在输送烟气管道中的粉尘荷电凝聚方法技术

在输送烟气管道中的粉尘荷电凝聚方法属于气体电离放电、大气压等离子体物理及环境工程等技术领域。其特征在于粉尘的荷电凝聚反应过程是在电除器的入口烟道中进行的，使进入电除尘器的粉尘已达到饱和荷电及其粒径增大４倍～４００倍，从而提高电除尘器的捕集微细粉尘的效率。本发明专利技术的效果和益处是可大幅度减少电除尘器体积，降低了钢材的用量，进而降低了电除尘器的一次投资成本；又能减少能耗，降低了电除尘器的运行成本。本发明专利技术可用于电除尘器除尘，还可用于布袋、漩涡、沉降等除尘器的粉尘荷电凝聚预处理上，进而提高了其捕集微细粉尘的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体电离放电、等离子体物理、气体动力学及环境工程等
，涉及。
技术介绍
中国以较高的经济增长速度进入21世纪，因而将消费更多的能源，再加上我国的建材钢铁、化工以有色金属等工业的高速发展，进而造成烟尘污染物将会大幅度地增加。对环境生态安全和居民健康造成了危害。与此同时，电除尘器(ESP)在火电厂以及钢铁厂、水泥厂等方面的应用会取得高速发展。目前电除尘器的数量占国内市场总量的75％，中国已成为世界上电除尘器生产、应用大国。2004年我国实施新的《火电厂国家允许排放标准》和《水泥工业大气污染物排放标准》，烟尘、粉尘排放标准都低于30～50mg/m3，将使现有的新、老电除尘器中绝大多数难以达到新的烟尘允许排放标准，这也是对现有电除尘器理论和技术的一种挑战。要使电除尘器达到新的标准，就需要在电除尘器理论和技术上加大研究力度，以便取得突破性进展，把电除尘器技术推广向更高的水平上发展。由于电除尘(净化)器具有能处理高温(350℃)高湿度的大烟气量；压力损失低(100Pa～300Pa)；可捕集微小粉尘；运行费用低等特点。因而，被世界公认为高效除尘设备。使离子附着在尘粒上，荷电的尘粒在电场力作用下被驱附在集尘极上，加以振打收集，实现了烟气除尘。从高气压(～0.1MPa)非平衡(非热、冷)等离子体物理观点来看，电除尘器是一个巨大的等离子体源和反应室的组合体。然而，2004年我国等离子体物理学科发展战略组研究报告指出“目前产生大气压非平衡态等离子体的机理尚不清楚”。“在高气压下等离子体的输运特性研究也刚刚起步，但是正在形成新的研究热点。”由于大气压(等离子体物理称为高气压)等离子体物理研究的滞后，制约了电除尘技术的机理研究。到目前为止，世界各国电除尘技术的理论尚不完备，止步不前，基本上还处在60年代水平上，属于经验工程的学科，所以电除尘器的优劣取决于设计的命中率、制造精度、安装质量、供电特性以及维护管理等。由于电除尘的基础理论研究的欠缺而造成电除尘器的一次投资高，体积庞大，钢材用量过多以及捕集微细烟尘效率低等问题。50～60年代，我国从前苏联和东欧引进卧、立式电除尘器，80年代以来又分别从德国Ruthmuble和Lurgi，瑞典Flakt，美国的GE及Lodge-Cottrell，日本住友重机、新日铁和三菱等公司引进电除尘器设备及制造技术，部分已国产化。总之，我国在电除尘技术及设备制造上仍一直是处于技术跟踪研仿为主的阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现在电除尘器捕集微细粉尘效率低及其体积庞大，能耗高等问题，提供。该方法使粉尘在管道中的荷电装置中，与高数密度的负离子或正离子碰撞荷电；饱和荷电的粉尘又在凝聚装置中的交变电场中凝聚增粗。可使进入电除尘器的粉尘预先饱和荷电，同时粒径又数十、数百倍地增大，这将大大地提高电除尘器的捕集微细粉尘效率，同时又大幅度降低电除尘器体积，减少钢材用量，降低了一次投资成本；减少了能耗，降低运行成本。本专利技术的技术方案是在电除尘器的入口输送烟气管道中放置1-4套直流、窄脉冲高电压放电的粉尘荷电装置荷高电压交变电场的粉尘凝聚装置，使进入电除尘器的粉尘预先饱和荷电，并将粉尘粒径增大4倍～400倍。这将解决现在电除尘器的微细粉尘捕集效率低，体积庞大，能耗高等问题。一.解决电除尘器现存问题的技术路线电除尘器对烟尘捕集主要是通过荷电的烟尘颗粒在电场作用下完成的。通常用多依奇除尘(计重)效率方程来表征电除尘器的除尘效率，公式为η=1-e(-AQ·ω)---(1)]]>式中A为电除尘器总集尘面积；Q为预处理的烟气量，ω为荷电尘粒驱向集尘极的驱进速度。在忽略了尘粒的惯性力条件下，荷电尘粒的驱进速度为ω=qE06πdsμ---(2)]]>从公式中可知，在烟气的物理条件一定的情况下，荷电尘粒的驱进速度ω与尘粒的荷电量q、除尘区域的电场强度E0成正比，与尘粒的斯托克斯粒径ds成反比，式中μ为气体动力黏度。对于燃煤(粉)锅炉的烟尘中小于0.4μm颗粒约占烟尘重量1％以下；若以尘粒的颗粒数计算，这部分微细烟尘约占烟尘颗粒总数的40％以上。例如，某煤炭发电厂电除尘器的1、2、3电场收集尘粒的中位粒径分别为27.1μm、23.1μm、14.9μm。3个电场的除尘效率达到99％，出口烟尘浓度为412mg/Nm3，超过国家允许排放标准(50mg/Nm3)6倍多。余下烟尘的中位粒径位为4.7μm，孔隙率大于81％，只占烟尘总量的1％以下；而以尘粒数计算约在40％以上。为解决这部分孔隙率大的微细烟尘，又需增加一个第4电场。它的计重除尘效率仅从99％提高到99.88％，只增加了0.8％，方使外排烟尘浓度略低于国家允许排放标准。从这些数据可知，捕集微细烟尘难度多么大，这也将是目前电除尘技术急待解决的研究课题。二.粉尘荷电凝聚方法尘粒荷电是通过与带电粒子碰撞实现的，尘粒碰撞荷电主要有两种机制一种是气体中带电粒子在电场力作用下与尘粒有规则碰撞荷电，称为电场荷电；另一种是带电粒子随气体无规则运动与尘粒碰撞荷电，称为扩散荷电。在电除尘过程中，此两种机制同时存在的。烟尘粒径是非均匀一的，通常电除尘器前部电场中烟尘(大于1μm)是以电场电荷为主；其后部电场中尘粒(0.4μm左右)是以扩散荷电为主的；在电除尘器中部电场中存在两种同时荷电机制。烟尘荷电量是q=qd+qk]]>=3ϵϵ0πd2E0ϵ+2·11+4ϵ0Nekt+2πϵ0dkTeln(1+du‾Ne2t8ϵ0kT)---(3)]]>式中qd为尘粒的电场荷电量；qk为尘粒的扩散荷电量；ε0为真空介电常数；ε为尘粒的相对介电常数；d为尘粒直径；N为带电粒子个数；k为波兹曼常数；t为尘粒进入电场时间；T为气体热力学温度；离子的算术平均速度u＝(8kT/mπ)0.5。从公式(3)可知，烟尘的荷电量受N、d制约着，由于电凝聚作用，烟尘粒径也将受气体的带电粒子浓度制约着。随着荷电量增加，则粒径也在凝聚过程中增粗。可见，除尘电场的带电粒子浓度是影响烟尘荷电量的主要因素。三.荷电粒子电凝聚的数学模型从除尘效率方程和尘粒驱进速度公式可知，烟尘的荷电量、粒径大小决定了以除尘效率表征为主的电除尘性能。如能采用电凝聚方法将尘粒凝聚成大粒径的颗粒，并将得到更多的电量，不但它能提高电除尘器的除尘效率，同时又可解决电除尘器后级电场中微细烟尘除尘效率低下的问题，又利于捕集微细烟尘。近期研究表明亚微米粒子的电凝聚速率比中性粒子的热凝聚速率提高了102至104；对于1μm的尘粒的电凝聚系数K可达到10-13～10-14m3/s，这一研究结果引起从事烟尘净化科学界的广泛关注，也为研究解决电除尘器现存问题提供了一个有效的可供选择的解决方法。确定凝聚速率近似解的关键是求电凝聚系数。可通过离子在库仑力作用下的扩散方程求出。K=q1q2kTϵ0(D1+D2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在输送烟气管道中的粉尘荷电凝聚方法，其特征在于粉尘的荷电和凝聚反应过程是在电除尘器的入口烟道中进行的，使进入电除尘器的粉尘已达到饱和荷电及其粒径增大到４倍～４００倍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白敏，张芝涛，白敏冬，杨波，薛晓红，白希尧，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]