一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于超重力除塵技術領域，具體涉及一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置和方法。
【背景技術】
[0002 ]細顆粒物(又稱PM2.5)是指空氣動力學直徑小于2.5μπι的粉塵，其比表面積大，能夠吸附各種有毒、有害物質并沉積在人體肺部，導致心腦血管疾病和肺癌，嚴重危害人體健康，也是近年來頻繁發生“霧霾”現象的罪魁禍首。燃煤發電、化工、冶煉、石油加工等固定污染源排放的工業廢氣中，含有大量細顆粒物，難以被常規除塵器脫除，成為細顆粒物的主要來源。
[0003]超重力旋轉填料床是一種新型的高效除塵設備，將離心沉降、機械旋轉碰撞、慣性碰撞、液滴捕捉等多種除塵機制集于一體，除塵效率高，壓降低，液氣比小，占地面積小。近年來在除塵方向有了很多工業化應用，但對于其脫除細顆粒物(粒徑為1_75μπι)的報道較少。國內有文獻報道華南理工大學使用峰值粒徑為4.73μπι的滑石粉模擬微米級顆粒物，采用多級離心霧化超重力旋轉床來脫除細顆粒物，可以在氣量600m3/h，液量0.6m3/h，轉速1400r/min的操作條件下達到97%的除塵效率。但其缺點是所需要的轉速高，僅適合于實驗室規模研究，難以工業化推廣。且處理粉塵濃度小，僅為4g/m3，按照以往實驗經驗，旋轉填料床在低轉速、高粉塵濃度下容易出現填料堵塞現象，導致設備無法連續運行。總的來說，現有結構的旋轉填料床對細顆粒物的脫除效率仍然不是很高，運行不穩定，工業化推廣受到阻礙，有待改進。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有超重力除塵方法氣體在旋轉填料床中停留時間過短，來不及被液滴捕捉即被排空;雖然旋轉填料床的總除塵效率高，但對細顆粒物的脫除率仍然較低；需要大于1000r/min的轉速才能達到較高的除塵效率，能耗高，不穩定;處理高濃度含塵氣體時易造成填料堵塞，無法連續運行等問題，提供了一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置和方法。
[0005]本發明由如下技術方案實現的:一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置，包括設有氣體進出口和液體進出口的超重力旋轉填料床，超重力旋轉填料床的氣體進口通過渦街流量計連接含塵氣源，液體進口通過液栗連接儲液槽，液體出口通過U型液封裝置連接儲液槽，所述超重力旋轉填料床的氣體進口切向設置于超重力旋轉填料床殼體外部，氣體進口處安設回形導流進口板，超重力旋轉填料床內設有填料層，填料層的填料為塑料鮑爾環填料。
[0006]所述回形導流進口板為擋板沿氣體進口交替穿插安設，回形導流進口板長度為氣體進口管道直徑的三分之一，回形導流進口板的寬度為回形導流進口板長度的二分之一。所述塑料鮑爾環填料表面設有糙面壓紋，塑料鮑爾環填料的外徑為16_50mm。所述超重力旋轉填料床為錯流旋轉填料床。
[0007]利用上述超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置脫除氣體中細顆粒物的方法，具體步驟如下:含塵氣體從含塵氣源經渦街流量計后，沿回形切向進入超重力旋轉填料床中，儲液槽中的反應液由液栗輸送至超重力旋轉床，氣液兩相在填料層接觸反應，完成脫除氣體中的細顆粒物，反應后的液體從液體出口排出，經過U型液封裝置后進入到儲液槽中循環使用;脫除細顆粒物的氣體經氣體出口排出超重力旋轉填料床;所述儲液槽中的反應液為質量濃度為0.01-0.1%的發泡劑溶液，所述通入超重力旋轉填料床的氣體氣速為10?20m/s。
[0008]所述超重力旋轉填料床的轉速為400-600r/min，超重力旋轉填料床的氣相壓降為150-200Pa，超重力旋轉填料床中的液氣比為0.2-0.4L/m3。所述儲液槽中的發泡劑溶液為水中加入十二烷基硫酸鈉、span系列或tween系列的表面活性劑和潤濕劑，配置成質量分數為0.01%~0.1%的發泡劑溶液。
[0009]本發明將傳統的錯流旋轉填料床進氣口加以改進，改為切向回形進入。此改動將氣流方向由原來的豎直向上運動改變為順時針旋轉向上運動，避免進入填料前的一股射流突然轉入較大管道中，其速度較大、能量較高的顆粒不經過填料而出去。避免產生邊界層分離，引起渦流，減小了氣體的緩沖力，進而減小湍動。延長了氣體在床體內的停留時間，有利于液滴和液膜對粉塵的捕集過程。同時，氣流方向的改變增大了塵粒與液滴之間的相對速度，使塵粒受到的慣性碰撞作用增大，提高了除塵效率。
[0010]向水中加入發泡劑，配置成質量濃度為0.01%?0.1%的發泡劑溶液，溶液的表面張力顯著降低，經過液體分布器的發泡劑溶液受到離心力的作用分散到旋轉的填料上，形成大量的泡沫粒子群，具有更大的總面積和總體積，更小的表面張力，幾乎可以捕集所有與其相遇的粉塵，尤其對細顆粒物具有更強的凝聚能力，可以顯著降低液氣比和轉速，提高旋轉填料床對細顆粒物的脫除效率。
[0011]為了提高發泡劑的泡沫發生量，對旋轉填料床的填料進行了改進，通過實驗對比，發現鮑爾環型填料的發泡量大于絲網填料，且塑料材質的填料更加輕便，旋轉填料床的氣相壓降也減小至200Pa，而鮑爾環型填料的空隙率遠大于絲網填料，降低了處理高濃度含塵氣體時填料堵塞的可能，通過進一步對其表面進行壓紋處理，使之糙化，以此提高填料的真實面積，在通入液體后，使潤濕面積增大，提高了其捕獲顆粒的能力，有助于泡沫的產生，降低設備壓降的同時解決了處理高濃度含塵氣體時填料堵塞的問題。
[0012]本發明解決了傳統方法的以下問題:(I)氣體在旋轉填料床中停留時間過短，來不及被液滴捕捉即被排空；(2)雖然旋轉填料床的總除塵效率高，但對細顆粒物的脫除率仍然較低；(3)需要大于1000r/min的轉速才能達到較高的除塵效率，能耗高，不穩定；(4)處理高濃度含塵氣體時易造成填料堵塞，無法連續運行。
[0013]本發明與現有的超重力濕法除塵方法相比具有以下特點:改進后總除塵效率高達99.6%，分級效率也較傳統超重力除塵方法有顯著提高，其中，PM2.5的脫除率為95%以上，PM1.ο的脫除率為88%以上，更適合脫除氣體中的細顆粒物。脫除細顆粒物適宜的液氣比為
0.2?0.4L/m3，液體可循環使用，雖然添加了微量發泡劑，經濟成本仍然降低了20%。運行更穩定，能耗更低，更適合工業應用。超重力旋轉填料床的填料為塑料鮑爾環，孔隙率大，處理高濃度含塵氣體時不堵塞，可連續運行。脫除細顆粒物時氣相壓降為150?200Pa，較以往的超重力除塵設備減小了至少50%。改進后的超重力旋轉填料床的重量更為輕便，方便運輸。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所述一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置的結構示意圖；圖2為超重力旋轉填料床的結構示意圖；圖3為回型倒流進口板結構示意圖；圖4為原超重力旋轉填料床氣體進口示意圖；圖5為本發明超重力旋轉填料床氣體進口示意圖。
[0015]圖中:1-超重力旋轉填料床;1.1-氣體進口 ； 1.2-液體進口； 1.3-液體出口 ； 1.4-填料層；1.5-氣體出口 ； 2-渦街流量計;3-含塵氣源;4-液栗;5-儲液槽;6-U型液封裝置;7-回形導流進口板。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例進一步說明本發明所提供的超重力脫除細顆粒物的裝置和方法。
[0017]如圖1、圖2所示，一種超重力脫除氣體中細顆粒物的裝置，包括設有氣體進出口和液體進出口的超重力旋轉填料床I，超重力旋轉填料床I的氣體進口 I.I通過渦街流量計2連接含塵氣源3，液體進口 1.2通過液栗4連接儲液槽5，液體出口 1.3通過U型液封裝置6連接儲液槽5，所述超重力旋轉填料床I的氣體進口 1.1切向設置于超重力旋轉填料床I殼體外部，氣體進口 1.1處安設回形導流進口板7，超重力旋轉填料床I內設有填料層1.4，填料層1.4的填料為塑料鮑爾環填料。
[0018]所述回形導流進口板7為擋板沿氣體進口1.1交替穿插安設，回形導流進口板7長度為氣體進口 1.1管道直徑的三分之一，回形導流進口板7的寬度為回形導流進口板7長度的二分之一。所述塑料鮑爾環填料表面設有糙面壓紋，塑料鮑爾環填料的外徑為16-50mm。所述超重力旋轉填料床I為錯流旋轉填料床。
[0019 ]如圖4所示，傳統的錯流旋轉填料床的氣流方向為豎直向