，穿在阴极线3上。如图1所示，所述的中空石墨管41上每个横截面上均匀打4-6个孔，并在每个孔内固定一定长度的金属钛钉42，金属钛钉42的尖端距离金属内筒2内壁的距离为50-100mm。所述的中空石墨管41的同一横截面上均匀设有4-6根金属钛钉42，相邻层金属钛钉42之间的间距即竖直方向上的距离为100-150mm。
将多个具有上述结构的双区耦合电极型湿式电除雾单元组合成蜂窝除雾管9，如图4所示，然后置于除雾装置内，除雾装置结构如图2所示，包括冲洗水管6、高压电源7、烟气出口管8、阴极线固定板10、烟气再分配器11、废液导流管12和烟气进口管13。
采用上述除雾装置进行烟气净化方法包括以下几个步骤：
第一步，烟气从烟气进口管13进入除雾装置，经过烟气再分配器11后进入蜂窝除雾管9内；
第二步，进入蜂窝除雾管9的烟气首先经过嵌套的金属内筒2，在该区域经过石墨穿刺复合电极4作用下，使得烟气中的粉尘、硫酸雾和水雾等荷电，在电场力的作用下迁移至金属内筒2内壁，并沿着金属内筒2的光滑内壁流出蜂窝除雾管9，同时清洗蜂窝除雾管9内筒；
第三步，烟气中未被捕集的带电硫酸雾或水滴等在蜂窝除雾管9上部的弱电场进一步凝结成较大液滴，并被捕集后沿管壁向下流动，并沿着管内导流套管5流到金属内筒2内壁，对金属内筒2进行进一步冲洗，而除雾后的烟气由烟气出口管8输送至烟囱排放；
第四步，每隔一定时间，利用冲洗水管6及其上安装的喷头向蜂窝除雾管9内壁喷入一定量的冲洗水，所有冲洗水和除雾过程中捕集的酸雾、水雾向下冲洗金属内筒2后，通过废液导流管12引入水处理***中处理后回用或排放。
实施例2
本实施例利用双区耦合电极型湿式电除雾单元对烟气进行净化。有旋转炉窑焙烧硫矿粉提供含硫烟气，其烟气量为100m3/h。烟气经旋风除尘器预除尘和喷淋降温处理后，烟气中含尘浓度为1000mg/m3，硫酸雾浓度为200mg/m3，温度为50℃。烟气自下而上经过一个订制的六边形玻璃钢除雾管1(其内切圆直径为300mm，长3000mm)，内嵌一个外径为296mm的钛材料制成的金属内筒2，长度为2000mm，其安装在除雾管1下方，伸入除雾管1的长度为500mm。阴极线3为直径为6mm的金属线，外套内孔为8mm，外径为20mm的中空石墨管41，中空石墨管41横截面上均匀分布6根金属钛钉42，金属钛钉42长60mm，其尖端距离金属内筒2内壁85mm。
调节高压电源7放电电压，将放电电压调节至30kV，通过监测，结果表明除雾管1出口烟气中硫酸雾浓度下降至120mg/m3左右，其去除效率约为40％。将放电电压提高至40kV，出口硫酸雾浓度下降至93mg/m3左右，其去除效率约为54％。将放电电压提高至50kV，出口硫酸雾浓度下降至76mg/m3左右，其去除效率约为62％。
实施例3
本实施例利用双区耦合电极型湿式电除雾单元对烟气进行净化。有旋转炉窑焙烧硫矿粉提供含硫烟气，其烟气量为100m3/h。烟气经旋风除尘器预除尘和喷淋降温处理后，烟气中含尘浓度为1000mg/m3，硫酸雾浓度为200mg/m3，温度为50℃。烟气自下而上经过一个订制的六边形玻璃钢除雾管1(其内切圆直径为300mm，长3000mm)，内嵌一个外径为296mm的钛材料制成的金属内筒2，长度为2000mm，其安装在除雾管1下方，伸入除雾管1的长度为1000mm。阴极线3为直径为6mm的金属线，外套内孔为8mm，外径为20mm的中空石墨管41，中空石墨管41横截面上均匀分布6根金属钛钉42，金属钛钉42长60mm，其尖端距离金属内筒2内壁85mm。
调节高压电源7放电电压，将放电电压调节至30kV，通过监测，结果表明除雾管1出口烟气中硫酸雾浓度下降至83mg/m3左右，其去除效率约为59％。将放电电压提高至40kV，出口硫酸雾浓度下降至61mg/m3左右，其去除效率约为70％。将放电电压提高至50kV，出口硫酸雾浓度下降至48mg/m3左右，其去除效率约为76％。
实施例4
本实施例利用双区耦合电极型湿式电除雾单元对烟气进行净化。有旋转炉窑焙烧硫矿粉提供含硫烟气，其烟气量为100m3/h。烟气经旋风除尘器预除尘和喷淋降温处理后，烟气中含尘浓度为1000mg/m3，硫酸雾浓度为200mg/m3，温度为50℃。烟气自下而上经过一个订制的六边形玻璃钢除雾管1(其内切圆直径为300mm，长3000mm)，内嵌一个外径为296mm的钛材料制成的金属内筒2，长度为2000mm，其安装在除雾管1下方，伸入除雾管1的长度为1500mm。阴极线3为直径为6mm的金属线，外套内孔为8mm，外径为20mm的中空石墨管41，中空石墨管41横截面上均匀分布6根金属钛钉42，金属钛钉42长60mm，其尖端距离金属内筒2内壁85mm。
调节高压电源7放电电压，将放电电压调节至30kV，通过监测，结果表明除雾管1出口烟气中硫酸雾浓度下降至34mg/m3左右，其去除效率约为83％。将放电电压提高至40kV，出口硫酸雾浓度下降至17mg/m3左右，其去除效率约为92％。将放电电压提高至50kV，出口硫酸雾浓度下降至5mg/m3左右，其去除效率约为98％。
实施例5-7
实施例5-7为实际工业化应用，利用双区耦合电极型湿式电除雾装置对烟气进行净化，装置相关参数及除雾效率见下表。
相关参数及除雾效率 实施例5 实施例6 实施例7
除雾单元个数 4 6 10
除雾管1内切圆直径/mm 300 200 150
除雾管1长度/m 3 4 6
金属内筒2材质 耐腐蚀不锈钢 钛 耐腐蚀不锈钢
金属内筒2外径/mm 294 196 148
金属内筒2伸入除雾管1长度/m 1.8 1.6 1.8
阴极线3直径/mm 10 7 4
中空石墨管41直径/mm 20 17 14
中空石墨管41内孔孔径/mm 10 7 4
中空石墨管41打孔横截面间隔/mm 100 125 150
中空石墨管41打孔个数 6 5 4
金属钛钉42尖端与金属内筒2内壁距离/mm 100 80 50
高压电源7电压/kV 20 60 100
入口烟气温度/℃ 60 50 40
除雾效率 93％ 96％ 97％
。

Claims (8)

1.一种双区耦合电极型湿式电除雾单元，包括除雾管(1)和阴极线(3)，阴极线(3)位于除雾管(1)中心，其特征在于，还包括：金属内筒(2)、石墨穿刺复合电极(4)和导流套管(5)，所述的除雾管(1)内包括耦合的放电增强区和放电区，其中放电增强区位于除雾管(1)烟气入口侧，由除雾管(1)以及嵌入除雾管(1)内的表面光滑的金属内筒(2)作为阳极，对应阴极线(3)以及复合在阴极线(3)上的石墨穿刺复合电极(4)作为阴极；所述的放电区位于除雾管(1)烟气出口侧，由作为阳极的除雾管(1)与对应阴极线(3)组成；所述的导流套管(5)位于除雾管(1)内并与金属内筒(2)连通；
所述的石墨穿刺复合电极(4)主体是直径为14-20mm的中空石墨管(41)，其内孔孔径为4-10mm，穿在阴极线(3)上；
所述的中空石墨管(41)上设有多根金属钛钉(42)，金属钛钉(42)的尖端距离金属内筒(2)内壁的距离为50-100mm。
2.根据权利要求1所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元，其特征在于，所述的除雾管(1)为等边六边形，其内切圆直径为150-300mm，长度为3-6m，由具有导电性的玻璃钢材料加工而成，除雾管(1)与地线连接。
3.根据权利要求1所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元，其特征在于，所述的金属内筒(2)材质包括钛和耐腐蚀不锈钢，并进行抛光处理；金属内筒(2)的外径比除雾管(1)的内切圆直径小2-6mm；金属内筒(2)伸入除雾管(1)的长度为除雾管(1)长度的30-60％。
4.根据权利要求1所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元，其特征在于，所述的阴极线(3)是直径为4-10mm的金属丝。
5.根据权利要求1所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元，其特征在于，所述的中空石墨管(41)的同一横截面上均匀设有4-6根金属钛钉(42)，相邻层金属钛钉(42)之间的间距为100-150mm。
6.根据权利要求1所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元，其特征在于，所述的导流套管(5)上端直径与除雾管(1)内切圆直径相同，下端直径与金属内筒(2)内径相同。
7.一种含权利要求1-6中任一项所述的双区耦合电极型湿式电除雾单元的装置，其特征在于，包括多个双区耦合电极型湿式电除雾单元组合成蜂窝除雾管(9)、冲洗水管(6)、高压电源(7)、烟气出口管(8)、阴极线固定板(10)、烟气再分配器(11)、废液导流管(12)和烟气进口管(13)；
烟气从烟气进口管(13)进入除雾装置，经过烟气再分配器(11)后进入蜂窝除雾管(9)内；进入蜂窝除雾管(9)的烟气首先经放电增强区放电作用，使得烟气中的粉尘、硫酸雾和水雾荷电，在电场力的作用下迁移至金属内筒(2)内壁，并沿着金属内筒(2)的光滑内壁流出蜂窝除雾管(9)，同时清洗金属内筒(2)；烟气中未被捕集的带电硫酸雾或水滴在蜂窝除雾管(9)上部的放电区进一步凝结成较大液滴，并在被捕集后沿除雾管(1)管壁向下流动，并沿着导流套管(5)流到金属内筒(2)内壁，对金属内筒(2)进行进一步冲洗，而除雾后的烟气由烟气出口管(8)输送至烟囱排放；
所述的冲洗水管(6)定期对蜂窝除雾管(9)内壁喷水清洗，所有冲洗水和除雾过程中捕集的酸雾、水雾向下冲洗除雾器内筒后，通过废液导流管(12)引入水处理***中处理后回用或排放。
8.根据权利要求7所述的含双区耦合电极型湿式电除雾单元的装置，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；
阴极线(3)与高压电源(7)的负极连接，除雾管(1)和金属内筒(2)为高压电源(7)的接地极。
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