一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，屬于鐵礦燒結過程污染物減排技術領域。本實用新型的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，包括微細顆粒物霧化團聚裝置、團聚液加入裝置和除塵裝置，燒結臺車底部通過風箱與主煙道相連，抽風煙氣由燒結臺車底部經風箱匯入主煙道中，主煙道上設置霧化團聚裝置、團聚液加入裝置和除塵裝置，煙氣由主煙道流入霧化團聚裝置，經除塵裝置除塵后由風機排入煙囪。本實用新型的使得吸附有微細顆粒物的團聚液霧滴在低壓情況下成核、碰撞、長大，形成的大顆粒團聚物，并采用除塵裝置除去團聚長大的微細顆粒物，為燒結過程微細顆粒物的減排提供了全新的減排途徑。
【專利說明】
一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及鐵礦燒結過程污染物減排技術領域，更具體地說，涉及一種燒結 煙氣微細顆粒物的減排系統。
【背景技術】
[0002] 可吸入顆粒物是指可通過鼻和嘴進入人體呼吸道的顆粒物的總稱，用PM10表示 (環境空氣中空氣動力學直徑小于10微米的顆粒KPM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直 徑小于等于2.5微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就 代表空氣污染越嚴重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和 能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶 有毒、有害物質（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對 人體健康和大氣環境質量的影響更大，而且，它能夠進入人體肺泡甚至血液循環系統，直接 導致心血管病等疾病。當前可吸入顆粒物污染己經成為突出的大氣環境問題，引起世界各 國的高度重視。它對人體健康有嚴重危害，也是導致大氣能見度降低、酸沉降、全球氣候變 化、光化學煙霧等重大環境問題的重要因素。美國、歐盟、英國等的空氣質量標準先后均對 中PM2.5進行了明確的要求;2012年2月，中國環境保護部頒布了新的《環境空氣質量標準》 (GB3095-2012)，增設了 PM2.5平均濃度限值。
[0003] 鋼鐵工業既是國民經濟的重要支柱產業，又是耗能和污染大戶。目前我國粗鋼年 產量已經超過8億噸，接近全球產量的50%。根據《2012年中國環境統計年報》，黑色金屬冶 煉及壓延加工業煙(粉)塵排放量為181.3萬t，占重點調查工業企業排放量的18.9%，位于 第三位。PM10 (粒徑彡1 Ομπι的顆粒物）和PM2 · 5 (粒徑彡2 · 5μπι的顆粒物）的源解析表明，鋼鐵 冶金工業已經成為我國大氣中ΡΜ10和ΡΜ2.5的主要來源之一。燒結工序是現代鋼鐵生產流 程中必不可少的環節，但又是鋼鐵工業最大的ΡΜ10和ΡΜ2.5排放源，占其總排放量的40 %左 右[n]。由于鐵礦燒結是抽風過程且煙氣濕度大，目前燒結廠主要采用靜電除塵器來凈化燒 結煙氣中的顆粒物，靜電除塵器對煙氣中的粗顆粒物去除效果較好，但對于粒徑小于1〇μπι 的微細顆粒物，由于其比電阻高、荷電能力差，除塵效率顯著降低。燒結煙氣經過靜電除塵 后，煙氣中90%以上的顆粒物為ΡΜ10,80%以上的顆粒物為ΡΜ2.5 [4]。
[0004] 燒結煙氣是在抽風燒結過程中空氣穿過燒結料層，經過一系列復雜的物理化學變 化形成的。由于受到原料條件、混合料配比、工藝參數等因素的影響，使得燒結煙氣的化學 成分復雜多變，煙氣流量、溫度及各污染物濃度波動很大。歸納起來，燒結煙氣有如下典型 的特點 [5<:
[0005] (1)燒結過程漏風率可達40-50%，使得產生煙氣量很大，據統計生產It燒結礦能 產生4000-6000m 3的煙氣量;而且煙氣量根據原料成分、工藝參數的差異發生變化，使得煙 氣量波動較大；
[0006] (2)煙氣溫度波動范圍大，隨工藝條件、燃料配比而發生變化，煙氣溫度在:80-160 °C波動；
[0007] (3)煙氣含濕量較大，水分含量為10%左右。燒結混料過程中需要加入適量的水分 進行混合、制粒，從而保證料層的透氣性；
[0008] (4)煙氣中含粉塵量大，其中包含大量微細顆粒物，每噸燒結礦產生20-40kg的粉 塵；
[0009] (5)煙氣成分復雜，其包含多種污染物，如:微細顆粒物，S02，COx，N0x，HC1，HF和二 嚼英類等。
[0010] 正是由于燒結煙氣成分復雜、流量大以及污染物濃度低等特點，盡管燒結煙氣采 取了較高凈化效率的除塵設備，但對微細顆粒物的去除效果并不理想。
[0011] 燒結煙氣中微細顆粒物由于比表面積大、表面活性強，能富集燒結過程生成的堿 金屬(K、Na)、重金屬(取、？13、0、〇1、0(1^8)和有機物污染物(￥(^8、？000/^8)等有毒有害物 質 [8]，具有強致癌、致突變和致畸作用，排放到大氣形成的氣溶膠，是誘發霧霾、酸雨、臭氧 層破壞等的重要因素，其污染問題直接關系到國民的生存環境和生存質量。實現燒結過程 的微細顆粒物減排已迫在眉睫。
[0012] 經檢索，已有關于煙氣微細顆粒物的減排技術方案。如：發明創造的名稱:工業窯 爐煙氣PM2.5粉塵及重金屬治理去除裝置 [9]，（中國專利號：ZL201220721358.X，申請日： 2012-12-24)，通過在煙氣通路上設置濾袋，并將袋籠在濾袋內部，對煙氣PM 2.5粉塵進行減 排;該技術對大顆粒的污染物具有較好的就減排效果，但是煙氣中的PM 2.5的減排效果有限。 此外，發明創造的名稱為：一種鐵礦燒結煙氣分段循環的方法[1()](中國專利號： ZL201310443223.0，申請日：2013-09-26)、一種鐵礦燒結節能減排的方法 [11](中國專利號： ZL201510137762.0，申請日：2015-03-27)等，這些技術方案可實現燒結煙氣中的多種污染 物的協同減排，雖然可以減少煙氣中大顆粒粉塵的排放;但是對燒結煙氣中的微細顆粒物 的減排效果極其有限。再加之燒結煙氣相比其他廢氣，具有成分復雜、煙氣流量巨大等特 性，使得適用于燒結煙氣微細顆粒物的有效減排技術還未開發出來。迫切的需要尋求適宜 的減排途徑，實現燒結過程的微細顆粒的減排。
[0013] 參考文獻：
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[0026] 1.實用新型要解決的技術問題
[0027]本實用新型的目的在于克服現有技術中，鐵礦燒結過程是微細顆粒物的主要排放 源頭，現有的減排系統難以有效脫出燒結煙氣中的微細顆粒物的不足，提供及一種燒結煙 氣微細顆粒物的減排系統，實現燒結過程污染物的有效脫除。
[0028] 2.技術方案
[0029] 為達到上述目的，本實用新型提供的技術方案為：
[0030] 本實用新型的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，包括微細顆粒物霧化團聚裝 置、團聚液加入裝置和除塵裝置，燒結臺車底部通過風箱與主煙道相連，抽風煙氣由燒結臺 車底部經風箱匯入主煙道中，主煙道上設置霧化團聚裝置、團聚液加入裝置和除塵裝置，煙 氣由主煙道流入霧化團聚裝置，經除塵裝置除塵后由風機排入煙肉，所述的除塵裝置為靜 電除塵器。
[0031] 更進一步地，所述的霧化團聚裝置包括收縮管、圓柱連接管和擴張管；
[0032] 其中：收縮管和擴張管是兩端內徑不同的錐形管，所述的收縮管與主煙道相連的 一端為收縮管入口端，收縮管入口端的內徑與主煙道的內徑相同，收縮管靠近擴張管的一 端為收縮管出口端，收縮管出口端與擴張管入口端內徑相同；收縮管出口端與擴張管入口 端通過圓柱連接管相連，所述的擴張管遠離收縮管的一端為擴張管出口端，擴張管出口端 內徑與主煙道的內徑相同，并與主煙道相連;上述的收縮管、圓柱連接管和擴張管的中心線 在同一條直線上;煙氣由收縮管入口端進入霧化團聚裝置，再由圓柱連接管流入擴張管，由 擴張管出口端流出霧化團聚裝置。
[0033] 更進一步地，團聚液加入裝置包括團聚液儲存部件、空壓機和團聚液噴頭，團聚液 儲存部件通過管道與空壓機的進口端相連，空壓機出口端通過管道與團聚液噴頭相連，其 中：團聚液儲存部件用于儲存團聚液，空壓機為團聚液進入團聚液噴頭提供動力，團聚液噴 頭用于將團聚液霧化，并噴入霧化團聚裝置。
[0034]更進一步地，團聚液噴頭均勻的布置于收縮管橫截面的圓周切線上。
[0035]更進一步地，團聚液噴頭所在平面與收縮管入口端的水平距離為L1，團聚液噴頭 33所在平面與收縮管出口端的水平距離為L2，L2 = 0.5-1.0L1。
[0036]更進一步地，團聚液噴頭中心線與收縮管管壁之間的夾角為a，30<a<45°。
[0037] 3.有益效果
[0038]采用本實用新型提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
[0039] 本實用新型的霧化團聚裝置包括收縮管、圓柱連接管和擴張管，煙氣由收縮管入 口端進入霧化團聚裝置，再由圓柱連接管流入擴張管，主煙道中的煙氣由收縮管入口端流 入收縮管，由于收縮管管徑迅速變小，使得收縮管中的煙氣流速迅速增大，團聚液噴頭在霧 化團聚裝置的收縮管中噴入霧狀的團聚液，使得團聚液與煙氣中的微細顆粒和接觸、潤濕、 粘附，由于煙氣通過圓柱連接管時速度增大，在圓柱連接管和擴張管產生低壓，使得吸附有 微細顆粒物的團聚液霧滴在低壓情況下成核、碰撞、長大，形成的大顆粒團聚物。并采用除 塵裝置除去團聚長大的微細顆粒物，實現了微細顆粒物的高效減排，為鐵礦燒結過程微細 顆粒物的減排提供了全新的減排途徑。
【附圖說明】
[0040] 圖1為實施例1-3的整體結構示意圖；
[0041] 圖2為實施例1-3的收縮管的團聚液噴頭的布置結構示意圖；
[0042] 圖3為實施例1-3的燒結機及減排系統示意圖；
[0043]圖4為實施例1-3的團聚液噴頭與收縮管管壁的位置關系不意圖；
[0044] 圖5為實施例4的整體結構示意圖；
[0045] 圖6為實施例4擴張管的團聚液噴頭的布置結構示意圖；
[0046] 圖7為實施例5的整體結構示意圖；
[0047] 圖8為實施例5的擴張管設置兩組團聚液噴頭；
[0048] 圖9為實施例6團聚液噴頭設置于收縮管內的結構示意圖。
[0049] 示意圖中的標號說明：
[0050] 1、主煙道;2、霧化團聚裝置;21、收縮管;22、圓柱連接管；23、擴張管;3、團聚液加 入裝置;31、團聚液儲存部件；32、空壓機;33、團聚液噴頭;4、除塵裝置;5、風機;6、燒結臺 車;7、風箱;8、環形管道;9、攪拌裝置。
【具體實施方式】
[0051] 為進一步了解本實用新型的內容，下面結合實施例對本實用新型作進一步的描 述。
[0052] 實施例1
[0053]結合圖1、2、3和4所示，本實施例的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，包括微 細顆粒物霧化團聚裝置2、團聚液加入裝置3和除塵裝置4,燒結混合料經混合、制粒后由布 料裝置，裝鋪在燒結燒結臺車6上，燒結混合料經點火后進行抽風燒結，燒結煙氣穿過燒結 料層，燒結臺車6底部通過風箱7與主煙道1相連，抽風煙氣由燒結臺車6底部經風箱7匯入主 煙道1中，主煙道1上設置霧化團聚裝置2、團聚液加入裝置3和除塵裝置4,煙氣由主煙道1流 入霧化團聚裝置2,經除塵裝置4除塵后由風機5排入煙囪；煙氣中的微細顆粒物在霧化團聚 裝置2中團聚形核，成核長大，并在后部的除塵裝置4中除去團聚長大的微細顆粒物。
[0054]上述的霧化團聚裝置2包括收縮管21、圓柱連接管22和擴張管23;其中：收縮管21 和擴張管23是兩端內徑不同的錐形管，所述的收縮管21與主煙道1相連的一端為收縮管21 入口端，收縮管21入口端的內徑與主煙道1的內徑相同，收縮管21靠近擴張管23的一端為收 縮管21出口端，收縮管21出口端與擴張管23入口端內徑相同；收縮管21出口端與擴張管23 入口端通過圓柱連接管22相連，所述的擴張管23遠離收縮管21的一端為擴張管23出口端， 擴張管23出口端內徑與主煙道1的內徑相同，并與主煙道1相連;上述的收縮管21、圓柱連接 管22和擴張管23的中心線在同一條直線上;煙氣由收縮管21入口端進入霧化團聚裝置2，再 由圓柱連接管22流入擴張管23,并由擴張管23出口端流出霧化團聚裝置2。主煙道1中的煙 氣由收縮管21入口端流入收縮管21，由于收縮管21管徑迅速變小，使得收縮管21中的煙氣 流速迅速增大，煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，在其附近產生低壓，使得煙氣中的顆粒 物碰撞更加劇烈。
[0055]所述的團聚液加入裝置3包括團聚液儲存部件31、空壓機32和團聚液噴頭33,其中 團聚液儲存部件31中設置有攪拌裝置9,使得團聚液儲存部件31中的團聚液成分均一穩定， 防止配成的團聚液發生成分偏析，從而影響微細顆粒物的減排效果。團聚液儲存部件31通 過管道與空壓機32的進口端相連，空壓機32出口端通過管道與團聚液噴頭33相連，其中：團 聚液儲存部件31用于儲存團聚液，空壓機32為團聚液進入團聚液噴頭33提供動力，團聚液 噴頭33用于將團聚液霧化，并噴入霧化團聚裝置2,所述的團聚液噴頭33設置在收縮管21 上。含有團聚劑的團聚液在空壓機32的驅動下，由團聚液儲存部件31中流入團聚液噴頭33， 團聚液噴頭33將霧化團聚液噴入霧化團聚裝置2,霧化后的霧滴粒徑為30-150μπι;霧化團聚 裝置2的收縮管21管徑迅速變小，使得煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，在其附近產生低 壓，從而使得團聚液對微細顆粒產生吸附作用，煙氣中的顆粒物與霧化后的團聚液充分接 觸、潤濕、粘附、成核，不斷團聚碰撞長大，使得微細顆粒不斷團聚長大。
[0056]團聚液噴頭33均勻的布置于收縮管21橫截面的圓周切線上，收縮管21中的煙氣流 速不斷增大，團聚液噴頭33霧化后的團聚液霧滴可在收縮管21中與煙氣充分、均勻混合;該 橫截面為垂直于收縮管21的中心線的豎直切面，團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入口端 的水平距離為L1，團聚液噴頭33所在平面與收縮管21出口端的水平距離為L2，L2 = 0.5L1， 即團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入口端的水平距離大于團聚液噴頭33所在平面與收 縮管21出口端的水平距離，使得煙氣在進入收縮管21后，煙氣流速增大的過程中與霧化后 的團聚液霧滴混合、接觸。
[0057]團聚液噴頭33中心線與收縮管21管壁之間的夾角為a，a = 45°，在收縮管21邊緣氣 流呈現與收縮管21管壁平行狀態，當a = 45°時，若團聚液噴頭33噴入的團聚液霧滴的速度 為V，則其沿收縮管21管壁的速度為vcos a，增大了團聚液霧滴與煙氣中顆粒的碰撞幾率； 此外，團聚液霧滴不斷向收縮管21中心運動，使得與收縮管21中心處的煙氣也充分接觸。收 縮管21橫截面上均勻的布置有16個團聚液噴頭33,促進團聚液霧滴與收縮管21中的微細顆 粒物接觸、潤濕、粘附。
[0058]收縮管21的外部布置有環形管道8，環形管道8進口端與空壓機32出口端相連，環 形管道8上設置有16個出口，且環形管道8的出口與團聚液噴頭33相連，團聚液由環形管道8 流入團聚液噴頭3 3;環形管道8上設置有16個出口，可將團聚液均勻穩定的從團聚液儲存部 件31輸送到團聚液噴頭33中，使得團聚液噴頭33均勻、穩定的噴入團聚液。
[0059] 所述的除塵裝置4為靜電除塵器，煙氣中的微細顆粒物在霧化團聚裝置2與團聚液 霧滴潤濕、粘附，進一步形核、長大后，通過靜電除塵器將長大后的顆粒物去除，即可實現燒 結過程微細顆粒物的團聚減排。
[0060] 本實施例的煙氣微細顆粒物減排復合團聚劑，各組分按照如下質量組成：聚合氯 化鋁l〇g，羧甲基纖維素鈉30g，聚丙烯酰胺30g，添加劑2g。其添加劑為固體添加劑，所述的 添加劑由活性炭和焦粉組成，所述的添加劑按如下質量百分比組成：活性炭90%，焦粉 10%，所述的活性炭粒徑要求:74μπι彡活性炭粒徑彡100μπι，焦粉粒徑要求:74μπι彡焦粉粒徑 ^100μπ?ο
[0061 ]本實施例燒結煙氣微細顆粒物的減排方法：
[0062]步驟一：制備團聚液(Α)按質量份稱取聚合氯化鋁10g，羧甲基纖維素鈉30g，聚丙 烯酰胺30g，將固體顆粒聚合氯化鋁10g，羧甲基纖維素鈉30g，聚丙烯酰胺30g混合均勻，得 混合物A;
[0063] (B)按質量份稱取添加劑2g，所述的添加劑為固體添加劑，加入混合物A中，混合均 勻，得復合團聚劑；
[0064] (C)將步驟(B)中的復合團聚劑與水混合，并攪拌混合均勻，且團聚劑與水的質量 之比為1:5000，而后加入Ca(0H) 2粉末調節溶液PH為8.5，制備得到團聚液；
[0065] 步驟二:微細顆粒團聚
[0066]鐵礦燒結過程中，將團聚液加入團聚液儲存部件31中，在主煙道1上安裝有霧化團 聚裝置2，團聚液儲存部件31中的團聚液經空壓機32輸送到團聚液噴頭33，團聚液噴頭33在 霧化團聚裝置2的收縮管21中噴入霧狀的團聚液，煙氣中的顆粒物與團聚液在霧化團聚裝 置2團聚接觸、潤濕、粘附、成核、碰撞、長大。其中：噴入的團聚液的霧滴粒徑為30-150μπι，每 立方米燒結煙氣中團聚液的噴入量為15ml。
[0067]霧化團聚裝置2包括收縮管21、圓柱連接管22和擴張管23,煙氣由收縮管21入口端 進入霧化團聚裝置2,再由圓柱連接管22流入擴張管23,主煙道1中的煙氣由收縮管21入口 端流入收縮管21，由于收縮管21管徑迅速變小，使得收縮管21中的煙氣流速迅速增大，團聚 液噴頭33在霧化團聚裝置2的收縮管21中噴入霧狀的團聚液，使得團聚液與煙氣中的微細 顆粒和接觸、潤濕、粘附，由于煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，在圓柱連接管22和擴張 管23產生低壓，使得吸附有微細顆粒物的團聚液霧滴在低壓情況下成核、碰撞、長大，形成 的大顆粒團聚物。
[0068]步驟三:除塵裝置捕集
[0069] 采用靜電除塵器將團聚長大形成的大顆粒團聚物去除，即利用靜電除塵器中的強 電場使氣體電離，即產生電暈放電，進而使顆粒團聚物從氣體中分離出來，從而抑制微細顆 粒物的排放，實現煙氣中微細顆粒的減排。
[0070] 檢測除塵裝置4后燒結煙氣中PM2.5和PM10的排放濃度，記錄如表1。檢測除塵裝置 4后燒結煙氣中S02、Ν0χ的排放濃度，記錄如表2。
[0071] 對比例1
[0072] 本對比例是作為基準試驗，本對比例的基本過程同實施例1，不同之處在于：主煙 道上沒有安裝霧化團聚裝置2，也沒有在主煙道1中噴入團聚液，檢測除塵裝置4后燒結煙氣 中PM2.5和PM10的排放濃度，記錄如表1。檢測除塵裝置4后燒結煙氣中S02、N0x的排放濃度， 記錄如表2。
[0073] 對比例2
[0074] 本對比例的減排過程同實施例1，不同之處在于:主煙道上沒有安裝霧化團聚裝置 2,但在主煙道1中噴入團聚液，團聚劑僅僅由聚合氯化鋁、羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺組 成，團聚劑中不含固體添加劑，檢測除塵裝置4后燒結煙氣中PM2.5和PM10的排放濃度，記錄 如表1。
[0075] 對比例3
[0076] 本對比例的減排過程同實施例1，聚合氯化鋁、羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺的質 量百分含量與實施例1相同，不同之處在于：團聚劑僅僅由聚合氯化鋁、羧甲基纖維素鈉和 聚丙烯酰胺組成，團聚劑中不含固體添加劑，檢測除塵裝置4后燒結煙氣中PM2.5和PM10的 排放濃度，記錄如表1。
[0077] 實驗以團聚效率評價PM10(PM2.5)的團聚效果，將其定義為煙氣中PM10(PM2.5)經 過團聚后其濃度減少的百分比，即：
[0078] q=(l-Nl/N0) X100%
[0079] 其中NO為初始煙氣中ΡΜ10(ΡΜ2·5)濃度(mg/m3)，Nl為團聚后煙氣中ΡΜ10(ΡΜ2·5) 濃度(mg/m3)。
[0080] 表1燒結試驗的煙氣中PM 10、PM2.5排放濃度
[0082] (1)通過對比例1、對比例2、對比例3和實施例1對比可知，無論團聚液以何種方式 加入到煙氣中，都可以減少煙氣中的微細顆粒物的排放。
[0083] (2)對比例2相比對比例1，PM10減排效率為27.0%，PM2.5減排效率為15.9%，微細 顆粒物的減排效率較差，其原因在于燒結過程煙氣流量大，采用一般的方式加入團聚液，使 得團聚液難以與煙氣中的顆粒物充分接觸、潤濕，也難以實現顆粒物的形核長大，再加之燒 結煙氣成分復雜，煙氣流量和成分波動大，使得微細顆粒物的減排效果非常有限。
[0084] (3)對比例3的PM10減排效率為45.2%，PM2.5減排效率為30.4%，相比對比例2， PM10和PM2.5減排效率均顯著提高，霧化團聚裝置2顯著的提高了團聚液的團聚效率。機理 分析其原因在于:霧化團聚裝置2包括收縮管21、圓柱連接管22和擴張管23,煙氣由收縮管 21入口端進入霧化團聚裝置2,由于收縮管21管徑迅速變小，使得收縮管21中的煙氣流速迅 速增大，團聚液噴頭33在霧化團聚裝置2的收縮管21中噴入霧狀的團聚液，使得團聚液與煙 氣中的微細顆粒和接觸、潤濕、粘附，由于煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，在圓柱連接 管22和擴張管23產生低壓，使得吸附有微細顆粒物的團聚液霧滴在低壓情況下成核、碰撞、 長大，形成的大顆粒團聚物。采用靜電除塵器將團聚長大形成的大顆粒團聚物去除，使得煙 氣中微細顆粒物的排放濃度顯著降低。
[0085]此處需要明確說明的是，現有的研究人員普遍認為文氏管對微細顆粒物的減排效 果較差，而且由于文氏管的阻力損失較大，使文氏管應用于燒結煙氣微細顆粒物減排的研 究鮮有報道，本
【申請人】采用文丘里效應設計了霧化團聚裝置2,使得煙氣中微細顆粒物的排 放濃度顯著降低。打破了現有技術的技術偏見。
[0086] (4)相比對比例3，實施例1的PM 10減排效率達到了 6 5.9 %，PM2.5減排效率為 53.6%，團聚劑中的固體添加劑顯著提高了團聚液的團聚效率，采用靜電除塵器將團聚長 大形成的大顆粒團聚物去除，使得煙氣中微細顆粒物的排放濃度顯著降低，這使得
【申請人】 非常詫異;但是其動力學碰撞、粘附機理尚不明確。通過數次研討會討論其反應機理，并認 為其原因可能是：
[0087] 1)煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，形成低壓環境，使得團聚液在低壓情況下 與微細顆粒物碰撞、長大，當團聚液霧滴中包含有固體添加劑時，使得固體添加劑在團聚液 霧滴內部形成一個穩定的形核母體，微細顆粒物與團聚液霧滴表面接觸后，直接形成的大 顆粒團聚物，省去了微細顆粒物粘附形核的過程，從而加快了顆粒物的團聚速度。
[0088] 2)微細顆粒物團聚主要是依靠團聚液霧滴與微細顆粒物接觸、碰撞而長大，但是 在收縮管21中的煙氣流速迅速增大，雖然提高了團聚液霧滴與微細顆粒物碰撞的概率，但 是由于煙氣中微細顆粒物和團聚液霧滴的速度較大，在接觸碰撞的過程中，有部分微細顆 粒物直接穿透團聚液霧滴，使得團聚液難以有效吸附微細顆粒物，形成大量無效碰撞；當團 聚液霧滴中包含有固體添加劑時，高速的微細顆粒物難以穿透團聚液霧滴，提高了有效碰 撞概率。
[0089] 3)當微細顆粒物與團聚液霧滴碰撞進入團聚液后，由于受到團聚液霧滴中的黏性 阻力的影響，微細顆粒物會再次停留在團聚液霧滴表層，而不會在團聚液霧滴內部;而團聚 液霧滴對顆粒物的黏附主要依靠團聚液霧滴的表面層，當聚液霧滴表層不斷被占滿，新的 顆粒物與團聚液霧滴碰撞時由于接觸不到霧滴的液面而不能被黏附；當團聚液霧滴中包含 有固體添加劑時，由于固體添加劑具有多孔結構，對微細顆粒物有吸附作用，當微細顆粒物 與團聚液霧滴碰撞進入團聚液后，會被吸附在活性炭和焦炭上，使得團聚液霧滴表層的液 面暴露出來，新的顆粒物能與團聚液霧滴液面充分接觸，從而提高了團聚效率。
[0090] 本實用新型的霧化團聚裝置2包括收縮管21、圓柱連接管22和擴張管23,煙氣由收 縮管21入口端進入霧化團聚裝置2,再由圓柱連接管22流入擴張管23,主煙道1中的煙氣由 收縮管21入口端流入收縮管21，由于收縮管21管徑迅速變小，使得收縮管21中的煙氣流速 迅速增大，團聚液噴頭33在霧化團聚裝置2的收縮管21中噴入霧狀的團聚液，使得團聚液與 煙氣中的微細顆粒和接觸、潤濕、粘附，由于煙氣通過圓柱連接管22時速度增大，在圓柱連 接管22和擴張管23產生低壓，使得吸附有微細顆粒物的團聚液霧滴在低壓情況下成核、碰 撞、長大，形成的大顆粒團聚物。并采用除塵裝置除去團聚長大的微細顆粒物，實現了微細 顆粒物的高效減排，為鐵礦燒結過程微細顆粒物的減排提供了全新的減排途徑。
[0091] 本實用新型創造性的提出了在團聚劑中添加少量添加劑，顯著提高了團聚液的團 聚效率，從而省去了微細顆粒物粘附形核的過程，加快了顆粒物的團聚速度，且高速的微細 顆粒物難以穿透團聚液霧滴，提高了有效碰撞概率。
[0092]由于活性炭和焦炭具有多孔結構，對微細顆粒物有吸附作用，當微細顆粒物與團 聚液霧滴碰撞進入團聚液后，會被吸附在活性炭和焦炭上，使得團聚液霧滴表層的液面暴 露出來，新的顆粒物能與團聚液霧滴液面充分接觸，從而提高了團聚效率。添加了少量的添 加劑，就使得PM10和PM2.5減排效率顯著提高，PM10減排效率達到了65.9 %，PM2.5減排效率 達到了53.6%，取得了顯著的減排效果。
[0093] S02、N0x的減排效率采用以下公式進行計算：
[0094] φ= (1-C1/C0) xlOO%
[0095] 其中C0為初始煙氣中ΡΜ10(ΡΜ2·5)濃度(mg/m3)，Cl為團聚后煙氣中ΡΜ10(ΡΜ2·5) 濃度(mg/m 3)。
[0096] 表2燒結試驗的煙氣中S02、Ν0χ的排放濃度
[0098]由表2可知，噴入本實用新型的團聚劑后，煙氣中的S02的排放濃度由659mg/m3下降 至Ij378mg/m3，NOx的排放濃度由322mg/m3下降到256mg/m3，不僅對微細顆粒物有吸附作用，還 對煙氣中的S0 2，N0x，二噁英具有吸附作用，從而實現多種污染物的協同控制。其原因在于： 噴入的團聚劑溶液中包含有活性炭和焦炭具有多孔結構，不僅對微細顆粒物有吸附作用， 還對煙氣中的S0 2，NOx，二噁英具有吸附作用，且團聚液中加入Ca(0H) 2粉末，可以吸附煙氣 中的S02，N0x等酸性氣體;并促進微細顆粒物與團聚液霧滴接觸、潤濕、粘附，從而提高團聚 效率。
[0099] 實施例2
[0100]本實施例的基本內容同實施例1，其不同之處在于：
[0101]團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入口端的水平距離為L1，團聚液噴頭33所在平 面與收縮管21出口端的水平距離為L2，L2 = L1，即團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入口 端的水平距離等于團聚液噴頭33所在平面與收縮管21出口端的水平距離，使得煙氣在收縮 管21后，煙氣流速增大的過程中與霧化后的團聚液霧滴混合、接觸。
[0102] 團聚液噴頭33中心線與收縮管21管壁之間的夾角為a，a = 30°，在收縮管21邊緣氣 流呈現與收縮管21管壁平行狀態，當a = 30°時，團聚液噴頭33噴入的團聚液霧滴的速度為 v，則其沿收縮管21管壁的速度為vcos a，增大了團聚液霧滴與煙氣中顆粒的碰撞幾率;此 外，團聚液霧滴不斷向收縮管21中心運動，使得與收縮管21中心處的煙氣也充分接觸。收縮 管21橫截面上均勻的布置有8個團聚液噴頭33,促進團聚液霧滴與收縮管21中的煙氣顆粒 接觸、潤濕、粘附。
[0103] 收縮管21的外部布置有環形管道8，環形管道8進口端與空壓機32出口端相連，環 形管道8上設置有8個出口，且環形管道8的出口與團聚液噴頭33相連，團聚液由環形管道8 流入團聚液噴頭33;環形管道8上設置有8個出口，可將團聚液均勻穩定的從團聚液儲存部 件31輸送到團聚液噴頭33中，使得團聚液噴頭33均勻、穩定的噴入團聚液。
[0104] 采用布袋除塵器將團聚長大形成的大顆粒團聚物去除，即利用布袋除塵器，進而 使顆粒團聚物從氣體中分離出來，實現煙氣中微細顆粒的減排。
[0105] 檢測除塵裝置4后燒結煙氣中PM2.5和PM10的排放濃度，并計算PM2.5和PM10的減 排效率，PM2.5的減排效率為60.7%，PM10的減排效率為43.5%。
[0106] 實施例3
[0107] 本實施例的基本內容同實施例1，其不同之處在于：
[0108] 團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入口端的水平距離為L1，團聚液噴頭33所在平 面與收縮管21出口端的水平距離為L2，L2 = 0.8L1，即團聚液噴頭33所在平面與收縮管21入 口端的水平距離大于團聚液噴頭33所在平面與收縮管21出口端的水平距離，使得煙氣在收 縮管21后，煙氣流速增大的過程中與霧化后的團聚液霧滴混合、接觸。
[0109] 團聚液噴頭33中心線與收縮管21管壁之間的夾角為a，a = 35°，在收縮管21邊緣氣 流呈現與收縮管21管壁平行狀態，當a = 35°時，團聚液噴頭33噴入的團聚液霧滴的速度為 v，則其沿收縮管21管壁的速度為vcos a，增大了團聚液霧滴與煙氣中顆粒的碰撞幾率;此 外，團聚液霧滴不斷向收縮管21中心運動，使得與收縮管21中心處的煙氣也充分接觸。收縮 管21橫截面上均勻的布置有2個團聚液噴頭33,促進團聚液霧滴與收縮管21中的煙氣顆粒 接觸、潤濕、粘附。
[0110] 收縮管21的外部布置有環形管道8，環形管道8進口端與空壓機32出口端相連，環 形管道8上設置有2個出口，且環形管道8的出口與團聚液噴頭33相連，團聚液由環形管道8 流入團聚液噴頭33;環形管道8上設置有2個出口，可將團聚液均勻穩定的從團聚液儲存部 件31輸送到團聚液噴頭33中，使得團聚液噴頭33為均勻、穩定的噴入團聚液。
[0111] 采用布袋除塵器將團聚長大形成的大顆粒團聚物去除，即利用布袋除塵器，進而 使顆粒團聚物從氣體中分離出來，實現煙氣中微細顆粒的減排。
[0112]添加劑按如下質量百分比組成:活性炭85%，焦粉15%。
[0113] 檢測除塵裝置4后燒結煙氣中PM2.5和PM10的排放濃度，并計算PM2.5和PM10的減 排效率，PM2.5的減排效率為61.9%，PM10的減排效率為52.6%。
[0114] 實施例4
[0115] 本實施例的基本內容同實施例1，其不同之處在于：
[0116]如圖5和圖6所示，收縮管21上設置有團聚液噴頭33,且團聚液噴頭33均勻的布置 于收縮管21橫截面的圓周切線上。擴張管23上也設置有團聚液噴頭33,且團聚液噴頭33均 勻的布置于擴張管23橫截面的圓周切線上。且收縮管21和擴張管23上的團聚液噴頭33與同 一個團聚液儲存部件31相連，收縮管21中每立方米燒結煙氣中團聚液的噴入量為14ml，擴 張管23中每立方米燒結煙氣中團聚液的噴入量為lml。
[0117] 擴張管23的外部布置有環形管道8，環形管道8進口端與空壓機32出口端相連，環 形管道8上設置有16個出口，且環形管道8的出口與團聚液噴頭33相連，團聚液由環形管道8 流入團聚液噴頭3 3;環形管道8上設置有16個出口，可將團聚液均勻穩定的從團聚液儲存部 件31輸送到團聚液噴頭33中，使得團聚液噴頭33均勻、穩定的噴入團聚液。
[0118] 上述的團聚液噴頭33也通過管道與空壓機32相連，空壓機32與團聚液儲存部件31 相連，其中：團聚液儲存部件31用于儲存團聚液，空壓機32為團聚液進入團聚液噴頭33提供 動力，團聚液噴頭33用于將團聚液霧化，并噴入霧化團聚裝置2。含有團聚劑的團聚液在空 壓機32的驅動下，由團聚液儲存部件31中流入團聚液噴頭33,團聚液噴頭33將霧化團聚液 噴入霧化團聚裝置2,霧化后的霧滴粒徑為30-150μπι。
[0119] 檢測除塵裝置4后燒結煙氣中ΡΜ2.5和ΡΜ10的排放濃度，并計算ΡΜ2.5和ΡΜ10的減 排效率，PM2.5的減排效率為67.7%，PM10的減排效率為54.5%。
[0120]其原因在于:收縮管21與擴張管23上均設置有團聚液噴頭33。收縮管21中的微細 顆粒物已與團聚液充分接觸，被團聚液霧滴潤濕、粘附，并形成團聚核心;擴張管23上也設 置有團聚液噴頭33,并噴入團聚液霧滴后，團聚液霧滴再將微細顆粒物形成的團聚核心潤 濕，當微細顆粒物與團聚核心碰撞時，易被團聚核心粘附，并在不斷的碰撞中逐漸長大。
[0121] 實施例5
[0122] 本實施例的基本內容同實施例1，其不同之處在于：
[0123] 如圖7所示，收縮管21上設置有團聚液噴頭33,且團聚液噴頭33均勻的布置于收縮 管21橫截面的圓周切線上。擴張管23上也設置有團聚液噴頭33,且團聚液噴頭33均勻的布 置于擴張管23橫截面的圓周切線上。且收縮管21和擴張管23上分別設置有相互獨立的團聚 液加入裝置3。即收縮管21上的團聚液噴頭33與一組團聚液儲存部件31和空壓機32相連，而 擴張管23上的團聚液噴頭33與另一組團聚液儲存部件31和空壓機32相連，使得收縮管21和 擴張管23中可以噴入不同濃度和種類的團聚液。其中收縮管21噴入的團聚液中的團聚劑與 水的質量之比為1:5000,擴張管23噴入的團聚液中的團聚劑與水的質量之比為1:10000,收 縮管21中每立方米燒結煙氣中團聚液的噴入量為14ml，擴張管23中每立方米燒結煙氣中團 聚液的噴入量為0.5ml。擴張管23的外部布置有環形管道8,環形管道8進口端與空壓機32出 口端相連，環形管道8上設置有16個出口，且環形管道8的出口與團聚液噴頭33相連，團聚液 由環形管道8流入團聚液噴頭33;環形管道8上設置有16個出口，可將團聚液均勻穩定的從 團聚液儲存部件31輸送到團聚液噴頭33中，使得團聚液噴頭33均勻、穩定的噴入團聚液。
[0124] 上述的團聚液噴頭33也通過管道與空壓機32相連，空壓機32與團聚液儲存部件31 相連，其中：團聚液儲存部件31用于儲存團聚液，空壓機32為團聚液進入團聚液噴頭33提供 動力，團聚液噴頭33用于將團聚液霧化，并噴入霧化團聚裝置2。含有團聚劑的團聚液在空 壓機32的驅動下，由團聚液儲存部件31中流入團聚液噴頭33,團聚液噴頭33將霧化團聚液 噴入霧化團聚裝置2,霧化后的霧滴粒徑為30-150μπι。
[0125] 檢測除塵裝置4后燒結煙氣中ΡΜ2.5和ΡΜ10的排放濃度，并計算ΡΜ2.5和ΡΜ10的減 排效率，ΡΜ2.5的減排效率為67.3%，ΡΜ10的減排效率為54.2%。
[0126] 減排效率高于實施例1，機理分析其原因在于:收縮管21與擴張管23上均設置有團 聚液噴頭33。收縮管21中的微細顆粒物已與團聚液充分接觸，被團聚液霧滴潤濕、粘附，并 形成團聚核心;擴張管23上也設置有團聚液噴頭33,并噴入團聚液霧滴后，團聚液霧滴再將 微細顆粒物形成的團聚核心潤濕，當微細顆粒物與團聚核心碰撞時，易被團聚核心粘附，并 在不斷的碰撞中逐漸長大。
[0127] 此外，如圖8所示，擴張管23有兩個橫截面的圓周切線上均勻設置團聚液噴頭33， 即擴張管23設置有兩組團聚液噴頭33,從而實現在擴張管23中分級噴入團聚液霧滴，提高 團聚液的使用效率。原因在于：團聚液霧滴對顆粒物的黏附主要依靠團聚液霧滴的表面層， 當聚液霧滴表層不斷被占滿，新的顆粒物與團聚液霧滴碰撞時由于接觸不到霧滴的液面而 不能被黏附；團聚液分級加入時，可以團聚液不斷與微細顆粒結合，使得團聚液霧滴始終暴 露在顆粒表層，新的顆粒物能與團聚液霧滴液面充分接觸，從而提高了團聚效率。
[0128] 實施例6
[0129] 本實施例的基本內容同實施例1，其不同之處在于：
[0130] 如圖9所示，所述的團聚液噴頭33設置于收縮管21管內，團聚液噴頭33與主煙道1 中的氣流方向相反，即團聚液霧滴由團聚液噴頭33噴入收縮管21中央部位，且團聚液噴頭 33噴出的霧滴方向與主煙道1中氣流方向相反，增大了團聚液霧滴與煙氣中顆粒的碰撞幾 率;此外，團聚液霧滴不斷向收縮管21中心運動，使得與收縮管21中心處的煙氣也充分接 觸。
[0131] 以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖 中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域 的普通技術人員受其啟示，在不脫離本實用新型創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出 與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于:包括微細顆粒物霧化團聚裝置 (2)、團聚液加入裝置(3)和除塵裝置(4)，燒結臺車(6)底部通過風箱(7)與主煙道(1)相連， 抽風煙氣由燒結臺車(6)底部經風箱(7)匯入主煙道(1)中，主煙道（1)上設置霧化團聚裝置 (2)、團聚液加入裝置(3)和除塵裝置(4)，煙氣由主煙道（1)流入霧化團聚裝置(2)，經除塵 裝置(4)除塵后由風機(5)排入煙囪，所述的除塵裝置(4)為靜電除塵器。2. 根據權利要求1所述的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于:所述的霧 化團聚裝置(2)包括收縮管(21)、圓柱連接管(22)和擴張管(23); 其中：收縮管（21)和擴張管（23)是兩端內徑不同的錐形管，所述的收縮管（21)與主煙 道（1)相連的一端為收縮管（21)入口端，收縮管（21)入口端的內徑與主煙道（1)的內徑相 同，收縮管(21)靠近擴張管(23)的一端為收縮管(21)出口端，收縮管(21)出口端與擴張管 (23)入口端內徑相同；收縮管(21)出口端與擴張管(23)入口端通過圓柱連接管(22)相連， 所述的擴張管(23)遠離收縮管(21)的一端為擴張管(23)出口端，擴張管(23)出口端內徑與 主煙道(1)的內徑相同，并與主煙道(1)相連;上述的收縮管(21)、圓柱連接管(22)和擴張管 (23)的中心線在同一條直線上;煙氣由收縮管(21)入口端進入霧化團聚裝置(2)，再由圓柱 連接管(22)流入擴張管(23)，由擴張管(23)出口端流出霧化團聚裝置(2)。3. 根據權利要求1所述的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于：團聚液加 入裝置(3)包括團聚液儲存部件(31 )、空壓機(32)和團聚液噴頭(33 )，團聚液儲存部件(31) 通過管道與空壓機（32)的進口端相連，空壓機（32)出口端通過管道與團聚液噴頭（33)相 連，其中：團聚液儲存部件(31)用于儲存團聚液，空壓機(32)為團聚液進入團聚液噴頭(33) 提供動力，團聚液噴頭(33)用于將團聚液霧化，并噴入霧化團聚裝置(2)。4. 根據權利要求3所述的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于：團聚液噴 頭(33)均勻的布置于收縮管(21)橫截面的圓周切線上。5. 根據權利要求4所述的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于：團聚液噴 頭(33)所在平面與收縮管(21)入口端的水平距離為L1，團聚液噴頭(33)所在平面與收縮管 (21)出口端的水平距離為1^2兒2 = 0.5-1.(〇。6. 根據權利要求1-5任一項所述的一種燒結煙氣微細顆粒物的減排系統，其特征在于： 團聚液噴頭(33)中心線與收縮管(21)管壁之間的夾角為a，30<a<45°。
【文檔編號】B01D51/04GK205672731SQ201620393881
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月28日 公開號201620393881.2, CN 201620393881, CN 205672731 U, CN 205672731U, CN-U-205672731, CN201620393881, CN201620393881.2, CN205672731 U, CN205672731U
【發明人】寧超, 錢立新, 李東升, 王毅璠, 王歡, 春鐵軍
【申請人】安徽工業大學