本發(fā)明屬于工業(yè)煙氣凈化領(lǐng)域，特別涉及一種降溫電凝并裝置及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國已成為世界上微細(xì)顆粒物污染最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，嚴(yán)重霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，PM2.5已成為社會的熱點名詞，微細(xì)顆粒物污染的治理力度前所未有，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3095-2012增設(shè)了PM2.5的限制項，火電、冶金等主要污染領(lǐng)域的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)全面修訂，重點區(qū)域與城市也相應(yīng)出臺了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物治理進(jìn)入了精細(xì)化階段。

工業(yè)領(lǐng)域高效除塵設(shè)備主要為電除塵器及布袋除塵器兩類。電除塵器運行穩(wěn)定、阻損小、能處理高溫、高濕煙氣，但受粉塵比電阻影響大、對微細(xì)粉塵捕集率不高。布袋除塵器運行穩(wěn)定高效、正常工作能保證粉塵排放濃度控制在30mg/Nm³以下，但難以達(dá)到潔凈排放、超細(xì)排放，且濾料難以在高溫或高濕情況下正常工作，運行阻力大?；谏鲜鲈颍?dāng)前主要的兩種除塵設(shè)備對微細(xì)粉塵的捕集率均難以滿足日益提高的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

根據(jù)基礎(chǔ)除塵理論，除塵器收塵效率與粉塵粒子粒徑直接相關(guān)，即粉塵粒徑粗，在除塵器內(nèi)凈化效率就高，實際工業(yè)除塵設(shè)備運行過程也驗證了這一理論，電除塵器和布袋除塵器對較粗顆粒粉塵的捕集 率幾近100％，設(shè)備末端逃逸的粉塵大部分為微細(xì)粉塵。如果在煙塵進(jìn)入除塵器前，通過外力使粉塵粒子相互碰撞聚集在一起，將微細(xì)粒子與其他粒子凝并在一起形成新的較粗粒子，從而使得煙塵的粒徑分布顯著增粗，然后能夠在除塵器內(nèi)得以更高效地捕集。通過電場力的外力形式凝并是當(dāng)前公認(rèn)的最有效、可操作性最強的凝并方式，稱之為電凝并。

專利公開號為CN1390157A的發(fā)明名稱為“凝聚粒子的方法和裝置”的專利申請文件、公開號為CN1603004A的發(fā)明名稱為“雙極性電暈放電煙塵凝并電除塵方法及其設(shè)備”的專利申請文件、公開號為CN102836779A的發(fā)明名稱為“一種偶極荷電靜電凝并除塵裝置”、以及公開號為CN201329312Y的實用新型名稱為“凝聚型高壓靜電除塵器”的專利申請文件，分別公開了各自的粒子電凝并方法或設(shè)備，通過粒子在電場中荷異性電荷后定向遷移而發(fā)生交叉碰撞，形成新的較粗顆粒，從而使煙塵粒徑顯著粗化，提升其在后續(xù)除塵設(shè)備中的捕集率。

但前述電凝并的設(shè)備和方法均是單純通過電場力在凝并區(qū)改變粉塵行進(jìn)方向來形成一次碰撞，凝并性能有待提高，且凝并器僅起單純的粒子增粗作用，對煙氣和后續(xù)除塵器無變動和其余輔助收塵效果。而工業(yè)煙氣凈化系統(tǒng)仍處于獨立裝置完成獨立單元操作階段，除塵器、脫硫塔、脫硝反應(yīng)器等基本為串聯(lián)組合，流程長，占地大，隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，占地小、復(fù)合功能型、注重系統(tǒng)效應(yīng)的凈化方法及裝備將成為首選，對于電凝并器這類輔助增效的裝備尤其如此。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種降溫電凝并裝置，其包括：外殼，其首端和末端分別開設(shè)有入口和出口，以使得需要除塵的氣體能夠從所述入口流入并從所述出口流出；電離組件，其設(shè)置在所述外殼的內(nèi)部，用于使得所述外殼內(nèi)的氣體中的粒子帶電；換熱組件，其設(shè)置在所述外殼的內(nèi)部，用于使得所述外殼內(nèi)的氣體降溫。

進(jìn)一步地，所述電離組件包括多個放電極排，每個所述放電極排包括矩陣式排列的多個放電線，所述多個放電極排之間互相平行且互相間隔有預(yù)定距離，每個所述放電線均連接到高壓電源，以使得每個所述放電極排內(nèi)的多個所述放電線的正負(fù)極性相同，且相鄰的兩個所述放電極排的正負(fù)極性相反。

優(yōu)選地，各所述放電線的延伸方向與所述殼體內(nèi)的氣體的流動方向垂直。

進(jìn)一步地，所述換熱組件為用于流動冷卻水的換熱管，所述換熱管從所述殼體的末端進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部，并從所述殼體的首端伸出所述殼體。

優(yōu)選地，所述換熱管從所述殼體的末端的上部進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部，并從所述殼體的首端的下部伸出所述殼體。

進(jìn)一步地，所述換熱管在所述殼體的內(nèi)部的部分形成為互相連通的多個段，各所述段設(shè)置在相鄰的兩個所述放電極排之間，各所述段的延伸方向與所述殼體內(nèi)的氣體的流動方向平行。

優(yōu)選地，各所述段均形成為蛇形管。

本發(fā)明還提供了一種降溫電凝并方法，其包括如下步驟：將需要除塵的氣體通入所述外殼的入口；開啟所述高壓電源，使得每個所述放電極排周圍的氣體中的粒子帶電，并且粒子所帶的電荷的極性與其臨近的所述放電極排的極性相同；持續(xù)向所述換熱管中通入冷卻水，使得所述殼體內(nèi)的氣體降溫。

本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法，使得煙氣降溫與粉塵凝并同時實現(xiàn)并能夠促進(jìn)凝并效應(yīng)、降低粉塵比電阻、降低后續(xù)電除塵器的電場風(fēng)速、提高系統(tǒng)除塵效率，顯著提高凝并裝置的綜合性能。

附圖說明

圖1為鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的降溫電凝并裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中去除外殼之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中的放電極排的放大的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為以剖視圖方式展示的本發(fā)明的降溫電凝并裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-鍋爐，2-脫硝反應(yīng)器，3-空預(yù)器，4-降溫電凝并裝置，5-電除塵器，6-風(fēng)機，7-脫硫塔，8-煙囪，

410-外殼，411-入口，412-出口，

421-放電極排，4211-框架，4212-放電線，

431-入水端，432-出水端，433-段。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

圖1所示為本發(fā)明的降溫電凝并裝置適用的鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)由依次連接的鍋爐1、脫硝反應(yīng)器2、空預(yù)器3、降溫電凝并裝置4、電除塵器5、風(fēng)機6、脫硫塔7、以及煙囪8組成。降溫電凝并裝置4使得煙氣(即需要除塵的氣體)中的粉塵粒子相互碰撞凝并，從而使得煙氣中的粉塵顆粒明顯變大，更有利于后續(xù)的電除塵器5進(jìn)行除塵。

下面參照圖2至圖5描述本發(fā)明的降溫電凝并裝置。該裝置包括外殼410、以及設(shè)置在外殼410內(nèi)部的電離組件和換熱組件。其中，外殼410的首端和末端分別開設(shè)有入口411和出口412，以使得需要除塵的氣體能夠從入口411流入，從出口412流出(圖中虛線所示方向為氣體的流動方向)。電離組件用于使需要除塵的氣體中的粒子帶上極性相反的電荷，換熱組件用于使需要除塵的氣體降溫，從而更有利于粒子的碰撞凝聚。

具體地，參照圖3至圖5，電離組件包括多個互相平行且互相間隔設(shè)置的放電極排421，每個放電極排分別對其周圍的氣體放電以使其中的粒子荷電。為了使得荷電后的粒子能夠在電場的作用下互相碰撞，相鄰的兩個放電極排421必須具有相反的正負(fù)極性。

優(yōu)選地，每個放電極排421包括矩陣式排列的多個放電線4212，多個放電線4212通過框架4211固定以形成為平面狀的放電極排421。每個放電線4212均連接到高壓電源，并且同一個放電極排421內(nèi)的所有放電線4212的正負(fù)極性均相同，但與相鄰的放電極排421內(nèi)的放電線4212的正負(fù)極性相反。

為了使得放電極排421能夠?qū)ζ渖戏胶拖路降目諝饩烹姡烹娋€4212分別向放電極排421的上下兩個方向延伸。

放電線4212可為雙角鋼芒刺線或V15線等，兩個相鄰的放電極排421之間的中心距優(yōu)選為250～350mm，相鄰的放電線4212之間的中心距為100～200mm，具體需要根據(jù)放電線4212的型號來確定。

為了使得凝并效果最好，優(yōu)選地，各個放電極排421的平面方向與氣體的流動方向平行。

參照圖2、圖3和圖5，優(yōu)選地，換熱組件為用于流動冷卻水的換熱管。為了使得殼體410內(nèi)的氣體的溫度沿著氣體流動的方向依次降低，優(yōu)選地，換熱管從殼體410的末端進(jìn)入殼體410的內(nèi)部，并從殼體410的首端伸出殼體410。即，換熱管伸出殼體410的末端的部分為換熱管的入水端431，其伸出殼體410的首端的部分為換熱管的出水端432。

為了便于冷卻水的流動，優(yōu)選地，換熱管從殼體410的末端的上部進(jìn)入殼體410，并從殼體410的首端的下部伸出殼體410。

為了使得換熱管對氣體的降溫效果更好，該換熱管在殼體410的內(nèi)部的形成為互相連通的多個段433，每個段433均設(shè)計為蛇形管或者翅片管形成的平面狀，以使得換熱更加均勻和有效，各段433分別設(shè) 置在相鄰的兩個放電極排421之間、以及放電極排421與殼體410之間的間隔處，并與放電極排421平行。各段433的延伸方向(即換熱管內(nèi)的冷卻水流動的趨勢方向，并非蛇形管中的每一小段的冷卻水的流動方向)與殼體410內(nèi)的氣體的流動方向平行。

優(yōu)選地，換熱管的直徑為25～75mm，壁厚為2～5mm，邊壁間距為10～25mm，入水端431、出水端432、以及各段433的管徑相同。相鄰的兩個段433之間的中心距優(yōu)選為250～350mm。

根據(jù)以上描述，本發(fā)明的降溫電凝并裝置4內(nèi)形成了自上而下交替分布的多個正、負(fù)放電通道，每個正放電通道由兩個平行布置的換熱管的蛇形的段433和置于其中(優(yōu)選為正中間)的接正的高壓電源的放電極排421組成；每個負(fù)放電通道由兩個平行布置的換熱管的蛇形的段433和置于其中(優(yōu)選為正中間)的接負(fù)的高壓電源的放電極排421組成。

本發(fā)明還提供了一種降溫電凝并方法，其基于上述的降溫電凝并裝置4，并包括如下步驟：

S1.將需要除塵的氣體通入外殼410的入口411。鍋爐1排出的煙氣經(jīng)脫硝反應(yīng)器2、空預(yù)器3后，進(jìn)入降溫電凝并裝置4，此時溫度較高，煙塵未經(jīng)任何處理，粉塵比電阻較高。

S2.開啟放電線4212連接的高壓電源，使得降溫電凝并裝置4的每個正、負(fù)放電通道產(chǎn)生電暈電離煙氣，在電場內(nèi)部產(chǎn)生大量的電子和自由離子，煙氣進(jìn)入電場后，煙塵在正、負(fù)放電通道內(nèi)分別荷正、負(fù)電。荷電后的煙塵受到相鄰兩個異極性放電通道內(nèi)放電線對其的吸引力、以及本通道內(nèi)同極性放電線對其的排斥力，在兩種力的共同作 用下，其改變行進(jìn)方向，即從虛線所示的方向偏離，向相鄰?fù)ǖ酪苿?，并與相鄰?fù)ǖ纼?nèi)向本通道移動過來的煙塵發(fā)生交叉碰撞，聚集從而發(fā)生凝并，形成新的較粗顆粒煙塵。

S3.在步驟S2進(jìn)行的同時，持續(xù)向換熱管中通入冷卻水，使得殼體410內(nèi)的氣體降溫。由入水端431連續(xù)地通入冷水，進(jìn)入換熱管后的冷水在各個段433內(nèi)往前行進(jìn)，通過管壁與煙氣進(jìn)行換熱，使得煙氣降溫，冷水換熱后升溫從出水端432排出。在換熱的過程中，煙氣的溫度逐步降低，煙氣的體積同步減小，煙氣及煙塵的流速也隨之降低，并且越靠近出口412處的煙氣的溫度越低，其煙塵的運動速度也越慢。不同時刻進(jìn)入的煙塵粒子由于降溫后產(chǎn)生的速度差會發(fā)生追擊碰撞，使得在電凝并的同時還存在降溫凝并，從而增強了凝并效應(yīng)。

特別地，操作人員可以控制冷卻水的流速和流量，以使得外殼410的出口412處的氣體的溫度接近并高于該氣體的露點溫度，即，當(dāng)煙氣到達(dá)降溫電凝并裝置4的出口412時，煙氣溫度降低至稍高于該煙氣的露點溫度，例如高于煙氣露點溫度3～10℃，以達(dá)到最佳的降溫凝并效果，又有利于后續(xù)的除塵步驟。煙氣的露點溫度與煙氣的成分相關(guān)，可以經(jīng)過計算或者實測得到。

同時，為了保證更好的電凝并效果，可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)高壓電源的電壓，以改變電場中的電離程度。例如，可以根據(jù)降溫電凝并裝置4之后的電除塵器5的除塵效果來調(diào)節(jié)高壓電源的電壓，當(dāng)除塵效果低于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時，升高高壓電源的電壓，當(dāng)除塵效果高于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時，降低高壓電源的電壓。

例如，當(dāng)電場區(qū)的平均風(fēng)速為8～12m/s時，鍋爐1排出的煙氣經(jīng)脫硝反應(yīng)器2、空預(yù)器3后，進(jìn)入降溫電凝并裝置4，其溫度為135℃，粉塵比電阻1.26×10¹²Ω·cm，該煙氣的露點溫度為90℃。經(jīng)過降溫電凝并裝置4后，煙氣中的PM2.5減少了35％，出口412處的粉塵比電阻降至6.54×10¹⁰Ω·cm，電除塵器5的工作電壓自降溫電凝并裝置4開啟前的56kV提升至62kV，電除塵器5之后的粉塵排放濃度自58mg/m³降至43mg/m³。

可見，本發(fā)明的降溫電凝并裝置及方法，同時使用了電凝冰和降溫凝并，在一個裝置內(nèi)實現(xiàn)了煙塵的多次交叉碰撞、高效凝并增粗；同時煙氣的溫度顯著降低，煙氣體積也同步減小，使得后續(xù)的電除塵器的電場風(fēng)速隨之降低，停留時間增長，有助于提高收塵效率；此外，煙塵溫度降低，粉塵比電阻也隨之減小，反電暈等不利效應(yīng)得以消除；同時煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱，氣體擊穿電壓提高，粉塵驅(qū)進(jìn)速度提高，進(jìn)一步推動系統(tǒng)除塵效率的提升，從而整體提高了降溫電凝并裝置的凝并性能，拓展了其綜合的輔助收塵性能。

以上具體實施方式僅為本發(fā)明的示例性實施方式，不能用于限定本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。