CN103657266A - 柔性纤维旋线除雾装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性纤维旋线除雾装置，解决了现有除雾装置存在的除雾效率低，过滤式除雾器易堵塞，静电除雾器成本高、占地面积大、存在腐蚀、结垢问题。技术方案包括设有进气口、出气口和排液管的排气筒，所述排气筒上段的垂直中心线上设有电机，所述电机的转轴上套有轴套，沿轴套的轴线方向至少设有一层圆盘，所述圆盘上设有柔性纤维旋线，所述柔性纤维旋线包括有多根经线，所述多根经线的一端均匀连接在圆盘上，另一端为自由端。本发明阻力低、效率高、无占地面积、无腐蚀、无结垢堵塞、烟气处理量大、结构简单、重量轻、能耗小、成本低。

Description

柔性纤维旋线除雾装置

技术领域

本发明涉及一种用于含雾气流的除雾装置，具体的说是一种柔性纤维旋线除雾装置。 

背景技术

除雾器是湿法除尘、烟气脱硫脱硝系统中的关键设备。常见的除雾器有惯性除雾器、离心式除雾器、过滤式除雾器、静电除雾器。 

折流板除雾器是典型的惯性式除雾器（董谊仁，孙凤珍.塔设备除雾技术.化工生产与技术.2000，7(2)：6-11），含雾气流在折流板之间的弯曲流动使雾滴与折流板发生碰撞而被捕集。折流板除雾器的阻力低，但除雾效率很低，通常不超过60％。 

离心式除雾器主要有旋流板除雾器、旋风除雾器、旋转除雾器。 

旋流板除雾器由一圈若干个按一定角度倾斜的叶片构成，当带液气流穿过叶片间隙时会产生旋转气流，气流中夹带的液滴在离心力的作用下被甩向外侧，从而碰撞并附着在器壁上，最终因自身重力汇流到集液槽内（姚凯，李良，侯忠明，王佑君.常用除雾技术现状及发展趋势.机电产品开发与创新.2008，21(3)：34-38.）。旋流板除雾器比折流板除雾器的除雾效率高些，但由于旋流板是静止的，阻力较高，随烟气量增加，叶片半径增加，效率迅速下降，目前基本淘汰。 

旋风除雾器是气流切向进入筒体，形成旋转气流，使雾滴离心分离沉降到筒壁而捕集水雾的。其除雾效率较高，但阻力较大，通常超过1000Pa。且不适合处理大烟气量。 

为提高离心除雾器的效率，尹小林提出一种旋转除雾器（可同步烟气脱硫旋转除尘除雾器，ZL200820053167.3）。方法是在风筒内安装除雾盘，除雾盘由金属丝棒组成，通过电机驱动除雾盘转动，离心力将黏附在丝棒表面的雾滴甩向风筒边壁。该除雾器可提高除雾效 率，但在除雾盘高速旋转时，附着在丝棒表面的雾滴易脱落，同时会把液滴打碎，形成更细的雾滴，限制了除雾效果的进一步提高。另外，当处理大烟气量时，除雾盘尺寸大，重量增加，不仅能耗增加，而且除雾器的可靠性降低。 

随后，向晓东、何明礼提出“一种自旋式叶轮除雾器（ZL200920087980.8）”。将旋转叶轮直接安装在管道中，不需要驱动电机。在含雾气流的吹动下叶片自由旋转，阻力显著下降，且除雾效率高于旋流板除雾器。如果在管道中并联多个叶轮除雾器，可处理大烟气量。该除雾器的优点是节能，但叶轮是被动旋转的，除雾效率有限。 

过滤式除雾器包括丝网除雾器和纤维除雾器（杭德森，张成昆.新型纤维除雾器的开发与应用.硫酸工业.2007(2)：37-40）的除雾效率较高，但在处理含雾烟气时易堵塞，仅适合于不含颗粒物的气雾分离。 

静电除雾器是目前除雾效率最高、阻力较小、烟气处理量大的一种除雾器。其成本高、占地面积大。到目前为止，关于静电除雾器的腐蚀、结垢问题仍没有得到很好解决。 

综上所述，现有除雾技术存在的主要问题是：惯性除雾器和离心除雾器的除雾效率低，过滤式除雾器易堵塞，静电除雾器成本高、占地面积大、存在腐蚀、结垢问题。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种阻力低、效率高、无占地面积、无腐蚀、无结垢堵塞、烟气处理量大、结构简单、重量轻、能耗小、成本低的柔性纤维旋线除雾装置。 

技术方案包括电机及其转轴，所述电机的转轴上套有轴套，沿轴套的轴线方向至少设有一层圆盘，所述圆盘上设有柔性纤维旋线，所述柔性纤维旋线包括有多根经线，所述多根经线的一端均匀连接在圆 盘上，另一端为自由端。 

所述经线的的长度为所述自由端在高速旋转时能与管道的管壁接触。 

所述柔性纤维旋线还包括多条位于所述经线上的纬线。 

所述最外圈纬线离所述经线的自由端为100～500mm，相邻两条纬线的间距为500～1000mm。 

所述每一层圆盘上布置有30-300根纤维材料的经线。 

当所述管道直径为500～1000mm时，每层圆盘上的经线为30～60根；当所述管道的直径大于1000mm时，每层圆盘上的经线为60～300根。 

所述柔性纤维旋线的材质为耐腐蚀合成纤维。 

所述经线和纬线的直径为2～20mm。 

所述电机位于密封室内且固定在支撑梁上，所述电机的转轴穿过支撑梁后套装轴套，所述密封室经导管与外界连通。 

所述转轴的轴承座固定在支撑梁上，并由与支撑梁连接的密封端盖密封。 

本发明的安装同现有除雾器一样，安装在需要进行除雾操作的管道中对含雾气流进行气液分离，所述管道为含雾气流的通入管道，如排气筒等，所述管道可以为直管或变径管等。安装时，本发明装置垂直安装在所述管道的中心线位置。 

本发明中，电机未启动时，圆盘静止，固定在圆盘的柔性纤维旋线在自重作用下处于自然下垂状态。电机启动后，电机的转轴转动，经轴套带动圆盘一起高速旋转，圆盘的旋转使原先自然下垂的柔性纤维旋线在高速旋转的同时还在离心力作用下呈伞状张开，当进入管道内的含雾气流通过“高速旋转的柔性纤维旋线”（简称旋线）时，再沿切线向上，雾滴与旋线的相对运动速度高达数十米甚至数百米，其强烈的惯性碰撞作用使雾滴极易撞击到旋线上而被捕集。同时，旋线 还会使附近的含雾气流高速旋转，本发明除雾器旋转气流产生的离心力比普通离心式除雾器高百倍以上，离心除雾作用显著。旋线还会产生强烈紊流扩散效应，使非常细的雾滴附着在旋线表面而被捕集。并且，由于柔性纤维旋线为纤维线材料的吸水性好，其毛细作用使附着于旋线表面的液滴能渗入旋线内部，避免了液滴从旋线表面二次脱落的问题。最终，在离心力作用下，被捕集的雾滴顺着旋线最终经经线的自由端甩向管壁后沿壁面下流，实现了含雾气流的高效气液分离。 

所述设置纬线的目的是为了将固定在圆盘上的经线通过多根平行的纬线连接起来，防止经线在高速旋转时相互缠绕，影响除雾效果。最外圈纬线离经线末端100～500mm，以保证经线的高速旋转的张开程度，相邻两纬线之间的间距为500～1000mm，以减少气流通过的阻力、减轻重量。若排气筒直径小于1000mm，经线之间相互缠绕的可能性小，可根据需要取消纬线的设置。由于每层柔性纤维旋线所占的阻流面积很小，即张开的旋线投影面积与管道断面积之比很小，阻流面积不超过管道断面积的2％，因此柔性纤维旋线所造成的压力损失很低。 

进一步的，除雾效率与经线的数量有关，在电机转速一定的情况下，经线越细、布置越密，除雾效率则越高，但经线布置得太密，则阻力会提高。为了兼顾效率和阻力，当管道直径小于500～1000mm时，同一圆盘上优选设置经线30～60根。当管道直径大于1000mm时，同一圆盘上优选设置经线为60～300根。 

所述经线的长度的设计以经线的自由端在高速旋转时能与管道的壁面接触为好。因经线为柔性的合成纤维材料，不会对管壁造成磨损，所以，对圆盘上的柔性纤维旋线的安装精度没有过高要求。经线的末端（自由端）与管壁相接触的好处在于：一是能实现旋线对管道过流断面的全覆盖，避免水雾从管壁附近逃逸；二是甩到管壁的水滴在经线自由端的拂扫下能立即变为水流，顺管壁流下。 

为提高除雾效率，柔性纤维旋线可设计成多层（对应有多层圆盘），但若层数过多，则压力损失增加。另外，柔性纤维旋线虽然很轻，但如果层数过多，且为潮湿纤维线，重量会显著增加。所以，柔性纤维旋线的层数不宜超过5层。所述圆盘的直径优选50～500mm。 

由于采用电机驱动，因此提高除雾效率的另一个有效方法是提高电机转速，可采用变频电机根据实际需要方便地调整转速，实现对雾滴的高效捕集。 

为应对含雾烟气存在的腐蚀问题，除电机采用密封的形式与烟气隔离外，所有部件也都考虑了防腐蚀性。作为柔性纤维旋线的材料可以使用已有的各种合成纤维，特别是具有耐腐蚀作用的合成纤维（如聚四氟乙烯纤维），将丝状的合成纤维编织或纺织成相应的线状，其经线和纬线的直径优选为2～10mm。圆盘、电机轴套、密封端盖为不锈钢，电机的密封室、导管为聚四氟乙烯，排气筒内壁可喷涂防腐涂料，或为防腐材料内衬。支撑梁为不锈钢。 

安装时，导管用于将密封室与外界连接，使电机的供电导线通导管穿出管壁。所述导管的作用一方面达到对供电导线的保护，另一方面，由于导管与外界连通，因此可将电机运转产生的热量散放到大气中，达到散热的目的。 

综上所述，本发明的优点在于： 

1、本发明采用高速旋转的柔性纤维旋线除雾，充分利用了惯性碰撞、离心分离、紊流扩散、纤维毛细作用四种主要机理的复合效应，除雾效率高。 

2、本发明的主要阻流构件是柔性纤维旋线、电机和转轴，阻流面积不超过管道总面积的2％，所以结构简单、重量轻、成本低、阻力小、耗能少。 

3、柔性纤维旋线的线间距大，加之在气流作用下，旋线产生振动和柔性变形，从而避免了含雾烟气中有颗粒物时所造成的结垢堵塞 现象。 

4、本发明装置可安装在直管或变径管结构的管道中，安装灵活、无占地面积。通过改变柔性纤维旋线的数量、层数和风机转速，可有效地提高除雾效率。因此具有安装操作简便、除雾性能好、防腐蚀、实用性强的特点，适用于对各类含雾气流的气液分离，能够高效捕集微细水雾和尘粒,广泛适用于除雾、烟尘净化、脱硫脱硝等领域。 

附图说明

图1是本发明实施例1的安装结构示意图。 

图2是本发明实施例2的结构示意图。 

其中，1-经线、2-圆盘、3-轴套、4-电机、5-密封室、6-排气筒、6.1-出气口、6.2-进气口、6.3-排液管、7-导管、8-支撑梁、9-轴承、10-密封端盖、11-转轴、12-纬线、13-水箱。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明： 

实施例1中，安装在排气筒6垂直中心线上的柔性纤维旋线除雾装置中的柔性纤维旋线为单层，其结构如图1所示：包括经线1、圆盘2、电机轴套3、电机4、密封室5、塑料导管7、支撑梁8、轴承9、密封端盖10、电机轴11和纬线12。 

其中，排气筒6顶部设有出气口6.1，下段设有进气口6.2、底部设有水箱13，所述水箱13与排液管6.3连通，所述排气筒6上段的垂直中心线上设有位于密封室5内的电机4，密封室5经导管7穿过排气筒6的筒壁与外界连通，使电机4的供电导线可导管7中穿出排出筒6外，导管7的设置一方面达到对供电导线的保护，另一方面，也可将电机4运转产生的热量散放到大气中，达到散热的目的。所述电机4经支撑梁8固定在排气筒6的内壁上，电机4的转轴11穿过支撑梁8垂直向下，其轴承9也可通过固定在支撑梁8上的密封端盖10密封，使轴承9也与含雾气流隔离以减少腐蚀。所述转轴11上套 有轴套3，所述轴套3上设有直径为50～500mm圆盘2，圆盘2上设有柔性纤维旋线，所述柔性纤维旋线包括交叉的多根经线1和多根纬线12，所述经线1一端与圆盘2连接、另一端为自由端，所述纬线11横向连接多根经线1，纬线12主要作用是防止经线1在旋转时互相缠绕。最外圈纬线12离经线1处由端100～500mm，相邻两纬线12之间的间距500～1000mm。如果排气筒6直径小于1000mm，则经线1之间相互缠绕的可能性很小，可考虑取消纬线。所述经线1的长度控制为：当经线1高速旋转时，其自由端能与排气筒6的筒壁接触或略长为好，因纤维旋线是柔性的，不会对筒壁造成磨损。而使经线1的自由端与管壁相接触的好处在于：一是能实现旋线（高速旋转的柔性纤维旋线）对排气筒过流断面的全覆盖，避免水雾从筒壁附近逃逸；二是甩到筒壁的水滴在经线1自由端的拂扫下能立即变为水流，顺管壁流下；三是可对部分在离心力作用下甩向壁面的水滴起到导向作用，避免水滴高速砸落壁面时，液滴再次破碎溅出形成更小的雾滴。 

所述经线1和纬线12的粗细没有特殊要求，优选直径在2～20mm，其材料为耐腐蚀合成纤维，本实施例中采用聚四氟乙烯纤维，由于合成纤维本身为丝状，可根据需要编制或纺织成需要直径的线形成经线或纬线，为加工方便，经线1和纬线12的直径可相同。 

除雾效率与经线1的根数有关。在电机4转速一定的情况下，经线1直径越细、布置越密，则除雾效率越高，经线1布置太密，阻力会提高，为了兼顾效率和阻力，当排气筒6直径小于500～1000mm时，同一圆盘2上的经线1优选30～60根。当排气筒6直径大于1000mm时，同一圆盘2经线1优选为60～300根。 

为防止含雾烟气对柔性纤维旋线除雾装置的腐蚀，除电机4外，所有部件都考虑了防腐蚀性，圆盘2、电机轴套3、密封端盖10及支撑梁8为不锈钢材质，电机密封室5、导管7为聚四氟乙烯材料，排气筒6内壁喷涂防腐涂料或覆盖防腐材料内衬。 

工作原理： 

电机4没启动时，电机轴套3和圆盘2静止，固定在圆盘2上的柔性纤维旋线在自重作用下处于自然下垂状态。电机4启动后，电机的转轴11转动，带动电机轴套3和圆盘2一起旋转，圆盘2的旋转使原先自然下垂的柔性纤维旋线在离心力作用下呈伞状张开，经线1的自由端可与排气筒6的內壁面接触。含雾气流由进气口6.2进入排气筒6内后上升，当上升含雾气流通过高速旋转的柔性纤维旋线（以下简称旋线）时，在切向方向上，雾滴与旋线的相对运动速度高达数十米到数百米，其惯性碰撞作用比普通惯性除雾器高几十倍。于是，气流中的雾滴更易撞击到旋线上而被捕集，其结果是惯性除雾效率大幅度提升。同时，高速旋转的纤维线使附近的含雾烟气也产生了高速的旋转运动，气流旋转速度接近旋线速度，由于旋转气流产生的离心力与旋转速度的平方成正比，所以本发明所产生的离心力比普通离心式除雾器高上百倍。当然，旋线与液滴的高速碰撞，有可能击碎液滴形成更细的水雾，但纤维编织线具有吸水作用（毛细现象），撞到纤维编织线表面的液滴能渗入纤维线内部，避免了液滴从高速旋转的纤维线表面二次脱落。另外，旋线所产生的气体紊流扩散作用是巨大的，这种紊流扩散效应非常有利于很细的雾汽附着在旋线表面而被捕集。旋线上的液体在离心力作用下顺着旋线流到经线2的自由端后甩向排气筒6的内壁面，然后沿筒壁滑下流入底部水箱13中，由排液管6.3排出，最终实现了含雾气流的气液分离，除雾气流穿过旋线继续上升由顶部的出气口6.1排出。 

实施例2 

柔性纤维旋线的层数可以设计成多层，但超过5层时，压力损失增加明显，并且柔性纤维旋线虽然很轻，但如果层数过多，且为潮湿 纤维线，重量会显著增加。因此柔性纤维旋线优选为1-5层，一层圆盘2对应安装一层柔性纤维旋线。 

另外，当排气筒6为直管时，则多层柔性纤维旋线中的经线可长度相同，当排气筒6为变径管时，则对应位置的柔性纤维旋线中的经线可随筒径的增大或缩小而相应增长或缩短，其长度的控制仍以“当经线1高速旋转时，其自由端能与排气筒6的筒壁接触或略长为好”， 

本实施例中，如图2所示，所述排气筒6为变径管，柔性纤维旋线为两层，其余同实施例1。 

除雾效果实验 

由上述方案制成的柔性纤维旋线除雾器，在风速为2.06m/s，旋转速度为1500rpm时，压力损失150Pa,液滴中位径在30μm的实验条件下，三次除雾实验测量的平均效率为96.95%。 

Claims (10)

1.一种柔性纤维旋线除雾装置，包括电机及其转轴，其特征在于，所述电机的转轴上套有轴套，沿轴套的轴线方向至少设有一层圆盘，所述圆盘上设有柔性纤维旋线，所述柔性纤维旋线包括有多根经线，所述多根经线的一端均匀连接在圆盘上，另一端为自由端。

2.如权利要求1所述柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述经线的的长度为所述自由端在高速旋转时能与管道的管壁接触。

3.如权利要求1所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述柔性纤维旋线还包括多条位于所述经线上的纬线。

4.如权利要求3所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述最外圈纬线离所述经线的自由端为100～500mm，相邻两条纬线的间距为500～1000mm。

5.如权利要求1所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述每一层圆盘上布置有30-300根纤维材料的经线。

6.如权利要求5所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，当所述管道直径为500～1000mm时，每层圆盘上的经线为30～60根；当所述管道的直径大于1000mm时，每层圆盘上的经线为60～300根。

7.如权利要求1所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述柔性纤维旋线的材质为耐腐蚀合成纤维。

8.如权利要求3所述的柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述经线和纬线的直径为2～20mm。

9.如权利要求1-8任一项所述柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述电机位于密封室内且固定在支撑梁上，所述电机的转轴穿过支撑梁后套装轴套，所述密封室经导管与外界连通。

10.如权利要求9所述柔性纤维旋线除雾装置，其特征在于，所述转轴的轴承座固定在支撑梁上，并由与支撑梁连接的密封端盖密封。

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