CN111589231A - 一种除雾辅助系统、旋流板除雾器及烟囱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除雾辅助系统、旋流板除雾器及烟囱装置。所公开的除雾辅助系统包括主体筒，所述主体筒上端部边缘朝筒内中心水平延伸一定宽度形成挡流环，所述挡流环上开设有至少一个导液孔；所述挡流环内边缘向上延伸形成导流筒；所述主体筒侧壁上沿主体筒的至少一个水平周向开设有多个均匀分布的捕液狭缝，且各捕液狭缝相对主体筒轴线为倾斜状；主体筒内上升烟气中的蒸汽冷凝出的液滴被收集至挡流环后经主体筒外壁流至筒底被收集。所公开的旋流板除雾器与烟囱装置安装有上述系统。本发明的除雾辅助系统可以有效收集由于离心作用甩在壁面的液膜，也可以有效抑制液膜被壁面附近高速流动的烟气撕裂导致的二次携带。

Description

一种除雾辅助系统、旋流板除雾器及烟囱装置

技术领域

本发明涉及气液分离装置，具体涉及一种除雾辅助系统和旋流板除雾器。

背景技术

旋流板(也称旋流器)是一种常见的气液分离装置，也成旋流板除雾器，气流通过旋流板中的叶片时产生旋转和离心运动，离心力使得液滴甩向塔壁，液滴受重力作用沿着塔壁流下，从而从气流中分离。旋流板具有分离效率高、阻力小、不易堵塞等优点，已在广泛的领域得到应用。目前大部分旋流板除雾器只设有旋流板，遇烟气中冷凝液滴的量增大时，常出现烟囱雨的现象。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的是提供所述主体筒上端部边缘朝筒内中心水平延伸一定宽度形成挡流环，所述挡流环上开设有至少一个导液孔；所述挡流环内边缘向上延伸形成导流筒；所述主体筒侧壁上沿主体筒的至少一个水平周向开设有多个均匀分布的捕液狭缝，且各捕液狭缝相对主体筒轴线为倾斜状，同时多个捕液狭缝的倾斜方向相同。主体筒内上升烟气中的蒸汽冷凝出的液滴被收集至挡流环后经主体筒外壁流至筒底被收集。

优选的，所述捕液狭缝的倾斜方向与烟气上升螺旋上最开始与捕液狭缝接触的点的切线相互垂直。

优选的，对于周向中的任意两个相邻捕液狭缝AB与捕液狭缝CD，捕液狭缝CD在平面M上的投影C′D′与捕液狭缝AB长度方向上没有间隔，平面M为过捕液狭缝AB长中线且垂直捕液狭缝AB矩形面的平面。

优选的，所述主体筒高度为烟气上升螺旋螺距的1-2倍。

优选的，所述导液孔形状为扇形环孔，且多个扇形环孔均匀分布在挡流环上。

优选的，所述导流筒为倒锥形。

进一步，所述主体筒底部设有集液装置，该集液装置与主体筒外壁连通，用于收集主体筒底部的液体。

可选的，所述集液装置包括至少一根降液管，至少一根降液管沿周向安装在主体筒底部且与主体筒外壁连通，每个降液管上设有L型或S型管路。

更进一步，主体筒的底部连接有安装环板，且安装环板的外径大于主体筒的外径。

优选的，所述主体筒外设有加强环板，且加强环板位于主体筒轴向上的中部区域，所述加强环板与主体筒外壁局部连接以不影响主体筒外壁上液体的流动，所述加强环板与所述安装环板之间连接有加强筋；所述主体筒外壁与安装环板之间设有多个加强筋板。

同时，本发明提供了一种旋流板除雾器。为此，本发明所提供的旋流板除雾器包括上述除雾辅助系统和旋流板，所述旋流板安装于所述除雾辅助系统主体筒底部。

优选的，所述旋流板包括多个叶片，所述主体筒侧壁上位于同一个水平周向的捕液狭缝个数与叶片个数相同。

本发明还提供了一种烟囱装置。本发明所提供的烟囱装置包括烟囱，该烟囱出口处安装有旋流板，所述烟囱出口处安装有上述的除雾辅助系统，且所述除雾辅助系统位于旋流板上方，所述主体筒外壁与烟囱内壁之间形成集液腔。烟囱中的烟汽烟气进入主体筒内，烟气中的蒸汽液滴在离心力的作用下甩到烟囱内壁，当烟囱内壁附近烟气流速过高，携带壁面液膜向上流动时，液膜被收集至挡流环形挡流环成液体拦截，之后液体经主体筒外壁和集液腔流至筒底被收集。

优选的，所述主体筒外径为烟囱主体塔内径的0.81-0.85倍。

相对于现有技术，本发明的除雾辅助系统可以有效收集由于离心作用甩在烟囱内壁面的液膜，也可以有效抑制液膜被壁面高速流动的烟气撕裂造成的二次携带；其中的挡流环，位于主体筒顶部，一旦主体筒内壁面附近烟气流速过大，主体筒内壁的液膜呈现出向上流动的趋势，挡流环可有效阻拦向上流动的液膜；并且，挡流环可将烟气速度峰值区向轴心推移，使烟囱壁面附件烟气流速降低，削弱二次携带作用；同时挡流环上的导液孔可以一方面将液膜导出，将液膜破除，当液膜向上流动至挡流环，部分液体通过导液孔排出筒外，沿着主体筒外壁或进入主体筒与烟囱之间流至筒底被收集。进一步可通过降液管排出。

本发明针对已建的旋流板除雾器系统运行中存在的烟囱雨问题，在不破坏烟囱内部防腐的前提下，可通过改造旋流板，进行液滴捕集、阻挡与排放，同时降低烟囱壁面附件烟气流速，从而改善旋流板气液分离后液滴二次携带的现象，进而解决烟囱雨问题。

另一方面，相对于现有设有外筒的旋流板，本发明的除雾器中的旋流板外筒上部安装主体筒，整体增高，主体筒壁面的捕集液滴的缝隙和顶部设有导液孔的挡流环可以有效排液并降低烟囱壁面烟气流速，从这两个方面削弱壁面液膜被高速流动的烟气撕裂从而产生的二次携带现象，削弱烟囱雨的危害。

本发明适用于对正在运行的具有烟囱雨问题的工程改造，无需重建烟囱，并且不会破坏或影响烟囱内部防腐结构层。采用本发明的结构可避免烟囱变径，结构更简单。尤其是，针对已建的烟塔合一装置运行中存在的烟囱雨问题，本发明可在不破坏烟囱内部防腐和烟囱出口CEMS检测的前提下，通过设计除雾辅助系统，进行液滴捕集、阻挡与排放，同时降低烟囱壁面烟气流速，从而改善旋流板气液分离后液滴二次携带的现象，进而解决烟囱雨问题。烟囱装置中主体筒与烟囱之间的空间形成集液腔，液体可从集液腔下方排走。

附图说明

图1为本发明除雾辅助系统的结构参考示意图；

图2为图1的除雾辅助系统中安装有旋流板的内部结构示意图；

图3为安装有本发明的旋流板除雾器的烟囱俯视图；

图4为本发明除雾辅助系统中捕液狭缝位置关系原理示意图；图中箭头指向为投影方向，AB、CD代表任意两个周向相邻的捕液狭缝，C′D′代表CD投影；

图5是图4的反面原理示意图；

图6(a)、(b)、(c)分别是A、B、C三种结构的压力损失示意图。

具体实施方式

除非特殊情况有其他限制，否则下列定义适用于本说明书中使用的术语。此外，除非另行进行说明，否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的技术人员通常理解是一样的。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。

对于本发明而言，本申请文件中所使用的一些术语的含义如下：

如本文中所用，方向性术语“水平”、“上”、“内”、“轴向”、“周向”、“长”、“长度方向”等方向或方位性词语与说明书附图纸面上的具体方向或附图中所示空间的相应方向一致。

本发明的除雾辅助系统主体结构为一筒体，该主体筒侧壁上开设有至少一圈或者位于一水平周向上的捕液狭缝，每一圈有多个均匀分布的捕液狭缝，且每个捕液狭缝相对主体筒轴线为倾斜状，同时主体筒的上端边缘朝桶内水平状延伸一定宽度形成(包括设有或安装有)挡流环，并且，该挡流环上开设有通孔作为导液孔；为了更好实现除雾效果，沿着挡流环内侧边缘延伸一定高度形成(包括设有或安装有)导流筒，主体筒内上升烟气中的液滴被收集至挡流环后经主体筒外壁流至筒底被收集。主体筒、挡流环和导流筒可以呈一体化加工，也可分别加工好后组装在一起。

主体筒顶部挡流环的宽度可根据液膜厚度确定，壁面附近烟气流速过大，主体筒壁面的液膜呈现出向上流动的趋势，位于主体筒顶部的挡流环可有效拦截向上流动的液膜。

挡流环上开设通孔作为导液孔，当主体筒内壁面附近烟气流速过高，带动液体向上流动，液体碰到挡流环后，液膜被导液孔导出，液体在惯性作用下通过导液孔排出主体筒外，顺着筒外壁下流或/和进入主体筒与烟囱之间的环形空腔，通过降液管排出。导液孔可优选沿环形面分布的多个扇状环。

更具体的或优选的方案中，主体筒上设有一圈、两圈或三圈倾斜方向相同的捕液狭缝，可根据具体的工况确定。进一步优选的方案中，捕液狭缝在其长度方向上倾斜且倾斜方向与主体筒内烟气上升过程中最开始与捕液狭缝接触的螺旋(烟气在烟囱或主体筒中是以螺旋状上升，可称为烟气上升螺旋)上的部位的切线垂直。

本发明的每个捕液狭缝的尺寸设计可遵循图4所示技术指导或原则：即对于同一层或同一圈中的任意两个相邻狭缝AB与狭缝CD，做过狭缝AB长度方向中线且垂直狭缝AB矩形面的平面M，CD在平面M上的投影C′D′与AB长度方向上没有间隔。而图5所示是存在间隔情况。

主体筒顶部所设导流筒的作用是对剩余的烟气进行导流，主体筒的形状优选倒锥形，倒锥形导流筒位于挡流环板的内环。

进一步的方案中，主体筒底部设有集液装置。具体的方案中，集液装置可设计为多个管状结构的降液管，多根降液管分散安装于主体筒底部。优选的方案中，降液管管路上设置“L”形或“S”形水封，防止烟气短路对烟囱和主体筒之间的集液空腔排水造成影响，同时因为烟囱壁面附近烟气流速更低，避免过多烟气进入降液管。

在实现除雾辅助系统的安装方面，本发明提供了多种可选择的方案，但又不限于这些方案，其中一种方案是，在主体筒底部安装有连接环板，该连接环板上开设有排液用的通孔，进一步该通孔底部设有集液装置或降液管；该方案中的连接环板用于将除雾辅助系统安装于烟囱内，且连接环板的外径与烟囱内径相当。进一步，可在主体筒外部与连接环板之间设多个沿筒体周向分布的加强筋板。还有一种是在该方案基础上更进一步的方案，主体筒外位于主体筒高度方向中部位置处设有加强环板，该加强环板与主体筒外壁直接连接，但不影响主体筒外壁与烟囱之间的集液腔的工作空间，除此之外，还可以在加强环板与连接环板之间设有多根加强筋。

本发明的旋流板除雾器包括上述除雾器辅助系统和旋流板，对于没有外筒的旋流板安装于主体筒底部并位于筒内，对于有外筒的旋流板，主体筒直接安装在外筒上部。对于设有多个叶片的旋流板，多个叶片相对于主体筒轴线或烟囱轴线倾斜安装，且相邻叶片之间有空隙。优选的方案是，主体筒侧壁上每一圈捕液狭缝的个数与旋流板中叶片的个数相同。一般当烟囱内径大于1m时，叶片数目大于24，安装角度θ取值范围为22.5°<θ<30°。

本发明的烟囱装置是安装有上述除雾辅助系统或上述旋流板除雾器的烟囱装置，其中除雾辅助系统安装于烟囱中且位于旋流板上方或位于烟囱中原有的旋流板上方，同时，主体筒外壁与烟囱内壁之间的空腔为集液腔，从导流孔排出的液体可经该腔体被收集。进一步，为提高气液分离效率，提高烟囱内部空间利用率，同时实现从主体筒至烟囱内壁处的烟气扩散流速下降，可根据烟囱内径尺寸确定主体筒外径，优选方案中，主体筒外径d可取烟囱内径d₁的0.81-0.85倍。具有更好效果的方案是，还可以根据烟气流体的运动形态确定主体筒高度，例如，主体筒高度h取烟气上升螺旋螺距L的1-2倍，主体筒与烟囱之间形成环形空腔集液槽结构。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

结合图1所示，一种具体的除雾辅助系统包括主体筒1、设在主体筒顶端部内边缘的挡流环4，挡流环内边缘设有倒锥形导流筒3，主体筒侧壁上开设有两层倾斜方向相同的捕液狭缝5且两层捕液狭缝靠近主体筒的顶端，挡流环上均匀开设8个扇形环孔6，其中主体筒与挡流环为一体结构，挡流环与导流筒焊接。

该实施例中，各捕液狭缝为长为470mm、宽为30mm的矩形，各捕液狭缝的倾斜方向与烟气上升螺旋上最开始与捕液狭缝接触的点的切线相互垂直；挡流环宽80mm，每个扇形环孔弧度均为20°、宽为30mm，扇形环孔周向总长度占挡流环板外径长度的40％；倒锥形导流筒的母线与主体筒中心轴夹角为45°，倒锥形底面(上方面)直径为烟囱内径和主体筒外径的平均值。各部件采用316L不锈钢板制作，厚度为5mm。

实施例2：

在实施例1方案基础上，可以选择在主体筒底部焊接连接环板2，连接环板上开有三个通孔，各通孔下方安装有降液管10，具体为3根直径为40mm的降液管沿周向均布，长度1m，上端与连接环板平齐，每个降液管呈“S”形；连接环板与主体筒底部连接处设置12块加强筋板14，沿周向每隔22.5°布置一块，用于加强连接环板2与主体筒连接的强度。

实施例3：

还有一种可以选择方案是，在实施例2中的主体筒外中部区域设加强环板，加强环板9位于两层捕液狭缝5之间，加强环板9与连接环板2通过4个两两相邻90°的加强筋15连接，增加主体筒的强度和刚性。

实施例4：

参考图2和3所示，该实施例的旋流板除雾器是在上述实施例1或2中的除雾器辅助系统底部安装有旋流板，旋流板包括内筒11、盲板8和叶片7；其中旋流板除雾器系统的固定方式为：

主体筒、内筒11、盲板8、叶片7等焊接为一个整体，具体是，叶片焊接在主体筒与内筒之间，多个叶片相对于主体筒轴线或烟囱轴线倾斜安装，且相邻叶片之间有空隙，盲板为一个实心圆板，焊接在内筒内。

同一周向上的捕液狭缝的个数与叶片的个数相同，捕液狭缝的倾斜方向与烟气上升螺旋切线垂直。

参考图3所示，图该旋流板除雾器可由烟囱顶部吊装进入烟囱12内，主体筒外壁与烟囱内壁之间形成集液腔13，集液腔底部设集液装置或连接环板和集液装置，其中烟囱内径为1.8m、叶片数目为32个，安装角度为26°。

在FLUENT软件中进行仿真对比只有旋流板(实施例4中所述旋流板,方案A)、旋流板加设主体筒和主体筒顶部设有倒锥形导流筒(即实施例4中相关结构没有挡流环,方案B)、实施例4(方案C)三种结构的压损和烟囱内壁面最高流速，本发明的辅助系统可使烟囱壁面附件烟气速度峰值下降15.8％。

表1以上三种方案结构的压损和烟囱内壁面烟气最大流速

Claims (14)

1.一种除雾辅助系统，其特征在于，包括主体筒，所述主体筒上端部边缘朝筒内中心水平延伸一定宽度形成挡流环，所述挡流环上开设有至少一个导液孔；

所述挡流环内边缘向上延伸形成导流筒；

所述主体筒侧壁上沿主体筒的至少一个水平周向开设有多个均匀分布的捕液狭缝，且各捕液狭缝相对主体筒轴线为倾斜状，同时多个捕液狭缝的倾斜方向相同。

2.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述捕液狭缝的倾斜方向与烟气上升螺旋上最开始与捕液狭缝接触的点的切线相互垂直。

3.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，对于周向中的任意两个相邻捕液狭缝AB与捕液狭缝CD，捕液狭缝CD在平面M上的投影C′D′与捕液狭缝AB长度方向上没有间隔，平面M为过捕液狭缝AB长中线且垂直捕液狭缝AB矩形面的平面。

4.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述主体筒高度为烟气上升螺旋螺距的1-2倍。

5.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述导液孔形状为扇形环孔，且多个扇形环孔均匀分布在挡流环上。

6.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述导流筒为倒锥形。

7.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述主体筒底部设有集液装置，该集液装置与主体筒外壁连通。

8.如权利要求7所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述集液装置包括至少一根降液管，至少一根降液管沿周向安装在主体筒底部且与主体筒外壁连通，每个降液管上设有L型或S型管路。

9.如权利要求1所述的除雾辅助系统，其特征在于，主体筒的底部连接有安装环板，且安装环板的外径大于主体筒的外径。

10.如权利要求9所述的除雾辅助系统，其特征在于，所述主体筒外设有加强环板，且加强环板位于主体筒轴向上的中部区域，所述加强环板与主体筒外壁局部连接，所述加强环板与所述安装环板之间连接有加强筋；所述主体筒外壁与安装环板之间设有多个加强筋板。

11.一种旋流板除雾器，其特征在于，包括权利要求1所述除雾辅助系统和旋流板，所述旋流板安装于所述除雾辅助系统主体筒底部。

12.如权利要求11所述的旋流板除雾器，其特征在于，所述旋流板包括多个叶片，所述主体筒侧壁上位于同一个水平周向的捕液狭缝个数与叶片个数相同。

13.一种烟囱装置，包括烟囱，该烟囱出口处安装有旋流板，其特征在于，所述烟囱出口处安装有权利要求1所述的除雾辅助系统，且所述除雾辅助系统位于旋流板上方，所述主体筒外壁与烟囱内壁之间形成集液腔。

14.如权利要求13所述的烟囱装置，其特征在于，所述主体筒外径为烟囱主体塔内径的0.81-0.85倍。

Images