CN101287533A - 高效的水滴分离器 - Google Patents

Abstract

一种用于气体洗涤器(2)的水滴分离器装置(1)，具有至少一个水滴分离器(3)，它包括大量的型材组件(4)，型材组件具有V形设置的水滴分离器薄片(5)，并且，该水滴分离器装置配有至少一个用于有规律地清洗水滴分离器薄片(5)的冲洗装置(6)，其中型材组件(4)可以设置在气体洗涤器(2)的支承梁(7)上，其特征在于，所述水滴分离器薄片(5)具有一个固定件(8)，其设置在支承梁(7)的通流阴影区(9)中。

Description

高效的水滴分离器

技术领域

本发明涉及一种用于烟气洗涤器或其它气体洗涤器的水滴分离器，包括两个或三个水滴分离器面，它们由气流垂直地通流，其中水滴分离器以屋顶形的配置安装。分别在水滴分离器的入流侧和排流侧安装一个用于周期地冲洗水滴分离器的冲洗装置。本发明特别优选应用于烟气脱硫领域。

背景技术

在煤燃烧中可能产生二氧化硫气体，它是森林死亡的主要原因。存在不同的方法从烟气中去除有害的二氧化硫。最常使用所谓的湿法。在此，使未净化的烟气在洗涤塔(也称为吸收塔或气体洗涤器)中通过水和石灰石的混合物、所谓的洗涤悬浮液冲洗。由此通过化学反应在很大程度上吸收二氧化硫。由此能够达到90％以上的脱硫率。在此，气态的二氧化硫首先在洗涤液中溶解。接着通过二氧化硫与石灰石反应而产生硫化钙和二氧化碳。在洗涤塔下部、在吸收槽中聚集加载有硫化钙的洗涤悬浮液。通过吹入空气(氧化)，使液体富集氧气并产生石膏悬浮液。在脱水后产生高达10％残余湿度的松散形石膏，并且作为有价值的产品供建筑材料工业使用。

所述水滴分离器通常在气流方向上安装在气体洗涤器后面并且覆盖圆形或角形气体洗涤塔的整个横截面。在此，水滴分离器由平行的且以确定的间距相互平放的弯曲薄板构成，在其上分离气流中的水滴。分离出的水滴形成液膜，它遵循重力向下流动或者以大水滴逆着气流向下落。

因为烟气强烈地以烟道尘被加载并且在另一脱硫过程期间形成石膏，总是存在着固态颗粒沉积在水滴分离器上并且甚至可能堵塞分离器的危险。因此在下方的相应分离器位置并且也经常在上部(在气流方向上在水滴分离器后面)安装冲洗装置，它们周期地冲洗水滴分离器薄片并且消除可能的沉积。这个冲洗装置可能由管与安装在其中的喷嘴组成。

屋顶形配置的水滴分离器-即通过V形布置倾斜薄板产生的配置-已经证实不仅在净化和干净保持而且在可靠的分离功率方面是有利的。流动有利地成形的水滴分离器薄片使加载有液体的气流偏转。水滴由于其惯性可能不执行这种偏转，而是碰撞到水滴分离器薄片上(碰撞面分离器)。在此产生液膜，它然后向下流出。为了使效率适配于所提出的任务，提供具有特定形状和特性的水滴分离器。由此保证可靠地去除液体，同时具有高的分离效率。例如由DE 195 01 282或DE 19521 178已知这种具有倾斜的水滴分离器薄片的水滴分离器的一般结构形式。屋顶形水滴分离器由于这个优点在这期间在许多发电站中使用。

一个决定性的优点是可靠的分离效率同时大于5m/s的高垂直气速-根据配置入流气速高达6.5至7.5m/s。传统的扁平的水滴分离器的效率极限为5.2至5.5m/s(垂直入流气流)。屋顶形的水滴分离器的较高效率极限在大型发电厂的大型设备运行中是特别有利的。由于操作条件和结构配置在这种设备中(其例如直径为12至17m并且满负荷时以3.5m/s至3.8m/s的基本速度运行)，局部速度峰值达5m/s至6m/s并且在个别情况下甚至更高。这种速度峰值在传统的扁平水滴分离器中导致局部失效并由此导致明显的水滴破裂。由此明显降低整个水滴分离器的效率并且导致污染烟气通道中后置的设备。

由于这种发展已经再一次明显提高效率要求。这些现代设备以明显更高的基本速度运行，例如在4.0m/s至4.5m/s。此外可能局部导致明显更大的基本速度变化。在个别情况下已经观察到高达10m/s的局部速度峰值。

在估算这个速度时必需考虑到，水滴分离器的入流速度还要再次比设备中的基本速度高15％至25％。在水滴分离器的区域中由于支承梁(水滴分离器位于其上)、由于水滴分离器的结构配置并且由于各个区域的隐蔽安置使敞开的通流气体的横截面变窄。这导致基本速度进一步提高并且导致水滴分离器的更高的入流速度。基本速度从4.0m/s至4.5m/s变到5.0m/s至5.5m/s的入流速度。相应地使速度峰值从6-8m/s变到7.5至10m/s，在个别情况下高达12m/s。这些速度对迄今常见的稳定性屋顶形水滴分离器提出了过高的要求。

同时在后置于水滴分离器的热交换器中经常出现的污染问题已经使发电厂在水滴分离器效率方面敏感化。对压力损失、运行循环周期和特征值在水滴分离器后“烟气中水滴的残余量”的要求也明显尖锐化。10年前对残余量的要求还是100至150mg/m³，而迄今对于残余量的保证值多数为30至50mg/m³。传统的屋顶形水滴分离器在这些条件下在此期间已经达到其效率极限。

两种趋势、即一方面较高的基本速度与较高的速度峰值和另一方面对分离效率的尖刻要求存在着以下的需求，进一步发展迄今已知的屋顶形水滴分离器。

发明内容

因此提出本发明的目的是，至少部分地解决基于现有技术描述的技术问题。尤其是要给出一种水滴分离器装置，它在高的烟气速度同时具有特别好的分离特性。

这个目的通过如权利要求1特征所述的水滴分离器装置得以实现。在从属权利要求中给出其它有利的扩展结构，其中在那里各个所述的特征可以以任意的、技术上有意义的方式相互组合并且给出本发明的其它扩展结构。

因此建议一种用于气体洗涤器的水滴分离器装置，它配有至少一个水滴分离器层、大量的型材组件(Profilpaketen)(它们具有V形设置的水滴分离器薄片)和至少一个用于有规律地清洗水滴分离器薄片的冲洗装置。在此可以将型材组件设置在气体洗涤器的支承梁上，其中所述水滴分离器薄片具有一个固定件(Halterung)，其设置在支承梁的通流阴影区(Stroemungsschatten)中。“固定件”尤其指的是所谓的终端板，它们用于在端侧安装或固定水滴分离器薄片，或者是类似起作用的结构部件。与此相关“通流阴影区”尤其指的是，固定件基本在自由通流横截面以外设置在由水滴分离器薄片组成的组件下方。换言之，尤其也可以认为，水滴分离器薄片结构通过一个间距平行于支承梁平面延伸，该间距大于用于支座的各支承梁的距离。

在此，用于气体洗涤器和类似设备的水滴分离器装置尤其是指具有一个、两个或更多个水滴分离器层的水滴分离器装置，水滴分离器层分别由至少一排屋顶形或V形设置的水滴分离器薄片组成。在此，它们配有用于有规律地冲洗的冲洗装置。该装置的特征是，型材组件竖立地设置在支承梁上，用于通过分离器结构使洗涤器横截面的阻隔最小化。通过这种方式这·样改变水滴分离器结构，使得降低入流速度，它消除引起破裂(Ueberriss)的结构特征并且改变水滴分离器的通用配置。

有利的是，型材组件通过适当的支座成形部和支架层被固定以防止从其滑脱，并且通过定位在型材组件之间的间隔件保持就位并且防止在热作用下弯曲。使结构这样成形，一方面能够型材组件之间行走，另一方面对于分离可以利用最大的洗涤器横截面。

所述水滴分离器装置优选具有成型部(Profile)，它们以倾斜的布置(优选35°的结构形状)被加入到铣出轮廓的终端板中，由此避免终端板与型材之间的泄漏。

按照水滴分离器装置的另一扩展结构，通过在两个水滴分离器层之间的足够间距来避免分离的涡流从在通流方向上看的第一水滴分离器层立刻带入到第二层的水滴分离器薄片中。在此有利的是，气流和分离的液流分开地导引，以避免重新夹带从向下落下的物质中已经分离的液体。

所述水滴分离器装置的改进方案是，使分离的流出的液流从薄片没有中断地排流到终端板并且从那里向下排流。

最后也有利的是，流出的流在一个无压力区域(即位于气流背风面中的区域)从终端板排流并流到支架上并且从那里沿着支架向下流动。

附图说明

下面借助于附图详细解释本发明和技术环境。在此附图也示出本发明的特别优选的实施例，但是不局限于这些施例。附图中：

图1示出已知结构形式的水滴分离器装置，

图2示出图1的水滴分离器装置的细节，

图3示出按照本发明的水滴分离器装置的第一实施例，

图4示出另一已知结构形式的水滴分离器装置，

图5示出图4的第一细节，

图6示出图4的另一细节，

图7示出在已知的水滴分离器装置上的气流和液流的示意图，

图8示出按照本发明的水滴分离器装置的另一实施例的细节，

图9示出按照本发明的水滴分离器装置的另一实施例的细节，

图10示出水滴分离器装置的已知结构形式中的形成涡流的示意图，

图11示出水滴分离器装置的已知结构形式中液流上的涡流示意图，

图12示出按照本发明的水滴分离器装置的另一实施例的细节，

图13示出在按照本发明的水滴分离器装置的一个实施例变型中气流和液流的示意图。

具体实施方式

如同已经描述过的那样，水滴分离器的入流速度明显高于设备中的气体基本速度。原因是，洗涤器中的一部分横截面由于支承梁和其它装置被阻隔。这些支承梁是必需的，用于把水滴分离器安装在洗涤器中并且在停机时能够在水滴分离器上行走并且清洁水滴分离器。因此它们是必不可少的。

此外已知的结构形式的特征是，它阻隔另一部分横截面。图1示出由DE 195 21 178已知的水滴分离器装置1的结构形式。它由下列部件组成：两个粗分离器组件18、两个精分离器组件19、以及上、中和下三个环箍(Tragbuegeln)20。同样可以看到管道21和侧面盖板23。此外可以看到，水滴分离器悬挂在一个结构24上，该结构又由支承梁7悬挂。这个结构阻隔另一部分敞开的通流气体的横截面26并因此导致入流速度进一步提高。由于这个附加的盖板25失去约5％的敞开横截面(见图2)。这导致进一步提高入流速度。

在图2中再一次示出图1中借助于II表示的局部图，其中图2示出支承梁7上的临界范围。在支承梁7与悬挂板27之间存在一个中间空隙28。分离器封闭板29又位于悬挂板27上，该分离器封闭板保持住水滴分离器薄片5并且也封闭该水滴分离器薄片。在支承梁7与悬挂板27之间的中间空隙28可能为5mm至10mm之间。分离器封闭板29的厚度至少为6mm，甚至可能约为10mm。悬挂板27的厚度至少为10mm，甚至可能为约12mm。在两个板之间是几毫米的另一中间空隙。这总共产生30mm至40mm的空间利用。在DE 195 21 178中建议的形式中，对于2000mm的无支架跨度，2000mm的约80mm，即4％敞开横截面，归因于该结构。

在此，设有悬挂的或者安装在支承梁7之间的水滴分离器的结构，而现在作为按照本发明的实施例变型建议竖立在支承梁上的结构。在图3中示出按照本发明构成的解决方案。通过所建议的水滴分离器布置不仅避免使敞开的通流气体的横截面变窄，而且甚至使这个横截面还略微扩展。

在支承梁7上竖立放置一个具有V形设置的水滴分离器薄片5的型材组件4，它通过其向下延长的终端板22压在支座11上。该终端板22不是在中间支承在支承梁7上，而是通过一个间隔板30保持在支承梁7的右侧上。用于喷射的管道6位于支承杆31上并且由支承杆31悬挂管固定件33，其具有喷射管33，该喷射管从上面喷射位于其下面的分离器层。所述支承杆31的宽度只有35mm×35mm并因此不阻隔气流。因此如图3下部所示，固定件8设置在支承梁7的理想化的通流阴影区9中。尽管支座11也阻隔敞开的横截面，但是这个阻隔对于水滴分离器不是关键的，因为它在气流中位于水滴分离器前面。在支座11后面气流可以再度扩展，在气流进入水滴分离器之前，气流甚至还直到支承梁7后面。由此对于分离不仅提供敞开的横截面供使用，而且提供一部分支承梁横截面供使用。结果是，与在图1和2中所示的现有技术相比，提供更大的分离面积供使用。

已知的屋顶形水滴分离器的结构形式的另一弱点在于分离器组件的结构。在图4中简示出已知的水滴分离器装置1的结构形式，其中以V表示的部位在图5中放大地示出。在图6中示出以VI表示的区域。图5和6示出在已知的结构形式中迄今产生泄漏流35的原因。这个原因允许泄漏，由于泄漏可能在水滴分离器旁边污染地且不干燥地通流气流。这种泄漏作用随着入流速度的增加而增加并且强烈地引起水滴破裂。此外这种泄漏部分地正好位于这些位置，在水滴分离器中分离的液体在这些位置上回流，从分离器表面脱离并且向下回落到气体洗涤器中。由此使来自下面的泄漏气流35被液体级联(Fluessigkeitkaskade)覆盖并且可以接收附加的液体。由此使泄漏流的负面效应在破裂水滴的意义上有时甚至还附加地加剧。图5示出泄漏流35，它在型材组件4的旁边并且同样在间隔板30旁边受污染地在水滴分离器层上流动。在水滴分离器薄片5与固定件8之间的连接也通过固定机构36(例如具有用于安装多个水滴分离器薄片的槽的管道系统，水滴分离器薄片带有保险栓)实现，它使得能够在两个部件之间实现一个间隙34，由此在这里也可能产生泄漏流35(见图6)。

在图7中附加地示出气流15和液流16。在此，要被清洁的气体原则上在通流方向14上流过水滴分离器层3。但是在已知的结构形式中，这导致气流15或泄漏流与向下落下的液流16的可观的混合。

在按照本发明构成的解决方案的实施例变型中，这样设置水滴分离器薄片5和固定件8，使得在水滴分离器薄片5与固定件8之间不存在敞开的可能流过泄漏气流35的中间空隙或缝隙34。此外在按照本发明的解决方案中例如通过水滴分离器层3与终端板22之间的固定连接避免了在水滴分离器薄片5上流出的、事先从气流15中分离的液流16，作为水滴雨，在水滴分离器薄片5端部上逆着气流16向下落并且同时可能由气流接收新的水滴。取而代之，可以使流出的液流15通过水滴分离器薄片5与终端板22的固定连接而从水滴分离器薄片5越过到终端板22上，而不失去与固定表面的接触。然后可以使液体作为膜沿着终端板22而继续排流，并且直到在支承梁7的保护下的和位于其上的支座11的无压力区域17中在支承梁7上才与型材组件4分离，以便向下流出。

现在也借助于图8和9解释这一点。可以看出，型材组件4由水滴分离器薄片5和终端板22组成。终端板22包括一个塑料板，在其中铣出水滴分离器薄片5的轮廓37。水滴分离器薄片5透插这个铣出的轮廓37并且被焊接，由此在其之间没有敞开的间隙，穿过间隙可能流出泄漏气流。通过这种方式，使事先已经从水滴分离器薄片5分离的回流的液流16向下导出。显然，这些来自水滴分离器薄片5的液体沿着终端板22流到支承梁7上方的一个无压力区域17，以便非关键地在支承梁7上向下落到气体洗涤器中。

此外，在DE 192 21 178中示出的结构形式是有问题的，它由于其型材组件的结构和由此产生的气流而对水滴分离器薄片的分离效率产生负面影响。在这个结构形式中，前(上)部的水滴分离器层的型材以倒V形设置而后(下)部的水滴分离器层的型材以V形设置。但是，在此得容忍水滴分离器薄片效率方面的主要缺陷。

已知，当气流在固体旁边流动时由此分离出旋涡。下部(第一)层的水滴分离器型材也产生这种旋涡，其从薄板分离出来并且随气流向上流动。因为在第一与第二层水滴分离器之间的间距在靠近支承梁处是非常微小的，使这个旋涡立刻陷入到第二水滴分离器层的各水滴分离器薄片之间的中间空隙中，而不会通过某种行进距离被削弱。这种涡流或旋涡在那里发挥抵抗分离的作用。一方面，这些涡流可能促使处于分离前不久的水滴由于涡流的作用力又离开薄片表面并由此妨碍分离。另一方面，涡流可能通过其对液膜的作用-不仅通过其作用力而且通过其作用方向-导致，二次水滴从水滴分离器薄片上的液膜破裂出来。

另一效应导致，气流在水滴分离器中的不均匀分布并且最大气体体积以最高的速度在第二水滴分离器中正好在这个区域出现，在该区域内存在最不利的分离条件。在此涉及第二水滴分离器的邻接支承梁的区域。在这个位置上聚集回流的分离的液体然后向下流出。在此，在水滴分离器薄片中的较大液体量导致水滴破裂增加。原因是，液膜占据一部分敞开的横截面并由此导致流过气流的加速。由此增加水滴的数和量，它们通过气流而从分离的液膜破裂出来并且通过气流被带出(二次水滴)。当在这个位置上除了特别高的液体量也还产生特别高的气体量时，这种作用被加强。这种气体压缩的原因是，(在气流通流方向看的)第一水滴分离器层。所述水滴分离器薄片是气流中的阻力，它由于其向上倾斜延伸的形状使气流向上并向着支承梁偏转。通过这种偏转使气流在两个支承梁之间的中间减小并且在支承梁的侧面上压缩。

这种作用使在这里所涉及的已知的水滴分离器的分离特性变差。图10示出在这个水滴分离器中的涡流和其对顶置的分离器层的影响。两种具有相反(左)和同向(右)布局的型材组件4的结构形式由气流15在通流方向14上从下向上通流。在流过下部的第一层时，在气流15从型材组件4的水滴分离器薄片脱离时形成涡流，其例如根据在这个区域内的气体速度在影响范围38上还在型材组件4上方呈现。在左边示出的相反的布置中，这种影响范围38一直延伸到后继的型材组件4的空间中，由此不再实现高的分离，而是由气流15又夹带可观份量的滞留或分离的液流16(也参见图11的视图)。涡流39促使已经分离的液体脱离并且用于接收气流15中的水滴40。因此为了有效地敷设水滴分离器层，优选右边示出的同向的型材组件4布置。

图12示出按照本发明的水滴分离器装置1的另一实施例。同时详细示出支承梁7，一个支座11贴靠在支承梁上，该支座构成有例如在边缘区域中交替地向上和向下延伸的凸起11。向下定向的凸起11(例如高度高达30mm和厚度在高达10mm的范围)保证支座11相对于支承梁7的位置不变化，其中可以放弃两个结构部件的附加固定方法如按拼接技术的连接(焊接、螺栓连接等)。在支座11上定位用于水滴分离器薄片5的固定件8。为了防止固定件8从支承梁7滑脱，设有支座11的向上定向的凸起11。在此它们优选回缩地设置，由此例如在气体洗涤器的所有运行条件下保证固定件8相对于支承梁7侧面的所期望的错位42。由此实现自由通流横截面的扩展43，使得在所示的通流方向14时气流在支承梁7后面可以部分地扩展。在此尤其是固定件8的设置在水滴分离器薄片5与支承梁7或支座11之间的区域定位在支承梁的通流阴影区9中。为了避免相邻的水滴分离器的固定件8在支承梁7上过于接近，在其间定位一个间隔件12，它例如通过许多固定在支座11上的型板构成。对于两个固定件8的距离要非常小的情况、例如小于150mm，可以至少局部地设有走踏板41，它至少部分地与固定件连接并且允许通过操作人员无危险地在设备上行走。

在图13中示出水滴分离器装置1的另一按照本发明的变型。这样设计水滴分离器薄片、终端板22和支座23在支承梁7上的配置或者水滴分离器的这三个组成部分的布置，使得它们共同起作用，以使来自第二(上部的)水滴分离器层2的分离的液流16离开向上定向的气流15的影响范围并且没有影响作用地通过这个范围向下流到气体洗涤器2中。由此避免，正好通过第一水滴分离器层2在很大程度上净化的气流15重新接收来自向下流动的液流16的水滴并且夹带到第二水滴分离器层2中。通过在两个水滴分离器层2之间的足够间距13避免了从沿通流方向14看的第一水滴分离器层2脱离的涡流或漩流被立刻带入到第二层的水滴分离器薄片5中。

通过这种方式减少在第二水滴分离器层以后的液体残余量，因为被带入到水滴分离器中的液体量的减少自动地促使来自水滴分离器的残余液体量的减少。加入到水滴分离器中的液体量的减少立刻促使破裂的减少，因为由此减少二次水滴量，它们通过水滴碰到水滴分离器上或者通过从水滴分离器上液膜裂出而产生。水滴分离器中的液体量越少，破裂就越少。

要指出的是，在一般描述中解释的本发明的各方面可以与由附图描述或与此相关的实施例进行组合并且产生本发明的其它扩展结构。其在专业人员的知识范围内的变型同样可以具有其它优点。

附图标记清单

1水滴分离器装置    24结构

2气体洗涤器        25盖板

3水滴分离器层      26横截面

4型材组件          27悬挂板

5水滴分离器薄片    28中间空隙

6冲洗装置          29分离器封闭板

7支承梁            30间隔板

8固定件            31支承杆

9通流阴影区        32管固定件

10成形部           33喷管

11支座             34缝隙

12间隔件           35泄漏流

13间距             36固定机构

14通流方向         37轮廓

15气流             38影响范围

16液流             39涡流

17区域             40水滴

18粗分离器组件     41走踏板

19精分离器组件     42错位

20环箍             43扩展

21区域             44高度

22终端板           45凸起

23侧面盖板

Claims (7)

1.一种用于气体洗涤器(2)的水滴分离器装置(1)，具有至少一个水滴分离器层(3)，它包括大量的型材组件(4)，型材组件具有V形设置的水滴分离器薄片(5)，并且，该水滴分离器装置配有至少一个用于有规律地清洗水滴分离器薄片(5)的冲洗装置(6)，其中型材组件(4)可以设置在气体洗涤器(2)的支承梁(7)上，其特征在于，所述水滴分离器薄片(5)具有一个固定件(8)，其设置在支承梁(7)的通流阴影区(9)中。

2.如权利要求1所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，所述型材组件(4)通过一个支座(12)固定在支承梁(7)上并且通过定位在型材组件(4)之间的间隔件(13)保持就位。

3.如权利要求1或2所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，所述水滴分离器薄片(5)以倾斜的布置加入到一铣出轮廓的终端板(22)中并由此避免终端板(22)与型材组件(4)之间的泄漏。

4.如上述权利要求中任一项所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，通过在两个水滴分离器层(2)之间的足够间距(13)避免了从沿通流方向(14)上看的第一水滴分离器层(2)分离的涡流(39)被立刻带入到第二层的水滴分离器薄片(5)中。

5.如上述权利要求中任一项所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，气流(15)和分离的液流(16)在空间上分开地导引。

6.如上述权利要求中任一项所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，液流(16)可以从水滴分离器薄片(5)直接排流到终端板(22)并且从那里向下排流。

7.如上述权利要求中任一项所述的水滴分离器装置(1)，其特征在于，液流(16)在一个无压力区域(17)内从终端板(22)向着支承梁(7)流动并且可以从那里沿着支承梁(7)向下流动。

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