CN105107455B - 一种高效率的流线型波纹板 - Google Patents

Abstract

一种高效率的流线型波纹板，包括进口直边段(1)，凸起前侧段(2)，凸起段(3)，凸起后侧段(4)，出口直边段(5)。波纹板采用厚度连续变化的流线型结构，合理地设置曲率半径不同的弧形表面，增加了流道空间形状的曲折性，使更多的液相能从气流运动轨迹中脱出，极大提高了低气速工况下小粒径液滴的分离效率。波纹板形成的流道空间中不会出现尖锐的折弯结构，有效地控制了压降损耗，避免了实际应用中常见的结垢现象，降低了波纹板的维护成本。

Description

一种高效率的流线型波纹板

技术领域

本发明涉及惯性式气液分离装置，主要可用于烟气脱硫、汽轮机除液等需要使用波纹板除液器的工业场合。

背景技术

目前国内工业应用中常见的惯性式气液分离器仍然采用传统的波纹板结构，结构型式包括三角形波纹板、梯形波纹板、非对称流线型波纹板以及在这些板型基础之上添加直钩、弯钩、开槽等型式的波纹板。

如图1所示，经过多级折弯的三角形波纹板叶片以一定横向间距多排平行布置，每两片波纹板之间形成曲折多弯的流道空间。带有细小液滴的气体从装置入口处进入波纹板流道，被强制沿着波纹板形状进行曲折流动。由于气体跟随性好，可从装置的出口处流出；而液滴惯性较大，在曲折流道中不能很好地跟随气体，从气体流动轨迹中偏移脱出，撞击到波纹板壁面上。液滴随后在壁面上铺展形成液膜，随着液膜的积聚越来越多，受重力影响，液膜汇聚成液流竖直向下(垂直于附图1纸面方向)流动，进入收液槽等液相回收容器中，气液两相得以分离。该波纹板在实际应用中出现很多问题。首先，当液相中含有大量钙、镁等电解质或其他不溶的杂质颗粒时，在流道的折弯尖端会沉积，产生结垢现象，尖端处的垢难以顺利清洗，随着使用时间的增长，流道会出现堵塞，整个装置的分离性能会大大下降，压降损耗明显提升。解决结垢问题的最好办法就是在停工状态下更换或逐片清洗波纹板，造成人力和财力成本的浪费。其次，气体在流道中需要急剧折弯，在气速较大的工况下，流体的连续碰撞转向造成极大的能量损耗。常用的三角形波纹板在4～6m/s的气速下，压降甚至会达到100Pa以上。

图2为另外一种工业常用的非对称式的流线型波纹板。该类波纹板几何形状平滑，无尖锐的折弯构造，可有效减少结垢并易于非间歇性工作条件下的清洗。流线型的几何形状还可以使流体通过流道时压降显著降低。然而，相较于三角形波纹板，液滴在这种流道中的跟随性也得以增加。在低气速工况下，当量直径在50μm以下的颗粒分离效率较低，即使是多列串联布置也难以解决这个问题。

中国发明专利CN 201110219753.8提供了一种改进的波纹板结构。该波纹板将已有的三角形波尖改为平台波尖，并在平台处设置有间距1.5mm、伸出长度6mm的叶片。新结构使液滴在平台及叶片处的聚集次数增多，提高了气液分离的效率。但是该板的平台转折处仍有尖锐的折角，容易结垢。水垢也会堵塞叶片与板之间的缝隙，使波纹板难以清洗，无法重复使用。

中国实用新型专利CN 200720040897.6公布了一种在梯形波纹板上设有凹凸状导液结构的新型板片。其导液结构呈倒V字形，使用冲压方式加工形成，槽深30～40mm。在安装布置上，两片板之间的间距在220～420mm之间。该板不易出现二次夹带现象，但仍然不能避免结垢现象。由于板间距大，该装置不能对较小当量直径的液滴实现分离。

中国发明专利CN 200610148271.7提供了一种新的环状波纹板。其叶片圆弧的曲率半径始终相同，在1.2～2m之间，叶片的高度在200mm以上。可将二次夹带的临界流速提高到5.5～6.5m/s左右，该板型对较小当量直径的液滴很难实现完全分离。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新型的波纹板流线型结构。该波纹板按照一定的间距多排平行布置后，形成的流道空间中没有尖锐的折弯结构，既可以避免结垢，易于连续工况下的清洗，又能显著提高当量直径在20μm以下的液滴的分离效率，并保证压降损失与已有的流线型波纹板压降相近。

本发明一种高效率的流线型波纹板，包括进口直边段(1)，凸起前侧段(2)，凸起段(3)，凸起后侧段(4)，出口直边段(5)。波纹板的上下两个表面形状不同，板厚连续变化。

本发明一种高效率的流线型波纹板，其特征在于：进口直边段(1)和出口直边段(5)的长度不同，但厚度相同，厚度值为δ。

本发明一种高效率的流线型波纹板，其特征在于：凸起前侧段(2)上下两个弧表面的曲率半径不同，下表面曲率半径大于上表面曲率半径。优选地，弧表面的曲率半径在50～300mm之间。板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～2δ之间。

本发明一种高效率的流线型波纹板，其特征在于：凸起段(3)的上下两个弧表面的圆心位置点不在竖直方向的同一条直线上。优选地，两圆心水平方向的间距为2±0.5mm，竖直方向的间距为16±0.5mm。两个弧表面的曲率半径也不同，下表面的曲率半径大于上表面的曲率半径。优选地，弧表面的曲率半径在20～35mm之间。板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～3.5δ之间。

本发明一种高效率的流线型波纹板，其特征在于：凸起后侧段(4)的上下两个弧表面的曲率半径不同，下表面的曲率半径大于上表面的曲率半径。优选地，弧表面的曲率半径在50～75mm之间。板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～δ之间。

由于本波纹板多排布置后会改变波纹板间流道形状，极大地提高了低气速工况下小粒径液滴的分离效率，对当量直径20μm以下的液滴也可以实现较好的分离。由于流道壁面仍然是光滑的流线几何形状，流体通过流道后并不会产生大的压降。气速6m/s时的空载气体压降可控制在30Pa以下。

附图说明

图1为一种三角形波纹板多排布置后的流道空间示意图。图中的箭头代表带液气体的流动方向。

图2为一种流线型波纹板多排布置后的流道空间示意图。图中的箭头代表带液气体的流动方向。

图3是一种高效率的流线型波纹板的结构示意图。该图是本波纹板在横截面方向上的示意图。

图4是波纹板两排布置后的流道空间示意图。图中的箭头代表带液气体的流动方向和液滴的轨迹示意。

图5是波纹板水平布置方式下的示意图。

图6是波纹板竖直布置方式下的示意图。

具体实施方式

将本波纹板按一定的横向间距多排平行布置后，形成一种新形状的流道空间，如图4所示，随着带液气体在流道中的运动，流道宽度是变化着的。具体表现为，随气体流动，流道先后经历了收窄——放宽——收窄——再放宽的过程。在圆弧凸起的两侧，流道被束窄，气体中夹带的液滴颗粒会脱出气流的运动轨迹，撞击到壁面上形成液膜而被分离。带液气体进入流道后，随着流道的收窄，大量液滴会撞击到凸起前侧的壁面附近；由于凸起流道内的宽度增加，流体在凸起区域内的回转角度增大；随着流道的第二次束窄，剩余的液滴颗粒会撞击在凸起后侧的壁面附近。

本波纹板可采用聚丙烯树脂材料(PP)，通过在成形模具中注塑成形。厚度δ可以加工到0.5～3mm。优选尺寸条件下，整个波纹板的最大厚度与最小厚度的差值仅为7±0.5mm。由于聚丙烯密度小，成形后的波纹板片重量轻，可在气液分离装置中大量、密集排布，对起支撑作用的悬臂梁载荷小，可以提高装置的整体强度。如布置在脱硫塔中，亦可有效地降低塔身载荷。成型后的波纹板具有较高的耐热性，可以在110-120℃的环境中持续使用并保证力学性能。本波纹板表面性能好，沉积于壁面的液膜仍然可以具备较好的流动性，有利于液相的滑落与分离。

本波纹板在应用中可以采用两种布置方式：水平布置(见图5)和竖直布置(见图6)。当波纹板水平布置时，含液气体水平进入波纹板间流道，液滴撞击到壁面上，受到重力作用沿竖直方向滑落，含液气进出口方向与液相脱离方向互相垂直，需要在分离器装置竖直下方设置液滴回收装置。当波纹板竖直布置时，含液气体竖直向上进入波纹板流道，液滴受重力作用沿入口方向反向向下滑落，含液气进出口方向与液相脱离方向平行。

波纹板的布置间距为15～40mm，具体间距取值视气速工况条件而定。以拉杆或夹具的方式实施固定。波纹板的布置排数和高度L由具体的分离处理量需求而定。

Claims (1)

1.一种高效率的流线型波纹板，包括进口直边段(1)，凸起前侧段(2)，凸起段(3)，凸起后侧段(4)，出口直边段(5)，波纹板的上下两个表面形状不同，板厚连续变化；凸起前侧段(2)的弧表面的曲率半径在50～300mm之间，凸起段(3)的弧表面的曲率半径在20～35mm之间，凸起后侧段(4)的弧表面的曲率半径在50～75mm之间；凸起前侧段(2)上下两个弧表面的曲率半径不同，下表面曲率半径大于上表面曲率半径，板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～2δ之间；凸起段(3)的上下两个弧表面的圆心位置点不在竖直方向的同一条直线上，两个弧表面的曲率半径也不同，下表面的曲率半径大于上表面的曲率半径，板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～3.5δ之间；凸起后侧段(4)的上下两个弧表面的曲率半径不同，下表面的曲率半径大于上表面的曲率半径，板厚连续变化，厚度范围在0.5δ～δ之间；进口直边段(1)和出口直边段(5)的长度不同，进口直边段(1)和出口直边段(5)的厚度均为δ，δ为0.5～3mm。