CN112316570A - 一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法，包括烟气预处理单元和旋风分离单元，所述烟气预处理单元包括重力沉降室和蒸汽相变室，所述蒸汽相变室下端与重力沉降室上部连通，所述蒸汽相变室自下而上分为蒸汽相变段和湍流团聚段，该装置采用颗粒预处理单元和旋风分离单元集成式设计，尤其是在颗粒预处理单元中首次融入了蒸汽相变团聚和湍流团聚处理技术，实现了含尘尾气中的粗颗粒物脱除和细颗粒物团聚长大，而且本发明的旋风分离单元采用带有反射屏的轴流式旋风分离器结构，有效提高细颗粒脱除效率；装置整体结构紧凑，占地面积小，操作方便，解决了高效节能脱除工业尾气中细微颗粒污染物这一问题。

Description

一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法

技术领域

本发明涉及锅炉设备中分离、净化方面的环保设备领域，具体属于一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法。

背景技术

能源化工、冶金、热电等国民经济支柱企业在生产过程中，会排放大量的工业尾气，对大气环境和人体健康造成极大危害。2016年监测的385个城市中，仅有29.6％的城市空气质量达标，污染物的排放主要来源于燃煤，针对这一问题，我国环保部门已制定了相对严格的法律标准。另外，可吸入颗粒物对人体健康的影响也不容忽视，有研究表明，空气动力学尺度小于2μm的颗粒，100％可以吸入肺泡中，对人体造成危害。因此，有必要对工业尾气高效净化除尘工艺进行开发研究，以减轻上述不良影响，使工业尾气满足排放标准。

公开号为CN101732970B的发明专利公开了一种燃煤湿法烟气脱硫工艺中促进细颗粒物脱除的装置及方法，该装置主体由预洗涤塔、蒸汽相变室和脱硫主塔组成，所述预洗涤塔用以增加烟气湿度和初步除尘，增湿后的烟气进入蒸汽相变室进行颗粒粗粒化处理，处理后的细颗粒物引入脱硫塔脱除。其不足之处有：预洗涤塔、蒸汽相变室和脱硫主塔分开布置，装置整体占地面积大，结构复杂；装置整体使用湿式除尘工艺，耗水量大，二次污染较为严重。

针对现有技术的不足，有必要针对工业尾气细颗粒物难以高效脱除的问题，同时考虑除尘效率、能耗、安全性等因素，开发一种工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置与方法，该装置采用颗粒预处理单元和旋风分离单元集成式设计，尤其是在颗粒预处理单元中首次融入了蒸汽相变团聚和湍流团聚处理技术，实现了含尘尾气中的粗颗粒物脱除和细颗粒物团聚长大，而且本发明的旋风分离单元采用带有反射屏的轴流式旋风分离器结构，有效提高细颗粒脱除效率；装置整体结构紧凑，占地面积小，操作方便，解决了高效节能脱除工业尾气中细微颗粒污染物这一问题。

本发明采取的技术方案如下：一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置，其特征在于，包括烟气预处理单元和旋风分离单元，所述烟气预处理单元包括重力沉降室和蒸汽相变室，所述蒸汽相变室下端与重力沉降室上部连通，所述重力沉降室内设置烟气入口管、排污口，所述烟气入口管布置于重力沉降室内，待处理烟气通过烟气入口管引入装置内部，所述排污口布置在重力沉降室下部，所述排污口与公共水处理***连接，所述蒸汽相变室内布置有蒸汽分布器和造涡塔板，所述蒸汽分布器通过蒸汽管路外接工厂蒸汽***，所述造涡塔板设置在团聚成核室内，所述团聚成核室为位于蒸汽相变室内的带有水冷壁的夹套式双层结构，所述团聚成核室烟气出口通过烟气管与旋风分离单元相接。

所述旋风分离单元包括造旋叶片、反射屏、二次风入口管、烟气出口和排灰管，所述造旋叶片固定在烟气管出口内侧，所述反射屏焊接在烟气管出口外侧，所述二次风入口管布置在旋风分离单元上部，二次风入口管通过管道与供风***相连，所述烟气出口通过烟气管路外接尾气排放装置，所述排灰管布置在旋风分离单元下端，外接灰回收装置。

所述重力沉降室为变径塔体大径段，包括中间筒体和筒体两端的锥段，所述烟气入口管开口朝下伸入筒体内。

所述蒸汽相变室自下而上分为蒸汽相变段和湍流团聚段，所述蒸汽相变段由蒸汽分布器和团聚成核室筒体内壁面构成，所述蒸汽相变段设置烟气入口，所述烟气入口与重力沉降室烟气出口通过法兰相接，所述蒸汽分布器开口正对烟气来流方向，所述蒸汽分布器通过蒸汽管线外接公共蒸汽管路，所述湍流团聚段主要由造涡塔板和团聚成核室筒体内壁面构成，所述湍流团聚段设置烟气出口，所述烟气出口与烟气管相连，所述造涡塔板固定于湍流团聚室筒体内部，所述造涡塔板组包括“十”字形三棱柱板和“井”字形三棱柱板两种形式，所述“十”字形三棱柱板上三棱柱垂直交叉布置于三棱柱板中心轴线上，所述“井”字形三棱柱板上两对平行的三棱柱分别以三棱柱板中心轴线为轴上下对称布置，所述“十”字形三棱柱板和“井”字形三棱柱板在团聚成核室内相间布置，三棱柱底面正对于烟气来流方向。

所述旋风分离单元主体为轴流式旋风分离器，所述轴流式旋风分离器为下进气、下排尘形式。

所述团聚成核室为带有水冷壁的夹套式双层结构，对待处理烟气具有一定的降温冷却作用，减少装置总体能量损失，提升装置能效。

所述烟气管出口外侧设置反射屏，所述反射屏为中心高、四周低的圆锥环结构，反射屏的设置，大大减少了已分离下行颗粒的二次返混。

所述二次风入口管采用对称双切式入口结构，所述二次风入口管将高速洁净风引入旋风分离室形成涡旋流场，所述涡旋流场要求与造旋叶片形成的涡旋流场具有相同旋转方向，目的是加强旋风分离室内流场涡旋强度，所述二次风入口管布置在旋风分离室上部，以减少二次风对于颗粒下行流场的影响。

另外，本发明还公开了一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置的除尘方法，其具体工作过程为：

(1)待净化工业尾气经由烟气入口管引入除尘器重力沉降室，含尘烟气减速实现较大粒径颗粒重力沉降，处理后烟气上行进入团聚成核室；

(2)含尘烟气在团聚成核室内蒸汽相变段与蒸汽逆流接触，在成核室冷却条件下，蒸汽过饱和度增加使得蒸汽凝结附着于细颗粒表面，实现异质成核过程。再经团聚成核室湍流团聚段相间布置的造涡塔板后，烟气流场湍流度增加，颗粒碰撞团聚几率增大，促进颗粒粗粒化。

(3)烟气中细颗粒物经团聚成核室粗粒化后，由烟气管快速上行进入旋风分离单元，含尘烟气经造旋叶片和二次风入口管引入的二次风配合强化后，在旋风分离室内形成涡旋流场，进行气固离心分离。

(4)离心分离后的净化烟气由烟气出口管输送至尾气排放装置，灰颗粒沿旋风分离室近壁面和反射屏表面下行至旋风分离室底部，经由排尘口输出至灰回收装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、将蒸汽相变团聚和湍流团聚融入到烟气颗粒预分离中，提出了一种基于预处理与旋流耦合的高效尾气处理***，综合运用重力沉降、颗粒预团聚和旋风分离三种气固分离机理，实现三种气固分离机理的良性互补，满足工业尾气节能减排的环保要求，分离效果高；

2、在保证装置的高效分离效率前提下，装置结构紧凑，整体占地空间小，而且人工操作步骤少，运行稳定方便，有效降低了装置的占地面积与制造成本；

3、提出一种下进气轴流式旋风分离器，通过设置双入口的二次风结构和反射屏结构，保证旋风分离器内部流场的稳定，减少下行灰颗粒的二次返混夹带，提高旋风分离器分离效率。

附图说明

图1为本发明紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置结构示意图；

图2为旋风分离单元内构件结构示意图；

图3为团聚成核室结构示意图；

图4为舌形柱板结构示意图；

附图中：1-裙座，2-烟气进口管，3-重力沉降室，4-蒸汽管线进口管，5-团聚成核室，6-冷却水出口管，7-反射屏，8-旋风分离室，9-烟气出口管，10-二次风入口管，11-造旋叶片，12-烟气管，13-排尘管，14-造涡塔板组，15-蒸汽分布器，16-冷却水入口管，17-排污口。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置结构示意图，如图所示，紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置包括烟气预处理单元和旋风分离单元。所述烟气预处理单元包括烟气入口管2、重力沉降室3、排污口17、蒸汽分布器15、造涡塔板组14和团聚成核室5，所述烟气入口管2布置于重力沉降室3内，待处理烟气通过烟气入口管2引入装置内部，所述重力沉降室3下部设置排污口17，所述排污口17外接水处理***，所述蒸汽分布器15和造涡塔板组14布置于蒸汽相变室内，所述蒸汽分布器15通过蒸汽线外接公共蒸汽管路，所述团聚成核室5为带有水冷壁的夹套式双层结构，所述团聚成核室5烟气出口通过烟气管12与旋风分离单元相接。

所述旋风分离单元包括造旋叶片11、反射屏7、二次风入口管10、烟气出口管9和排灰管13，所述造旋叶片11固定在烟气管12上端内侧管壁，所述反射屏7焊接固定在烟气管12上端外侧管壁，所述二次风入口管10布置在旋风分离单元上部，二次风入口管10通过管道与供风***相连，所述烟气出口管9通过烟气管线外接尾气排放装置，所述排灰管13布置在旋风分离单元下端，外接灰回收装置。

所述重力沉降室3为变径塔体大径段，所述烟气入口管2开口朝下。

所述团聚成核室5自下而上分为蒸汽相变段和湍流团聚段，所述蒸汽相变段由蒸汽分布器15和团聚成核室5筒体内壁面构成，所述蒸汽相变段设置烟气入口，所述烟气入口与重力沉降室3烟气出口通过法兰相接，所述蒸汽分布器15开口正对烟气来流方向，所述蒸汽分布器15通过蒸汽管线外接公共蒸汽管路，所述湍流团聚段主要由造涡塔板组14和团聚成核室5筒体内壁面构成，所述湍流团聚段设置烟气出口，所述烟气出口与烟气管12相连，所述造涡塔板组14固定于湍流团聚室筒体内部指定位置，所述造涡塔板组14包括十字形三棱柱板和井字形三棱柱板两种形式，所述十字形三棱柱板上三棱柱垂直交叉布置于三棱柱板中心轴线上，所述井字形三棱柱板上两对平行的三棱柱分别以三棱柱板中心轴线为轴上下对称布置，所述十字形三棱柱板和井字形三棱柱板在团聚成核室5内等距相间布置，三棱柱底面朝向烟气来流方向。

所述旋风分离单元主体为轴流式旋风分离器，所述轴流式旋风分离器为下进气、下排尘形式。

所述团聚成核室5为带有水冷壁的夹套式双层结构，对待处理烟气具有一定的降温冷却作用，减少装置总体能量损失。

所述烟气管12出口外侧设置反射屏7，所述反射屏7为中心高、四周低的圆锥环结构，以减少下行颗粒的二次返混。

所述二次风入口管10采用对称式双入口结构，布置在旋风分离室8上部，以减少二次风对于颗粒下行流场的影响。

所述二次风入口管10采用对称双切式入口结构，所述二次风入口管10将高速洁净风引入旋风分离室8形成涡旋流场，所述涡旋流场要求与造旋叶片11形成的涡旋流场具有相同旋转方向，目的是加强旋风分离室8内流场涡旋强度，所述二次风入口管10布置在旋风分离室8上部，以减少二次风对于颗粒下行流场的影响。

其具体工作过程为：待净化工业尾气经由烟气入口管2引入除尘器重力沉降室3，含尘烟气减速实现较大粒径颗粒重力沉降，处理后烟气上行进入团聚成核室5；含尘烟气在团聚成核室5内蒸汽相变段与蒸汽逆流接触，在成核室冷却条件下，蒸汽过饱和度增加使得蒸汽凝结附着于细颗粒表面，实现异质成核过程。再经团聚成核室5湍流团聚段相间布置的造涡塔板组14后，烟气流场湍流度增加，颗粒碰撞团聚几率增大，促进颗粒粗粒化。烟气中细颗粒物经团聚成核室粗粒化后，由烟气管快速上行进入旋风分离单元，含尘烟气经造旋叶片和二次风入口管引入的二次风配合强化后，在旋风分离室内形成涡旋流场，进行气固离心分离。离心分离后的净化烟气由烟气出口管9输送至尾气排放装置，灰颗粒沿旋风分离室近壁面和反射屏7表面下行至旋风分离室8底部，经由排尘口13输出至灰回收装置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置，其特征在于，包括烟气预处理单元和旋风分离单元；所述烟气预处理单元包括重力沉降室和蒸汽相变室，所述蒸汽相变室下端与重力沉降室上部连通，所述重力沉降室内设置烟气入口管和排污口，所述烟气入口管布置于重力沉降室内，待处理烟气通过烟气入口管引入装置内部，所述排污口布置在重力沉降室下部，所述排污口与公共水处理***管路连接，所述蒸汽相变室内布置有蒸汽分布器和造涡塔板，所述蒸汽分布器通过蒸汽管路外接公共蒸汽***管路，所述造涡塔板设置在团聚成核室内，所述团聚成核室为位于蒸汽相变室内的带有水冷壁的夹套式双层结构，所述烟气预处理单元出口通过烟气管与旋风分离单元相接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，所述旋风分离单元包括造旋叶片、反射屏、二次风入口管、烟气出口管和排灰管，所述造旋叶片固定在烟气管上端出口管壁内侧，所述反射屏焊接在烟气管上端出口管壁外侧，所述二次风入口管布置在旋风分离单元上部，二次风入口管通过管道与供风***相连，所述烟气出口管通过烟气管线外接尾气排放装置，所述排灰管布置在旋风分离单元下端，外接灰回收装置；所述反射屏为中心高、四周低的圆锥环结构。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，所述装置为底部大径段和上部小径段组成的变径塔结构，所述重力沉降室布置在变径塔塔体大径段，所述烟气入口管开口朝下。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，所述蒸汽相变室自下而上分为蒸汽相变段和湍流团聚段，所述蒸汽相变段由蒸汽分布器和团聚成核室部分筒体内壁面构成，所述蒸汽相变段设置烟气入口，所述烟气入口与重力沉降室烟气出口通过法兰相接，所述蒸汽分布器开口向下，正对烟气来流方向，所述蒸汽分布器通过蒸汽管线外接公共蒸汽管路，所述湍流团聚段由造涡塔板组和团聚成核室部分筒体内壁面构成，所述湍流团聚段设置烟气出口，所述烟气出口与烟气管相连，所述造涡塔板组为在团聚成核室内等距布置的多个造涡塔板。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征还在于，所述造涡塔板组包括“十”字形三棱柱塔板和“井”字形三棱柱塔板两种形式，所述“十”字形三棱柱塔板上三棱柱垂直交叉布置于三棱柱塔板中心轴线上，所述“井”字形三棱柱塔板上，两对平行三棱柱分别以三棱柱塔板中心轴线为轴上下对称布置，所述“十”字形三棱柱塔板和“井”字形三棱柱塔板在团聚成核室内等距相间布置，三棱柱底面正对于烟气来流方向。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征还在于，所述旋风分离单元主体为轴流式旋风分离器，所述轴流式旋风分离器为下进气、下排尘形式。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征还在于，所述二次风入口管采用对称双切式入口结构。

8.根据上述任一权利要求所述的紧凑型工业尾气细颗粒物高效脱除及冷却装置的除尘方法，其具体工作过程为：

(1)待净化工业尾气经由烟气入口管引入装置重力沉降室内，含尘烟气减速实现大粒径颗粒的自由沉降，重力沉降处理后的烟气上行进入团聚成核室；

(2)烟气在团聚成核室内蒸汽相变段与蒸汽逆流接触，在成核室冷却条件下，蒸汽过饱和度增加使得蒸汽凝结附着于细颗粒表面，实现异质成核过程。再经团聚成核室湍流团聚段相间布置的造涡塔板组后，烟气流场湍流度增加，颗粒碰撞团聚几率增大，促进颗粒粗粒化；

(3)烟气中细颗粒物经团聚成核室粗粒化后，由烟气管快速上行进入旋风分离单元，含尘烟气经造旋叶片和二次风入口管引入的二次风配合强化后，在旋风分离室内形成涡旋流场，进行气固离心分离；

(4)离心分离后的净化烟气由烟气出口管输送至尾气排放装置，灰颗粒沿旋风分离室近壁面和反射屏表面下行至旋风分离室底部，经由排尘口输出至灰回收装置。

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