CN1078168A

CN1078168A - 除雾器

Info

Publication number: CN1078168A
Application number: CN93104237A
Authority: CN
Inventors: 迪特尔·沃兹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-04-29
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1993-11-10
Also published as: AU3563693A; ATE127704T1; EP0567930B1; DE59300579D1; US5269823A; JPH06134229A; AU652709B2; DE4214094C1; EP0567930A1; CA2088625A1

Abstract

一种从含液体的气流中除去液滴的除雾器，它包括多个波形型板，每个型板具有一个小波幅和小波长的半波形进口部分、一个大波幅和大波长的主波形中央部分以及一个小波幅和小波长的出口部分，所述型板构成具有转向部分的流动通道，气流在转向部分交替地加速和减速，其特征是：所述型板的波形对照正弦波作了变动，使得每个型板至少在其中央部分的除雾表面上的转折点朝着下游方向偏移。

Description

本发明涉及一种从含有液体的气流中除去液滴的除雾器，所述除雾器包括多个波形型板，每个型板具有一个小波幅和小波长的半波形进口部分、一个大波幅和大波长的主波形中央部分以及一个小波幅和小波长的出口部分，所述型板构成具有转向部分的流动通道，气流在转向部分中交替地加速和减速。

首先，简要地讨论一下所述类型的除雾器的主要特征和相关的技术术语。转向部分：从型板的端部延伸到型板下一个弯曲部分转折点，或者分别位于两个转折点之间。

初级液滴：是与气相一同进入除雾器的液滴。

液滴极限直径：直径大于此液滴极限直径的液滴在除雾器中处于附壁状态。然而在此可能出现液滴反射，其结果是，由于发生一次或多次“弹性反射”，这些液滴可能象台球一样穿过除雾器。因此，除雾器的气体下游中的实际液滴极限直径大于计算值，至今为止，还不能针对发生反射的情况对此计算值进行理论上的修正。

液滴夹带：当较大的液滴在气流的作用下从除雾器器壁上形成的积水中被抽吸出来时，就发生液滴夹带。

再夹带极限：如果在水平设置的除雾器中气流被垂直向上引导，则再夹带极限指的是在一定边界条件下使液滴夹带发生的气流速度，该速度为3.5-5.5米/秒。

次级液滴：指的是由于反射或夹带而能穿过除雾器的液滴。

在所有条件下都不要超过再夹带极限。再夹带极限一方面取决于气相的流速、液滴的载荷和液滴的尺寸分布以及上述气液两相的物理性质，但它在很大程度上还取决于除雾器型板的几何学条件。在这里，几何学条件涉及到表面粗糙度的宏观结构和微观结构。

例如在烟气脱硫设备的洗涤塔中，由于气流速度分布相当不均匀，所以尽管流速平均值远低于所述再夹带极限值，但在某些区域仍存在着超出这一极限的危险。因此，迫切需要除雾器具有高的再夹带极限，以便对于设计值有较大的安全裕度。另外，具有高的再夹带极限的除雾器能够使组件的横截面减小，由此可降低制造成本。再有，利用高的气流速度当然可以使得刚巧能除去的液滴的极限直径变得更小而流动速度增大，由此使通过除雾器的液滴的比率减小，从而带有剩余液滴的气体负载减小了。

当然，除雾器的压力损失通常应较小。这对于用在自然通风冷却塔中是十分有益的。但在烟气洗涤设备中，进入除雾器的气流可以是不均匀的，以便使除雾器中的压力损失有一定的升高，这对于建立均匀流动场是有利的。

对于那些于可能导致在型板部件上形成沉积的边界条件下使用的除雾器来说，一个关键的性能是要求它具有难于积垢和易于清理的几何学条件。在研制除雾器型板时，除了要考虑其加工工艺以外，其尺寸、材料要求和制造成本也是十分重要而必须加以考虑的。

上述类型的除雾器已投放市场多年了。

图1示出了一种常规除雾器的两个相邻的型板1和3，该除雾器包括倾斜延伸的排水槽5，被除掉的液体通过它流入阻流表面和挡板7之间的角部，挡板7每隔10厘米设置一块。这种除雾器可适用于垂直向上的较高的气流速度和气体的高液滴载荷，而不会有液滴夹带的危险。然而已经发现，在某些边界条件下，这种除雾器易于积垢，且不易于清理。其中一个原因是排水槽5近乎水平地延伸以及相邻的挡板7设置较密。挡板7可保护某些部分免受锥形射流的作用，这种锥形射流射向除雾器，用于清理积有固态污垢的表面。因此，要求除雾器既能提供至少与现有的一样高的除雾性能（有同样的液滴极限直径和同样的再夹带极限），又能避免上述缺陷，同时其制造成本还要低（例如用挤出成形代替注模成形）。

DE 37 02 830 C1所公开的除雾器基本上能满足这些要求。这种除雾器的一个特征是，在至少跨越两个有效反射或转向部分的两个相邻型板之间，有效通道横截面具有连续的锥度。这种除雾器的独特之处在于，在具有良好的除雾性能的同时，还具有特别小的压力损失。

GB 1，465，044 A公开了一种除雾器，其中，波长沿着主流动方向减小。SU 197，711 A公开并描述了一种具有旋转对称整体构形的除雾器，其中要求沿着流动方向增加波长和波幅。但是本发明的实质性教导在于：正交进入除雾器的气流，其波长和波幅最好被设计成先增大，然后减小，以使得较大的液滴被收集在前部，较小的初级液滴被收集在中部，而反射的较大液滴被收集在出口部，其结果是使得流动性能非常优越（较小的压力损失，较多的再夹带速度）。

根据Peter Engels的“用捕集器分离垂直上升气流中的水滴的研究”（请见RWTH Aachen，1971，“Untersuchungen des Abscheideverhaltens von Tropfenfanggittern in senkrecht aufsteigendem Luftstrom”），在一种具有本说明书第一段所述特征的除雾器中，它的轮廓线在图2中以实线表示，从图可见，在进口和出口侧为具有小波长和小波幅的波形（称为伴波），而在中部为具有大波长和大波幅的波形（称为主波）。主波和伴波都是标准的正弦波。

本发明的目的是提供一种除雾器，它具有非常好的除雾性能，有较小的液滴反射和较大的再夹带速度。

上述目的是利用本说明书第一段所述类型的除雾器来实现的，其中型板的波形相对于正弦波作了改变，使得至少在每个型板中部的除雾表面上的转折点向下游方向偏移。

本发明的除雾器型板由多个非正弦波段组成，其中，转折点相对于标准正弦波向下游方向的偏移，导致对液滴反射的抑制和再夹带速度的增大，因为这样做加大了撞击有效除雾表面的角度。

作为一种特别有利的设计，本发明的所述型板的轮廓线由下列尺寸规定限定：

λ_S1/H≈0.25-0.35，最好为0.30，

λ_S2/H≈0.25-0.50，最好为0.40，

λ_M/H≈0.50-0.75，最好为0.65，

a_S1/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_S2/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_M/H≈0.08-0.16，最好为0.12，

W₂/λ_M≈0.25-0.40，最好为0.35，

W₃/λ_M≈0.75-0.94，最好为0.86，

其中，λ_S1、λ_S2、λ_M为波长，a_S1、a_S2、a_M为波幅，W₁、W₂、W₃为所述转折点距各个波的极限波幅点的距离，H为整个型板的高度。

根据本发明的另一种有利的型板设计是针对型板具有有限厚度这一事实而作出的（该厚度是沿型板高度变化的）。按照这种设计，所述型板

a）基本上从进口平面垂直地延伸（误差为±10°，最好为0°），

b）包括一个不存在任何扩大的细长的第一转向部分（U1），它和排出气流的方向成α≈5-35°最好为15°）的倾斜角，并延伸至型板高度（H）的5-20%（最好为10%），

c）包括一个与所述第一转向部分（U1）相反的第二转向部分（U2），它和位于第一转向部分（U1）后面的倾斜的型板部分（2，12）成β≈40-80°（最好为60°）的倾斜角，第二转向部分占据型板高度（H）的13-35%（最好为23%），其中在占据型板高度（H）的5-18%（最好为7%）的第二转向部分（U2）的内侧面具有一个曲率半径（r_2.1），而在占据型板高度（H）的6-20%（最好为9%）的第二转折部分的外侧面具有另一个曲率半径（r_2.2），

d）包括一个与所述第二转向部分（U2）相反的第三转向部分（U3），它与位于第二转向部分（U2）后面的倾斜的型板部分（4，14）成γ≈70-110°（最好为90°）的倾斜角，所述第三转向部分占据型板高度（H）的15-45%（最好为35%），其中在占据型板高度（H）的3-12%（最好为5%）的第三转折部分（U3）的内侧面具有一个曲率半径（r_3.2），而在占据型板高度（H）的6-18%（最好为10%）的第三转折部分（U3）的外侧面具有另一个曲率半径（r_3.1），

e）包括一个与所述第三转向部分（U3）相反的第四转向部分（U4），它与位于第三转向部分（U3）后面的倾斜的型板部分（6，16）成δ≈38-75°（最好为60°）的倾斜角，所述第四转向部分占据型板高度（H）的10-20%（最好为16%），其中在占据型板高度（H）的2-10%（最好为4%）的第四转向部分的内侧面具有一个曲率半径（r_4.1），而在占据型板高度（H）的6-15%（最好为10%）的第四转折部分的外侧面具有另一个曲率半径（r_4.2），

f）包括一个与所述第四转向部分相反的第五转向部分（U5），它与排出气流方向成ε≈0-30°（最好为20°）的倾斜角，所述第五转向部分占据型板高度（H）的0-20%（最好为15%）。

在这种型板上游的第一转折部分的平均厚度保持小于两相邻型板轮廓线间的距离的20%。另外，在根据本发明的一个优选除雾器中，型板曲率的变化沿着型板高度基本上是恒定的。

本发明的型板的波形不是正弦波形，而是不对称的。利用这种型板，再夹带速度可从目前市售产品的最佳值大约5米/秒（水平设置）提高到大约6米/秒，而除雾性能保持相同水平（即相同的液滴极限直径）。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。图中：

图1是目前市售的除雾器的两型板的透视图。

图2是除雾器两型板的轮廓线的对照图，其中实线表示按照Engels论文设计的型板，而虚线表示按照本发明设计的型板。

图3表示根据本发明的除雾器的一个实施例的相邻型板，其中，以虚线表示了属于本发明范围内的型板的变型形式。

图4是一个与图3类似的局部视图，它表示了本发明的除雾器的型板的另一种变型形式，它特别适用于高的再夹带速度。

图5是一个曲线图，其中，对于本发明除雾器的型板两侧面的型板高度H与曲率半径r的比值，图中在纵坐标上以虚线表示了图3或图4型板左侧面的比值，而以点划线表示了型板右侧面的比值，图中的横坐标表示逐渐延伸的型板长度S相对于型板总长S的比值。

图2-4中所示的型板具有5个转向部分U，该转向部分U从型板轮廓的一个转折点W延伸到下一个转折点W。左侧转折点和右侧转折点并不一定相互正对。

在进口区域，型板弯曲成超过与进口平面垂直（过弯曲）。利用图2-4所示的构形，这种过弯曲朝着进口平面消失，使得型板的轮廓线（中心线）与进口平面垂直地收尾。以这种方式形成了一种进口伴波，它在流体技术方面是有利的。这种构形所能实现的特殊功效是，即使是一股倾斜的气流进入除雾器，较大的液滴也几乎不可能直接飞穿到第三除雾表面。如果这种现象仍在一定程度上发生的话，那么它也能捕获到液滴的碎珠，这些碎珠特别是当较大的液滴撞击到下游除雾表面上的湿壁部分时生成的。

在图2中，参数λ_S1、λ_S2表示沿着主波上游方向和下游方向的短伴波的波长，主波的波长由λ_M表示。a_S1和a_S2表示半波的波幅，而a_M表示主波的波幅。W₁、W₂和W₃表示转折点距上述波的极限波幅点的距离，而H是整个型板的高度。

图中实线正弦波形对应于Engels论文中提议的型板形状，而虚线表示了根据本发明的型板形状。显而易见，本发明的型板的主波的转折点W₂和W₃相对于标准正弦波的相应转折点（未标号）沿流动方向向后偏移。由此产生的效果是：在点划线表示的中心轴线A左侧，在液滴按箭头T所示预定方向到达的区域，采用本发明的型板时的撞击角θ′比采用Engels的正弦波型板时的撞击角θ要大，因此，液滴的反射将会减弱。当然可以理解，中心轴线A右侧区域的情况与之相反，不过这无关紧要，因为撞击在这一侧区域中的液滴在任何情况下都将以一个能基本上抑制反射的角度进行撞击。通过使用带有沿流动方向向后偏移的转折点W₂和W₃的虚线表示的非正弦波型板，能够显著地提高除雾效率。

应该注意到，在伴波区域中的转折点W₁和W₄并不需相对于正弦波型板的相应转折点偏移。

下面对图3所示的型板加以说明。

图3示出了具有型板段2、4、6和8的型板，它们延伸在总共5个转向部分U1-U5之间，它们是根据本发明的基本构思构形的，并适当考虑了液滴和壁面之间以及液滴与覆盖在壁面上的液膜之间可能的相互作用（可能的相互作用是指：液滴反射，液滴破坏及液滴聚集）。另一个目的是想在气流撞击在由聚集的液滴在壁上形成的液膜上时获得剪切应力的最优分布，这对于达到高的再夹带极限是十分重要的。为了准确地说明这些型板和为了说清它们与先有技术的关系，最好采用与介绍图2中的轮廓线时所用符号不同的符号。

在前面区域的过弯曲部分，如由两个选择方案表示的那样，角度α约为5-35°，最好为15°，其中在第一个转向部分U1后面已经形成一个发散通道延伸段。因此，任何到达所述区域的“陷阱”中的液体，当阻流板盒倾斜时，都会侧向排出。在型板的这一侧，由于通道的发散和弯曲，气流仅给液膜施加小的剪切应力，因此只要气流不超过非常高的再夹带速度，液膜就不会被拉向分离通道的出口。

作为主波的进口部分的第二转向部分（U2）仍然比较细长（β≈40-80°，最好为60°），因此只有大液滴被收集在分离表面A2上。这样做的一个优点是：收集在此的液体数量不会过多，使得这一部分内的再夹带极限只有在更高的速度上才能达到。较小的液滴主要被收集在第三转向部分U3后面的分离表面A3上，这是因为第三转向部分具有较大的转向角（γ≈70-110°，最好90°）。第三转向部分U3同样先发散而后会聚，其理由与转向部分U2一样。为了在气流倾斜地进入除雾器进口平面时（在烟气脱硫设备的洗涤装置中会经常出现这种情况）也能最大限度地除掉液滴，在下游侧提供了一个发散/会聚的第四转向部分U4，它具有一个除雾表面A4。在这里，转向角（δ≈38-75°，最好为50°）将再次变小，因为将要被收集在除雾器表面A4上的不是细小的初级液滴，而大部分是较大的次级液滴，这些液滴在气流倾斜进入的情况下已经到过表面A3但并未在此被收集，而是撞碎成较小的液滴，然而这些较小的液滴的直径仍然明显地大于理论的液滴极限直径。第四转向部分U4的后面是第五转向部分U5（ε≈0-30°），第五转向部分的主要功能是产生一个正交的输出气流，这从流体力学方面看（出口伴波）是一个优点。如果需要从除雾器出口获得倾斜的输出气流，以供入后续的气流通道，那么可不必降低出口侧型板的过弯曲度。

另外，在第四转向部分U4中，型板已经增厚到其最终厚度。

图3所示的型板基本上与图4所示的构形相同，并且遵循图2所示的相同的尺寸规定。但是，图4所示的型板在实现特别高的再夹带速度方面优于图3所示的型板。图4所示的型板包括型板部分12、14、16和18，它们基本上对应于前述的型板部分2、4、6和8。但是，图4中转向部分U1、U2、U3、U4、U5相互间的倾斜角α、β、γ、δ、ε的大小与图3中的不同。另外，图4所示的整个型板比图3所示的要细，即具有较小的型板厚度。不过，节距t，即两相邻型板的轮廓线间的距离，基本上与图3中的相同。

此外，图4中的转折点W由两个脚注表示，第一脚注表示转向部分的序号，第二个脚注表示型板的侧面位置，在此，型板的左侧面由数字1表示，其右侧面由数字2表示。因此，标号W_1.2表示的就是第一转向部分U1下游的在型板右侧表面上的转折点，以此类推。明显可见，有效表面A1、A2、A3和A4上的转折点，沿着流动方向来看，已经偏移到不起除雾作用的壁面的转折点的上游。带有相应脚注的小写字母W分别表示相应转折点距进口平面E的距离（仅对第一和第二转折点W_1.1和W_1.2），和主波的转折点距第二转向部分U2上的波峰的距离，以及表示出口伴波上的转折点距第四转向部分U4的距离。

另外，图4还示出了各转向部分U1至U5在型板每一侧的不同弯曲部分的曲率半径r。曲率半径r带有类似于转折点W的双重脚注。

利用图4所示的这些数据，就可以设计出一种在再夹带极限方面很有优越性的型板。

图5示出了图3所示的除雾器与图1所示的市售除雾器相比在型板每侧的弯曲度。图5的纵坐标表示型板高度H对相应的曲率半径r的比值，而其横坐标表示沿型板方向的各段长度S相对于型板总长S的比值。左侧的弯曲度s₁由虚线表示，而图3所示的型板的右侧弯曲度s₂用点划线表示。另外，图5还示出了转折点W₁、W₂、W₃、W₄的位置（其脚注表示它所在的转向部分）。

明显可见，与图1所示的市售常规型板相比，本发明的型板沿其弯曲部分不存在非连续性。这是本发明的型板特别成功的一个原因。为了解释超出图1所示的正常型板长度的弯曲度函数K的矩形形状，应该注意到，对于图1所示的型板，其平面部分由圆弧连接。因此，弯曲度函数K为一种阶梯函数，其偏移在0-1/r＝13之间。

对图3所示的本发明型板的虚线曲线和点划线曲线的比较表明，除了在型板的进口和出口部分的不同形状以及极端位置以外，型板两侧面上的弯曲度s₁和s₂大致相等。这使得型板两侧面上的转折点W₁至W₄实际上相应重合。曲线在进口和出口部分的不同形状起因于这样一个事实：在数学上，将顺时针连续定义为负，而将逆时针连续定义为正。

Claims

1、一种从含液体的气流中除去液滴的除雾器，它包括多个波形型板，每个型板具有一个小波幅和小波长的半波形进口部分、一个大波幅和大波长的主波形中央部分以及一个小波幅和小波长的出口部分，所述型板构成具有转向部分的流动通道，气流在转向部分交替地加速和减速，其特征是：所述型板的波形对照正弦波作了变动，使得每个型板至少在其中央部分的除雾表面上的转折点朝着下游方向偏移。

2、根据权利要求1的除雾器，其特征是，所述型板的轮廓线由下列尺寸规定限定：

λ_S1/H≈0.25-0.35，最好为0.30，

λ_S2/H≈0.25-0.50，最好为0.40，

λ_M/H≈0.50-0.75，最好为0.65，

a_S1/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_S2/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_M/H≈0.08-0.16，最好为0.12，

W₂/λ_M≈0.25-0.40，最好为0.35，

W₃/λ_M≈0.75-0.94，最好为0.86，

3、根据权利要求1的除雾器，其特征是所述型板

b）包括一个不存在任何有关系的扩大的细长的第一转向部分（U1），它和排出气流的方向成α≈5-35°（最好为15°）的倾斜角，并延伸至型板高度（H）的5-20%（最好为10%），

d）包括一个与所述第二转向部分（U2）相反的第三转向部分（U3），它与位于第二转向部分（U2）后面的倾斜的型板部分（4，14）成γ≈70-110°（最好为90°）的倾斜角，所述第三转向部分占据型板高度（H）的15-45%（最好为35%），其中在占据型板高度（H）的3-12%（最好为5%）的第三转向部分（U3）的内侧面具有一个曲率半径（r_3.2），而在占据型板高度（H）的约6-18%（最好为10%）的第三转向部分（U3）的外侧面具有另一个曲率半径（r_3.1），

e）包括一个与所述第三转向部分（U3）相反的第四转向部分（U4），它与位于第三转向部分（U3）后面的倾斜的型板部分（6，16）成δ≈38-75°（最好为60°）的倾斜角，所述第四转向部分占据型板高度（H）的10-20%（最好为16%），其中在占据型板高度（H）的2-10%（最好为4%）的第四转向部分的内侧面具有一个曲率半径（r_4.1），而在占据型板高度（H）的6-15%（最好为10%）的第四转向部分的外侧面具有另一个曲率半径（r_4.2），

f）包括一个与所述第四转向部分（U4）相反的第五转向部分（U5），它与排出气流方向成ε≈0-30°（最好为20°）的倾斜角，所述第五转向部分占据型板高度（H）的0-20%（最好为15%）。

4、根据权利要求1的除雾器，其特征是，在每个型板上游的第一转向部分的型板厚度（s）的平均值小于两个相邻型板的轮廓线的节距（t）的20%。

5、根据权利要求3的除雾器，其特征是，所述型板的曲率度变化沿着型板高度（H）基本上是均匀的。

6、根据权利要求2的除雾器，其特征是，在每个型板上游的第一转向部分的型板厚度（s）的平均值小于两个相邻型板的轮廓线的节距（t）的20%。

7、根据权利要求3的除雾器，其特征是，在每个型板上游的第一转向部分的型板厚度（s）的平均值小于两个相邻型板的轮廓的节距（t）的20%。

8、一种从含液体的气流中除去液滴的除雾器，它包括多个波形型板，每个型板具有一个小波幅和小波长的半波形进口部分、一个大波幅和大波长的主波形中央部分以及一个小波幅和小波长的出口部分，所述型板构成具有转向部分的流动通道，气流在转向部分交替地加速和减速，其特征是：所述型板的轮廓线由下列尺寸规定限定：

λ_S1/H≈0.25-0.35，最好为0.30，

λ_S2/H≈0.25-0.50，最好为0.40，

λ_M/H≈0.50-0.75，最好为0.65，

a_S1/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_S2/H≈0.01-0.04，最好为0.025，

a_M/H≈0.08-0.16，最好为0.12，

W₂/λ_M≈0.25-0.40，最好为0.35，

W₃/λ_M≈0.75-0.94，最好为0.86，

9、根据权利要求8的除雾器，其特征是，所述型板

c）包括一个与所述第一转向部分（U1）相反的第二转向部分（U2），它和位于第一转向部分（U1）后面的倾斜的型板部分（2，12）成β≈40-80°（最好为60°）的倾斜角，第二转向部分占据型板高度（H）的13-35%（最好为（23%），其中在占据型板高度（H）的5-18%（最好为7%）的第二转向部分（U2）的内侧面具有一个曲率半径（r_2.1），而在占据型板高度（H）的6-20%（最好为9%）的第二转向部分的外侧面具有另一个曲率半径（r_2.2），

d）包括一个与所述第二转向部分（U2）相反的第三转向部分（U3），它与位于第二转向部分（U2）后面的倾斜的型板部分（4，14）成γ≈70-110°（最好为90°）的倾斜角，所述第三转向部分占据型板高度（H）的15-45%（最好为35%），其中在占据型板高度（H）的3-12%（最好为5%）的第三转向部分（U3）的内侧面具有一个曲率半径（r_3.2），而在占据型板高度（H）的6-18%（最好为10%）的第三转向部分（U3）的外侧面具有另一个曲率半径（r_3.1），

f）包括一个与所述第四转向部分相反的第五转向部分（U5），它与排出气流方向成ε≈0-30°（最好为20°）的倾斜角，所述第五转向部分占据型板高度（H）的0-20%（最好为15%）（图4）。