一種凝並增強型旋流除塵除霧裝置的製作方法

2023-09-16 17:04:00 2

本發明屬於廢氣處理領域，具體涉及一種凝並增強型旋流除塵除霧裝置。

背景技術：

目前，我國現有的燃煤機組普遍採用石灰石——石膏溼法煙氣脫硫工藝，從吸收塔排放的溼煙氣中除了含有部分前端除塵器未除盡的粉塵外，還含有大量的呈細小霧滴狀態石灰石、石膏漿液等，隨著國家環保排放標準的日趨提高，需對脫硫後的淨煙氣進行深度除塵。根據最新頒布的《火電廠大氣汙染物排放標準》，對煙囪排放的粉塵濃度提出了5mg/m3的要求。

煙氣的除塵除霧是煙氣淨化工序中最為常見的工藝，類型多種多樣，但對於含有大量霧滴的飽和溼煙氣的處理而言，具有現實的處理難度。為了解決微細粉塵、氣溶膠粒子等粒徑小的雜塵分離，部分機組採用折流板除霧器+WESP(溼式電除霧器)進行處理，但對於已建脫硫機組而言改造工作量巨大，通常需對現有的吸收塔本體增高、基礎加固，改造周期過長，且其含有大量的高壓電氣設備，運行和操作難度較大。

管束式除塵除霧裝置作為WESP的一種替代技術，因其結構簡單、運行可靠、能耗低而得到廣泛應用。管束式除塵除霧裝置是一種基於離心力分離的氣液分離器，利用旋轉氣流的離心作用，將氣流中夾帶的液滴甩向壁面周圍，煙氣中的細小液滴、細微粉塵顆粒、氣溶膠等微小顆粒物互相碰撞團聚凝聚成大液滴，大液滴再被氣旋筒表面液膜捕獲，從而實現與氣相分離而脫除，具有壓降小、除霧效果較好，結構簡單，改造實施簡單等優點，尤其適用於溼法脫硫後酸霧中帶固體或帶鹽分的廢氣除霧。

這種類型的除霧器是通過離心力實現液滴或顆粒的分離，當負荷較低或顆粒粒徑過小時，由於離心力較小或離心力不足於使小顆粒分離時，分離效率較差，儘管可以提高除霧器的級數達到一定的脫除效率，但投資和運行費用大幅上升，甚至部分情況下即使增加除霧器級數也難以滿足排放要求。

技術實現要素：

本發明針對現有上述技術存在的缺陷提供了一種除凝並增強型旋流除塵除霧裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種凝並增強型旋流除塵除霧裝置，該裝置包括有圓柱形外筒、m個旋流組件，所述的旋流組件包括有若干個旋流葉片和一個中心筒，旋流葉片以傾斜的角度均勻分布在中心筒外壁和圓柱形外筒內壁之間的環狀區域內，所述旋流組件的個數m≥2；

在至少一組相連旋流組件之間的圓柱形外筒內設有n級凝並裝置，所述的凝並裝置包括凝並液管道以及設置在凝並液管道頂部產生霧滴粒徑為2～80μm的噴嘴和設置在凝並液管道底部的凝並裝置快速接頭，所述凝並裝置快速接頭與外部凝並液連接，其中n≥1；

所述凝並液為工藝水、蒸汽或添加化學團聚劑的工藝水。

本發明技術方案中：噴嘴產生霧滴的粒徑為2～35μm。優選噴嘴產生的霧滴是採用高壓霧化、雙流體霧化或超聲波霧化的方式形成。

本發明技術方案中：所述的相連旋流組件之間設有液膜攔截及收集器，所述的液膜攔截及收集器包括攔截環和收集孔，所述的攔截環位於圓柱形外筒內周壁，所述的收集孔位於圓柱形外筒和攔截環之間；所述的收集孔為半圓形、圓形或腰孔形，優選所述的收集孔為半圓形。

本發明技術方案中：所述的裝置由下到上共計m-1級液膜攔截及收集器，所述的第i-1級收集孔的開孔面積大於第i級收集孔的開孔面積，1≤i≤m-1。

本發明技術方案中：所述的凝並裝置的噴嘴前設置過濾器。

本發明技術方案中：在至少一組相連旋流組件之間設有衝洗水系統，所述的衝洗水系統包括衝洗水管，所述的衝洗水管頂部設有堵頭，底部設有衝洗水快速接頭，在衝洗水管的上部設有若干衝洗噴嘴，衝洗噴嘴噴向圓柱形外筒內壁。

本發明技術方案中：該裝置頂部設有擋流環，所述擋流環的內徑為圓柱形外筒的內徑的85～95％。

本發明技術方案中：該裝置位於吸收塔內噴淋層的上方，包括有n個凝並增強型旋流除塵除霧裝置，n≥1，相鄰凝並增強型旋流除塵除霧裝置之間及增強型旋流除塵除霧裝置及吸收塔內壁之間均設有下端密封板及上端密封板。

管束式除塵除霧裝置是一種基於離心力分離的氣液分離器，利用旋轉氣流的離心作用，將氣流中夾帶的液滴甩向壁面周圍，煙氣中的細小液滴、細微粉塵顆粒、氣溶膠等微小顆粒物互相碰撞團聚凝聚成大液滴，大液滴再被氣旋筒表面液膜捕獲，從而實現與氣相分離而脫除。離心力與顆粒直徑的3次方成正比，要使顆粒或液滴具有足夠的離心力，顆粒或液滴必須具有足夠的粒徑，通常而言，旋流組件對於大於18μm的顆粒的分離效率達99％左右，但由於二次夾帶等因素的存在，實際效率低於該數值，換句話來說，經過一級(或二級)旋流組件後，煙氣中大於18μm的顆粒基本已脫除，剩餘部分大都為小於18μm的顆粒。試驗數據表明，溼法脫硫之後(噴淋層後)，PM2.5和PM10佔總顆粒的比重相當高，部分電廠甚至達到了76％和51％左右，也就是說這部分粉塵的總量有可能超過排放限值(5mg/m3)。

發明人通過研究發現：要提高次級旋流組件的效率，必須有效地提高顆粒的粒徑，達到或超過離心力可以容易分離的粒徑大小(18μm及以上)。當在相連旋流組件(8)之間的圓柱形外筒(13)內噴射細水霧時，細水霧會布滿該空間，因此大大增加了粉塵顆粒和細水霧之間發生慣性碰撞、攔截以及凝並的概率，其捕捉的概率與液滴的多少、直徑有關，當霧滴的直徑較大時，粉塵顆粒僅僅是隨氣流繞過霧滴而未被捕集；而當霧滴與粉塵顆粒直徑相近時，更容易與粉塵顆粒相撞而被捕集。發明人通過若干次實驗後發現霧滴霧化粒徑應與待捕集顆粒接近，以2～35μm為佳。為達到這一粒徑，發明人採用高壓霧化、雙流體霧化或超聲波霧化手段所產生的霧滴。通過本發明技術方案可以將PM2.5和PM10顆粒團聚變大，從而提高了粉塵的可捕集性。另一方面，前述所產生的微細霧滴向含塵空間時，能在很短時間內蒸發，使噴霧區水蒸氣迅速飽和，過飽和的水蒸氣凝結在含塵區內懸浮的大量粉塵顆粒上，從而凝聚合併，提高了粉塵的可捕集性。當然噴入過飽和蒸汽也可以達到同等的效果。

同時，發明人通過多次實驗還發現在水中加入0.5％～2.5％化學團聚劑按上述粒徑霧化噴入後，容易在顆粒之間產生液橋，促進顆粒團聚。團聚促進劑按質量百分比包含0.004％～0.25％的高聚物絮凝劑，0.0002～0.02％的潤溼劑，0.001～0.05％的無機鹽添加劑，其餘為水。

優選所述的化學團聚劑為高聚物絮凝劑和潤溼劑的混合物，高聚物絮凝劑為聚丙烯醯胺，聚氧化乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醚中的一種或多種，潤溼劑為磺化油，硫醇類、醯肼類和硫醇縮醛類中的一種或多種，無機鹽添加劑為磷酸鈉。

此外：管束式除塵除霧裝置是一種基於離心力分離的氣液分離器，利用旋轉氣流的離心作用，將氣流中夾帶的液滴甩向壁面周圍，壁面的液膜的厚度和高度會隨著煙氣中的液滴和顆粒數量激增，液膜過厚會使操作阻力過大，液膜過高時會增加二次夾帶的可能性，這些都會造成操作性能的下降。發明人通過多次研究發現通過設置液膜攔截及收集器，內徑設置為為壁面內徑的0.8～0.9。液膜攔截及收集器開設一定數量的孔是為了上層的液體能順利沿著壁面流下來，而不致於流入煙氣內側造成二次夾帶。優選的半圓形的孔主要是為了便於沿壁面順流。開孔的總的面積根據脫除煙氣中的液體的總量確定。下層的比上層孔多是因為上層的液體匯並流入下層。

本發明的有益效果：

本發明通過在旋流組件級間增加凝並裝置，提高細小顆粒粉塵與噴入凝並液滴間發生慣性碰撞、攔截以及凝並的概率，提高了粉塵的可捕集性，在同等旋流組件級數下提升了脫除效率，或者說達到同等效率所需的旋流組件級數降低，縮減了投資和運行成本。

附圖說明

圖1為凝並增強型旋流除塵除霧裝置的主視圖；

圖2為凝並增強型旋流除塵除霧裝置的剖視圖；

圖3為凝並增強型旋流除塵除霧裝置的俯視圖；

圖4為擋流環的主視圖；

圖5為液膜攔截及收集器的主視圖。

1為下端密封板，2為凝並裝置快速接頭，3為凝並液管道，4為凝並裝置，5為液膜攔截及收集器，6為過濾器，7為噴嘴，8為旋流組件，9為擋流環，10為上端密封板，11為中心筒，12為旋流葉片，13為圓柱形外筒，14為堵頭，15為衝洗噴嘴，16為衝洗水系統，17為衝洗水管，18為衝洗水快速接頭，511為第i級攔截環，512為第i級收集孔。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明的保護範圍不限於此：

實施例1

一種凝並增強型旋流除塵除霧裝置，該裝置包括有圓柱形外筒(13)、m個旋流組件(8)，所述的旋流組件(8)包括有若干個旋流葉片(12)和一個中心筒(11)，旋流葉片(12)以傾斜的角度均勻分布在中心筒(11)外壁和圓柱形外筒(13)內壁之間的環狀區域內，所述旋流組件的個數m≥2；

在至少一組相連旋流組件(8)之間的圓柱形外筒(13)內設有n級凝並裝置(4)，所述的凝並裝置(4)包括凝並液管道(3)以及設置在凝並液管道(3)頂部產生霧滴粒徑為2～80μm的噴嘴(7)和設置在凝並液管道(3)底部的凝並裝置快速接頭(2)，所述凝並裝置快速接頭(2)與外部凝並液連接，其中n≥1；

所述凝並液為工藝水、蒸汽或添加化學團聚劑的工藝水。優選添加化學團聚劑的工藝水是在工藝水中加入0.5％～2.5％化學團聚劑，所述的化學團聚劑為0.004％～0.25％的高聚物絮凝劑、0.0002～0.02％潤溼劑和0.001～0.05％的無機鹽添加劑，其餘為水。更優選所述的高聚物絮凝劑為聚丙烯醯胺，聚氧化乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醚中的一種或多種；所述的潤溼劑為磺化油，硫醇類、醯肼類和硫醇縮醛類中的一種或多種；所述的無機鹽添加劑為磷酸鈉。

所述的噴嘴(7)產生霧滴的粒徑為2～35μm。優選所述噴嘴(7)產生的霧滴是採用高壓霧化、雙流體霧化或超聲波霧化的方式形成。

所述的相連旋流組件之間設有液膜攔截及收集器，所述的液膜攔截及收集器包括攔截環(511)和收集孔(512)，所述的攔截環(511)位於圓柱形外筒(13)內周壁，所述的收集孔(512)位於圓柱形外筒(13)和攔截環(511)之間；所述的收集孔(512)為半圓形、圓形或腰孔形，優選所述的收集孔(512)為半圓形。

所述的裝置由下到上共計m-1級液膜攔截及收集器，所述的第i-1級收集孔(512)的開孔面積大於第i級收集孔(512)的開孔面積，1≤i≤m-1。所述的凝並裝置(4)的噴嘴(7)前設置過濾器(6)。在至少一組相連旋流組件之間設有衝洗水系統(16)，所述的衝洗水系統(16)包括衝洗水管(17)，所述的衝洗水管(17)頂部設有堵頭(14)，底部設有衝洗水快速接頭(18)，在衝洗水管(17)的上部設有若干衝洗噴嘴(15)，衝洗噴嘴(15)噴向圓柱形外筒(13)內壁。所述的凝並增強型旋流除塵除霧裝置頂部設有擋流環，所述擋流環的內徑為圓柱形外筒(13)的內徑的85～95％。

凝並增強型旋流除塵除霧裝置位於吸收塔內噴淋層的上方，包括有n個凝並增強型旋流除塵除霧裝置，n≥1，相鄰凝並增強型旋流除塵除霧裝置之間及增強型旋流除塵除霧裝置及吸收塔內壁之間均設有下端密封板(1)及上端密封板(10)。

採用上述裝置進行燃煤熱態試驗系統研究，在工藝水中加入1％的化學團聚劑，所述的化學團聚劑為0.004％～0.25％的聚丙烯醯胺、0.0002～0.02％磺化油和0.001～0.05％的磷酸鈉，其餘為水。在電除塵器入口煙氣添加化學團聚劑促進電除塵脫除PM2.5的試驗研究，研究了團聚劑添加前後PM2.5濃度及其粒度分布的變化，結果表明，採用本發明裝置PM2.5增大到原先的四倍左右，典型工況下電除塵器出口PM2.5濃度降低80％以上。採用本發明裝置PM10增大到也是原先的四倍左右，典型工況下電除塵器出口PM10濃度降低85％以上。