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一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置及方法

阅读：793发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，包括除尘预处理塔，其底部设有气流进口，顶部设有气流出口，气流进出口的中心线与除尘预处理塔的中心线重合；在气流进口与气流出口之间、除尘预处理塔的内部由下至上分为异相水汽凝结室和颗粒聚并区，异相水汽凝结室通过中间绝缘挡板分为正、负电水汽凝结室；除尘预处理塔的外部左右两侧设有水蒸汽荷电系统，水蒸汽荷电系统包括高压电源、蒸汽产生装置、水蒸汽荷电腔及蒸汽喷嘴，高压电源和蒸汽产生装置分别与水蒸汽荷电腔连接，水蒸汽荷电腔通过蒸汽喷嘴与正负电水汽凝结室连接。本发明利用水汽荷电相变促使气体中的细颗粒长大至传统除尘设备有效脱除粒径，有效提高了预除尘效率。，下面是一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，包括除尘预处理塔，所述除尘预处理塔的底部设有气流进口(5)，其顶部设有气流出口(1)，所述气流进出口的中心线与除尘预处理塔的中心线重合；其特征在于，在所述气流进口(5)与气流出口(1)之间、除尘预处理塔的内部由下至上分为异相水汽凝结室(3)和颗粒聚并区(2)，所述异相水汽凝结室(3)通过中间绝缘挡板(14)分为正电水汽凝结室和负电水汽凝结室；所述除尘预处理塔的外部左右两侧分别设有水蒸汽荷电系统(4)，所述水蒸汽荷电系统(4)包括高压电源(7)、蒸汽产生装置(8)、水蒸汽荷电腔及蒸汽喷嘴(13)，所述高压电源(7)和蒸汽产生装置(8)分别与水蒸汽荷电腔连接，所述水蒸汽荷电腔分别通过蒸汽喷嘴(13)与正负电水汽凝结室连接。
2.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述水蒸汽荷电腔的腔内设有放电电极(11)和接地电极(12)，所述放电电极(11)为芒刺电极，且与所述水蒸汽荷电腔绝缘，所述接地电极(12)与所述水蒸汽荷电腔、蒸汽喷嘴(13)均绝缘；所述放电电极(11)通过导线与高压电源(7)连接，所述接地电极(12)通过导线接地或连接在除尘预处理塔的外部。
3.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述高压电源(7)提供的电压控制在起晕电压以上。
4.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述蒸汽喷嘴(13)的中线垂直于除尘预处理塔的中心线，所述蒸汽喷嘴(13)具有流线型结构。
5.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述蒸汽产生装置(8)通过水蒸汽输入管(10)与水蒸汽荷电腔连接。
6.根据权利要求5所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述水蒸汽输入管(10)上还设有流量计(9)。
7.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述正负电水汽凝结室与除尘预处理塔内壁之间设有绝缘挡板(14)。
8.根据权利要求1所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，其特征在于，所述除尘预处理塔的底部还设有液体排出口(6)。
9.一种基于水汽荷电相变的除尘预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)构建如权利要求1～8任一项所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理装置；
(S2)将含尘气体从气流进口(5)输入除尘预处理塔，同时开启两侧的水蒸汽荷电系统(4)，分别提供正、负高压电进行水蒸汽的荷电，将带正电和负电的水蒸汽分别通过蒸汽喷嘴(13)输入正电水汽凝结室和负电水汽凝结室，带不同电荷的水蒸汽与含尘气体中的细颗粒碰撞，细颗粒长大为带有不同电荷的含尘液滴；
(S3)带有不同电荷的含尘液滴随气体进入颗粒聚并区(2)，含尘液滴在不同电荷之间的库仑吸力作用下，进一步聚并，形成更大的含尘液滴。
10.根据权利要求9所述的基于水汽荷电相变的除尘预处理方法，其特征在于，所述水蒸汽的温度为343～373K，所述水蒸汽与含尘气体的气流比为0.1～0.3。

说明书全文

一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及除尘预处理装置及方法，尤其涉及一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置及方法。

背景技术

[0002] 中国能源的来源主要以燃煤为主，在充分利用其热能的同时也向大气中排放了大量的污染物。尽管在燃烧装置后加装了尾气处理装置，但是细颗粒物(指PM2.5，即空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)仍然难以完全去除。细颗粒物的大量排放不但造成了空气质量的日益恶化，而且给人类带来各种心肺疾病，严重危害了人类生存环境。因此，有效脱除燃煤尾气中存在的PM2.5已经成为当前大气环境治理中需要解决的重要技术问题。

[0003] 据统计，现有的除尘设备可以除去燃煤尾气中99％以上的颗粒物，但是对于PM2.5的脱除效率仅为25％左右。对于提高PM2.5的脱除效率，目前主要采用在现有除尘装置前安装除尘预处理系统。目前常有的除尘预处理装置主要包括：电聚并、磁场聚并、声聚并、化学团聚以及水汽相变长大等。其中，水汽相变促使细颗粒长大是被认为最具有前景的除尘预处理技术之一。水汽相变促使细颗粒长大的原理是，水汽过饱和的条件下，细颗粒物作为核化凝结的中心，水汽在细颗粒物表面形成晶胚，并进一步长大成为含尘液滴。研究表明水汽相变可以促使大部分细颗粒物长大，但仍有将近30％细颗粒物在预处理装置中难以长大到被后续装置脱除的尺寸。这与颗粒的性质、水汽的过饱和程度、颗粒的驻留时间等都紧密相关。如何在有限的驻留时间内，实现更多的颗粒物长大，实现颗粒物长得更大，是亟需解决的问题，单纯地通过水汽核化凝结显然难以实现所有细颗粒物的脱除。

发明内容

[0004] 发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，该装置利用水汽荷电相变促使气体中的细颗粒长大至传统除尘设备有效脱除粒径，有效提高了预除尘效率。本发明的另一目的是提供基于该装置的除尘预处理方法。

[0005] 技术方案：本发明所述的一种基于水汽荷电相变的除尘预处理装置，包括一竖直放置的除尘预处理塔，所述除尘预处理塔的底部设有气流进口，其顶部设有气流出口，所述气流进出口的中心线与除尘预处理塔的中心线重合；在所述气流进口与气流出口之间、除尘预处理塔的内部由下至上分为异相水汽凝结室和颗粒聚并区，所述异相水汽凝结室通过中间绝缘挡板分为正电水汽凝结室和负电水汽凝结室；所述除尘预处理塔的外部左右两侧分别设有水蒸汽荷电系统，所述水蒸汽荷电系统包括高压电源、蒸汽产生装置、水蒸汽荷电腔及蒸汽喷嘴，所述高压电源和蒸汽产生装置分别与水蒸汽荷电腔连接，所述水蒸汽荷电腔分别通过蒸汽喷嘴与正负电水汽凝结室连接。

[0006] 优选的，所述水蒸汽荷电腔的腔内设有放电电极和接地电极，所述放电电极为芒刺电极，且与所述水蒸汽荷电腔绝缘，所述接地电极与所述水蒸汽荷电腔、蒸汽喷嘴均绝缘；所述放电电极通过导线与高压电源连接，所述接地电极通过导线接地或连接在除尘预处理塔的外部。

[0007] 优选的，为了保证产生稳定的荷电效果，芒刺电极必须获得足够的电压，因此所述高压电源提供的电压控制在起晕电压以上。

[0008] 优选的，所述蒸汽喷嘴的中线垂直于除尘预处理塔的中心线，所述蒸汽喷嘴具有流线型结构。

[0009] 优选的，所述蒸汽产生装置通过水蒸汽输入管与水蒸汽荷电腔连接。

[0010] 优选的，所述水蒸汽输入管上还设有用于测量水蒸汽流量的流量计。

[0011] 优选的，所述正负电水汽凝结室与除尘预处理塔内壁之间设有绝缘挡板。

[0012] 优选的，所述除尘预处理塔的底部还设有液体排出口。

[0013] 本发明所述的基于上述水汽荷电相变的除尘预装置的预处理方法，包括以下步骤：

[0014] (S1)构建上述基于水汽荷电相变的除尘预处理装置；

[0015] (S2)将含尘气体从气流进口输入除尘预处理塔，同时开启两侧的水蒸汽荷电系统，分别提供正、负高压电进行水蒸汽的荷电，将带正电和负电的水蒸汽分别通过蒸汽喷嘴输入正电水汽凝结室和负电水汽凝结室，带不同电荷的水蒸汽与含尘气体中的细颗粒碰撞，细颗粒长大为带有不同电荷的含尘液滴；

[0016] (S3)带有不同电荷的含尘液滴随气体进入颗粒聚并区，含尘液滴在不同电荷之间的库仑吸力作用下，进一步聚并，形成更大的含尘液滴。

[0017] 其中，为了保证异相水蒸汽凝结室内合适的过饱和度，所述水蒸汽为热的饱和水蒸汽，水蒸汽的温度为343～373K；所述水蒸汽与含尘气体的气流比为0.1～0.3；所述含尘气体的温度为283K，冷的含尘气体和带电的热的饱和水蒸气在相变室内混合，可构建出合适的过饱和场。

[0018] 本发明采用高压电源对水蒸汽进行荷电，分别产生带正电和负电的水蒸汽，即自由离子和带电细雾滴；水蒸汽中的自由离子和带电纳米的细雾滴在静电力的作用下与非带电的细颗粒物碰撞结合，迅速完成核化凝结过程，使细颗粒物长大，形成含尘液滴，含尘液滴带上与自由离子相同的电荷；两种不同电荷的含尘液滴，在聚并区由于库伦吸引作用可以形成更大颗粒，有利于进一步脱除。

[0019] 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：本发明利用水蒸汽带电实现颗粒的带电及水汽在颗粒表面的核化凝结，并且通过异相聚并，促使气体中的细颗粒长大至传统除尘设备有效脱除粒径，有效提高了预除尘效率。附图说明

[0020] 图1是本发明除尘预处理装置的示意图；

[0021] 图2是水蒸汽荷电系统的示意图；

[0022] 图3是水蒸汽荷电腔的示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0024] 如图1所示，为本发明的除尘预处理装置，本装置为圆筒形，包括一个竖直放置的除尘预处理塔，除尘预处理塔的底部设有气流进口5，气流进口5上接有一根竖直放置的进气管道，进气管道的一端一直延伸入除尘预处理塔的内部，进气管道的长度高于塔底部的高度；除尘预处理塔的顶部设有气流出口1，气流出口1和气流进口5的中心线预除尘预处理塔的中心线是重合的。除尘预处理塔内，气流进口5和气流出口1之间的区域自下而上分为异相水汽凝结室3和颗粒聚并区2。异相凝结室3通过中间绝缘挡板14分为相对于除尘预处理塔中轴线左右对称的正电水汽凝结室、负电水汽凝结室，正负电水汽凝结室与预除尘预处理塔的内壁之间设有绝缘挡板14。在除尘预处理塔的外部左右两侧分别设有水蒸汽荷电系统4，如图2和3所示，水蒸汽荷电系统4包括高压电源7、蒸汽产生装置8、水蒸汽荷电腔和蒸汽喷嘴13；其中，如图3所示，水蒸汽荷电腔的腔内设有放电电极11和接地电极12，放电电极11为芒刺电极、与水蒸汽荷电腔的腔体绝缘，接地电极12与水蒸汽荷电腔的腔体、蒸汽喷嘴13均绝缘，其中水蒸汽荷电腔的外壁由绝缘材料制成；蒸汽产生装置8产生的蒸汽通过水蒸汽输入管10经流量表9流入水蒸汽荷电腔，高压电源7为水蒸汽带电提供所需要的高压电，既可以提供正高压电，也可以提供负高压电，高压电源7通过导线与放电电极11连接，接地电极12通过导线接地，为了保证产生稳定的荷电效果，芒刺电极必须获得足够的电压，因此高压电源7所提供的电压控制在起晕电压以上。通过蒸汽喷嘴13连通水蒸汽荷电腔和正负电水汽凝结室，蒸汽喷嘴13的中心线垂直于除尘预处理塔的中心线，且具有流线型结构。另外，在除尘预处理塔的底部还设有液体排出口6。

[0025] 需要说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，除本实施例外，高压电源7还可以为直流电源或者交流电源，产生的水蒸汽也可以通过其他方式荷电。

[0026] 本发明还公开了基于该装置的除尘预处理方法，具体步骤为：

[0027] 将温度为283K的含尘气体从气流进口5输入除尘预处理塔中，同时左右两侧水蒸汽荷电系统4的开启蒸汽产生装置8和高压电源7，由蒸汽产生装置8产生的水蒸汽通过水蒸汽输入管10经流量表9进入水蒸汽荷电腔内，左右两侧的高压电源7分别提供正高压电和负高压电，在水蒸汽荷电腔内完成水蒸汽的荷电，分别得到带有正电和负电的水蒸汽(自由离子和带电细雾滴)；

[0028] 带有正电和负电的水蒸汽(自由离子和带电细雾滴)通过蒸汽喷嘴13分别喷入位于左右两侧的正负电水汽凝结室中，在异相水汽凝结室3内，带荷电的水蒸汽与气体中的细颗粒物发生碰撞，在过饱和度的条件下，水汽在细颗粒物表面核化凝结，逐渐长大，自由离子与带电细雾滴在电像力的作用下迅速撞击、结合在颗粒物的表面，形成冠状的液态晶胚，同时由于水蒸汽的继续进入，异相水汽凝结室3内始终处于过饱和状态，因此颗粒表面逐渐产生水汽的凝结，颗粒逐渐长大，形成带电的含尘液滴，正电水汽凝结室的含尘液滴带正电，负电水汽凝结室的含尘液滴带负电；显然在此过程中电荷的存在与水蒸汽的持续添加强化了颗粒的核化和凝结过程，提高了颗粒的凝结效果，促进了颗粒的长大；

[0029] 带有不同电荷的含尘液滴随气体进入颗粒聚并区2，含尘液滴在不同电荷之间的库仑吸力作用下，进一步聚并，形成更大的含尘液滴，从而提高了细颗粒的长大尺度，使细颗粒物比较容易达到传统除尘设备的有效脱除粒径。

[0030] 需要指出的是，为了保证异相水蒸汽凝结室3内合适的过饱和度，除了控制含尘气体的温度为283K，水蒸汽的温度为343～373K外，还要控制水蒸汽与含尘气体的气流比为0.1～0.3，水蒸汽的流量通过蒸汽产生装置8控制，并通过流量计9进行测量，含尘气体的流量通过进气速度进行控制，并在进气管道上设置流量计进行流量监控。

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