CN115090037A - 一种高精度气液分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度气液分离装置，涉及气液分离技术领域，包括罐体、风机、设置于罐体内的叶片分离器、控制系统和冲洗系统，本发明采用控制系统自动控制风机的工作转速使得出气管道内的气体湿度和粉尘浓度均处于控制系统所设定的定值，且当出气管道和进气管道内的气压差超过所设定的压差阈值时，控制系统即控制冲洗系统对叶片分离器进行冲洗，无需人工查看现场的工作状况，控制系统自动控制风机工作的稳定性较高，进而提高了气液分离的精度、降低了人员巡视管理的强度、节省了人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及气液分离技术领域，特别是涉及一种高精度气液分离装置。
背景技术
气体分离装置是用于对工业生产过程中产生的含液体、含粉尘等固液多相流废气进行液体、粉尘分离的设备；随着科技的发展，现代工业对循环利用的气体洁净度需求提高，同时随着国家对环境治理的力度逐步加大，对工业生产废气排放、工作环境等要求也越来越严格；目前国内工业废气的净化设备的精准控制技术还处于空白阶段，因此针对此现状迫切需要针对化工、冶炼、工业炉窑生产过程中产生的废气净化需求开发一套高效气体净化装备及其控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度气液分离装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高气液分离的精度、降低人员巡视管理的强度、节省人工成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种高精度气液分离装置，包括罐体、风机和设置于所述罐体内的叶片分离器，所述罐体具备进气口和出气口，所述叶片分离器用于对所述罐体内的气体进行气液分离，所述进气口连通有进气管道，所述出气口连通有出气管道；
还包括控制系统和冲洗系统，所述进气管道和所述出气管道内均设置有湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器；所述湿度传感器、所述粉尘浓度传感器、所述风机和所述压力传感器均与所述控制系统通信连接；
所述控制系统控制所述风机的工作转速以使得所述出气管道内的气体湿度和粉尘浓度均处于所述控制系统所设定的定值；
当所述出气管道和所述进气管道内的气压差超过所设定的压差阈值时，所述控制系统即控制所述冲洗系统对所述叶片分离器进行冲洗。
优选的，所述叶片分离器包括两个分离叶片组，所述进气口设置于所述罐体的底部，所述出气口设置于所述罐体的顶部，两个所述分离叶片组一上一下固定设置于所述罐体内，上方的所述分离叶片组的分离精度大于下方的所述分离叶片组的分离精度。
优选的，还包括两个导流装置，所述分离叶片组包括多个折流式叶片，多个所述折流式叶片均竖直设置，且依次排列形成一环形结构；两个所述导流装置分别固定设置于两个所述分离叶片组的下方，且所述导流装置用于将气体导流至所述分离叶片组的外侧，所述分离叶片组的顶部通过呈环形的连接板固定连接于所述罐体的内壁上，所述连接板的内边沿与所述分离叶片组固定连接，所述连接板的外边沿与所述罐体的内壁固定连接。
优选的，所述冲洗系统包括冲水管道、排水管道、集液槽，所述冲水管道的一端用于与水源连通，另一端向两个所述分离叶片组延伸，且从所述冲水管道上分出两个第一支管路分别对应于两个所述分离叶片组，两个所述第一支管路的出水口位于所述分离叶片组的上方，两个所述分离叶片组的下方均设置有所述集液槽，所述集液槽通过两个第二支管路通向所述排水管道。
优选的，两个所述导流装置的导流方向相反。
优选的，各所述折流式叶片上均固定设置有刺片，下方的所述导流装置的导流叶片上也固定设置有刺片，下方的所述导流装置的正下方也设置有一个集液槽。
优选的，所述进气管道和所述出气管道内均还设置有风速传感器。
优选的，所述控制系统包括数据采集系统、数据传输系统、数据分析处理系统；
所述数据采集系统对湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器的状态参数进行实时检测和数据存贮记录；所述数据传输系统对所述数据采集系统采集的状态参数进行整合并上传到所述数据分析处理系统；所述数据分析处理系统根据上传实时数据进行分析；所述数据分析处理系统实时的对湿度传感器和粉尘浓度传感器的状态参数与给定值进行比对，并按照预先制定的控制标法进行数学分析、运算后，控制量输出直接作用在风机的电动机变频器执行机构上，使各个被控参数湿度、粉尘浓度等保持在给定值上。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、采用控制系统自动控制风机的工作转速使得出气管道内的气体湿度和粉尘浓度均处于控制系统所设定的定值，且当出气管道和进气管道内的气压差超过所设定的压差阈值时，控制系统即控制冲洗系统对叶片分离器进行冲洗，无需人工查看现场的工作状况，控制系统自动控制风机工作的稳定性较高，进而提高了气液分离的精度、降低了人员巡视管理的强度、节省了人工成本。
2、气液混合物进入下方的导流装置后，带刺片的导流叶片先对大颗粒物进行粗分离，防止大颗粒物进入分离叶片组后造成分离叶片组的堵塞，延长分离叶片组的使用时间。
3、下方的导流装置对进入的气液混合物进行导流，使紊流流动的气体转变为层流状态，减少流动气体对分离叶片组的冲击，同时降低了振动和噪音。
4、两个分离叶片组设计为不同的分离精度，其中下方的分离叶片组设计为分离精度相对较低的分离叶片，对气液混合物进行一次分离，去除气液混合物内70％的粉尘和液体，上方的分离叶片组设计为分离精度较高的分离叶片，去除气液混合物中全部的粉尘和液体，可分离含液粒直径5μm及以上的气液混合物，分离精度达95％以上。
5、设计了冲洗系统对产生堵塞的分离叶片组进行冲洗，无需对产生堵塞的高效分离叶片进行拆解后维修，提高整体设备的使用效率。
6、采用数字孪生技术，将模拟仿真数据与实际运行数据的交互融合，通过人工学习、机器学习的方式，实现系统的数字化精准管控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的高精度气液分离装置的结构示意图；
图2为罐体以及罐体内的结构示意图；
图3为下方的导流装置的结构示意图；
图4为上方的导流装置的结构示意图；
图5为分离叶片组和连接板连接后的俯视图；
图6为折流叶片的俯视图；
图7为折流叶片的结构示意图；
图8为集液槽的俯视图；
图9为集液槽的正视图；
图中：1、罐体；2、出气口；3、分离叶片组；4、导流装置；5、集液槽；6、冲水管道；7、排水管道；8、进气口；9、分离出的颗粒物和水；10、分离过程中的气体、液体和粉尘的混合物的流动方向；11、净化后的气体；12、出气管道；13、进气管道；14、数据传输模块；15、控制系统；16、风机；17、电磁阀；18、导流叶片；19、连接板；20、折流式叶片；21、液体冲击槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种高精度气液分离装置，如图1～图9所示，包括罐体1、风机16、设置于罐体1内的叶片分离器、控制系统15和冲洗系统，风机16为待处理的气液混合物提供动力，罐体1具备进气口8和出气口2，叶片分离器用于对罐体1内的气体进行气液分离，进气口8连通有进气管道13，出气口2连通有出气管道12；进气管道13和出气管道12内均设置有湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器；湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器分别用于检测湿度、粉尘浓度和气压，湿度传感器、粉尘浓度传感器、风机16和压力传感器均与控制系统15通信连接；控制系统15控制风机16的工作转速以使得出气管道12内的气体湿度和粉尘浓度均处于控制系统15所设定的定值，湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器所检测到的数据能够传输至控制系统15内，控制系统15对数据进行分析，并与控制系统15内预存的标准数据进行比对，并通过调小或调大风机16的功率来使其接近标准数据；当出气管道12和进气管道13内的气压差超过所设定的压差阈值时，控制系统15即控制冲洗系统对叶片分离器进行冲洗，无需人工查看现场的工作状况，控制系统15自动控制风机16工作的稳定性较高，进而提高了气液分离的精度、降低了人员巡视管理的强度、节省了人工成本。
在另一个具体实施例中，还可以针对系统高效优化运行进行建模仿真或具体的试验，以仿真、实际运行的孪生数据，通过机器学习，进行孪生数据的最优化拟合，从而达到最优化的运行效果。其中建模仿真过程为：以气体净化装置原型为对象，以流体动力学为基础，模拟废气不同浓度、湿度状态下通过速度场控制，以实现废气净化后各项排出指标。
在另一个具体实施例中，叶片分离器包括两个分离叶片组3，进气口8设置于罐体1的底部，出气口2设置于罐体1的顶部，两个分离叶片组3一上一下固定设置于罐体1内，上方的分离叶片组3的分离精度大于下方的分离叶片组3的分离精度，下方的分离叶片组3对气液混合物进行一次分离，去除气液混合物内70％的粉尘和液体，上方的分离叶片组3去除气液混合物中全部的粉尘和液体，可分离含液粒直径5μm及以上的气液混合物，分离精度达95％以上。
在另一个具体实施例中，还包括两个导流装置4，分离叶片组3包括多个折流式叶片20，多个折流式叶片20均竖直设置，且依次排列形成一环形结构；两个导流装置4分别固定设置于两个分离叶片组3的下方，且导流装置4用于将气体导流至分离叶片组3的外侧，分离叶片组3的顶部通过呈环形的连接板19固定连接于罐体1的内壁上，连接板19的内边沿与分离叶片组3固定连接，连接板19的外边沿与罐体1的内壁固定连接，上述设置实现了气体近水平地从分离叶片组3内流过，减少了气体过滤时发生二次夹带的现象，若采用竖直进风，因过滤下来的水分在重力的作用下会向下流动，这就会导致向上流动的气体再次夹带大量的水分，进而降低了气液分离的效率，而本实施例设计为水平进风的结构大大降低了二次夹带的程度。
在另一个具体实施例中，折流式叶片20的结构如图所示，由一弯折板组成，弯折板的弯折处设置有液体冲击槽21，气液混合物流经弯折处时，由于气体和液体的比重不同，大多数液体颗粒会冲击至液体冲击槽21内并被液体冲击槽21收集后向下流动至集液槽5内。
在另一个具体实施例中，冲洗系统也称为反冲洗系统，冲洗系统包括冲水管道6、排水管道7、集液槽5，冲水管道6的一端用于与水源连通，另一端向两个分离叶片组3延伸，且从冲水管道6上分出两个第一支管路分别对应于两个分离叶片组3，两个第一支管路的出水口位于分离叶片组3的上方，出水口可设置为环形出水口，并对应于环形的分离叶片组3，两个分离叶片组3的下方均设置有集液槽5，集液槽5通过两个第二支管路通向排水管道7。冲水管道6内设置有电磁阀17，控制系统15控制电磁阀17的通断。
在另一个具体实施例中，两个导流装置4的导流方向相反，起到止旋的目的，能够使被分离的气体高效进入分离叶片组3内。
在另一个具体实施例中，各折流式叶片20上均固定设置有刺片，下方的导流装置4的导流叶片18上也固定设置有刺片，下方的导流装置4的正下方也设置有一个集液槽5，分离叶片组3和下方的导流装置4均通过气体冲击对液体进行分离。
在另一个具体实施例中，进气管道13和出气管道12内均还设置有风速传感器。
在另一个具体实施例中，控制系统15包括数据采集系统、数据传输系统、数据分析处理系统；
数据采集系统对湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器的状态参数进行实时检测和数据存贮记录；数据传输系统对数据采集系统采集的状态参数进行整合并上传到数据分析处理系统；数据分析处理系统根据上传实时数据进行分析；数据分析处理系统实时的对湿度传感器和粉尘浓度传感器的状态参数与给定值进行比对，并按照预先制定的控制标法进行数学分析、运算后，控制量输出直接作用在风机的电动机变频器执行机构上，使各个被控参数湿度、粉尘浓度等保持在给定值上。
高精度气液分离装置的工作过程为：气液及粉尘等混合物由进气口8进入，经带刺片导流装置4粗分离及导流后进入下方的分离叶片组3实施一级分离，经一级分离后的气体经上方的导流装置4进入上方的分离叶片组3实施二次精分离，分离净化后的气体由出气口2排出，分离的液体及杂质均向下流动至集液槽5内，并由排水管道7排出，当装置发生淤堵时，由冲水管道6注入高压水对分离叶片组3进行冲洗，废液进入集液槽5，并由排水管道7排出。
在另一个具体实施例中，数字孪生调控优化工作过程为：运行过程中进行模拟和实际运行过程的交互，以实际运行中废气净化后的指标与模拟指标间的差值调节风机16转速并实现拟合，通过机器学习，进行模拟风机16转速的调整，最终实现精准调控。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种高精度气液分离装置，包括罐体、风机和设置于所述罐体内的叶片分离器，所述罐体具备进气口和出气口，所述叶片分离器用于对所述罐体内的气体进行气液分离，所述进气口连通有进气管道，所述出气口连通有出气管道，其特征在于：还包括控制系统和冲洗系统，所述进气管道和所述出气管道内均设置有湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器；所述湿度传感器、所述粉尘浓度传感器、所述风机和所述压力传感器均与所述控制系统通信连接；
所述控制系统控制所述风机的工作转速以使得所述出气管道内的气体湿度和粉尘浓度均处于所述控制系统所设定的定值；
当所述出气管道和所述进气管道内的气压差超过所设定的压差阈值时，所述控制系统即控制所述冲洗系统对所述叶片分离器进行冲洗。
2.根据权利要求1所述的高精度气液分离装置，其特征在于：所述叶片分离器包括两个分离叶片组，所述进气口设置于所述罐体的底部，所述出气口设置于所述罐体的顶部，两个所述分离叶片组一上一下固定设置于所述罐体内，上方的所述分离叶片组的分离精度大于下方的所述分离叶片组的分离精度。
3.根据权利要求2所述的高精度气液分离装置，其特征在于：还包括两个导流装置，所述分离叶片组包括多个折流式叶片，多个所述折流式叶片均竖直设置，且依次排列形成一环形结构；两个所述导流装置分别固定设置于两个所述分离叶片组的下方，且所述导流装置用于将气体导流至所述分离叶片组的外侧，所述分离叶片组的顶部通过呈环形的连接板固定连接于所述罐体的内壁上，所述连接板的内边沿与所述分离叶片组固定连接，所述连接板的外边沿与所述罐体的内壁固定连接。
4.根据权利要求3所述的高精度气液分离装置，其特征在于：所述冲洗系统包括冲水管道、排水管道、集液槽，所述冲水管道的一端用于与水源连通，另一端向两个所述分离叶片组延伸，且从所述冲水管道上分出两个第一支管路分别对应于两个所述分离叶片组，两个所述第一支管路的出水口位于所述分离叶片组的上方，两个所述分离叶片组的下方均设置有所述集液槽，所述集液槽通过两个第二支管路通向所述排水管道。
5.根据权利要求3所述的高精度气液分离装置，其特征在于：两个所述导流装置的导流方向相反。
6.根据权利要求3所述的高精度气液分离装置，其特征在于：各所述折流式叶片上均固定设置有刺片，下方的所述导流装置的导流叶片上也固定设置有刺片，下方的所述导流装置的正下方也设置有一个集液槽。
7.根据权利要求1所述的高精度气液分离装置，其特征在于：所述进气管道和所述出气管道内均还设置有风速传感器。
8.根据权利要求1所述的高精度气液分离装置，其特征在于：所述控制系统包括数据采集系统、数据传输系统、数据分析处理系统；
所述数据采集系统对湿度传感器、粉尘浓度传感器和压力传感器的状态参数进行实时检测和数据存贮记录；所述数据传输系统对所述数据采集系统采集的状态参数进行整合并上传到所述数据分析处理系统；所述数据分析处理系统根据上传实时数据进行分析；所述数据分析处理系统实时的对湿度传感器和粉尘浓度传感器的状态参数与给定值进行比对，并按照预先制定的控制标法进行数学分析、运算后，控制量输出直接作用在风机的电动机变频器执行机构上，使各个被控参数湿度、粉尘浓度保持在给定值上。
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