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1、(10)申请公布号 CN 103830986 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103830986 A (21)申请号 201410088220.4 (22)申请日 2014.03.12 B01D 50/00(2006.01) B01D 53/84(2006.01) B01D 53/60(2006.01) (71)申请人 南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29 号 (72)发明人 朱仁成 鲍晓峰 马赛 李舜酩 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237 代理人 贺翔 (54) 发明名称 固定式柴油机系统一体式除尘净化装置及净 化方法 (。
2、57) 摘要 一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装 置， 属于填料除尘净化装置。它包括塔体 （28） 、 引风机 （3） 、 洗涤液循环泵 （25） 和生物液循环泵 （20） ； 所述塔体 （28） 自下而上依次是填料洗涤除 尘塔 （22） 、 填料过滤净化塔 （18） 、 清洁气体排气 罩 （17） ； 所述填料洗涤除尘塔 （22） 自下而上依次 包括储液区、 初次喷淋洗涤区、 填料床层和二次喷 淋洗涤区 ； 所述填料过滤净化塔 （18） 自下而上依 次包括储液区、 气液分离区、 生物填料床层和生物 循环液喷淋区。本发明能够针对固定式柴油机系 统排放的温度高、 粉尘量大、 含 NOx、 SO。
3、2等的特殊 烟气进行过滤净化。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103830986 A CN 103830986 A 1/2 页 2 1. 一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 包括塔体 （28） 、 引风机 （3） 、 洗涤液循环泵 （25） 和生物液循环泵 （20） ； 所述塔体 （28） 自下而上依次是填料洗涤除尘塔 （22） 、 填料过滤净化塔 （18） 、 清洁气体 排气罩 （17） ； 所述填料洗涤。
4、除尘塔 （22） 自下而上依次包括储液区、 初次喷淋洗涤区、 填料床层和二 次喷淋洗涤区 ； 储液区中安装有洗涤液储液槽 （5） 、 布气管 （4） 和气液分离板 （6） ， 其中布气 管 （4） 位于洗涤液储液槽 （5） 中液面以下， 与引风机 （3） 相连， 气液分离板 （6） 位于液面上 方 ； 初次喷淋洗涤区中安装有初次喷淋系统 （7） ； 无机填料床层 （21） 内填充有无机填料， 无 机填料床层 （21） 的底部设有若干向上凹的凹槽 （8） ， 其中凹槽侧壁 （24） 和无机填料床层顶 部多孔盖板 （9） 均为冲孔铁网， 无机填料床层下底面 （29） 和凹槽上顶面 （23） 均为非。
5、透气性 支撑板 ； 填料洗涤除尘塔 （22） 内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板 （15） ； 二次喷淋洗涤 区中安装有再次喷淋系统 （10） ； 上述初次喷淋系统 （7） 和再次喷淋系统 （10） 的喷管与洗涤 液循环泵 （25） 出口相连， 洗涤液循环泵 （25） 入口与于洗涤液储液槽 （5） 相连 ； 所述填料过滤净化塔 （18） 自下而上依次包括储液区、 气液分离区、 生物填料床层和生 物循环液喷淋区 ； 储液区安装有生物循环液储液槽 （12） 和出气管 （30） ， 其中出气管 （30） 下 端穿过生物循环液储液槽 （12） 与填料洗涤除尘塔 （22） 相通， 出气管 （30） 上端。
6、伸出生物循 环液储液槽 （12） 中液面以外 ； 气液分离区安装有气液分离器 （13） ； 所述气液分离器 （13） 上 半部呈半球状， 下半部呈倒圆锥状， 并由若干根支撑杆固定于出气管 （30） 上端 ； 生物填料 床层 （14） 内填充有生物填料， 生物填料床层 （14） 底部的承托网为冲孔铁网 ； 填料过滤净化 塔 （18） 内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板 （15） ； 生物循环液喷淋区中安装有喷淋系统 （16） ； 上述喷淋系统 （16） 的喷管与生物液循环泵 （20） 出口相连接， 生物液循环泵 （20） 入口 与生物循环液储液槽 （12） 相连。 2. 根据权利要求 1 所述的。
7、固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 的布气管 （4） 呈十字形结构。 3. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 的气液分离板 （6） 呈中间高两边低的锥形结构。 4. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 的若干圈向上凹的环形凹槽 （8） ， 内圈的环形凹槽的高度依次高于外圈的环形凹槽。 5. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 的防壁流挡板 （15） 为环形， 且断面呈 “V” 形结构。 6. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油。
8、机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 凹槽侧壁 （24） 和多孔盖板 （9） 的网孔直径小于无机填料直径 ； 所述生物填料床层 （14） 底部 的网孔直径小于生物填料直径。 7. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 所述 洗涤液储液槽 （5） 的最底部设有洗涤液排出口 （26） ； 生物循环液储液槽 （12） 的最底部设有 生物循环液排水阀 （11） 。 8. 根据权利要求 1 所述的固定式柴油机系统一体式除尘净化装置的净化方法， 其特征 在于包括以下过程 ： 固定式柴油机系统排放的烟气 （1） 经引风机 （3） 的作用输入布气管 （4） 。
9、， 烟气从布气管 权 利 要 求 书 CN 103830986 A 2 2/2 页 3 （4） 排出后， 经洗涤液进行初步淋洗降温、 洗涤除尘后， 排出液面， 烟气中的大颗粒粉尘及液 滴在惯性碰撞作用下， 被气液分离板 （6） 捕集 ； 初次喷淋系统 （7） 对气液分离板 （6） 进行反 冲洗， 将气液分离板 （6） 所捕集的颗粒淋洗到洗涤液储液槽 （5） 中， 同时对烟气继续淋洗降 温、 洗涤除尘 ； 烟气穿过初次喷淋系统 （7） 后， 进入环形凹槽 （8） ， 在进气压力作用下， 横向 穿过凹槽侧壁 （24） 进入无机填料床层 （21） ， 烟气中粉尘在与填料惯性碰撞过程中被捕集 ； 在防。
10、壁流挡板 （15） 作用下， 尽可能的避免烟气沿塔壁上升 ； 二次喷淋系统对无机填料床层 （21） 反冲洗， 防止无机填料床层 （21） 中粉尘颗粒累积造成堵塞 ； 烟气穿过出气管 （30） 进入 生物填料床层 （14） ， 在与生物填料接触过程中被填料上附着的微生物吸附、 降解， 完成对烟 气中废气的过滤净化 ； 被除尘净化后的气体， 由清洁气体排气罩 （17） 排出。 权 利 要 求 书 CN 103830986 A 3 1/4 页 4 固定式柴油机系统一体式除尘净化装置及净化方法 0001 技术领域 0002 本发明涉及一种填料除尘净化装置， 尤其涉及一种用于处理大型固定式柴油机系 统 。
11、（如柴油机发电厂） 烟气的一体式填料除尘净化塔。 背景技术 0003 2012 年年底以来， 我国大部分地区多次出现持续的大范围雾霾天气， 对人民群众 的身体健康和生产生活造成严重影响， 受到社会舆论以及政府的密切关注， 同时也对我国 的大气污染防治工作提出了严峻的挑战。虽然固定式柴油机系统排放的烟气中 NOx、 SO2和 粉尘浓度低于排放标准， 但随着国家对环保要求的日益严格， 其烟气排放的净化处理将会 愈加受到重视。目前， 减少 NOx 的排放量主要还是靠烟气脱硝， 大多采用催化还原法， 脱硝 率较高， 但存在吸附剂或催化剂等再生困难、 运行成本高等问题 ； 另一方面， 国内多采用石 灰石。
12、石膏湿法脱硫， 该技术比较成熟， 但造价高且运行复杂。 0004 生物填料过滤法脱硫脱硝是近年来的一项新兴技术， 因其具有工艺简单、 运行成 本低、 无二次污染等优点而倍受青睐。生物过滤法的基本原理是利用微生物对污染物有较 强、 较快适应能力的特点， 对其进行驯化， 使其能够以污染物为碳源和能源， 并将其转化为 无害的、 简单的物质 （如 CO2、 H2O 等） 。大量学者已做了相应的实验研究证明生物过滤法用 于脱硫、 脱硝是可行的， 如 ： 李顺义的生物法脱硝实验研究( 一种包埋微生物复合填料的制 备及性能评价 J. 环境工程学报， 2014,8(1):260-265) 和徐娇的生物法同时脱。
13、硫脱硝研 究（生物法脱除工业废气中 SO2和 NO 的研究 D. 天津 ： 天津大学 , 2008）等。生物过滤 塔内的填料多为球状或圆柱状， 靠近壁面处的填料颗粒要比主体区装填的疏松， 相应地靠 近壁面处的空隙率比主体区略大， 生物塔运行过程中气体或液体易顺着塔壁流动， 使传质 不能充分进行， 即产生壁流效应。壁流效应的存在， 直接导致了净化效率的下降， 为克服壁 流现象造成的气流分布不均匀问题， 可以对填料塔进行分层处理， 如张华新进行了多层生 物塔净化废气研究( 多层生物滤塔净化硫化氢废气研究 J. 环境工程学报 , 2011,5(1): 157-159）。 这样加大了投入成本， 也增加。
14、了生物塔的高度， 因此有必要解决填料塔的壁流问 题。另外， 大型柴油机发电厂直接排出的烟气含有较大的粉尘， 并且气体温度也在 300左 右， 必须经过填料洗涤塔降温、 除尘等预处理后才能引入生物填料塔， 进行后续生物降解处 理。若系统中采用的洗涤塔和生物过滤塔为分体结构， 由于两者之间在运行过程中需要管 线连接， 易出现由于管线泄露造成的生产停顿及增加管线维护费用的现象， 同时还存在占 地面积过大、 土建成本高等问题， 因此必须对填料洗涤除尘塔和生物过滤塔进行合理布局。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是针对固定式柴油机系统排放的温度高、 粉尘量大、 含 NOx、 SO2 等的特殊。
15、烟气， 提供一种防壁流效应的一体式填料洗涤除尘和过滤净化装置。 说 明 书 CN 103830986 A 4 2/4 页 5 0006 一种固定式柴油机系统一体式除尘净化装置， 其特征在于 ： 包括塔体、 引风机、 洗涤液循环泵和生物液循环泵 ； 所述塔体自下而上依次是填料洗涤除尘塔、 填料过滤净化塔、 清洁气体排气罩 ； 所述填料洗涤除尘塔自下而上依次包括储液区、 初次喷淋洗涤区、 填料床层和二次喷 淋洗涤区 ； 储液区中安装有布气管和气液分离板， 其中布气管位于液面下方， 与引风机相 连， 气液分离板位于液面上方 ； 初次喷淋洗涤区中安装有初次喷淋系统 ； 无机填料床层内 填充有无机填料，。
16、 无机填料床层的底部设有若干向上凹的凹槽， 其中凹槽侧壁和无机填料 床层顶部多孔盖板均为冲孔铁网， 无机填料床层下底面和凹槽上顶面均为非透气性支撑 板 ； 无机填料床层中靠近填料洗涤除尘塔内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板 ； 二次喷 淋洗涤区中安装有再次喷淋系统 ； 上述初次喷淋系统和再次喷淋系统的喷嘴与洗涤液循环 泵出口相连， 洗涤液循环泵入口与储液区相连 ； 所述填料过滤净化塔自下而上依次包括储液区、 气液分离区、 填料床层和生物循环液 喷淋区 ； 储液区安装有生物循环液储液槽和出气管， 其中出气管下端穿过生物循环液储液 槽与填料洗涤除尘塔相通， 出气管上端伸出生物循环液储液槽中液面以外。
17、 ； 气液分离区安 装有气液分离器所述气液分离器上半部呈半球状， 下半部呈倒圆锥状， 并由若干根支撑杆 固定于出气管上 ； 生物填料床层内填充有生物填料， 生物填料床层的底部为冲孔铁网 ； 生 物填料床层中靠近填料过滤净化塔内壁沿塔高方向设置有若干防壁流挡板 ； 生物循环液喷 淋区中安装有喷淋系统 ； 上述喷淋系统的喷嘴与生物液循环泵出口相连接， 生物液循环泵 入口与生物储液区相连。 0007 固定式柴油机系统排放的烟气经引风机的作用输入布气管， 烟气从布气管排出 后， 经洗涤液进行初步淋洗降温、 洗涤除尘后， 排出液面， 烟气中的大颗粒粉尘及液滴在惯 性碰撞作用下， 被气液分离板捕集 ； 初。
18、次喷淋系统对气液分离板进行反冲洗， 将气液分离板 所捕集的颗粒淋洗到洗涤液储液槽中， 同时对烟气继续淋洗降温、 洗涤除尘 ； 烟气穿过初次 喷淋系统后， 进入环形凹槽， 在进气压力作用下， 横向穿过凹槽侧壁进入无机填料床层， 烟 气中粉尘在与填料惯性碰撞过程中被捕集 ； 在防壁流挡板作用下， 尽可能的避免烟气沿塔 壁上升 ； 二次喷淋系统对无机填料床层反冲洗， 防止无机填料床层中粉尘颗粒累积造成堵 塞 ； 烟气穿过出气管进入生物填料床层， 在与生物填料接触过程中被填料上附着的微生物 吸附、 降解， 完成对烟气中 SO2、 NOx等废气的过滤净化 ； 被除尘净化后的气体， 由清洁气体排 气罩排出。
19、。 0008 所述的布气管呈十字形结构， 保证布气均匀， 利于烟气与洗涤液充分接触。 0009 所述的气液分离板呈中间高两边低的锥形结构， 利于烟气集中在气液分离板中部 通过， 防止产生壁流现象 ； 同时利于喷淋液分散到塔壁流下， 降低气液对流产生的压差。 0010 所述的若干圈向上凹的环形凹槽， 内圈的环形凹槽的高度要高于外圈的环形凹 槽， 利于使填料尽量从无机填料床层的中部通过。 0011 所述的防壁流挡板为环形且断面呈 “V” 型挡板结构， 阻挡塔壁处气流沿塔壁上升， 引导气流流下填料层中部， 防止烟气与填料接触不充分现象， 增加烟气与填料接触的机会， 提高除尘、 净化效率。 0012 。
20、所述的无机填料为理化性能稳定、 耐酸腐蚀且机械强度高的球形填料， 保证装置 运行过程中填料长期耐用且不易被烟气中酸性气体腐蚀或发生其他反应。 说 明 书 CN 103830986 A 5 3/4 页 6 0013 所述的生物填料为表面粗糙、 比表面积大、 有利于微生物附着生长的填料， 可以保 证微生物有足够的量和较强的废气净化能力。 0014 所述凹槽侧壁和多孔盖板的网孔直径略小于无机填料直径 ； 所述生物填料床层底 部的网孔直径略小于生物填料直径， 防止填料下漏。 0015 所述出气管的高度必须高于生物循环液储液槽中液面的高度， 防止生物液流入下 层填料洗涤除尘塔， 造成微生物的损失， 同时。
21、保证烟气又能顺利进入填料过滤净化塔。 0016 所述洗涤液储液区和生物循环液储液区分别设有洗涤液排出口和生物循环液排 水阀， 保证必要时将洗涤液和生物液排出塔体。 0017 本发明的有益效果是 ： 一体式填料洗涤净化装置将降温、 除尘洗涤塔和填料过滤 净化塔合为一体， 节省了管道阀门和管线， 设备结构紧凑， 占地面积小， 节省了土建成本， 合 理利用了场地空间， 同时除尘、 废气净化效率高， 在不影响运行的情况下可连续清灰 ； 采用 生物法进行烟气处理， 结构相对简单、 成本低、 且无二次污染。 附图说明 0018 图 1 为本发明的结构示意图。 0019 图 2 为布气管的结构示意图。 00。
22、20 附图中， 各标号所代表的部件列表如下 ： 1、 柴油机尾气， 2、 进气阀门， 3、 引风机， 4、 布气管， 5、 洗涤液储液槽， 6、 气液分离多孔挡板， 7、 初次喷淋系统， 8、 凹槽， 9、 多孔盖板， 10、 再次喷淋系统， 11、 生物循环液排水阀， 12、 生物循环液储液槽， 13、 气液分离器， 14、 生物填 料床层， 15、 防壁流挡板 16、 生物循环液喷淋系统， 17、 清洁气体排气罩， 18、 填料过滤净化 塔， 19、 承托网， 20、 生物液循环泵， 21、 无机填料床层， 22、 填料洗涤除尘塔、 23、 凹槽上顶面， 24、 凹槽多孔侧壁， 25、 洗。
23、涤液循环泵， 26、 洗涤液排出口， 27、 滤网， 28、 塔体， 29、 无机填料 床层下底面， 30、 出气管。 具体实施方式 0021 为了使本发明实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下面结 合具体图示和实例， 进一步阐述本发明。 0022 如图 1 所示， 固定式柴油机系统烟气 1 经引风机 3 作用输送到十字形布气管 4， 布 气管4位于洗涤液储液槽5的底部， 且浸没于液面以下。 柴油机排放的尾气温度多在300 以上， 利用洗涤液储液槽 5 内液体可以对烟气进行初步的降温和除尘。经过喷淋循环液初 步浸洗后的气体含有大量的水分和粉尘， 利用气液分离多孔挡板 6。
24、 与烟气中粉尘和水滴的 碰撞和拦截作用， 捕获大颗粒粉尘和水滴， 粘结在气液分离多孔挡板 6 的下面。粘结在气液 分离多孔挡板 6 上的粉尘通过初次喷淋系统 7 的喷淋作用而汇集到洗涤液储液槽 5。无机 填料床层下底面 29 和凹槽上顶面 23 都是非透气性钢板， 气流只能通过凹槽多孔侧壁 24 横 向进入， 增加了填料与气流中粉尘的碰撞几率， 提高无机填料床层 21 的除尘性能。无机填 料床层 21 装填的填料理化性质温度、 耐酸腐蚀， 同时具有较强的机械强度如水处理滤料陶 粒等。为迫使烟气从填料床层中部通过， 内层凹槽的高度要高于外层。内壁上设置了防壁 流挡板 15， 减少填料床的壁流现象。
25、， 使得气流横向经过填料的过滤作用， 近一步增强无机填 料层 21 对粉尘的过滤效果。在填料层表面覆盖一层多孔盖板 9， 可防止无机填料被气流冲 说 明 书 CN 103830986 A 6 4/4 页 7 起， 造成表面填料分布不均匀。再次喷淋系统 10 的喷淋液对无机填料床层 21 缝隙捕集到 的粉尘进行反冲洗， 防止堵塞填料间隙通道。经过以上过程， 烟气的温度被降的较低， 且气 体中的部分易溶气体如 NO2和 SO2等被喷淋液吸收。 0023 烟气经过填料洗涤除尘塔22后， 经气液分离器13进入填料过滤净化塔18， 气液分 离器 13 可使下面的气流进入填料过滤净化塔 18， 同时阻止生。
26、物循环液储液槽 12 内的生物 液流入下层。生物填料床层 14 内的生物填料比表面积大、 利于微生物附着生长、 耐微生物 腐蚀， 例如专利 CN103041695A 公布的复合填料或简单的鲍尔环填料、 拉丁环填料等皆可 ； 生物循环液喷淋系统 16 可以给微生物生长提供必要的营养物质保证微生物的活性。经过 生物填料时， 烟气中 NOx和 SO2等污染物被生物填料表面的微生物膜捕获， 进而被降解为简 单小分子化合物 SO42-、 CO2、 H2O 及 N2等。最后， 被除尘、 净化后的气体由清洁气体排气罩 17 排出。 0024 最后应说明的是 ： 以上所述实施案例仅用于装置的使用说明， 而并非是对本发明 的技术方案的限定， 任何对本发明技术特征所做的等同替换或相应改进， 其均应涵盖在本 发明的保护范围当中。 说 明 书 CN 103830986 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103830986 A 8 。