CN103055609B - 烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置 - Google Patents

Abstract

一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，包括一壳体，该壳体的一侧设有入口并且入口上设有入口法兰，该壳体的另一侧设有出口并且出口上设有出口法兰；所述壳体由入口至出口方向依次设为扩散区段、大内径区段和汇流区段，所述扩散区段由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段由入口至出口方向内径逐渐变小；所述大内径区段的底部为漏斗形状的集液室，集液室的顶部进液口处设有折流板托架，折流板托架上支承有折流板。本装置是由折流分离和沉降分离结合在一起的两相流体分离装置，它能有效地分离、收集真空泵出口处的两相流体中的细微液滴，并能防止收集下来液滴被气体二次夹带，有效地治理了环境污染。

Description

烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置

技术领域

本发明涉及一种应用在火电厂烟气脱硫装置中的气液分离装置，特别是一种安装在水环真空泵出口管道上的气液分离装置。

背景技术

现有的火电厂石灰石湿法烟气脱硫装置中的真空皮带脱水负压系统选用的设备是水环真空泵，水环真空泵入口的工作环境是经滤布过滤后的水（含固量较低的浆液）。水环真空泵入口的工作环境变化因素较多，如浆液密度、滤布透气率（目数）、旋流器工况、脱水机密封带间隙、密封水量等的变化，再加上脱水机工作状态与停机时对滤布的冲洗方式的转变，都会引起水环真空泵的入口负压产生波动，从而导致水环真空泵进、出口流体流速产生变化。

水环真空泵的进口处和出口处均设有沉降式气水分离器。进入水环真空泵的含液气体（即两相流体）中携带的大部分液滴会在水环真空泵进口处的沉降式气水分离器中得到沉降，所以起到了部分气液分离的效果，但仍有一部分液滴会在水环真空泵入口“吸力”的作用下来不及沉降，被强制“吸入”水环真空泵内，这些多余的液滴被水环真空泵的液环“压出”至排气侧，再加上压缩过程中由于温度变化产生的冷凝液，虽然会在水环真空泵出口处的沉降式气水分离器中因同样的原因被部分沉降，但仍有部分未及时沉降的液滴会在水环真空泵出口压力的作用下被排空至大气中。这些液滴被水环真空泵排入大气，会产生四个问题：1、排入大气的液滴仍有5%左右的含固率，因此直接排空会导致环境二次污染；2、在冬季，排入大气的液滴会在附近的墙壁或其他建（构）筑物上结冰，高空附着的冰块是工厂的危险源之一，存在落物伤人的安全隐患；3、排入大气的液滴会形成“液滴雨”，“液滴雨”会污染地面，影响工厂文明生产；4、排入大气的液滴的PH值较低，会加速周边金属构件的腐蚀损坏。此外，水环真空泵出口处设置的沉降式气水分离器是根据容积突然扩大、流速降低实现的气液分离，这种沉降式气水分离器的内部无导流叶片，流体“湍流”现象明显，所以会使水环真空泵出口管道产生较大的振动，噪声非常大，同时，在水环真空泵出口气流转折处，细小液滴会碰撞管壁并回流入水环真空泵中，所以会发生水环真空泵过负荷运转的安全问题。综上所述，水环真空泵的出口存在安全隐患及环境污染问题。

为消除水环真空泵出口处会排出液滴的情况，目前主要采取有以下四种改进方法。

1、在水环真空泵出口处的沉降式气水分离器后方的水环真空泵出口管道的垂直段上再安装一个重力沉降式气水分离器，它的缺点一是重力沉降式气水分离器体积较小，沉降距离短，只适宜较大液滴的沉降，较小液滴的惯性小，并且较小液滴的沉降时间小于较小液滴从真空泵出口至水环真空泵出口管道入口的水平移动时间，因此，沉降效果差，沉降效果不明显；二是由于是垂直安装，沉降过程中的较大液滴会被风压吹散成较小液滴，然后随气流排空；三是重力沉降式气水分离器未防腐，存在水环真空泵出口酸液对其腐蚀的问题，使用寿命短；四是沉降下来的部分液滴从水环真空泵出口返回至水环真空泵的泵腔，易导致水环真空泵超负荷运转，影响到了设备的可靠运行。

2、在水环真空泵出口处的沉降式气水分离器后方的水环真空泵出口管道的终端加装向上弯头。它的缺点一是虽然与管壁接触的两相流体在与弯头处因液滴碰撞作用而沿壁面下滑，能将下滑的液滴收集，但大部分流体未与弯头碰撞，分离效果较差；二是通过弯头的改变流体方向收集下来的液滴在沉降过程被风压吹散成较小液滴，仍随气流排空。

3、在水环真空泵出口处的沉降式气水分离器后方的水环真空泵出口管道的水平段上加装挡水板。它的缺点一是虽然含液气体在挡水板处会有液滴因惯性碰撞作用，挡水板高度范围内气相中的液滴会再次捕集回流，但是对挡水板上部分的含液气体不起作用；二是增加挡水板后，排气管截面积变小，含液气体流速增加，挡水板上部分的含液气体中液滴的沉降效果更差，挡水板上部分的含液气体携带出去的液滴会增加；三是加装挡水板后，造成水环真空泵出口管道截面积的突变，挡水板附近流体会发生“湍流”，会导致管道噪声及振动增大；四是这种方案会导致水环真空泵的出口截面积变小，使水环真空泵的负荷增加，影响到了设备的可靠运行。

4、在水环真空泵出口处的沉降式气水分离器后方的水环真空泵出口管道上加装消声器（JB/T9623-1999《火力发电厂排汽消声器技术条件》）。它的缺点一是通过容积的突然扩大起到降噪声的同时以重力沉降分离两相流体中的液滴，从液滴分离角度看，实质上是在水环真空泵的出口处再串联加入一台沉降式气水分离器，虽然降噪声效果好，但是液滴脱除效果差；二是排水管道的设置位置在消声器的入口侧水平面上，液滴需聚到一定的高度才能排走，由于收集下来的水不能及时全部排走，在水环真空泵出口气流的吹送下会再次混入两相流体；三是排水管道设置在消声器的入口端，只适合垂直安装，不适合水平安装，因为水环真空泵的出口气压会将收集下的液滴再次“吹”离液面而带走；四是消声器重量大、体积大，对施工安装要求标准高；五是消声器价格高。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，要解决火电厂石灰石湿法烟气脱硫装置中的水环真空泵的出口处会有液滴被排入大气、从而污染环境的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，连接在水环真空泵出口管道的水平段上，其特征在于：包括一水平设置的壳体，该壳体的一侧设有入口并且入口上设有与水环真空泵出口管道连接用的入口法兰，该壳体的另一侧设有出口并且出口上设有与水环真空泵出口管道连接用的出口法兰。

所述壳体由入口至出口方向依次设为扩散区段、大内径区段和汇流区段，并且扩散区段的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段的轴心线重合，所述扩散区段由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段由入口至出口方向内径逐渐变小。

所述大内径区段的底部为漏斗形状的集液室，集液室的底部出液口上设有与排水管道连接用的排液法兰，集液室的顶部进液口处设有折流板托架，折流板托架上支承有折流板，折流板由平行间隔排列的折流片和将平行间隔排列的折流片连接到一起的捕水盘组成，并且捕水盘上设有落水孔，在折流板的上方、大内径区段的顶部设有安装孔，安装孔上设有端盖法兰，端盖法兰通过端盖固定螺栓与端盖连接并且端盖法兰与端盖之间夹有密封垫片。

所述大内径区段可由靠近入口的一级折流区段、靠近出口的二级折流区段、以及夹在一级折流区段与二级折流区段之间的沉降区段三部分组成，所述折流板由一级折流板和与之平行排列的二级折流板组成，其中一级折流板位于一级折流区段中，二级折流板位于二级折流区段中。

所述沉降区段的宽度可为一级折流区段的宽度与二级折流区段的宽度的和的1/4～1/2。

所述二级折流板中的折流片之间的间距可不大于与之平行排列的一级折流板中的折流片之间的间距。

所述平行间隔排列的折流片之间的间距可为20mm～95mm。

所述扩散区段的最大过流面积可为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，汇流区段的最大过流面积可为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，大内径区段的过流面积可为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍。

所述汇流区段可与扩散区段沿壳体的中心线对称布置。

所述捕水盘上的落水孔的直径可不小于5mm，落水孔之间的间距可为20mm～50mm。

第二种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，连接在水环真空泵出口管道的竖直段上，其特征在于：包括一竖向设置的壳体，该壳体的下侧设有入口并且入口上设有与水环真空泵出口管道连接用的入口法兰，该壳体的上侧设有出口并且出口上设有与水环真空泵出口管道连接用的出口法兰。

所述壳体由入口至出口方向依次设为扩散区段、大内径区段和汇流区段，并且扩散区段的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段的轴心线重合，所述扩散区段由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段由入口至出口方向内径逐渐变小。

所述大内径区段中设有折流板，折流板由平行间隔排列的折流片和将平行间隔排列的折流片连接到一起的连接筋板组成，大内径区段的其中一侧设有安装孔，安装孔上设有端盖法兰，端盖法兰通过端盖固定螺栓与端盖连接并且端盖法兰与端盖之间夹有密封垫片。

所述大内径区段可由靠近入口的一级折流区段、靠近出口的二级折流区段、以及夹在一级折流区段与二级折流区段之间的沉降区段三部分组成，所述折流板由一级折流板和与之平行排列的二级折流板组成，其中一级折流板位于一级折流区段中，二级折流板位于二级折流区段中。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明涉及一种两相流体分离装置，尤其是由折流分离和沉降分离结合在一起的两相流体分离装置。本发明的结构特点就是利用了折流分离和重力沉降分离的共同作用来对水环真空泵出口的两相流体进行气液分离。

本发明的气液分离性能高，能有效地分离、收集真空泵出口处的两相流体中的细微液滴（能有效分离两相流体中直径≥30μm的细微液滴），并能防止收集下来液滴的被气体二次夹带，有效地治理了环境污染。

两相流体流经本发明的过程中，两相流体通过自然沉降、折流分离作用，实现两相的气液分离，由于两相流体流通流经截面的平滑过渡和折流板的导流作用，流体的“湍流”情形改善，“层流”效应提高，有效地降低了真空泵出口管道的振动和噪声。尤其是均匀分布的折流片将含液气体分隔成若干通道，能对流体合理导向，所以大大提高了含液气体“层流”效果，有效地防止了水环真空泵出口管道因“湍流”产生的噪声和振动。

本发明选用了合理的折流片，并且折流片具有合理的间距，所以运行阻力较低（阻力约为30Pa～60Pa），不会影响整个系统的运行参数和运行方式。

本发明体积小、重量轻、流体进出口在同一轴线上，便于安装使用。

本发明的内部无转动部件，无需外加动力，节能环保。

本发明的制作材料价格便宜，便于购买和加工制造，有效降低了生产成本。

本发明采用模块化设计，便于防腐和日常维护。

本发明在设计时，考虑到了水环真空泵附近可用空间不大，装置占用空间应尽可能小的特点；本发明还考虑到了水环真空泵出口会以略高于大气压的方式排气，因此真空泵出口管道的沿程阻力应合理的特点；此外，本发明还充分考虑了经济成本。

本发明结合两相流体分离的种类和混合物分离方式（混合物分离方式包括重力沉降、折流分离、离心力分离、填料分离、丝网分离、超滤分离等）的特点，采用了将两相流体的分离方式中的一种或几种组合使用的设计。针对重力沉降和离心力分离方案体积大、折流分离和丝网分离及超滤分离方案阻力高，填料分离主要针对超临界流体分离的特点，本发明选取重力沉降和折流分离相结合的分离方式。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置的结构主视示意图。

图2是图1的俯视示意图。

图3是图1的左视示意图。

图4是端盖与端盖法兰之间夹有密封垫片的示意图。

图5是第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置中的捕水盘与折流片连接的示意图。

图6是第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置中的折流板托架的示意图。

图7是第二种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置的结构主视示意图。

附图标记：1－壳体、2－端盖、3－端盖法兰、4－端盖固定螺栓、5－一级折流板、6－二级折流板、7－捕水盘、8－出口法兰、9－折流板托架、10－集液室、11－排液法兰、12－密封垫片、13－入口法兰、14－连接筋板、15－壳体的中心线、16－落水孔、C－扩散区段、D－一级折流区段、E－沉降区段、F－二级折流区段、G－汇流区段。

具体实施方式

参见图1-6所示（图中箭头所示方向为两相流体的流向），第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，连接在水环真空泵出口管道的水平段上，包括一水平设置的壳体1，该壳体1的一侧设有入口并且入口上设有与水环真空泵出口管道连接用的入口法兰13，该壳体1的另一侧设有出口并且出口上设有与水环真空泵出口管道连接用的出口法兰8。

所述壳体1由入口至出口方向依次设为扩散区段C、大内径区段和汇流区段G，并且扩散区段C的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段G的轴心线的重合，所述扩散区段C由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段G由入口至出口方向内径逐渐变小。作为最优选的实施例，所述汇流区段G与扩散区段C沿壳体的中心线15对称布置，或者说是汇流区段与扩散区段沿沉降区段中心线对称布置。

所述大内径区段的底部为漏斗形状的集液室10，集液室的底部出液口上设有与排水管道连接用的排液法兰11，集液室10的顶部进液口处设有折流板托架9，折流板托架9上支承有折流板，折流板由平行间隔排列的折流片和将平行间隔排列的折流片连接到一起的捕水盘7组成，并且捕水盘7上设有落水孔16，在折流板的上方、大内径区段的顶部设有安装孔，安装孔上设有端盖法兰3，端盖法兰3通过端盖固定螺栓4与端盖2连接并且端盖法兰3与端盖2之间夹有密封垫片12（密封垫片是为了防止流体泄漏）。

作为最优选的实施例，所述大内径区段由靠近入口的一级折流区段D、靠近出口的二级折流区段F、以及夹在一级折流区段D与二级折流区段F之间的沉降区段E三部分组成，所述折流板由一级折流板5和与之平行排列的二级折流板6组成，其中一级折流板5位于一级折流区段D中，二级折流板6位于二级折流区段F中。所述沉降区段E的宽度为一级折流区段D的宽度与二级折流区段F的宽度的和的1/4～1/2（也可以说，沉降区段E的宽度为一级折流板5的宽度与二级折流板6的宽度的和的1/4～1/2）。所述一级折流区段D与一级折流板的外形相吻合，一级折流板能沿气流方向放入一级折流区段D中，所述二级折流区段F与二级折流板的外形相吻合，二级折流板能沿气流方向放入二级折流区段F中。本实施例中，安装折流板时，先利用壳体内的间隙、采用现场钻孔螺栓的方式将所有的折流板连接在一起，然后再将所有的折流板固定在折流板托架上。

作为最优选的实施例，所述一级折流板5中的折流片之间的间距为20mm～95mm，二级折流板6中的折流片之间的间距也为20mm～95mm，同时，二级折流板6中的折流片之间的间距最好是不大于与之平行排列的一级折流板5中的折流片之间的间距。

作为最优选的实施例，所述扩散区段C的最大过流面积（最大截面积）为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，汇流区段G的最大过流面积为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，大内径区段的过流面积为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍。

在其它实施例中，本发明还可采用其它结构，如市场上可买到的其它材料或型式的折流片；或者采用不同间距的折流片；或者取消沉降区段、只设置一个折流区段，对应的只采用一个折流板；或者选用多个折流板，对应的可以设置多个折流区段，并且在多个折流区段之间设置沉降区段，等等。

本发明的工作原理：从水环真空泵出口处出来的含液气体（即两相流体）流经本发明时，首先在扩散区段通过重力沉降方式进行初步的气液分离，然后在大内径区段通过折流方式对含液气体进行进一步的折流分离，最后在汇流区段，将二次逃逸了的液滴通过重力沉降方式再次收集，所以有效地消除了水环真空泵出口处的“雾滴”，使气体达标排放，同时还可以对收集下来的液体进行再利用。

本发明将重力沉降式流体进、出口截面设计为变径逐渐增大、缩小（即扩散区段C由入口至出口方向内径逐渐变大，汇流区段G由入口至出口方向内径逐渐变小），同时将两相气流进、出口方向改进在同一轴线上（即扩散区段C的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段G的轴心线的重合），并设置了专门的集液室，用来收集扩散区段C、大内径区段（一级折流区段D、沉降区段E、二级折流区段F）、汇流区段G分离下来的液滴。

作为最优选的实施例，本发明设置了二个相互平行、并有一定距离的折流板，每个折流板又包括有若干块相互平行、间距相等的折流片，每个折流板中的折流片均是通过捕水盘连接固定。所述两相流体由进口依次流过扩散区段、一级折流区段、沉降区段、二级折流区段、汇流区段，最后通过出口排入大气。

所述折流板垂直地安装在壳体1中，构成了本发明中的一个非常重要的分离单元：折流区段（折流区段围成了折流室）。要分离的两相流体（含有5%左右的含固量）从本发明的入口进入扩散区段，通过扩容降低流速，进行液滴的自然沉降分离，然后在水环真空泵出口压力的作用下导入第一级折流区段，实现进一步的气液分离，一级折流区段的折流板包括有若干块折流片，两相流体进入一级折流区段后由于液滴的密度比气体大，在一定运动状态下惯性也大，惯性较大的液滴在一级折流区段因流向改变而被附着在折流片表面上变成液体薄膜，折流片表面上的液体薄膜通过扩散、重力沉降使液体薄膜形成较大的液滴并随气流向前运动至折流片转弯处，由于转向离心力及其与折流片的摩擦作用、吸附作用和液体的表面张力使得液滴越来越大，直到聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气流推动力与液体表面张力的结合力时，液滴就从折流片的表面上被分离下来。然后在重力的作用下沿折流片下降汇集到捕水盘，在捕水盘形成更大的液滴后通过重力作用流入集液室。未被除去的小液滴在折流片的下一个转弯处经过相同的作用而被捕集。经过一级折流区段分离后的两相流体进入沉降区段，沉降区段主要用来沉降一级折流板收集下来的、未被捕水盘捕获而被气流冲刷带走的小液滴，沉降的液滴同样通过重力作用流入集液室。从沉降室出来的两相流体继续进入二级折流区段，同样方式实现两相流体的进一步气液分离。最后进入汇流区段，汇流区段内两相气体随着流通截面的缩小，流速增加，第二级折流区段收集下来、未被捕水盘捕获而被气流冲刷带走的小液滴撞击变径壁面后，在变径壁面上形成液体薄膜，液体薄膜在重力作用下向下流动积聚成液滴后流入集液室回收利用，气体沿管道排入大气。

本实施例中，壳体1为方形，由钢板焊接而成，在其它的实施例中，也不局限于方形，其他适用的形状的变换均落在本发明的保护范围内。

壳体的制作如下：

1、折流区段尺寸确定。（a）根据图纸或测量确定水环真空泵出口管道的流通面积；（b）根据水环真空泵出口管道的流通面积，确定折流区段的过流面积（取水环真空泵出口管道面积的4～6倍）；（c）根据外购的折流片长度，按照确定的折流区段的过流面积，计算确定壳体折流区段的高度和宽度；（d）根据折流板的宽度，确定壳体的总长度，其中一级折流区段的长度与一级折流板的宽度相同，该区段主要用来分离两相气体中30μm～400μm之间的机械性雾滴和部分凝聚性雾滴，二级折流区段的长度与二级折流板的宽度相同，该区段主要用来分离未被扩散区段和一级折流区段未被分离出来的雾滴，沉降区段的长度为一级折流区段与二级折流区段的宽度之和的1/4～1/2（沿流体方向），该区段主要用来收集一级折流板上未被捕水盘捕集而进入沉降区段的液滴，以及被捕水盘收集但未进入集液室而是被气流带到沉降区段的液滴。

2、扩散区段尺寸确定。（a）扩散区段的长度的选取应不小于确定的折流板高度，该区域主要用来收集大于400μm的机械性雾滴；（b）扩散区段的入口的宽度和高度应按水环真空泵出口管径确定；（c）扩散区段出口的宽度和高度应为一级折流区段的宽度和高度；（d）扩散区段入口、出口“方接圆”制作时，要预留螺栓安装尺寸。

3、汇流区段尺寸的确定。汇流区段和扩散区段的尺寸相同，所述汇流区段G与扩散区段C沿壳体的中心线15对称布置，或者说是汇流区段与扩散区段沿沉降区段中心线对称布置。

4、集液室尺寸的确定。集液室入口长度为一级折流区段、二级折流区段和沉降区段三者之和；集液室入口宽度为折流分离器壳体宽度；集液室出口尺寸根据现场的排水管道的尺寸确定；集液室的高度根据现场安装条件、两相流体含水量等因素确定。

5、端盖及端盖法兰的确定。端盖法兰长度应和一级折流区段、沉降区段、二级折流区段确定的长度之和相吻合；端盖法兰的宽度应与壳体确定的宽度相吻合；为降低制作加工成本，端盖法兰宜采用角钢焊接；端盖的尺寸及螺栓孔距应与端盖法兰相吻合；设置端盖的作用主要是为了壳体的防腐及安装折流板和折流板托架等部件的需要。通过端盖及端盖法兰，应能顺利装拆一级折流板5和二级折流板6。

参见图6，本实施例中，折流板托架9是格栅形式的托架，能承受一级折流板5和二级折流板6的重量，能使分离出来的液滴排入集液室。折流板托架9通过焊接方式固定在壳体1上。折流板托架的制作：折流板托架宜选用四分管作为原材料，在集液室与壳体分界线下侧焊接，焊接间距不大于100mm。在其它实施例中，折流板托架9也可以是其它的样式，比如开孔板之类的，只要是具有支撑一级折流板5、二级折流板6的功能，同时能使分离出来的液滴排入集液室的都可以。

参见图5，本实施例中，捕水盘7上设有插槽，所述折流片插在捕水盘上的插槽中并且折流片与插槽过盈配合。捕水盘7上的落水孔16的直径不小于5mm（推荐为8mm），落水孔16之间的间距推荐为20mm～50mm。捕水盘的制作：捕水盘利用外购的折流片连接件加工，在连接板平面上钻不小于φ5mm（推荐为φ8mm）的孔，孔间距推荐为20 mm～50mm，并尽量布置在两折线开槽位置中部；外购折流片连接件时，需注意与折流片波形的一致性，根据使用要求选用折线或流线波形的间距（20mm～95mm）。同时可根据需要，比如分离两相流体精度要求，二级折流板可选用更小的折流片间距。在其它实施例中，捕水盘7也可以是其它的样式，比如格栅形式，只要是能将平行间隔排列的折流片连接在一起，并将分离出来的液滴汇集到一起并漏至集液室的都可以，折流片与捕水盘7的固定形式也可采用非插入形式的其他固定连接方式。

本实施例中，折流片的形状可以为折线型，也可以是流线型，折流片也可以叫做波形片。折流片的制作：从设备防腐、价格、重量等方面考虑，折流片宜选用FRPP（增强聚丙烯）材质；为降低该装置的阻力，折流片宜选用流线型（流线波形）；根据计算的折流区段流通面积，对外购的板流片进行裁剪，且长度和组装后的厚度比尽量接近1；用捕水盘将折流板连接固定。

本发明的组装如下。1、由于本发明接触腐蚀性介质，在安装前需将壳体内部及端盖用玻璃鳞片进行防腐处理；2、将固定好的一级折流板、二级折流板次序装入壳体内，两级折流板的固定采用现场在相邻的捕水盘上钻孔后，用PP板通过螺栓连接固定；3、根据端盖法兰孔尺寸，裁剪相应尺寸密封垫片12后，用端盖固定螺栓4连接固定；4、将组装好的本发明的安装在水环真空泵出口管道的水平段上。

参见图7，图7所示为第二种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，它连接在水环真空泵出口管道的竖直段上，包括一竖向设置的壳体1，该壳体1的下侧设有入口并且入口上设有与水环真空泵出口管道连接用的入口法兰13，该壳体1的上侧设有出口并且出口上设有与水环真空泵出口管道连接用的出口法兰8。

所述壳体1由入口至出口方向依次设为扩散区段C、大内径区段和汇流区段G，并且扩散区段C的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段G的轴心线重合，所述扩散区段C由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段G由入口至出口方向内径逐渐变小。

所述大内径区段中设有折流板，折流板由平行间隔排列的折流片和将平行间隔排列的折流片连接到一起的连接筋板14组成，大内径区段的其中一侧设有安装孔，安装孔上设有端盖法兰3，端盖法兰3通过端盖固定螺栓4与端盖2连接并且端盖法兰3与端盖2之间夹有密封垫片12。本实施例中，折流板通过折流板托架9连接在大内径区段内。

作为最优选的实施例，所述大内径区段由靠近入口的一级折流区段D、靠近出口的二级折流区段F、以及夹在一级折流区段D与二级折流区段F之间的沉降区段E三部分组成，所述折流板由一级折流板5和与之平行排列的二级折流板6组成，其中一级折流板5位于一级折流区段D中，二级折流板6位于二级折流区段F中。

第二种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置与第一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置的区别在于：1、它没有集液室。2、它的一级折流板5和二级折流板6是由连接筋板14连接，连接筋板14只要是能将折流片连接在一起就可以了，不需要具有其它功能，当然，连接筋板14的结构也可以与捕水盘的结构一样，还可以是其它的结构形式。3、它安装在水环真空泵出口管道的竖直段上。

本发明的分离原理如下。

1、扩散区段和沉降区段气液分离原理如下。

重力沉降式气液分离器的设计均是在球形液滴力学模型基础上推导出气液分离器的最终沉降速度，推导出球形液滴沉降速度度算公式为：

(1)

式中g——重力加速度，单位m/s²；d——液滴直径，单位m；ρ₁——液体密度，单位kg/m³；ρ_g——气体密度，单位kg/m³；C_d——水力阻力系数。

将上式换算得到：

（2）

其中，阻力系数计算公式为：

（3）

雷诺系数计算公式为：

（4）

式中w_i——第i次计算时液滴沉降速度，单位m/s；d_m——液滴中径，单位ηm；μ——气体粘度，单位Pa.s。

根据文献《计算流体动力学分析》（王福军，北京，清华大学出版社，2004  120—137）中的内容，分离器设计中通常阻力系数C_d=0.34为计算初值，则液滴沉降速度表示为：

（5）

对上式通过迭代求解，计算程序如下：（a）以式（5）开始计算w_i；（b）以式（4）计算雷诺系数Re；（c）根据Re，用式（3）计算C_d；（d）根据C_d，用式（2）再计算w_i+1；（e）比较wi+1≤ε，其中ε是预先设定沉降速度要达到的精度，如果没有达到再返回（b）继续计算，直到前后两次计算出来的w满足预先设定的精度要求为止。

按照沉降计算方式，设某一时刻有一粒径为d的液滴进入折流气水分离器扩散区段（或沉降区段），该液滴一方面以速度υ向前水平运动，另一方面以速度w竖直沉降，要想达到预期的分离效果，就应在液滴未到达下一工作区之前沉降到变径板上（或捕水盘上），即：

（6）

上边公式也可表示为：

（7）

式中L——扩散区段为折流气水分离器入口到折流板距离（沉降区段一级折流板终端与二级折流板的首段的距离，数值为一级折片与二经折流板宽度之和的1/4～1/2），单位m；H——扩散区段长度大于等于折流气水分离器折流板高度（沉降区段为相邻捕水盘长度的1/4～1/2），单位m；υ——液滴的运动速度，单位m/s；w——液滴的沉降速度，单位m/s。

由式（7）可看出，只要气流速度及拟收集液滴的直径确定下来，那么不等式的右端就是定值，可以取不同的L和H值，只要满足大于等于这个定值就可以得到预期的分离效果。

2、折流区段和汇流区段的分离原理如下。

折流式气液分离原理中的液体也是按球形液滴处理，并假定其在运动中保持直径不变（不考虑蒸发、磨擦、聚合、撕裂及热效应的影响），也不考滤液滴碰到流道壁面后液滴的反弹及二次携带。同时假定气流流动为定常流动。在此假定条件下，当两相流体进入折流通道时，流线发生偏折，而气流中的液滴由于拥有足够的返回量来脱离开气体流线，径直撞到折板表面而被捕捉，表征这一机理的无因次分离数为：

（8）

式中：K_m——关联数，当d_p值远大于15μm时取1.0；ρ_L——液滴密度，单位kg/m³；d_p——液滴直径，单位m；u——气体流速，单位m/s；μ——气体粘度，单位pa.s；d_b——目标直径，单位m。

由式（8）可见，分离数随液滴直径、密度和气流速度的增大而增大，其中d_p为二次方关系；随气体粘度、目标直径的增大而减小，分离数愈大，气液分离效果愈好。

由于折流式气液分离方式是靠气流在叶片内发生偏离进行气液分离，两相流体流速的大小会直接影响到设备的分离效率和压降损失，也是该装置设计的重要依据，流过折流区段截面的两相流体流速过高或过低都不利于气液分离，流速增加将造成系统阻力增加，水环真空泵的效率降低，影响系统的正常运行，同时流速的增加有一定的限度，流速过高会选成二次带水，降低分离效果；流速过低起不到分离效果。影响该速度的因素与折流板形状、两相流体的含液量、气流方向、布置方式、折流板间距等因素有关，常将通过折流区段断面的最高且又不致二次带水的流速定义为临界气流速度。临界气流速度较为简单实用的经验公式为：

（9）

 式中：U_gk——折流区段断面最优临界流速，单位m/s；K_c——系数，由折流板结构确定，通常取0.107～0.305；ρ_w——液体密度，单位kg/m³；ρ_g——气体密度，单位kg/m³。

同样，根据式（8）和式（9），测量水环真空泵出口流速，收集目前市场上折流片信息后，结合本方案需要解决的技术问题，确定折流片形状、布置形式、折流板间距等。

Claims (3)

1.一种烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，连接在水环真空泵出口管道的水平段上，其特征在于：包括一水平设置的壳体（1），该壳体（1）的一侧设有入口并且入口上设有与水环真空泵出口管道连接用的入口法兰（13），该壳体（1）的另一侧设有出口并且出口上设有与水环真空泵出口管道连接用的出口法兰（8）；

所述壳体（1）由入口至出口方向依次设为扩散区段（C）、大内径区段和汇流区段（G），并且扩散区段（C）的轴心线、大内径区段的轴心线和汇流区段（G）的轴心线重合，所述扩散区段（C）由入口至出口方向内径逐渐变大，所述汇流区段（G）由入口至出口方向内径逐渐变小；

所述大内径区段的底部为漏斗形状的集液室（10），集液室的底部出液口上设有与排水管道连接用的排液法兰（11），集液室（10）的顶部进液口处设有折流板托架（9），折流板托架（9）上支承有折流板，折流板由平行间隔排列的折流片和将平行间隔排列的折流片连接到一起的捕水盘（7）组成，并且捕水盘（7）上设有落水孔（16），在折流板的上方、大内径区段的顶部设有安装孔，安装孔上设有端盖法兰（3），端盖法兰（3）通过端盖固定螺栓（4）与端盖（2）连接并且端盖法兰（3）与端盖（2）之间夹有密封垫片（12）；

所述大内径区段由靠近入口的一级折流区段（D）、靠近出口的二级折流区段（F）、以及夹在一级折流区段（D）与二级折流区段（F）之间的沉降区段（E）三部分组成，所述折流板由一级折流板（5）和与之平行排列的二级折流板（6）组成，其中一级折流板（5）位于一级折流区段（D）中，二级折流板（6）位于二级折流区段（F）中；

所述沉降区段（E）的宽度为一级折流区段（D）的宽度与二级折流区段（F）的宽度的和的1/4～1/2；

所述二级折流板（6）中的折流片之间的间距不大于与之平行排列的一级折流板（5）中的折流片之间的间距；

所述扩散区段（C）的最大过流面积为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，汇流区段（G）的最大过流面积为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍，大内径区段的过流面积为水环真空泵出口管道的过流面积的4～6倍；

所述汇流区段G与扩散区段C沿壳体的中心线（15）对称布置。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，其特征在于：所述平行间隔排列的折流片之间的间距为20mm～95mm。

3.根据权利要求1所述的烟气脱硫水环真空泵出口气液分离装置，其特征在于：所述捕水盘（7）上的落水孔（16）的直径不小于5mm，落水孔（16）之间的间距为20mm～50mm。