專利名稱：：一種改善除塵器效率的粉塵預處理方法及其裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及環(huán)境保護技術，尤其涉及一種改善除塵器效率的粉塵預處理方法及其裝置。
背景技術：
：目前，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，除塵器越來越多的應用于電力、熱電、建材水泥、化肥、冶金等各行業(yè)的灰塵排放控制上。特別是近幾十年以來，我國在吸收國外技術的同時加強自主研發(fā)，如今除塵器在我國的環(huán)保產(chǎn)業(yè)中,已成為技術力量較為雄厚、裝備水平較高、開發(fā)能力較強的行業(yè)之一。除塵器主要有旋風除塵器、濕式除塵器、布袋式除塵器和電除塵器等，以下對其主要原理做簡要敘述。旋風除塵器是利用含塵氣流旋轉所產(chǎn)生的離心力使粉塵從氣流中分離出來的設備，其內(nèi)的氣流和顆粒運動十分復雜。旋風除塵器結構簡單、體積小、維護方便、對于1020jam的粉塵，除塵效率達到90%左右，但總體效率不高。主要是用做煙塵預處理以減少后端除塵器的負荷，或者用于一些其它除塵器無法使用的特殊場合。濕法除塵機理為塵粒與液滴通過碰撞、截留、擴散、凝聚等機理使塵粒從煙氣中分離。煙氣與液滴混合過程中，在塵粒表面形成水膜，增加了粉塵粒徑并使其互相粘結，從而加速粉塵沉降。濕法收塵投資少、工藝簡單、運行費用低以及對溫度變化、結露、易粘附有很強的適應性等優(yōu)點，但普遍存在噴嘴堵塞、倒煙、泥漿難以全部成球、排放濃度多在200mg/r^左右，難以達標等問題。袋式除塵器原理是用纖維編制物制作的袋式過濾布，在含塵氣體單向通過濾布，塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截；細微的塵粒(粒徑為2pm或更小)則受氣體分子沖擊(布朗運動)不斷改變運動方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞而被分離出來；足夠多的塵粒堆積在濾布纖維表面，形成濾餅(或稱濾床)，這種濾餅又通過上述篩濾等機理，得以捕集更細的塵粒。塵粒留在上游或濾布的含塵氣體側，而干凈氣體通過濾布到下游或干凈氣體側；當塵粒沉積到一定程度后，借助氣力或機械方法，將塵粒從濾布上除去，收集并輸走。袋式除塵器除塵效率極高，可以達到99°/。以上；除塵效率不受粉塵比電阻、濃度、粒度的影響，鍋爐負荷的變化、煙氣量的波動對袋式除塵器的出口的排放濃度影響不大；捕集微細粉塵更有效，它除去飛灰中所含重金屬微粒比靜電除塵器除去的多；結合噴霧干燥等設備，還有脫除有害氣體的功能。但是袋式除塵器阻力大、體積大、初投資高，且對煙氣溫度控制有較高要求，否則易造成高溫燒袋，低溫糊袋現(xiàn)象發(fā)生。電除塵器的原理主要是利用利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，使氣流中的粉塵荷電，荷電粉塵在電場作用下與氣流分離，從而對粉塵進行收集。要利用靜電使粉塵分離須具備兩個基本條件，一是存在使粉塵荷電的電場；二是存在使荷電粉塵顆粒分離的電場。一般的靜電除塵器采用荷電電場和分離電場合一的方法，放電極的金屬棒接高壓直流電源的負極，集塵極接地為正極，集塵極可以采用圓管，也可以采用平板。電除塵系統(tǒng)由電除塵器、高壓供電裝置、低壓控制柜、進出氣管路和卸運灰裝置組成。靜電除塵器與其他除塵設備相比，耗能少，壓損小、除塵效率高(對除去大于10mn的大顆粒的效率可達到99.9。/。以上)，而且可用于煙氣溫度高、壓力大的場合。實踐表明，處理的煙氣量越大，使用靜電除塵器的投資和運行費用越經(jīng)濟。但是，對于小于2um的顆粒，靜電除塵器的效率就會顯著下降，在極端情況下，捕集率會降到50%以下，一般對于在0.5um到2um之間的顆粒，效率會低于90%。因此，隨著我國對環(huán)境保護的要求越來越高，特別是2004年我國實施新的《火電廠國家允許排放標準》和《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》，煙塵、粉塵排放標準都低于3050mg/Nm3,對于國內(nèi)絕大多數(shù)除塵企業(yè)來說，由于已有除塵器本身技術限制，排放難以達到新的煙塵排放標準。要使除塵器排放達到新的排放標準，就需要在除塵器理論和技術上加大研究力度，以取得突破性進展，把除塵器技術推向更高的水平上。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有除塵器不能有效去除細微粒子的不足，提供一種改善除塵器效率的粉塵預處理方法及其裝置。改善除塵器效率的粉塵預處理方法是粉塵在電除塵器入口煙道中被荷電區(qū)荷以正電和負電，并在強制混合區(qū)中進行強制性混合，使細微顆粒與粗顆粒吸引粘附成為大的顆粒，提高除塵器的除塵效率。改善除塵器效率的粉塵預處理裝置具有殼體，殼體內(nèi)前后設有荷電區(qū)和強制混合區(qū)，在荷電區(qū)平行設有多組依次放置的正極、負極、接地極，在強制混合區(qū)設有攔截體所述的正極、負極與高壓電源相連接，高壓電源設有兩套50KV/30mA變壓器，兩套控制柜。所述攔截體的設計方法包括如下歩驟1)確定預處理粉塵顆粒的粒徑特征分布、粉塵顆粒的質(zhì)量、粉塵顆粒的密度；2)選擇粉塵顆粒的粒徑大而且含量高的顆粒作為粘附顆粒，選擇粒徑小且需要同大顆粒進行碰撞粘附的顆粒作為被粘附顆粒，選取不同的攔截體特征尺寸D，利用方程(1)進行斯托克斯準數(shù)(St)計算，攔截體特征尺寸D要同時滿足以下兩個條件①使得粘附顆粒的St要盡量大，即St—oo;②使得被粘附顆粒的St趨近于O，即St—0，st=〔1)式中dp-顆粒的定性尺寸Pp-顆粒密度U()-氣體流速M-流體粘度C-坎寧漢(Cunningham)修正系數(shù)D-攔截體特征尺寸；3)最后根據(jù)上面計算得出的攔截體特征尺寸D，查詢化工設備設計手冊，得出單個攔截體壓力損失，按照總壓力損失要求，得出攔截體總的數(shù)量。本發(fā)明使細微顆粒附著到粗顆粒物上，很容易被除塵器捕集，從而大大削減了細微顆粒物的排放，提高了除塵器除塵效率。在旋風除塵器前使用本發(fā)明技術，可使除塵器效率提高5。/。，細微顆粒明顯得到去除。在靜電除塵器前使用本發(fā)明技術，可使電除塵器對細微顆粒的去除率在10111時從原來60%增加到90%，0.1imi顆粒的排放是原來的1/10，PM2.5排放削減量最大可以達80%。本發(fā)明技術實用性廣，可用于多種除塵技術前端作為預處理技術，并能有效提高除塵效率以及對細微顆粒的去除。在某電廠作的灰斗里的灰實驗說明，捕集的細微顆粒物增加，這證實了本粉塵預處理技術對細微顆粒物去除的改善效果。圖l是改善除塵器效率的粉塵預處理裝置的俯視圖2是改善除塵器效率的粉塵預處理裝置的A-A剖視圖。圖3是改善除塵器效率的粉塵預處理裝置實施例的俯視構造圖。圖中正極l、負極2、接地極3、殼體4、攔截體5、煙道6、除塵器7。具體實施例方式改善除塵器效率的粉塵預處理方法是粉塵在電除塵器入口煙道中被荷電區(qū)荷以正電和負電，并在強制混合區(qū)中進行強制性混合，使細微顆粒與粗顆粒吸引粘附成為大的顆粒，提高除塵器的除塵效率。如圖l、2所示，改善除塵器效率的粉塵預處理裝置具有殼體4，殼體內(nèi)前后設有荷電區(qū)和強制混合區(qū)，在荷電區(qū)平行設有多組依次放置的正極l、負極2、接地極3，在強制混合區(qū)設有攔截體5。所述的正極l、負極2與高壓電源相連接，高壓電源設有兩套50KV/30mA變壓器，兩套控制柜。所述攔截體5的設計方法包括如下步驟1)確定預處理粉塵顆粒的粒徑特征分布、粉塵顆粒的質(zhì)量、粉塵顆粒的密度；2)選擇粉塵顆粒的粒徑大而且含量高的顆粒作為粘附顆粒，選擇粒徑小且需要同大顆粒進行碰撞粘附的顆粒作為被粘附顆粒，選取不同的攔截體特征尺寸D，利用方程(1)進行斯托克斯準數(shù)(St)計算，式中dp-顆粒的定性尺寸Pp-顆粒密度uo-氣體流速p-流體粘度C-坎寧漢(Cunningham)修正系數(shù)D-攔截體特征尺寸；攔截體特征尺寸D要同時滿足以下兩個條件①使得粘附顆粒的St要盡量大，g口St—oo;②使得被粘附顆粒的St趨近于0，即St—0。由于St描述了顆粒隨流體流動的運動特征，St—oo的顆粒，其慣性力大于氣流粘附力，而St—0的顆粒，其慣性力小于氣流粘附力，因此在此紊流狀態(tài)下，St—oo的顆粒由于慣性力的作用，其前進方向不隨氣流方向改變而改變，維持原方向；而St—0的顆粒則由于氣流粘附力的作用，其前進方向隨氣流方向改變而改變，進入攔截體處形成的紊流旋渦中。這樣，粘附顆粒和被粘附顆粒就形成了不同的運動軌跡，從而增加了二者碰撞的幾率。同時，由于前端對顆粒已經(jīng)荷以不同電荷，所以，在顆粒碰撞的同時，由于電荷相異，二者更容易相互吸引并粘附在一起。3)最后根據(jù)上面計算得出的攔截體特征尺寸D，查詢化工設備設計手冊，得出單個攔截體壓力損失，按照總壓力損失要求，得出攔截體總的數(shù)量。設計例一某電廠鍋爐出口煙道尺寸為1.8x2.4m2煙氣流速為12m/s，粘度為2.4xl(T5Pa.s，粉塵密度為1900kg/m粒徑分布數(shù)據(jù)表(1)。要求增加對10,以下顆粒的去除率，同時壓力降不大于300Pa。表l某電廠鍋爐出口煙氣粉塵粒徑分布表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>50根據(jù)上表中數(shù)據(jù)分析可知，粒徑在20pm以上的顆粒含量較多，因此，選定粒徑為20pm的顆粒作為粘附顆粒；選擇粒徑為5pm的顆粒作為被粘附顆粒。按照公式(1)進行迭代計算，得出攔截體特征尺寸D為0.015m。由于顆粒在混合區(qū)要有一定的停留時間，以達到混合的目的，取停留時間0.1s，則混合區(qū)長度為1.2m。按照阻力要求以及煙道截面積計算攔截體數(shù)量及間隔位置，由于設備阻力與煙道入口煙氣流速以及攔截體安裝數(shù)量有關，其關系數(shù)由實驗得出，經(jīng)計算得出攔截體為102個，攔截體間橫向間距設為O.lm，縱向間距設為0.09m。設計例二某供熱鍋爐出口煙道尺寸為1.4x3.2m2煙氣流速為10m/s，粘度為2.26xl(T5Pa.s，粉塵密度為2100kg/m粒徑分布數(shù)據(jù)表(1)。要求增加對5pm以下顆粒的去除率，同時壓力降不大于500Pa。表l某供熱鍋爐出口煙氣粉塵粒徑分布表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>0根據(jù)上表中數(shù)據(jù)分析可知，粒徑在30,以上的顆粒含量為26%，因此，選定粒徑為30pm的顆粒作為粘附顆粒；選擇粒徑為5(im的顆粒作為被粘附顆粒。按照公式(1)進行迭代計算，得出攔截體特征尺寸D為0.01m。混合區(qū)長度為lm。按例一方法，計算得出攔截體為524個，攔截體間橫向間距設為0.08m，縱向間距設為0.06m。如圖3所示，改善除塵器效率的粉塵預處理裝置安裝于鍋爐煙氣出口與除塵器煙氣進口之間的煙道中，裝置前端設置是煙氣荷電區(qū)，在荷電區(qū)安裝有正極和負極以及接地極，荷電區(qū)后設置混合系統(tǒng)，荷電后的顆粒進入特別設計的混合系統(tǒng)后，極性細微顆粒與相反極性粗顆粒吸引粘附后，轉變?yōu)榇箢w粒，從而利于后端除塵器去除。本發(fā)明技術適用范圍廣，在用于旋風除塵、濕式除塵、靜電除塵和布袋除塵等各種除塵器的前端時，均可有效改善除塵器除塵效率。權利要求1.一種改善除塵器效率的粉塵預處理方法，其特征在于粉塵在電除塵器入口煙道中被荷電區(qū)荷以正電和負電，并在強制混合區(qū)中進行強制性混合，使細微顆粒與粗顆粒吸引粘附成為大的顆粒，提高除塵器的除塵效率。2.—種改善除塵器效率的粉塵預處理裝置，其特征在于具有殼體(4)，殼體內(nèi)前后設有荷電區(qū)和強制混合區(qū)，在荷電區(qū)平行設有多組依次放置的正極(l)、負極(2)、接地極(3)，在強制混合區(qū)設有攔截體(5)。3.根據(jù)權利要求2所述的一種改善除塵器效率的粉塵預處理裝置，其特征在于所述的正極(l)、負極(2)與高壓電源相連接，高壓電源設有兩套50KV/30mA變壓器，兩套控制柜。4.根據(jù)權利要求2所述的一種改善除塵器效率的粉塵預處理裝置，其特征在于所述攔截體(5)的設計方法包括如下步驟1)確定預處理粉塵顆粒的粒徑特征分布、粉塵顆粒的質(zhì)量、粉塵顆粒的密度；2)選擇粉塵顆粒的粒徑大而且含量高的顆粒作為粘附顆粒，選擇粒徑小且需要同大顆粒進行碰撞粘附的顆粒作為被粘附顆粒，選取不同的攔截體特征尺寸D，利用方程(1)進行斯托克斯準數(shù)(St)計算，攔截體特征尺寸D要同時滿足以下兩個條件①使得粘附顆粒的St要盡量大，即St—00;②使得被粘附顆粒的St趨近于0，即St—0，式中djr顆粒的定性尺寸Pp-顆粒密度U()-氣體流速p-流體粘度C-坎寧漢(Cunningham)修正系數(shù)D-攔截體特征尺寸；3)最后根據(jù)上面計算得出的攔截體特征尺寸D，査詢化工設備設計手冊，得出單個攔截體壓力損失，按照總壓力損失要求，得出攔截體總的數(shù)量。全文摘要本發(fā)明公開了一種改善除塵器效率的粉塵預處理方法及其裝置。方法是粉塵在電除塵器入口煙道中被荷電區(qū)荷以正電和負電，并在強制混合區(qū)中進行強制性混合，使細微顆粒與粗顆粒吸引粘附成為大的顆粒，提高除塵器的除塵效率。裝置具有殼體，殼體內(nèi)前后設有荷電區(qū)和強制混合區(qū)，在荷電區(qū)平行設有多組依次放置的正極、負極、接地極，在強制混合區(qū)設有攔截體。本發(fā)明裝置簡單、體積較小、效果明顯、造價低廉，應用裝置可直接安裝于煙道內(nèi)，而且安裝時間短，對生產(chǎn)影響小，可于工廠加工、現(xiàn)場吊裝安裝。本發(fā)明適用范圍廣，可應用于旋風除塵、濕式除塵、靜電除塵和布袋除塵等各種除塵器的前端來有效改善除塵器除塵效率。文檔編號B03C3/04GK101310867SQ20081005955公開日2008年11月26日申請日期2008年1月31日優(yōu)先權日2008年1月31日發(fā)明者劉亞敏,耀施申請人:浙江大學