行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集pm2.5-pm10的煙氣凈化裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于燃煤煙氣治理技術領域，具體涉及一種行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置和方法。
【背景技術】
[0002]當前，全國大部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的霧霾空氣污染問題。而造成空氣污染的主要原因之一就是火電、供暖、鋼鐵等燃煤工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的微細顆粒排向大氣。而當前由于缺乏對于煙氣中PM2.5-PM10微細粉塵分級除塵效率的行業(yè)標準，并且現(xiàn)有的除塵技術對于PMlO以上的固相顆粒除塵效果較好，卻對煙氣中的微細顆粒除塵效率普遍不高，因此，對于工業(yè)生產(chǎn)排放的煙氣進行精細除塵是解決空氣污染的主要途徑之一，需要開發(fā)一種針對工業(yè)燃煤煙氣中的微細顆粒的高效除塵凈化裝置。
[0003]目前國內(nèi)用于工業(yè)除塵主要有機械除塵、濕式除塵、靜電除塵、布袋除塵和布袋靜電聯(lián)合除塵技術等。機械除塵是利用重力、慣性力和離心力作用除塵的技術。但是機械除塵主要針對的是顆粒較大的粉塵，一般只能除掉50μπι以上的大顆粒。對于PMlO的脫除效率只有30%，所以對于機械除塵對于微細顆粒的凈化有限，一般只是作為高效除塵裝置的初級除塵器。
[0004]濕式除塵是利用液滴洗滌含塵氣流分離煙氣中的微細顆粒。可以處理高溫廢氣、黏性顆粒和液滴。但是由于粒徑小于2.5μπι的微細顆粒和水滴都存在一層氣膜，微細顆粒很難被濕潤，所以對于ΡΜ2.5的除塵效率只有70%，而且該技術能耗高，并產(chǎn)生二次污染，投資較高。
[0005]袋式除塵是利用多孔過濾材料來過濾捕集煙氣中的顆粒。對于微細顆粒的捕集也有很高的效率，對于PMlO以上的除塵效率大于等于99%，但是含有極細小粉塵ΡΜ2.5的氣體卻大部分穿過濾袋，而且由于濾料受到高溫和腐蝕的問題，布袋易破損甚至燒穿，影響生產(chǎn)連續(xù)性和煙氣凈化。此外由于煙氣中的含塵濃度高，運行阻力不斷增大，運行費用也較高。
[0006]靜電除塵是對煙氣中的粉塵顆粒荷電，在電場力的作用下使粉塵顆粒與煙氣分離。該技術可以處理低溫、低壓到高溫、高壓的煙氣，而且處理煙氣時壓力損失小。這種方法對大顆粒污染物的捕獲率較高，但是對于尺寸小于2.5μπι的粉塵，靜電除塵器的效率就會急劇下降。對于0.5?2.5μπι的粉塵，最差時效率會低于50%。而且微細顆粒荷電困難，比電阻難以達到要求;振打后會造成二次揚塵，并且對煙氣量較大的冶金爐煙塵的捕集遠遠不能達到標準;此外整個除塵裝置需要高壓變電及整流設備，投資和運行費用都較高。
[0007]布袋靜電聯(lián)合除塵技術是在靜電除塵之后再加上布袋除塵，靜電除塵過濾分離較大粉塵顆粒，袋式除塵過濾分離微細顆粒。聯(lián)合除塵技術除塵效率達到了99%，但是仍有約I %的粉塵排入了大氣中，此I %的粉塵中粒徑小于2.5微米甚至亞微米級的超細顆粒占到逃逸的飛灰總數(shù)的90%以上。此外靜電除塵部分產(chǎn)生的臭氧可能對于后面的袋式除塵的布袋發(fā)生嚴重的損害，而且袋式除塵技術的缺點仍然存在。所以以上幾種除塵技術對于微細顆粒的除塵效果都有待提尚。
[0008]隨著多孔材料的發(fā)展，許多人開始考慮利用多孔介質(zhì)來過濾分離煙氣。已經(jīng)有人利用多孔陶瓷和多孔金屬作為過濾層用于除塵凈化，除塵總效率可以達到99%以上。但是目前無法將多孔介質(zhì)過濾層應用于煙氣微細顆粒脫除環(huán)節(jié)，主要是由于對于多孔介質(zhì)過濾材料來說，孔隙性能與服役性能之間相互制約，存在一對矛盾，即孔徑越小，孔隙率越高，越有利于捕集超微細顆粒，過濾精度越高;但隨之而來的是流體透過量就越小，越容易造成高的壓力降甚至堵塞。多孔材料固定方式過濾雖然能夠利用在精細除塵中，但是由于孔隙吸附極易飽和，需要對多孔材料濾料頻繁更換，不適用于處理工業(yè)燃煤產(chǎn)生的大量煙氣。
[0009]綜上所示，急需開發(fā)一種壓力損失小、投資和運行費用低，適應于靜電除塵或袋式除塵之后的精細除塵的高效凈化裝置，直接從源頭上解決與人民群眾健康息息相關的排煙中PM2.5-PM10造成的大氣污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PMlO的煙氣凈化裝置和方法，目的是通過發(fā)揮具有高梯度磁分離器和多孔介質(zhì)的精細除塵裝置過濾的優(yōu)勢，低阻力、高通量地高效精細除塵，且多孔介質(zhì)可以回收利用，并且對粉塵的溫度、比電阻等沒有要求。
[0011]實現(xiàn)本發(fā)明目的的行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置，包括一條煙氣管道，在所述的煙氣管道前端設置有磁性多孔介質(zhì)進料口，末端設有過濾網(wǎng)，煙氣管道的前端和末端之間設置若干個磁場發(fā)生器，所述的每個磁場發(fā)生器包括一個腔體，煙氣管道從腔體中間穿過，被磁場發(fā)生器劃分為有磁場段和無磁場段，磁場發(fā)生器的腔體兩端纏繞勵磁線圈，勵磁線圈與相應的多路輸出穩(wěn)流直流電源相連，腔體兩端還設有冷卻風機。
[0012]采用上述行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置捕集PM2.5-PMlO的煙氣凈化方法按照以下步驟進行:
[0013]開啟多路輸出穩(wěn)流直流電源，向煙氣管道磁性多孔介質(zhì)進料口中加入磁性多孔介質(zhì)，將經(jīng)過靜電除塵或袋式除塵之后的煙氣引入煙氣管道，調(diào)節(jié)多路輸出穩(wěn)流直流電源的輸出電流和通電時間，得到沿煙氣管道方向的行進磁場或脈沖磁場，磁場具有橫向和縱向的磁場梯度，磁性多孔介質(zhì)與煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒同時運動，發(fā)生慣性碰撞、多孔隙截留和布朗擴散攔截，磁性多孔介質(zhì)動態(tài)捕集煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒，經(jīng)過有磁場段和無磁場段最終到達煙氣管道末端時經(jīng)過濾網(wǎng)攔截，實現(xiàn)分離潔凈氣體，將捕集PM 2.5-PM10顆粒后的磁性多孔介質(zhì)超聲波水洗、酸洗、再次水洗、干燥后，得到脫附的磁性多孔介質(zhì)，再次裝入煙氣管道中，實現(xiàn)循環(huán)使用。
[0014]其中，所述的磁性多孔介質(zhì)是經(jīng)電化學處理的多孔鐵或多孔鎳，其粒度直徑<1_，所述的過濾網(wǎng)孔徑小于磁性多孔介質(zhì)的直徑。
[0015]所述的通電電流的調(diào)節(jié)范圍為5A?30A，所述的通電時間為I s?3600s。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特點和有益效果是:
[0017]本發(fā)明的行進磁場中磁性多孔介質(zhì)捕集PM2.5-PM10的煙氣凈化裝置中設有若干個磁場發(fā)生器，每個磁場發(fā)生器都包括一對勵磁線圈，勵磁線圈與多路直流穩(wěn)流電源相連，通過調(diào)節(jié)多路直流穩(wěn)流電源的電流強度和通電時間，能夠?qū)崿F(xiàn)控制煙氣管道不同位置的磁場強弱和有無磁場，能夠得到沿著水平方向的行進磁場或脈沖磁場，磁場能夠產(chǎn)生橫向或縱向的高磁場梯度，在磁場發(fā)生器的上下都設置有風扇，對勵磁線圈進行風冷。本發(fā)明裝置還在煙氣管道前端設置有磁性多孔介質(zhì)進口，管道末端設有濾網(wǎng)，用來攔截已經(jīng)負載PM
2.5-PM10顆粒的磁性多孔介質(zhì)。
[0018]本發(fā)明放棄了傳統(tǒng)除塵方式和固定多孔介質(zhì)過濾方式對于氣體中顆粒物的捕集方式，如直接攔截、搭橋攔截、聚并和重力沉降，創(chuàng)造性地提供一種利用電磁吸引力、重力和氣體拖曳力耦合作用來驅(qū)動磁性多孔介質(zhì)捕集、分離煙氣中的PM 2.5-PM10顆粒的裝置和方法，磁性多孔介質(zhì)與被捕集顆粒在煙氣支撐下同時運動，通過慣性碰撞、截留、和布朗擴散攔截實現(xiàn)動態(tài)捕集的方式。這是由于氣體黏度極小，分子迀移速率高，極大提高了顆粒的碰撞機會，使得慣性碰撞成為氣體過濾中固體粒子捕集的基本方式，另一方面，布朗運動增加了細顆粒被多孔材料捕集的機會，通過分子碰撞對細顆粒(0.1?0.3μπι)的捕集最為有效，因此布朗擴散攔截主要發(fā)生于氣體過濾中。
[0019]傳統(tǒng)的過濾機理或微細顆粒聚并機理由于煙氣中的細顆粒物不一定具有磁性，添加電磁場不會顯著增大聚并機率，僅靠聚并作用捕集細顆粒物，其效果有限，與傳統(tǒng)過濾方式相比，本發(fā)明中煙氣氣流沒有被迫通過濾材(多孔介質(zhì))，而是磁性多孔介質(zhì)在電磁場驅(qū)動下在煙氣中運動，在捕集細顆粒物的同時降低流體阻力和多孔介質(zhì)的負載，通過增加磁性多孔介質(zhì)的濃度，控制磁性多孔介質(zhì)在磁場中的停留時間，實現(xiàn)多孔介質(zhì)的長行程可控運動，不僅能夠大大增加捕集效率，同時由于易于回收負載微細顆粒的多孔介質(zhì)，脫附后可循環(huán)使用，不會降低其經(jīng)濟可行性。
[0020]本發(fā)明方法中被送入煙氣管道的磁性多孔介質(zhì)顆粒在磁場作用下，形成簾狀，用于動態(tài)捕集PM 2.5-ΡΜ