CN102000472B - 促进颗粒物相互作用的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种促进颗粒物相互作用的装置及方法，其特征在于：它包括一筒状的外壳，所述外壳内沿来流方向通过耐磨板划分为若干通道，每一通道的进口为导流段，所述导流段的后方为混合段；每一所述导流段设置有一组导流叶片，每一所述导流叶片均具有呈流线形的导流面，且通过其上设置的控制轴连接在所述通道内；每一所述混合段设置有一组产涡叶片，每一所述产涡叶片均具有至少一个外凸或内凹的产涡曲面，且每一所述产涡叶片的一侧边缘均呈锯齿状，另一侧均通过其上设置的控制轴连接在所述通道内。本发明结构简单，操作方便，不仅可以应用在粉粒体输运、搅拌过程的所有除尘工业中，而且也可用于空气污染控制过程中。

Description

促进颗粒物相互作用的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种能够促进烟气来流中不同类型的颗粒物相互作用的装置及方法。 

背景技术

许多工业过程中，均有大量对人体有危害的颗粒物生成并被排放入大气，这些颗粒物中，最具危害的为亚微米颗粒物。由于亚微米颗粒物容易被人体吸入且富集有毒化合物，全球各国政府已经制定，并不断更新严厉的法律标准来控制直径少于十个微米的颗粒物(PM10)的排放。鉴于粒径越小的颗粒物入肺越深，直径少于2.5个微米(PM2.5)的颗粒物污染尤其成为各国政府关注的焦点问题。除直接对人体造成伤害外，微细颗粒也是造成大气能见度低的主要空气污染物之一。大气的不透明度主要取决于排放物中细颗粒物的多少，因为光线的消光系数在波长接近于0.1和1个微米附近时达到峰值。 

在工业中，各种不同的方法已经被用做从烟气中移除飞灰或其他颗粒污染物。但是一般来说，这些除尘装置或结构复杂、或操作繁复，均具有相当大的局限性。如静电除尘器，很适合把较大的粒子从气流中移除，但对微细颗粒物的过滤效率相当低，特别是对于直径少于2.5个微米的颗粒物；同时静电除尘器的能耗高，结构复杂，易坏损。又如布袋除尘器，不仅增加了烟道阻力，还需定期清灰，并且对于湿度较高的烟气极易糊袋。随着颗粒物污染排放标准越来越严格，原有除尘装置的除尘能力已达极限。同时，工业中绝大多数设备在正常运行状态下，产生的粉粒体的浓度、粒径分布均是非稳态的，是随着时间不断变化的。而传统的粉粒体处理装置都无法根据工业中的实际工况设定工作状态，其能耗、效率都会大打折扣。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作方便、具有主动可控性，能够促进颗粒物相互作用的装置及方法。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：它包括一筒状的外壳，所述外壳内沿来流方向通过耐磨板划分为若干通道，每一通道的进口为导流段，所述导流段的后方为混合段；每一所述导流段设置有一组导流叶片，每一所述导流叶片均具有呈流线形的导流面，且通过其上设置的控制轴连接在所述通道内；每一所述混合段设置有一组产涡叶片， 每一所述产涡叶片均具有至少一个外凸或内凹的产涡曲面，且每一所述产涡叶片的一侧边缘均呈锯齿状，另一侧均通过其上设置的控制轴连接在所述通道内。 

每一所述导流叶片均呈叶形、三角形、瓦片形、楔形、棱形、“s”字形和椭圆形中的一种。 

每一所述产涡叶片均呈叶形、瓦片形、“s”字形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的一种。 

所述一组导流叶片由m₁行和n₁列导流叶片组成，m₁≥2，n₁≤3。 

所述一组产涡叶片由m₂行和n₂列产涡叶片组成，m₂≥m₁+1，n₂≥4。 

产涡叶片组与导流叶片组的流向距离为l₁，l₁≥1.5倍的导流叶片弦长；相邻两产涡叶片之间的行间距为l₂，l₂≥3×l₁。 

上述装置的一种促进颗粒物相互作用的方法，其包括以下步骤：1)将筒状外壳内通过耐磨板划分为若干通道，每一通道入口端为导流段，导流段后方为混合段，导流段设置有一组导流叶片，混合段设置有一组产涡叶片；2)来流首先经过导流段，流体的主流方向沿导流叶片外侧流动，而一部分尺寸较大的颗粒因为具有较大的质量和惯性，会向偏离导流叶片的外侧方向运动，使大颗粒的运动与主体流动发生分离；3)在导流段后方，携带灰尘粒子的流体被导入混合段，流体吹过产涡叶片时，在产涡叶片外侧尾部的下游，会产生不同尺寸的漩涡，具有确定尺寸的漩涡能够将某些特定大小的颗粒卷吸、夹带于其中，并随之一起运动，延长相应颗粒物在此区域内的停留时间；而被导流叶片分离出来的大颗粒不会被漩涡卷吸，将会直接穿漩涡而过，增加了不同颗粒发生相互作用的机会，使微细颗粒容易粘附在较大颗粒上，从而配合下游除尘设备去除烟气中的颗粒物。 

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将整个烟道分为为若干通道，每一通道中设置导流段和混合段，在导流段中设置导流叶片，混合段中设置产涡叶片，导流叶片和产涡叶片放置角度、形状、大小及相互之间的位置关系可以根据来流粉尘浓度、粒径分布的变化而进行调整，进而在气流中制造不同尺度的漩涡，使其不同程度地吸入不同大小的颗粒物，从而增进气流中颗粒物的相互作用，使颗粒物更容易在其后过程中被过滤或以其他方式移除，该方法对于超细颗粒物(PM2.5)尤其有效。2、本发明导流段有两个作用，一是改变含尘气流进入混合段的角度，二是对较大及微细颗粒进行初步分离，同时旋转导流叶片可根据来流情况的变化对来流方向进行调整。3、本发明混合段能够制造不同尺度的漩涡结构，用以吸入不同大小的颗粒物，因此可以高效、无污染且低能耗地促进颗粒物相互作用，使超细颗粒物(PM2.5)吸附在较大颗粒上。4、本发明 的导流叶片和产涡叶片可随粉粒体工况的变化而改变其工作状态，即具有不同的大小、形状、放置角度，因此，具有不同的流体力学特性，以便适应工业中不同用途的需要，具有很强的主动可控性。5、本发明装置一般设置在工业过程下游已有的除尘装置之前，不仅能够帮助高效地去除超细颗粒物，而且能够解决原有除尘装置的弊病，降低运行成本、增加设备使用寿命。本发明结构简单，操作方便，不仅可以应用在粉粒体输运、搅拌过程的所有除尘工业中，而且也可用于空气污染控制过程中。 

附图说明

图1是本发明立体结构示意图 

图2是本发明平面结构示意图 

图3是本发明导流叶片样例一结构示意图 

图4是本发明导流叶片样例二结构示意图 

图5是本发明产涡叶片样例一结构示意图 

图6是本发明产涡叶片样例二结构示意图 

图7是本发明导流叶片流体流向示意图 

图8是本发明产涡叶片流体流向及产涡示意图 

图9是本发明导流叶片和产涡叶片相结合的流体流向示意图 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 

本发明基于以下认识： 

流体中具有不同质量或空气动力学特性的颗粒物，其对于流体的曲线运动或者绕流同一尺度的湍流涡具有不同的反应。换言之，如果湍流涡的尺度一定，那么不同颗粒物被涡所卷入的程度是不同的，因此，颗粒将有不同的运动轨迹，这就增加了两种颗粒物碰撞或相互作用的可能性。工业中绝大多数设备在正常运行状态下所产生的粉粒体的浓度、粒径分布均是非稳态的，含尘来流中的颗粒的大小和特性都不是单一的，但往往保持流动平行且直线，因而颗粒之间碰撞的机会较少。 

如图1～6所示，本发明装置包括通过耐磨板将烟道或其他筒状外壳内部划分出的若干通道，每一通道的进口端为导流段1，导流段1后方为混合段2。导流段1设置有若干行和若干列的导流叶片3，混合段2设置有若干行和若干列的产涡叶片4。导流叶片3呈叶形，整体呈流线型结构，从叶根处向叶尖处逐渐变薄，并向一侧弯曲，其中，导流叶片3的凸起面为导流叶片外侧，凹面为导流叶片内侧。导流叶片3的叶根处设置有控制轴，导流叶片3通过控制轴连接通道，导流叶片3在通道中的放置角度由操作人员调节。产涡叶片4可以采用导流叶片3的形式，不同之处在于产涡叶片4的叶尖处的边缘设置呈齿形状。

上述实施例中，导流叶片3还可以为三角形、瓦片形、楔形、棱形、“s”字形和椭圆形及不规则流线型等其他叶片形状；产涡叶片4还可以为瓦片形、“s”字形、“z”字形、椭圆形、具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的一种。产涡叶片4边缘的齿形状可以为规则的单凹槽锯齿状，也可以为不规则的多凹槽锯齿状。上述叶片的三维扭曲形状也可做为本发明中的叶片。 

上述实施例中，导流段1由m₁行导流叶片组成，其数量与应用环境相关，一般情况下，m₁≥2。每行导流叶片由n₁列叶片组成，其数量与应用环境相关，一般情况下，n₁≤3。 

上述实施例中，混合段2由m₂行产涡叶片组成，其数量与应用环境相关，一般情况下，m₂≥m₁+1；每行产涡叶片由n₂列产涡叶片组成，其数量与应用环境相关，一般情况下，n₂≥4。 

上述实施例中，导流段1与混合段2之间的流向距离为l₁，该距离与来流速度、方向及其含尘颗粒特性相关，一般l₁≥1.5倍的导流叶片3的弦长，即导流叶片3两侧之间的直线距离。 

上述实施例中，各行产涡叶片4之间的行间距为l₂，该距离与含尘颗粒特性相关，一般情况下，l₂≥3×l₁。 

为了增加流体中两种不同颗粒间碰撞的可能，促进小颗粒团聚或吸附到大颗粒上，本发明采用以下方法。 

1)如图1～6所示，将排放烟尘的烟道或筒状外壳通过耐磨板换分为若干通道，每一通道的入口段为导流段1，导流段1后方为混合段2。导流段1中，间隔设置有若干角度可调的导流叶片3；混合段2中，间隔设置有若干角度可调的产涡叶片4。 

2)如图1、图2、图7、图9所示，烟道中携带颗粒物的流体首先经过导流段1，当流体吹向具有确定尺寸、形状的导流叶片3时，流体会贴着导流叶片3表面流过，进而改变含尘气流进入混合段2的角度。其中，流体的主流方向沿导流叶片3的外侧流动；而一部分尺寸较大的颗粒因为具有较大质量和惯性，会向偏离导流叶片3的外侧方向运动，即大颗粒的运动与主体流动发生了分离。在操作时，可以通过调节导流叶片3的形状、尺寸及放置角度，以改变来流方向，进而确定欲分离出的具有特定尺寸的大颗粒。 

3)如图1、图2、图8、图9所示，导流段1对较大颗粒进行了初步分离，但 气流中颗粒间的碰撞机会仍然很小，因此，在导流段1后方，携带灰尘粒子的气流被导入混合段2，导流段1和混合段2之间的距离可以根据需要调节。在混合段2中，产涡叶片4的放置角度及各个产涡叶片4之间的距离可以根据需要调节。当夹带着颗粒的流体吹过以某特定距离和方位摆放的产涡叶片4时，气流在产涡叶片4外侧尾部的下游，会产生不同尺寸的漩涡，具有确定尺寸的漩涡能够将某些特定大小的颗粒卷吸、夹带于其中，并随之一起运动，延长相应颗粒物在此区域内的停留时间；而被导流叶片3分离出来的大颗粒不会被漩涡卷吸，将会直接穿漩涡而过，因此，流体中不同类型颗粒物的流动轨迹不同，这样就大大增加了不同颗粒发生相互作用的机会，使微细颗粒容易粘附在较大颗粒上，从而更好的配合下游除尘设备，高效去除烟气中的颗粒物，特别是PM2.5的超细颗粒物。 

实际操作时，根据通过导流叶片3产生的来流方向，产涡叶片4的形状、尺寸、放置角度及相互之间的距离可以调节，进而产生的漩涡尺寸可以确定，能够被其卷吸、夹带的颗粒大小也是可以确定的。 

上述实施例中，不同颗粒发生相互作用是指颗粒物碰撞、接触或靠得足够近而导致的产涡、吸附、凝结、催化和化学反应等多种作用。 

工业中，烟道内的颗粒物在输运过程中，烟气流动时的阻力或压降越小越好，而除尘装置上游气流的来流速度、方向可随着上游设备，例如动力设备、冶炼设备等的功率的变化而变化。因此，如果采用不可调节的粉粒体处理装置，气流经过它的压力损失和除尘效率无法平衡到最佳。本发明装置可根据上游设备功率的变化，来流气体的流速和方向等进行调整，使粉粒体处理装置的运行效益最佳状态。 

本发明装置的制造方法： 

1)确定含尘气流中微细颗粒和较大颗粒的分布特性及其相关物理特性； 

2)结合颗粒特性，对包含有不同大小颗粒的两相流湍流流场进行分析，确定具有优良特性的涡的大小范围，使得其中一种颗粒，与其他颗粒相比，具有明显更高的相对滑移速度； 

3)通过具有优良特性的涡的大小范围以及对压阻的计算，制作具有高效率、低压阻的产涡叶片。 

4)结合实际工况的变化范围，确定产涡叶片的可控范围，最终制造高效率、低压阻、可控性强的产涡叶片。 

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。 

Claims (11)

1.一种促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：它包括一个筒状的外壳，所述外壳内沿来流方向通过耐磨板划分为若干通道，每一个通道的进口为导流段，所述导流段的后方为混合段；每一个所述导流段设置有一组导流叶片，每一个所述导流叶片均具有呈流线形的导流面，且通过其上设置的控制轴连接在所述通道内；每一个所述混合段设置有一组产涡叶片，每一个所述产涡叶片均具有至少一个外凸或内凹的产涡曲面，且每一个所述产涡叶片的一侧边缘均呈锯齿状，另一侧均通过其上设置的控制轴连接在所述通道内。

2.如权利要求1所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一个所述导流叶片均呈叶形、“s”字形和椭圆形中的一种。

3.如权利要求1所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一个所述产涡叶片均呈叶形， 瓦片形， “s”字形， “z”字形， 椭圆形， 具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的一种。

4.如权利要求2所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：每一个所述产涡叶片均呈叶形， 瓦片形， “s”字形， “z”字形， 椭圆形， 具有外凸或内凹曲面的三角形、楔形和棱形中的一种。

5.如权利要求1或2或3或4所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：所述一组导流叶片由m₁行和n₁列导流叶片组成，m₁≥2，n₁≤3。

6.如权利要求1或2或3或4所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：所述一组产涡叶片由m₂行和n₂列产涡叶片组成，m₂≥m₁+1，n₂≥4。

7.如权利要求5所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：所述一组产涡叶片由m₂行和n₂列产涡叶片组成，m₂≥m₁+1，n₂≥4。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：产涡叶片组与导流叶片组的流向距离为l₁，l₁≥1.5倍的导流叶片弦长，所述导流叶片弦长即导流叶片两侧之间的直线距离；相邻两产涡叶片之间的行间距为l₂，l₂≥3×l₁。

9.如权利要求5所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：产涡叶片组与导流叶片组的流向距离为l₁，l₁≥1.5倍的导流叶片弦长，所述导流叶片弦长即导流叶片两侧之间的直线距离；相邻两产涡叶片之间的行间距为l₂，l₂≥3×l₁。

10.如权利要求6所述的促进颗粒物相互作用的装置，其特征在于：产涡叶片组与导流叶片组的流向距离为l₁，l₁≥1.5倍的导流叶片弦长，所述导流叶片弦长即导流叶片两侧之间的直线距离；相邻两产涡叶片之间的行间距为l₂，l₂≥3× l₁。

11.一种如权利要求1～10任一项所述装置的促进颗粒物相互作用的方法，其包括以下步骤：

1)将筒状外壳内通过耐磨板划分为若干通道，每一个通道入口端为导流段，导流段后方为混合段，导流段设置有一组导流叶片，混合段设置有一组产涡叶片；

2)烟气来流首先经过导流段，流体的主流方向沿导流叶片的凸起面流动，而一部分尺寸较大的颗粒因为具有较大的质量和惯性，会向偏离导流叶片的凸起面方向运动，使大颗粒的运动与主体流动发生分离；

3)在导流段后方，携带灰尘粒子的流体被导入混合段，流体吹过产涡叶片时，在产涡叶片的凸起面尾部的下游，会产生不同尺寸的漩涡，具有确定尺寸的漩涡能够将某些特定大小的颗粒卷吸、夹带于其中，并随之一起运动，延长相应颗粒物在此区域内的停留时间；而被导流叶片分离出来的大颗粒不会被漩涡卷吸，将会直接穿漩涡而过，增加了不同颗粒发生相互作用的机会，使微细颗粒容易粘附在较大颗粒上，从而配合下游除尘设备去除烟气中的颗粒物。 

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