本发明涉及一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置和方法，所述装置包括脱除塔、烟气进口、净烟气出口、蒸汽入口、冲洗水系统、高效除雾器和烟气回流管；烟气进入脱除塔，在蒸汽形成的过饱和环境下水滴在烟气细颗粒的表面发生非均相凝结，促进细颗粒长大，长大后的含颗粒液滴经过丝网除雾器进行脱除。为了增加长大后液滴之间的相互碰撞凝并作用，在脱除塔中抽取一部分的长大后的含颗粒液滴回流到脱除塔的底部与新生成的含颗粒液滴碰撞凝并，使较小的细颗粒进一步长大。回流混合一方面增加了含尘液滴的浓度，提高了碰撞凝并的机率，另一方面又避免了颗粒浓度的增加造成的蒸汽耗散，提高了细颗粒的成核并长大成含尘液滴的机会。
1.一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置，其特征在于，包括脱除塔，脱除塔底部设有烟气进口(1)，烟气进口(1)一端伸出脱除塔底部，另一端位于脱除塔内且高度高于脱除塔底部，脱除塔顶部设有净烟气出口(2)，烟气进口(1)和净烟气出口(2)的中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；净烟气出口(2)下方设有冲洗水系统(3)，冲洗水系统(3)的布水面积与脱除塔横截面积相等；冲洗水系统(3)下方设有丝网除雾器(4)，其横截面积与脱除塔横截面积相等；脱除塔外壁一侧设有烟气回流管，烟气回流管由疏水材料制成，包括回流入口(6)、烟气输入段(7)、烟气回流段(8)、烟气输出段(9)和回流出口(14)，回流入口(6)和烟气回流段(8)为竖直管道，烟气输入段(7)和烟气输出段(9)为水平管道；回流入口(6)位于脱除塔内丝网除雾器(4)下方，其中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；烟气输入段(7)的一端伸入脱除塔内通过一圆形弯头管道与回流入口(6)相连，另一端伸出脱除塔通过一圆形弯头管道与烟气回流段(8)的上端口相连；烟气回流段(8)的中点位置设有回流控制阀门(11)，控制烟气回流流量为烟气进口进烟量的5-20％，烟气回流段(8)的下端口通过一圆形弯头管与烟气输出段(9)的一端相连，烟气输出段(9)的另一端与回流出口(14)相连,回流出口(14)设置在脱除塔中下部侧壁上；烟气回流管位于脱除塔外的部分其外表面设有保温层(10)，用于防止凝结在颗粒表面的水滴蒸发到壁面；脱除塔外壁两侧均设有蒸汽入口(5)，蒸汽入口(5)设置在回流出口(14)下方，与回流出口(14)的垂直距离为30～50㎝；烟气进口(1)与蒸汽入口(5)之间设有废液排放管(12)，废液排放管(12)管口接有废液排放阀门(13)。
2.根据权利要求1所述的一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置，其特征在于，所述保温层(10)包括岩棉内衬和铝皮外包。
3.根据权利要求1所述的一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置，其特征在于，所述冲洗水系统(3)包括冲洗水分布器、冲洗水进水管和冲洗水排放阀，冲洗水分布器底部为圆形板，圆形板面积与脱除塔横截面积相等，圆形板上均匀分布有布水孔，孔径范围为0.1～1mm。
4.一种利用权利要求1所述的装置回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)水蒸气从脱除塔两侧的蒸汽入口(5)进入，使脱除塔内达到蒸汽过饱和条件；
(2)在蒸汽形成的过饱和条件下，含细颗粒的烟气从烟气进口(1)进入脱除塔，蒸汽在细颗粒的表面凝结形成含颗粒的液滴；
(3)在步骤(2)实施的同时，通过调整回流控制阀门(11)使烟气回流管中的烟气回流流量为烟气进口进烟量的5-20％，通过烟气回流管的回流作用，脱除塔内的一部分的含颗粒液滴通过烟气回流管回到脱除塔的下部，与新生成的含颗粒液滴碰撞凝并，凝并后的含颗粒液体从废液排放管(12)排出；另外一部分含颗粒液滴随着烟气经丝网除雾器(4)脱除，最后净烟气从脱除塔的出口排出；
(4)冲洗水系统(3)对丝网除雾器(4)中的颗粒进行冲洗，冲洗的废液流入到脱除塔的底部通过废液排放阀门(13)排出。
5.根据权利要求4所述的一种利用权利要求1所述的装置回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的方法，其特征在于，所述含细颗粒的烟气包括含有PM2.5的烟气。
一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种脱除烟气中细颗粒物的装置和方法，特别涉及一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置及方法。
背景技术
[0002] 随着全国各地空气出现严重污染，PM2.5屡屡爆表，PM是指细颗粒物，PM2.5是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物，人们日常所见的雾霾大多都是因为PM2.5引起的。空气中的PM2.5主要来源于火力发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，这些残留物大多含有重金属等有毒物质，PM2.5颗粒粒径小、表面积大携带重金属多样且传输距离长，对人体健康带来很大的伤害。
[0003] 现有除尘设备针对PM2.5颗粒的脱除效率极低，造成大量的PM2.5颗粒进入大气环境。如静电除尘器的脱除效率可达到99％，但是该脱除效率仅针对大颗粒物而言，对细颗粒的脱除效率并不高，并且随着粒径的减小其脱除效率急剧下降。当前脱除细颗粒的研究方向主要在颗粒的团聚技术，目前主要的研究方向有：声团聚、电凝并、化学团聚、水汽相变等技术。水汽相变促进细颗粒脱除技术的原理是：含细颗粒的烟气进入水汽过饱和环境，水汽以细颗粒为核心在颗粒的表面凝结，促使细颗粒长大成含尘液滴，然后利用传统的除尘设备对含尘液滴进行脱除。水汽相变技术促进细颗粒长大技术的研究已经有将近一个世纪，但是经过水汽相变长大的细颗粒粒径仍然有一部分较小而不能被除尘设备捕集，目前针对水汽相变促进细颗粒长大技术研究的主要集中在如何促进水汽在细颗粒表面的凝结长大，而针对凝结后含尘液滴凝并的促进方法尚未见文献报道。
发明内容
[0004] 发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置及方法，可以强化水汽相变促进烟气中细颗粒凝并，促进细颗粒物的长大进而可以高效脱除。
[0005] 技术方案：本发明的目的通过以下方案实现：
[0006] 一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置，其特征在于，包括脱除塔，脱除塔底部设有烟气进口1，烟气进口1一端伸出脱除塔底部，另一端位于脱除塔内且高度高于脱除塔底部，脱除塔顶部设有净烟气出口2，烟气进口1和净烟气出口2的中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；净烟气出口2下方设有冲洗水系统3，冲洗水系统3的布水面积与脱除塔横截面积相等；冲洗水系统3下方设有丝网除雾器4，丝网除雾器4对于3μm以上的雾滴脱除效率高达98％，丝网除雾器4的横截面积与脱除塔横截面积相等；脱除塔外壁一侧设有烟气回流管，烟气回流管由疏水材料制成，包括回流入口6、烟气输入段7、烟气回流段8、烟气输出段9和回流出口14，回流入口6和烟气回流段8为竖直管道，烟气输入段7和烟气输出段9为水平管道；回流入口6位于脱除塔内除雾器4下方，其中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；烟气输入段7的一端伸入脱除塔内通过一圆形弯头管道与回流入口6相连，另一端伸出脱除塔通过一圆形弯头管道与烟气回流段8的上端口相连；烟气回流段8的中点位置设有回流控制阀门11，控制烟气回流流量为烟气进口进烟量的5-20％，烟气回流段8的下端口通过一圆形弯头管与烟气输出段9的一端相连，烟气输出段9的另一端与回流出口14相连,回流出口14设置在脱除塔中下部侧壁上；烟气回流管位于脱除塔外的部分其外表面设有保温层10，用于防止凝结在颗粒表面的水滴蒸发到壁面；脱除塔外壁两侧均设有蒸汽入口5，蒸汽入口5设置在回流出口14下方，与回流出口14的垂直距离为30～50㎝；烟气进口1与蒸汽入口5之间设有废液排放管12，废液排放管12管口接有废液排放阀门13。
[0007] 优选的，所述保温层10包括岩棉内衬和铝皮外包。
[0008] 优选的，所述冲洗水系3包括冲洗水分布器、冲洗水进水管和冲洗水排放阀，冲洗水分布器底部为圆形板，圆形板面积与脱除塔横截面积相等，圆形板上均匀分布有布水孔，孔径范围为0.1～1mm。
[0009] 本发明还提出一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的方法，包括以下步骤：
[0010] (1)水蒸气从脱除塔两侧的蒸汽入口5进入，使脱除塔内达到蒸汽过饱和条件；
[0011] (2)在蒸汽形成的过饱和条件下，含细颗粒的烟气从烟气进口1进入脱除塔，蒸汽在细颗粒的表面凝结形成含颗粒的液滴；
[0012] (3)在步骤2实施的同时，通过调整回流控制阀门11使烟气回流管中的烟气回流流量约为烟气进口进烟量的5-20％，通过烟气回流管的回流作用，脱除塔内的一部分的含颗粒液滴通过烟气回流管回到脱除塔的下部，与新生成的含颗粒液滴碰撞凝并，凝并后的含颗粒液体从废液排放管12排出；另外一部分含颗粒液滴随着烟气经丝网除雾器4脱除，最后净烟气从脱除塔的出口排出；
[0013] (4)冲洗水系统3对丝网除雾器4中的颗粒进行冲洗，冲洗的废液流入到脱除塔的底部通过废液排放阀门13排出。
[0014] 具体的，所述含细颗粒的烟气包括含有PM2.5的烟气。
[0015] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0016] (1)本发明工艺简单，在脱除塔的外部两侧设置蒸汽入口和烟气回流管即可实现细颗粒物的增大和高效脱除。
[0017] (2)采用了烟气回流管，可以有效的促进水汽相变条件下含细颗粒液滴的凝并，提高水汽相变条件下细颗粒的长大效果，克服水汽相变条件下细颗粒长大的最终直径不足以被脱除的缺陷。
附图说明
[0018] 图1为本发明提出的一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置的结构图；
[0019] 图2为本发明烟气回流管的结构图；
[0020] 图3为本发明的凝并作用机理示意图。
[0021] 图中，1、烟气进口，2、净烟气出口，3、冲洗水系统，4、丝网除雾器，5、蒸汽入口，6、回流入口，7、烟气输入段，8、烟气回流段，9、烟气输出段，10、保温层，11、回流控制阀门，12、废液排放管，13、废液排放阀门，14、回流出口,15、颗粒，16、颗粒表面凝结的滴液。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023] 如图1所示为本发明提出的一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置的结构图，图2所示为本发明烟气回流管的结构图，由图1、图2可知，本发明提出的一种回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置，该装置包括脱除塔，脱除塔底部设有烟气进口1，烟气进口1一端伸出脱除塔底部，另一端位于脱除塔内且高度高于脱除塔底部，脱除塔顶部设有净烟气出口2，烟气进口1和净烟气出口2的中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；净烟气出口2下方设有冲洗水系统3，冲洗水系统3的布水面积与脱除塔横截面积相等；冲洗水系统3下方设有丝网除雾器4，丝网除雾器4对于3um以上的雾滴脱除效率高达98％，丝网除雾器4的横截面积与脱除塔横截面积相等；脱除塔外壁一侧设有烟气回流管，烟气回流管由疏水材料制成，包括回流入口6、烟气输入段7、烟气回流段8、烟气输出段9和回流出口14，回流入口6和烟气回流段8为竖直管道，烟气输入段7和烟气输出段9为水平管道；回流入口6位于脱除塔内丝网除雾器4下方，其中心轴线与脱除塔中心轴线相重合；烟气输入段7的一端伸入脱除塔内通过一圆形弯头管道与回流入口6相连，另一端伸出脱除塔通过一圆形弯头管道与烟气回流段8的上端口相连；烟气回流段8的中点位置设有回流控制阀门11，控制烟气回流流量为烟气进口进烟量的5-20％，烟气回流段8的下端口通过一圆形弯头管与烟气输出段9的一端相连，烟气输出段9的另一端与回流出口14相连,回流出口14设置在脱除塔中下部侧壁上；烟气回流管位于脱除塔外的部分其外表面设有保温层10，用于防止凝结在颗粒表面的水滴蒸发到壁面；脱除塔外壁两侧均设有蒸汽入口5，蒸汽入口5设置在回流出口14下方，与回流出口14的垂直距离为30～50㎝；烟气进口1与蒸汽入口5之间设有废液排放管
12，废液排放管12管口接有废液排放阀门13。
[0024] 作为本发明的优选实施例，上述装置中的保温层10包括岩棉内衬和铝皮外包；上述装置中的冲洗水系3包括冲洗水分布器、冲洗水进水管和冲洗水排放阀，冲洗水分布器底部为圆形板，圆形板面积与脱除塔横截面积相等，圆形板上均匀分布有布水孔，孔径范围为0.1～1mm。
[0025] 本发明提出的回流混合促进水汽凝结脱除烟气细颗粒的装置对烟气中细颗粒的脱除过程如下：
[0026] 含细颗粒的烟气从烟气进口1进入脱除塔后，在注入的蒸汽形成的过饱和环境作用下，蒸汽会以颗粒为核心形成含有颗粒的液滴，如附图3左侧图所示；为使脱除塔内形成蒸汽过饱和的条件，从蒸汽入口5输入的蒸汽添加量由烟气量决定，蒸汽量的添加量为使得烟气含水过饱和度为1.2左右。含尘液滴一部分从回流入口6进入烟气回流管，沿着烟气回流段从回流出口14进入脱除塔，与新生成的含颗粒液滴之间的碰撞凝并长大，其机理如附图3所示；另一部分含尘液滴随着烟气经丝网除雾器4脱除，最后净烟气从脱除塔的净烟气出口2排出。冲洗水系统3对丝网除雾器4中的颗粒进行定期的冲洗，冲洗的废液流入到脱除塔的底部。烟气进口1在脱除塔内的端口高度要比脱除塔的下边缘高15～30cm，这样可以防止废液流入烟气进口1，在脱除塔的底部设置有废液排放管12和废液排放阀门13，可排放冲洗的废液。
[0027] 烟气回流管的结构如图2所示，烟气回流管由疏水性好、耐温度150℃的材料制成，烟气回流管的3处弯头都避免使用直角弯头，采用圆角弯头减小烟气流动阻力，同时在烟气回流管位于脱除塔外的管道外部设置保温层以防止凝结在颗粒表面的水滴蒸发到烟气回流管壁面。烟气回流管的回流入口6设置在脱除塔内部中心轴线上，回流出口14设置在脱除塔的中下部侧壁面上，回流的烟气进入脱除塔的方向与脱除塔轴线方向垂直，这样可以利用烟气本身的动量来进行回流从而无需增加添加泵来使烟气回流，改变烟气压力状态导致颗粒表面液滴的蒸发。为了使回流的烟气具有足够的动量，烟气回流流量约为烟气进口进烟量的5-20％，可通过回流控制阀门11进行烟气流量调节。
[0028] 为了增强保温效果，所述保温层包括岩棉内衬和铝皮外包。
[0029] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
