[发明专利]促进燃煤锅炉烟气中细颗粒物相互作用的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃煤烟气中细颗粒物的脱除技术，具体涉及促进燃煤锅炉烟气中细颗粒物相互作用的装置及方法。

背景技术

可吸入颗粒物(PM₁₀)是指空气动力学直径小于等于10μm的细颗粒物，特别是其中包含的PM_2.5已经导致了严重的大气环境问题，引起了我国的高度重视。PM_2.5的危害在于，粒径小，比表面积大，容易吸附病毒、细菌等有害物质，进入人体后能够于肺泡形成沉积，引发呼吸系统疾病及心肺疾病，对人体危害极大；同时，细颗粒物在大气中滞留时间长、传输距离远，含有硫酸盐和硝酸盐的细颗粒物进入云水或降水体系后，极有可能促进降水的酸化，对大气环境也造成了极大的影响。

相关资料显示，我国大气中PM_2.5浓度增大的主要因素是大量的烟尘排放，而烟尘排放的70％来自于煤炭燃烧，燃煤发电厂又是煤炭消耗的主要场所。燃煤过程产生大量的粉尘，现有除尘设备主要是采用静电除尘器、布袋除尘器以及湿法静电除尘器等，对脱除粒径较大颗粒效率较高，质量脱除效率可以达到99％以上；但对粒径较小的细颗粒物，现有除尘设备对其捕获率较低，若以数量计，仍有占粉尘总数量的90％以上的细颗粒未被脱除而进入环境大气，虽然其所占质量分数较小，但数量巨大，更易被人体吸收，造成极大危害。干法、半干法以及湿法烟气脱硫也仅能抑制粗颗粒的排放，对PM_2.5等细颗粒捕集困难，并且经过湿法烟气脱硫系统后，在一定程度上还会产生新的细颗粒物，进一步增加了PM_2.5的排放。目前，国内外对燃烧源细颗粒物控制技术的研究主要运用物理以及化学方法，促使细颗粒物团聚长大为较大颗粒，再借助传统除尘设备将其处理，可有效提高对细颗粒物的脱除效果。

现阶段主要的团聚技术包括声波团聚技术、磁团聚技术、蒸汽相变团聚技术、电凝并技术、化学团聚技术以及湍流团聚技术等，但都存在不同程度的问题：声波团聚能耗过高，且产生较大的噪声；磁团聚技术以及蒸汽相变团聚技术均要求细颗粒物具备相应的物理特性；电凝并技术主要取决于粒子浓度、粒径、电荷分布以及电场强度等因素，团聚效果较好，然而，由于细颗粒物的微观性及复杂性，目前仍处于实验研究阶段，工业应用极少；化学团聚技术需要配置特定酸度、浓度的团聚促进剂，由于化学试剂的配制以及吸附细颗粒物后有害元素的处理方面较为困难；相对而言，湍流团聚技术利用烟气流动中产生的涡旋结构，不同粒径的颗粒物在漩涡的不同区域聚集，粒径较大的颗粒由于惯性在漩涡边界流动或被甩出漩涡，粒径越小的颗粒物则容易被卷吸于漩涡中心，形成较大浓度聚集区，这就增加了不同粒径颗粒物之间碰撞和相互作用的可能性。

李云飞(李云飞.烟气细颗粒物湍流团聚的研究[D].哈尔滨工业大学.2014)提出了一种新型的湍流凝聚器。该湍流凝聚器是在矩形通道中设置扰流部件，考虑到扰流圆柱能产生大尺度的涡，涡片能产生小尺度的涡，因此在矩形烟道安装两个并列的扰流圆柱，以产生大尺度的涡，在圆柱后安装4×6的“十”字形涡片，以产生小涡。其不足之处是“十”字形件的使用使烟道阻力增加，不利于烟气流动，要减少这一缺陷又会使设备体积增大，成本增加。

申请号为201010504951.4的发明专利公开了一种促进颗粒物相互作用的装置及方法，该方法将来流烟气通过导流柱将流体分隔成不同的流道，进入装有许多外凸或内凹的产涡涡片的团聚腔中，通过涡片绕流作用促进细颗粒物发生碰撞团聚，据称可达到良好的团聚效果。波浪形涡片虽然能降低流道阻力，但流体速度梯度变化较小，产涡效果较差，致使团聚效果取决于涡片数量；同时涡片加工精度要求高，增加了设备的投入成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种促进燃煤锅炉烟气中细颗粒物相互作用的装置及方法。该装置考虑到湍流团聚存在的不足，通过加装涡流发生器(本实施例即矩形翅片)保证湍流效果的基础上，尽量避免了湍流涡片造成的流动阻力，采用了喷嘴射流以及涡流发生器诱导漩涡技术，具有设备简单，结构精巧，产涡效果好，脱除效率高的特点。

该方法用于经过干法、半干法以及湿法烟气脱硫处理后的高温烟气中细颗粒物的脱除，利用装置各部分的合理布局同时加装涡流发生器，使来流烟气在矩形通道内混合，在缩放喉口的喉口处加速，在涡流发生器的作用下，经过加速的烟气会产生较大的速度梯度，促进漩涡的产生，诱导细颗粒物局部富集，进而增加了颗粒碰撞的概率，达到细颗粒物团聚为较大颗粒的效果。

本发明解决所述技术问题采取的技术方案是：