阅读说明：本技术 一种促进气流中微尘与汞联合脱除的装置与方法 (Device and method for promoting combined removal of micro-dust and mercury in airflow ) 是由 米建春 潘祖明 王国昌 司济沧 于 2018-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种促进气流中微尘与汞联合脱除的装置与方法,在气流通道中沿来流方向通过耐磨板划分为若干个子通道,分隔相邻子通道的通道壁由凸凹弯折的耐磨板构成,在每一个子通道的出口设置均流叶片。当含汞含尘气流通过该气流通道时产生众多漩涡和回流区,促使汞吸附于细小颗粒物上,细小颗粒物吸附在凸凹弯折的固体壁面,并聚集长大脱落,同时也使一部分吸附汞的细小颗粒黏附到大颗粒上,然后一起被气流携带流向下游的除尘装置脱除,避免排放到大气层。本发明结构简单,操作方便,不仅可以应用在燃煤锅炉的除尘系统中大大提高其对细颗粒物的拦截能力,而且也可用于一般的粉粒体输运、搅拌过程的除尘工业中。(The invention discloses a device and a method for promoting combined removal of micro-dust and mercury in airflow. When the gas flow containing mercury and dust passes through the gas flow channel, a plurality of vortexes and backflow zones are generated to promote mercury to be adsorbed on fine particles, the fine particles are adsorbed on the convex-concave bent solid wall surface and are gathered to grow and fall off, meanwhile, a part of fine particles adsorbing mercury are adhered to large particles and are then removed by a dust removal device which is carried by the gas flow and flows to the downstream, and the gas flow is prevented from being discharged to the atmosphere. The invention has simple structure and convenient operation, can be applied to a dust removal system of a coal-fired boiler to greatly improve the interception capability of the coal-fired boiler to fine particles, and can also be applied to the dust removal industry in the general powder transportation and stirring processes.)

一种促进气流中微尘与汞联合脱除的装置与方法

技术领域

本发明涉及气流除尘和脱汞的装置和方法，特别涉及一种促进气流中微尘和汞相互作用的装置和方法，以使微尘和汞能被联合脱除，应用于燃煤烟气的排放处理。

背景技术

工业煤燃烧是大气中细颗粒物和汞的主要来源。由于富集有毒重金属汞和其它化合物的微细颗粒物容易被人体吸入，世界各国政府不断更新制定严厉的法律标准，控制PM2.5，即动力学直径≤2.5μm的颗粒物的排放。除直接对人体造成伤害外，微细颗粒PM2.5也是造成大气能见度低的主要空气污染物之一。大气的不透明度主要取决于排放物中细颗粒物的多少，因为光线的消光系数在波长接近于0.1μm和1.0μm附近时达到峰值。

在工业生产中，各种不同的除尘方法和装置被用于去除气流中携带的飞灰或颗粒物。但是，一般而言，这些除尘装置对于拦截PM2.5均具有很大的局限性。如静电除尘器，很适合把较大的粒子从气流中移除，但对于PM2.5和更细小的亚微米颗粒物的过滤效率相当低。又如布袋除尘器，可以在不断增加布袋层数的条件下非常有效地拦截PM2.5，但同时也不断增加了烟道的阻力，另外布袋除尘装置还需定期清灰，并且对于湿度较高的低温烟气极易糊袋。随着燃烧烟气中颗粒物和重金属汞污染排放标准越来越严格，原有除尘装置的除尘能力已达极限，致使许多情况下无法达到排放标准。目前，我们在追求燃煤锅炉的燃烧烟气超低甚至超净排放，需要寻找高效低成本的除尘及脱汞装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种促使气流中微尘和汞相互作用进而联合脱除的装置及方法，要求操作方便，具有促进气流、气流携带的蒸汽汞和颗粒物与固体壁面的相互作用的设计，促使含汞及含尘烟气流将大量的汞吸附于细小颗粒物上，然后细小颗粒物吸附在固体壁面聚集长大脱落，同时也使一部分吸附汞的细小颗粒黏附到大颗粒上，然后一起被气流携带流向下游的除尘装置脱除，避免排放到大气层。

本发明基于以下认识：

燃煤烟气中具有不同质量或空气动力学特性的颗粒物和蒸气汞，其对于流体的曲线运动或者绕流同一尺度的湍流漩涡和回流区具有不同的反应。换言之，如果湍流漩涡或者回流区的尺度一定，那么不同颗粒物被卷入的程度是不同的，因此，颗粒将有不同的运动轨迹，这就增加了两种颗粒物碰撞或相互作用的可能性，也增加了微细颗粒物在壁面停留的可能性。

过程工业中绝大多数设备在正常运行状态下所产生的粉尘浓度、粒径分布均是非稳态的，含尘来流中的颗粒的大小和特性都不是单一的，并且含尘气流输运通道一般设计得平直畅通，尽量使粉尘气流保持流动平行且直线运动，以减少流动产生的局部能量损失，因而颗粒之间碰撞以及颗粒在固体壁面附近停留的机会都较少。

本发明的装置要达到：(1)使蒸气汞附着在细小颗粒物上；(2)使细小颗粒物附着到壁面，逐步聚集长大，然后在外力作用(如，烟道震动、不稳定气流的冲刷等)以大颗粒的形式从壁面脱落，重新随气流流动；(3)使细小颗粒碰撞和吸附于大颗粒的几率增大，使前者粘附于后者，然后一起被气流携带离开装置，继续往下游流动输运。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种促进气流中颗粒物和蒸气汞相互作用并联合脱除的装置，包括一气流通道，其特征在于：所述气流通道具有一外壳，外壳内部的空间沿气流方向被划分为若干个平行的子通道，分隔相邻子通道的通道壁由凸凹弯折的耐磨板构成，在每一个子通道的出口设置有均流叶片。

上述装置的外壳一般为筒状外壳，内部通过多个耐磨板将气流通道分隔成若干个平行的子通道，所述耐磨板可以是碳钢板和耐温(150～200℃)塑料板等。从外形上看，所述耐磨板由多个相同或不同的几何形状组合而成凸凹弯折形状，这些几何形状可以是外凸内凹的瓦片形、“S”形、圆形、椭圆形、矩形、楔形和棱形等中的一种或多种，例如由外凸内凹的瓦片形依次连接组成波浪状起伏的耐磨板。

上述装置促进气流中颗粒物本身以及蒸气汞的相互作用，所有子通道组成的整体形成了气流、蒸气汞、颗粒和固体壁面的相互作用段，其下游是均流段，在均流段设置有均流叶片，通过所述的均流段使携带粉尘的气流在离开该装置时的速度均匀。

所述均流叶片其形状推荐采用流线型，但不排除采用其它的形状，优选的，所述均流叶片为平滑的S形叶片或对称流线型叶片。

上述装置采用了促进大小颗粒物本身以及蒸气汞相互作用和细颗粒物在固体表面吸附聚集的方法，从而提供了一种促进气流中颗粒物和蒸气汞相互作用的方法，促使气流中微尘和汞的联合脱除，该方法包括：

1)在气流通道中通过凸凹弯折的耐磨板将其划分为若干个子通道，并在每个子通道的出口设置均流叶片，使该气流通道分为由子通道组成的相互作用段及其下游的均流段；

2)使含有颗粒物和汞的气流流入步骤1)的气流通道，由于子通道的壁面为凸凹弯折的耐磨板，进入子通道的气流流过数目众多的凸凹弯折壁面时，在每一个扰流凸凹弯折的下游产生漩涡和回流区；

3)在每一个子通道产生的漩涡流体团和回流区促使蒸气汞附着在细小颗粒物上，并将细小的颗粒物卷吸夹带，一起掠过凸凹弯折壁面下游，在壁面上形成有大量细小颗粒物存在的流动边界层，其临近壁面的流动速度几乎为零；

4)在流动边界层里，亚微米颗粒物在液桥力、静电力、范德华分子力等的作用下迅速吸附到固体壁面上、相互聚集成块、直到受非稳态的流动扰动和外来震动的作用下脱落，以“大颗粒”的形式被气流卷席携带；

5)流动中的大颗粒由于惯性作用难以被下游产生的漩涡和回流卷吸，它们直接穿越至最下游的均流叶片前沿，增加了它们与微细颗粒之间的碰撞接触机会，使微细的亚微米颗粒物在液桥力、静电力、范德华分子力等的作用下迅速粘附在较大颗粒上并一起被气流携带向下游输运；

6)流动至均流段的气流携带大颗粒在均流叶片的作用下以较均匀的速度流出该气流通道。

步骤1)中所述气流通道优选具有一筒状外壳；所述耐磨板由多个相同或不同的几何形状组合成凸凹弯折的形状；所述耐磨板优选为碳钢板，所述均流叶片优选为流线型。

本发明通过子通道的设计以及凸凹弯折的耐磨板隔板的使用形成了一种促进烟气气流、气流携带的气状汞和颗粒物在凸凹弯折的隔板壁面的相互作用，达到使蒸气汞附着在细小颗粒物，细小颗粒物附着到固体壁面、逐步聚集长大成块、然后在运行过程中被装置的震动以及非稳定的气流冲刷脱落，以大颗粒的形式被携带离开装置，外加大小颗粒之间增加了许多碰撞的机会，使细颗粒物粘附在大颗粒物上继续往下游流动，最终被烟气气流携带迁移至下游除尘装置脱除。本发明具有以下几方面的特征：

1)将筒状外壳内通过耐磨板划分为若干个子通道，每一子通道都设置许多个凸凹弯折，每一个子通道的出口放置有均流叶片，形成均流段；

2)被导入子通道的携带粉尘粒子和汞的来流流过凸凹弯折壁面，在每一个扰流凸凹弯折的上、下游都会产生漩涡和回流区，每一个子通道拥有数目巨大的漩涡流体团和回流区，它们将细小的颗粒卷吸、夹带其中一起流动掠过凸凹弯折的壁面，在这些固体壁面上形成有大量细小颗粒物存在的流动边界层，大大提高了细小颗粒物与壁面的接触机会，极其重要的是临近壁面的流动速度几乎为零，使细小的亚微米颗粒物在静电力、范德华分子力(当烟气温度在100℃以上常压时)或在液桥力、静电力、范德华分子力(当烟气温度在100℃以下常压时)等的作用下迅速吸附在固体壁面、相互聚集成块、直到受非稳态的流动扰动和外来震动的作用下脱落，最终以“大颗粒”或者“大块”的形式被气流卷席携带走，并向下游流动和脱离上述装置，外来流动扰动包括上游来流穿越凸凹弯折之间形成的狭缝射流和下游尾流中回流的强力冲刷；

3)由上游流向各个子通道的大颗粒难以被弯折壁面上下游的漩涡和回流卷吸，它们将可能直接穿越漩涡团和尾流区，增加了它们与微细颗粒之间的碰撞接触机会，使微细的亚微米颗粒物在静电力、范德华分子力(当烟气温度在100℃以上常压时)或液桥力、静电力、范德华分子力(当烟气温度在100℃以下常压时)等的作用下迅速粘附在较大颗粒上并一起被气流携带向下游输运脱离上述装置。

总之，使用上述装置及方法能使烟气中蒸气汞吸附在细粒上，并和大部分的微细颗粒物通过与固体壁面接触自身长大成块，然后受外力作用脱落，也可以使许多微细颗粒物吸附在大颗粒表面成为后者的一部分并随之往下游迁移，从而配合下游除尘设备在捕集或者拦截原始大颗粒物的同时也一起去除了烟气中的原始微细颗粒物。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明将整个流体通道(如工业烟道)分为若干通道，每一通道中设置多组垂直来流方向但平行排列的弯折壁面，每一个弯折在气流中都制造不同强度的回流与涡旋区，使其携带细小颗粒物与固体壁面碰撞接触、吸附聚集并长大脱落，使气流中携带的颗粒物以及吸附在上面的汞更容易在其后被过滤或以其他方式移除，该方法对于超细颗粒物尤其有效。

2、本发明的弯折耐磨板的放置角度、形状、大小及相互之间的位置关系可以根据用户对通道压力损失和提高下游除尘装置效率的要求、来流粉尘浓度、粒径分布的变化而进行调整和优化确定，因此，具有不同的流体力学特性，以便适应工业中不同用途的需要，具有很强的可控性。

3、本发明装置一般设置在工业过程下游已有的除尘装置之前，不仅能够帮助高效地去除超细颗粒物，而且能够使操作者不用改变原来除尘装置的运行程序，解决比如将静电除尘器更换成布袋除尘装置后带来的一系列运行程序变化的问题。本发明结构简单，操作方便，不仅可以应用在工业燃烧特别是电厂锅炉燃烧的烟气排放除尘过程中，而且也可用于粉粒体输运、搅拌过程的所有除尘工业中，大大提高原有除尘装置拦截细颗粒物的能力，在不同条件下降低50-90％以上的烟尘排放浓度和40-70％的蒸气汞。

附图说明

图1是本发明实施例所述对气流进行除尘及脱汞的装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例所述装置子通道内的气流流动示意图；

图3是本发明实施例所述装置中，气流和颗粒在凸凹弯折壁面作用下空气动力学运动示意图；

图4是本发明实施例所述装置采用的一种均流叶片的示意图；

图中：1-烟道，2-耐磨板，3-烟道外壳，4-子通道，5-相互作用段，6-均流叶片，7-均流段，8-漩涡，9-大颗粒。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步对本发明进行详细的描述，但不以任何方式限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例促进气流中微尘和汞相互作用的装置包括一筒状的烟道1，在烟道外壳3内部，通过耐磨板2将内部空间划分成若干子通道4，每一子通道4都是由凸凹弯折的耐磨板2组成，使得大小颗粒物之间也产生相互作用，同时使细颗粒物之间在凸凹壁面下游回流区及隔板表面附近产生相互作用，故将所有子通道4组成的整体称之为相互作用段5。在相互作用段5的下游设置由多个流线型的均流叶片6组成的均流段7，目的是使携带粉尘的气流在装置的出口处流速均匀。

上述实施例中，烟道外壳3的横截面形状可以为矩形、方形、圆形和椭圆形及其它规则和不规则形状中的任何一种。

为了增加流体中细颗粒物与固体壁面的接触机会以及不同颗粒之间的碰撞的可能性，促进细颗粒直接和间接团聚或吸附到大颗粒上，本发明采用以下方法：

1)如图1所示，将烟道外壳3内通过耐磨板2划分为若干个子通道4，每一子通道4的壁面采用大小不一或者大小一致的凸凹弯折形式；

2)如图2和3所示，被导入每一子通道4的携带粉尘粒子的烟气来流流过凸凹弯折板面，在每一个弯折的下游会产生回流区和漩涡8，每一个子通道4拥有数目巨大的漩涡流体团和回流区，它们将细小的颗粒卷吸、夹带其中，一起流动掠过凸凹不平的隔板壁面，在这些固体壁面上形成有大量细小颗粒物存在的流动边界层，大大提高了细小颗粒物之间以及它们与隔板壁面和均流叶片背面的接触机会，极其重要的是临近壁面的流动速度几乎为零，使细小的亚微米颗粒物在液桥力、静电力、范德华分子力等的作用下迅速吸附在固体壁面，并相互聚集成块(见图3)，直到受非稳态的流动扰动和外来震动的作用脱落，最终以“大颗粒”或“大块”的形式被气流卷席携带脱离上述装置，外来流动扰动包括上游来流穿越凸凹之间形成的狭缝射流和下游尾流中回流的强力冲刷。

3)如图3所示，被导入每一子通道4的携带粉尘粒子的烟气来流流过凸凹壁面，在每一个凸凹处的上下游都会产生漩涡，每一个子通道4拥有数目巨大的漩涡流体团，由上游流入的大颗粒9难以被凸凹处上下游的回流卷吸，它们将直接穿越每一个子通道4，直至均流叶片6改变方向，增加了它们与微细颗粒之间的碰撞接触机会，使微细的亚微米颗粒物在液桥力、静电力、范德华分子力等的作用下迅速粘附在较大颗粒上并一起被气流携带向下游输运脱离上述装置。

4)如图4所示，所述的均流叶片6的形状可以是对称流线型，也可以选择S形，但不局限于此，还可以是其他形状。

利用上述装置对不同速度和粉尘浓度的烟气进行处理，测试结果如表1所示。其中，在速度为10-11m/s和粉尘浓度为18g/Nm³的烟气条件下，使用长度为3.2米的本发明装置后，可使除尘器出口排放的烟尘质量浓度由不使用该装置的原始状态的33.5mg/Nm³降低至4.0mg/Nm³，即减少粉尘排放约88％，而造成的阻力是360Pa。此外，实验测试长度为1.6米的相同装置，阻力减小、减排效率也降低了约10％。

表1.两个长度为3.2米的本发明装置在不同实验条件下的测试结果

上述实施例中，不同颗粒之间发生相互作用是指颗粒物碰撞、接触或靠得足够近而导致的吸附、凝结、催化和甚至化学反应等多种作用；颗粒物与固体壁面的作用是指颗粒物碰撞、接触或靠得足够近而导致的细颗粒物吸附、凝结到固体表面上。

工业中，烟道内的颗粒物在输运过程中，烟气流动时的阻力或压降越小越好，而除尘装置上游气流的来流速度可随着上游设备，例如动力设备、冶炼设备等的功率的变化而变化。因此，如果采用不可调节的粉粒体处理装置，气流经过它的压力损失和除尘效率无法平衡到最佳。本发明装置可根据上游设备功率的变化，来流气体的流速和方向等进行调整，使粉粒体处理装置的运行效益最佳状态。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。