CN100528287C - 除雾器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种除雾器，它包括：用于清洗该除雾器的清洁单元、用于气液分离的除雾单元、用于固定该除雾单元的固定单元，所述除雾单元为一列或多列的叶片，所述叶片的形状为环状。本发明的除雾器降低二次夹带、提高除雾效率同时结构简单、安装和维护操作方便。

Description

除雾器

技术领域

本发明涉及气液分离设备，具体地涉及一种除雾器。

背景技术

除雾器的种类较多但以离心力为原理的除雾器大致有三种即挡板除雾器、旋流板除雾器以及压力除雾器。传统的脱硫工艺中采用挡板除雾器。

如图3所示，挡板除雾器的工作原理为：当带有液滴的烟气进入除雾器通道时，由于流线偏折，部分液滴4撞击在除雾器叶片上被捕集下来，在惯性力的作用下实现气液分离。

除雾器布置形式通常有：水平型、人字型、组合型等。大型脱硫吸收塔中多采用人字型布置，V字型布置或组合型布置(如菱形、X型)。

为了达到脱硫系统工艺的除雾要求，现有技术的除雾器必须采用二级布置。一级除雾器由于叶片间距较大，或板型(如高度等)的原因，只能除去烟气中较大颗粒，所以也称为粗除雾器，经过一级除雾器后仍有较小的液滴存在于烟气中，必须采用二级除雾器来将它除去，如减小叶片间距，增加叶片高度，或改变叶片几何形状等方式来达到除去较小液滴的作用，又称作精除雾器。

如图1所示，带有液滴的烟气进入除雾单元3，在波形叶片上被捕集。除雾器垂直布置于烟气方向上。所述除雾单元3的上方和下方设置清洁单元1(也即冲洗管)。所述除雾单元3通过固定单元2(如图1所示为一卡嵌式结构)卡设在器壁上。

如图1所示的水平型除雾器结构简单，但其不足之处在于：烟气流速较高时容易产生二次夹带现象，造成除雾效率下降。二次夹带是指，在一定气体流速下，当较大的液滴在气流的作用下从除雾器器壁上形成的积水中被抽吸出来时，就发生液滴夹带。相应地，在水平型除雾器中，为了减少二次夹带现象，所处理的气体的流速只能控制在4m/s以下。这就大大限制了工业上的应用，降低了使用效率。

进一步地，由于脱硫烟气中含有一定量的灰尘，因此必须对除雾器两侧进行定时清洗。为了达到除雾要求，通常除雾器采用两级布置(目前所有湿法烟气脱硫系统内除雾器都采用两级布置)。由于除雾器通常采用二级平行布置，这样就必须布置三层或四层冲洗管，使得除雾器占用空间较大。增加了烟道，防腐等整个脱硫系统的投入，成本大大上升。

为了减少二次夹带现象，带来的问题并提高除雾效率，采用如图2所示的人字型(或称为V字型)除雾器。其中除雾单元3的上下方设置清洁单元2(冲洗管)。清洁单元2的上冲洗管与下冲洗管呈对角线设置。除雾单元3通过固定单元2(卡板装置)进行固定。

但是图2所示的除雾器的不足之处在于：结构复杂，安装和维护操作不便，造价较高。同样也必须采用二级布置才能达到较好的除雾效果，因此也必须布置三层或四层冲洗管。而且，因为脱硫塔内的烟气流速是不均匀的，在某些局部仍有可能存在烟气流速较高的点，因此人字型除雾器也同样存在二次夹带现象，而且二次夹带现象是不可避免的，只能减少。

综上所述，本领域缺乏一种减少二次夹带、提高除雾效率同时又结构简单、安装和维护操作方便的除雾器。

发明内容

本发明的目的在于获得一种减少二次夹带、提高除雾效率同时又结构简单、安装和维护操作方便的除雾器。

本发明还有一个目的在于获得一种减少二次夹带、提高除雾效率同时又结构简单、安装和维护操作方便的除雾系统。

本发明再有一个目的在于获得一种减少二次夹带、提高除雾效率同时又结构简单、安装和维护操作方便的除雾系统的布置方法。

本发明还有一个目的在于获得一种减少二次夹带、提高除雾效率的除雾方法。

本发明另有一个目的在于获得一种本发明的除雾器的用途。

在本发明的第一方面，提供了一种除雾器，它包括：用于气液分离的除雾单元、用于固定该除雾单元的固定单元，所述除雾单元为一列或多列的叶片，所述叶片的形状在与烟气方向平行的方向上为环状。

优选地是，所述除雾单元为多列叶片。

在本发明的一个优选实施方式中，所述环状选自以下形状：(a)圆形；和/或(b)由两个中心点相同长短轴成比例的椭圆形构成的形状；和/或(c)两段或多段弧形形成的闭合曲线组成的形状。

优选地，所述弧形为圆弧形。

优选地，所述圆形、椭圆形或是圆弧形的曲率半径在1.2～2m之间。

在本发明的一个优选实施方式中，所述形状为(c)的叶片包括上半部叶片和下半部叶片，其中所述上半部叶片由两段曲率差别小于0.5％的弧形构成，使得叶片在竖直方向上有相同的横截面，所述下半部叶片由两段曲率差别小于0.5％的弧形构成，且所述上半部叶片在竖直方向上的高度h₁大于所述下半部叶片的高度h₂。

优选地，上半部叶片和/或下半部叶片由两段曲率相同的弧形构成。

优选地，h₁在150～240mm之间，更优选地，200±5mm。

优选地，h₂在120～180mm之间，更优选地，160±5mm。

在本发明的一个优选实施方式中，所述高度的比值λ₁＝1～1.5，其中λ₁＝h₁/h₂。

优选地，λ₁为1.2±0.1。最优选地，λ₁为1.2。

在本发明的一个优选实施方式中，当所述除雾单元为多列叶片时，上半部叶片间距小于下半部叶片间距。

优选地，上半部叶片间距d₁在20～40mm之间，更优选地25±2mm，最优为25mm。

优选地，下半部叶片间距d₂在20～50mm之间，更优选地30±2mm，最优为30mm。

优选地，上、下半部叶片间距比例λ₂＝1～1.5，其中λ₂＝d₂/d₁。

优选地，所述叶片的断面为一个或多个波形；和/或所述叶片为可拆卸式叶片。

优选地，所述叶片为3个非正弦波形。

在本发明的一个优选实施方式中，所述除雾器还设有用于清洗该除雾器的清洁单元。

优选地，所述清洁单元为二层或三层冲洗管。

本发明另一方面提供一种除雾系统，所述除雾系统包括一个或多个本发明的除雾器。

本发明再一方面提供一种除雾系统的布置方法，由本发明的除雾器在烟道内进行水平形的一级布置得到所述除雾系统；其中所述除雾器单元的中心连线与烟气流动方向成90±5°角度。

优选地，所述中心连线与烟气流动方向成90±1°角度，最优选成90°角度。

本发明还有一个方面提供一种除雾方法，其包括如下步骤：采用本发明的除雾器对流速在3～5m/s之间、含水量大于1000mg/Nm³的气体进行气液分离，得到含水量不高于75mg/Nm³的干燥气体。

本发明另有一个方面提供一种本发明的除雾器的用途，其用于脱硫工程中的气液分离。

优选地是，所述脱硫工程为化工、电力、环保行业。

优选地，用于除去烟气中直径大于10μm的液滴。

优选地，用于对流速在3～5m/s之间、含水量大于1000mg/Nm³的气体进行气液分离。

附图说明

图1水平型除雾器

图2人字型除雾器(V或^型)

图3除雾器工作原理图

图4本发明的一个实施方式(圆环状除雾器叶片)的除雾器布置图

图5本发明的另一个实施方式(圆弧状除雾器叶片)

图6本发明的除雾器烟气方向断面图

图7三种除雾器叶片面积计算示例

图8本发明的环型除雾器的安装固定。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，获得了一种结构简单的新型除雾器结构，采用一级布置形式即可达到传统除雾器二级布置除雾效果的除雾器。并可以节省冲洗管和冲洗水量。

除雾器

本发明的除雾器，它包括：用于气液分离的除雾单元、用于固定该除雾单元的固定单元，所述除雾单元为一列或多列的叶片，所述叶片的形状为环状。

本发明的一个优选实施方式中，采用以下技术方案：

除雾器单元采用环状叶片成排组合，除雾器单元成排布置于烟气流动断面方向上。环状叶片断面成波形，当带有液滴的烟气通过下半部环状叶片时，由于流线偏折，在惯性力的作用下实现气液分离，部分液滴撞击在叶片上被捕集下来。相当于一级除雾器的作用。除去部分液滴的烟气再通过上半部环状叶片，再次进行气液分离，相当于二级除雾器的作用。这样就实现了一级除雾器二次气液分离的效果。除雾器叶片边缘通过卡具组装，并固定于条形边框上，可方便拆卸。条形边框可以通过夹具及简单的固定装置固定于支撑梁上，实现简单安装维护的目的。

由于圆环状叶片本身具有线形流畅的特点，因此可在除雾器顶部布置冲洗喷嘴，清洗水即可自然实现从顶部最高点到底部最低点的环状流动，实现对整块叶片进行清洗的效果。对除雾器上部最高点及最低点上方布置冲洗水管，并在冲洗水管上均匀布置喷嘴，即只需布置二层冲洗管即可达到冲洗效果。为加强冲洗效果，可在环状叶片或椭圆叶片的中心处增加一根冲洗水管。可大大减少冲洗水的消耗量。

由于仅采用一级布置即可达到传统除雾器二级布置的效果，可以大大减少除雾器占用空间。这对降低整个脱硫系统的成本有较大意义。

除雾单元

优选地是，所述除雾单元为多列叶片，且所述叶片的形状为环状。

本发明中“多列”的含义是，两列以及两列以上。所述列数的上限没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可(列数的上限以设计时除雾器单元的大小可设置的叶片数量为限)。通常，采用20～30列。

当叶片为多列时，叶片和叶片之间通常大致上平行设置。例如，由于安装的关系，可能会有±5°的偏移。

本发明的环状的含义是：一段或多段光滑曲线形成的闭合形状。本发明的环状是从与气流方向平行的方向上观察到的形状。

所述叶片的各段光滑曲线也可以在同一平面上，也可以不在同一个平面上。例如分为上半部叶片和下半部叶片，上半部叶片和下半部叶片的间距可相同也可不同。

通常，本发明的除雾单元设置在固定单元上(例如叶片卡条或卡板上)，较佳地，设置在卡板上。例如设置时，所述除雾单元的上半部叶片和下半部叶片的边缘处插入固定单元(卡条或卡板)的插槽中从而进行固定。

由于二次夹带的现象取决于气相的流速、液滴的载荷和液滴的尺寸分布以及气液两相的物理性质，但是很大程度上还取决于除雾器型板的几何学条件。在这里，几何学条件涉及到表面粗糙度的宏观结构和微观结构。

二次夹带现象是不可避免的，只能减少。因为脱硫塔内的烟气流速是不均匀的，即使流速平均值远低于再夹带极限值，在某些局部仍有可能存在烟气流速较高的点，既使是人字型除雾器也同样存在二次夹带现象。具有较高的再夹带极限，即临界流速的除雾器对于设计值有较大的安全裕度。另外，具有高的再夹带极限的除雾器能够使组件的横截面减小，由此可降低制造成本。再有，利用高的气流速度可以使得刚巧能除去的液滴的极限直径变得更小。即可除去烟气中较小的液滴，使得通过除雾器的液滴的比率减小，从而带有剩余液滴的气体负载减小了。

而本发明的环状叶片具有由于具有相同的曲率半径，具有平滑和缓慢变化的表面，使得不管从何种角度进入通道的气流都与叶片形成较大的撞击角度，从而抑制液滴的反射，提高了再夹带极限，即临界流速。通常水平型除雾器的临界流速在4～4.5m/s之间，人字型除雾器的临界流速在5～5.5m/s之间，而环状除雾器的临界流速可达到5.5～6.5m/s左右。

除雾单元叶片

优选地，所述环状为以下形状：

(a)圆形；和/或

(b)由两个中心点相同长短轴成比例的椭圆形构成的形状；和/或

(c)两段或多段弧形形成的闭合曲线组成的形状。

优选地，所述弧形为圆弧形。

优选地，所述圆形，椭圆形，圆弧形的曲率半径在1.2～2m之间。

较优选地，所述上半部叶片由两段曲率相同的弧形构成，使得叶片在竖直方向上有相同的横截面，以保证气流在竖直方向有相同的阻力；所述下半部叶片由两段曲率相同的弧形构成，且所述上半部叶片在竖直方向上的高度h₁大于所述下半部叶片的高度h₂。

所述高度是指，叶片的上边缘和下边缘之间在烟气流动方向上的垂直距离。

更优选地，所述高度的比值λ₁＝1～1.5，其中λ₁＝h₁/h₂。还要优选地，λ₁为1.2±0.1。最优选地，λ₁为1.2。

具体地例如，h₁在150～240mm之间，更优选地，200±5mm。

具体地例如，h₂在120～180mm之间，更优选地，160±5mm。

当所述除雾单元为多列叶片时，优选地上半部叶片间距小于下半部叶片间距。

优选地，上半部叶片间距d₁在20～40mm之间，更优选地25±2mm，最优为25mm。

优选地，下半部叶片间距d₂在20～50mm之间，更优选地30±2mm，最优为30mm。

优选地，上、下半部叶片间距比例λ₂＝1～1.5，其中λ₂＝d₂/d₁。

优选地，所述叶片的断面为一个或多个波形；和/或所述叶片为可拆卸式叶片。

优选地，所述叶片为3个非正弦波形。

所述叶片的断面没有特别限制，只要不对本发明的目的产生限制即可。通常为一个或多个波形。优选地，所述叶片为3个非正弦波波形。

优选地，所述叶片为可拆卸式叶片。

清洁单元

本发明的清洁单元用于将烟气中的灰尘进行清除，其具体结构没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。

优选地，清洁单元为二层或三层冲洗管(在冲洗水管上布置冲洗喷嘴)。

清洁单元通常设置在分别设置在两级除雾器上下两侧。在本发明中，优选地设置在环状叶片中心的上、下方，此时清洁剂(例如为水)通过冲洗喷嘴喷射到环状叶片上，从叶片的顶部最高点到底部最低点进行环状流动，从而实现对整片叶片进行清洗的目的。

固定单元

本发明的固定单元用于将叶片固定在除雾器上，其没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如，采用插槽式卡条，插槽式卡板，积木式卡具等结构。

优选地，固定单元为插槽式卡条或卡板。

通常，本发明的固定单元设置在焊接在吸收塔内的支撑梁上。

在本发明的一个实施方式中，除雾器叶片边缘通过卡具组装，并固定于条形边框上，可方便拆卸。条形边框可以通过夹具及简单的固定装置固定于支撑梁上，实现简单安装维护的目的。

布置方法

本发明的除雾系统的布置方法没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。

优选地，由除雾器在烟道内进行水平形的一级或多级布置。

所述除雾器单元环状叶片的中心连线与烟气流动方向成90±5°优选90°，得到所述除雾系统。优选地，所述中心连线与烟气流动方向成90±1°角度，最优选成90°角度。

除雾方法

本发明的除雾方法，包括如下步骤：

采用本发明的除雾器对流速在3～5m/s之间、含水量大于1000mg/Nm³的气体进行气液分离，得到含水量不高于75mg/Nm³的干燥气体。

优选地，除去烟气中直径大于10μm液滴。

用途

本发明的除雾器用于化工工艺中的气液分离。具体地例如是湿法脱硫工程中的气液分离。

优选地是，所述脱硫工程为化工、电力、环保行业。

优选地，用于除去烟气中直径大于10μm的液滴。

优选地，用于对流速在3～5m/s之间、含水量大于1000mg/Nm³的气体进行气液分离。

由于在同样水平截面烟道上圆环状除雾器叶片的面积较水平形，人字形的叶片面积都较大，所以在同样的脱硫塔中，同样的工况下，圆环形除雾器的除雾效果较人字形好。

本发明的除雾器的优点在于：

(1)本发明的除雾器中的采用的闭合式曲线形状叶片，特别是圆环状叶片，在有限的空间里达到最大的接触面积，从而使得除雾效率提高。具体地说，在具有相同截面的吸收塔中(如直径相同的吸收塔)分别布置水平型除雾器，人字形除雾器和环状除雾器，水平型除雾器叶片与烟气的接触面积S₁为lh(l为叶片水平在水平方向上的投影，h为叶片高度，人字型除雾器与烟气的接触面积S₂为lh/cosθ(θ≤45°)，而圆环状叶片与烟气的接触面积S₃为

即S₃＞S₂＞S₁

(2)环状叶片具有由于具有相同的曲率半径，具有平滑和缓慢变化的表面，使得不管从何种角度进入通道的气流都与叶片形成较大的撞击角度，从而抑制液滴的反射，提高了再夹带极限，即临界流速。通常水平型除雾器的临界流速在4～4.5m/s之间，人字型除雾器的临界流速在5～5.5m/s之间，而环状除雾器的临界流速可达到5.5～6.5m/s左右。

(3)本发明的一个优选实施方式中采用了闭合式曲线形状的叶片。由于闭合式曲线叶片本身具有线形流畅的特点，因此可在除雾器叶片中心上方布置冲洗水管，并在冲洗水管上均匀布置喷嘴，清洗水从喷嘴射到叶片上，即可自然实现从顶部最高点到底部最低点的环状流动，实现对整块叶片进行清洗的效果。对在除雾器环状叶片中心上、下方均匀布置喷嘴，即只需布置二层冲洗管即可达到冲洗效果。可大大减少冲洗水的消耗量。

以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

如图4所示，除雾单元3为多列圆形叶片31。多列圆形叶片31平行排列，组合成除雾单元3。

圆形除雾单元3成排布置于烟气方向5的断面AA上。带有液滴的烟气通过下半部圆形叶片311时，由于流线偏折，在惯性力的作用下实现气液分离，部分液滴撞击在叶片上被捕集下来。相当于一级除雾器的作用。

剩余的含有较小粒径的液滴的烟气再通过上半部环状叶片312，再次进行气液分离，所述叶片31通过固定单元2进行固定。

在除雾单元叶片31的中心点上部布置冲洗水管11，在冲洗水管11上朝下均匀布置喷嘴(图中未示)，对除雾器进行定期冲洗。水流在重力作用下，沿圆形叶片31从上往下均匀地流动，对整块叶片进行清洗。在除雾单元叶片31中心点下部布置冲洗水管12，在冲洗水管12上朝上均匀布置喷嘴(图中未示)，对除雾器进行冲洗，以达到较好的冲洗效果。

如图4和图8所示，固定单元2包括设置在叶片31边缘的卡具21、条形边框22、支撑梁23。其中每个除雾单元3通过条形卡具21固定于条形边框22上，而边框22放置于支撑梁23上，并通过固定装置固定，可以简单方便的安装拆卸。

如图7所示，水平型除雾单元、人字形除雾器和环状除雾器的对比。

水平型除雾器叶片与烟气的接触面积S₁为lh(l为叶片水平在水平方向上的投影，h为叶片高度，人字型除雾器与烟气的接触面积S₂为lh/cosθ(θ≤45°)。而圆形叶片与烟气的接触面积S₃为即S₃＞S₂＞S₁。

实施例2

如图5所示，除雾单元3的叶片31包括上半部叶片312和下半部叶片311。其中上半部叶片312和下半部叶片311分别由两段曲率相同的弧形构成，使得叶片在竖直方向上有相同的横截面，以保证气流在竖直方向有相同的阻力；所述下半部叶片由两段曲率相同的弧形构成。

固定单元2采取插槽式卡板结构。

如图6所示，由于下半部叶片311具有较小的高度h₂和较大的叶片间距d₂，可以除去较大粒径的液滴，相当于粗除雾器的作用，这部分液滴占烟气中液滴的绝大部分。

上半部分叶片312具有较大的厚度h₁，叶片间距d₁较密，可除去粒径较小的液滴，相当于精除雾器的作用。相当于二级除雾器的作用。这样就实现了一级除雾器二次气液分离的效果。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种除雾器，它包括：

用于气液分离的除雾单元(3)、

用于固定该除雾单元的固定单元(2)，

其特征在于，所述除雾单元(3)为一列或多列的叶片，所述叶片的形状在与烟气方向(5)平行的方向上为环状。

2.如权利要求1所述的除雾器，其特征在于，所述环状选自以下形状：

(a)圆形；和/或

(b)由两个中心点相同长短轴成比例的椭圆形构成的形状；和/或

(c)两段或多段弧形形成的闭合曲线组成的形状。

3.如权利要求2所述的除雾器，其特征在于，所述形状为(c)的叶片包括上半部叶片(312)和下半部叶片(311)，其中

所述上半部叶片(312)由两段曲率差别小于0.5％的弧形构成，使得叶片在竖直方向上有相同的横截面，

所述下半部叶片(311)由两段曲率差别小于0.5％的弧形构成，

且所述上半部叶片(312)在竖直方向上的高度h₁大于所述下半部叶片(311)的高度h₂。

4.如权利要求3所述的除雾器，其特征在于，所述高度的比值λ₁＝1～1.5，其中λ₁＝h₁/h₂。

5.如权利要求1所述的除雾器，其特征在于，

当所述除雾单元为多列叶片时，上半部叶片(312)间距小于下半部叶片(311)间距。

6.如权利要求1～5任一项所述的除雾器，其特征在于，所述除雾器还设有用于清洗该除雾器的清洁单元(1)。

7.一种除雾系统，其特征在于，所述除雾系统包括一个或多个除雾器，所述除雾器如权利要求1～6任一项所述。

8.一种除雾系统的布置方法，其特征在于，

由除雾器在烟道内进行水平形的一级布置得到所述除雾系统；其中所述除雾器的除雾单元的中心连线与烟气流动方向成90±5°角度，

所述除雾器如权利要求1～6任一项所述。

9.一种除雾方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用如权利要求1～6任一项所述的除雾器对流速在3～5m/s之间、含水量大于1000mg/Nm³的气体进行气液分离，得到含水量不高于75mg/Nm³的干燥气体。

10.一种如权利要求1～6任一项所述的除雾器的用途，其特征在于，用于脱硫工程中的气液分离。

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