CN116571011A - 一种除湿旋流装置和尾气处理系统 - Google Patents

一种除湿旋流装置和尾气处理系统 Download PDF

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张源源
王福清
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Abstract

本发明公开了一种除湿旋流装置和尾气处理系统，属于尾气处理技术领域，解决了现有技术中尾气处理设备在处理含粉尘废气时粉尘颗粒与水汽混合形成泥浆导致排气管易堵塞的问题。该装置包括旋流片，旋流片设于尾气处理系统的排气管进气口处或者与排气管进气口连接的装置中；旋流片包括外环、设于外环的环内区域的中心柱以及设于外环与中心柱之间的多个叶片，叶片的第一端与外环连接，叶片的第二端与中心柱连接，外环与排气管内壁或者与排气管进气口连接的装置内壁连接。本发明可用于处理后尾气的水汽分离。

Description

一种除湿旋流装置和尾气处理系统
技术领域
本发明属于尾气处理技术领域，具体涉及一种除湿旋流装置和尾气处理系统。
背景技术
在半导体、太阳能光伏、平板显示和LED为代表相关产品的生产过程中，会产生大量的尾气，必须将这些有害气体无害化处理后才能排放到环境中去。
对于这些尾气的无害化处理方法是将气体通入高温反应腔，有害气体在高温下与氧气进行反应，部分生成固体颗粒被喷淋塔捕获，部分生成可溶于水的气体被喷淋塔吸收，其余的生成无害产物排放。
现有的尾气处理设备在处理含粉尘废气时，尤其是化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)等排气含SiO2和水汽的工艺废气，粉尘颗粒与水汽在经过排气管时，会混合形成泥浆，导致排气管易堵塞，需要经常停机维护，影响生产效率。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种除湿旋流装置和尾气处理系统，解决了现有技术中尾气处理设备在处理含粉尘废气时粉尘颗粒与水汽混合形成泥浆导致排气管易堵塞的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种除湿旋流装置，包括旋流片，旋流片设于尾气处理系统的排气管进气口处或者与排气管进气口连接的装置中；旋流片包括外环、设于外环的环内区域的中心柱以及设于外环与中心柱之间的多个叶片，叶片的第一端与外环连接，叶片的第二端与中心柱连接，外环与排气管内壁或者与排气管进气口连接的装置内壁连接。
进一步地，旋流片设于与排气管进气口连接的装置中，旋流片的数量为2个，其中一个旋流片设于与排气管进气口连接的装置的进气端，另一个设于与排气管进气口连接的装置的出气端。
进一步地，上述除湿旋流装置还包括设于旋流片的出气端的冲洗组件，冲洗组件的出水口朝向旋流片。
进一步地，冲洗组件包括多个冲洗喷嘴，多个冲洗喷嘴分多层布置。
进一步地，每层冲洗喷嘴的数量1～3个，每层冲洗喷嘴的流量3～10升/分钟。
进一步地，冲洗组件为定期喷淋；和/或，在冲洗组件的上方设置除湿组件，用于向排气管或与排气管的进气口连接的装置内供入干燥气体。
进一步地，除湿组件的供气压力为3～5kgf/cm2，供气流量为20～200升/分钟。
进一步地，旋流片的数量为1个，旋流片上叶片的层数为1层；
或者，第二种方式，旋流片的数量为1个，旋流片上叶片的层数为至少2层；
或者，旋流片的数量为至少2个，每个旋流片上叶片的层数为1层；
或者，旋流片的数量为至少2个，每个旋流片上叶片的层数为至少2层。
进一步地，处理后尾气中的粉尘量低于100mg/m3，旋流片的个数为2个，每个旋流片中叶片的层数为1～2层；
或者，处理后尾气中的粉尘量为100～2000mg/m3，旋流片的个数为1个，每个旋流片中叶片的层数为1层；
或者，处理后尾气中的粉尘量为超过2000mg/m3，旋流片的个数为1个，每个旋流片中叶片的层数为1层。
本发明还提供了一种尾气处理系统，包括排气管以及上述除湿旋流装置。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
本发明提供的除湿旋流装置设有旋流片，这样，含有粉尘和液滴的处理后尾气经过旋流片时，液滴和粉尘颗粒的运动方向会发生改变，使得两者呈螺旋向上的运动形式，在离心力的作用下，液滴和粉尘颗粒，尤其是质量较大的液滴和粉尘颗粒，会逐渐集中在排气管的内壁区域，集中的液滴和粉尘逐渐融合成大的液滴和粉尘颗粒，从而实现气液分离，从而能够降低进入排放气中的粉尘和水汽含量，减少粉尘颗粒与水汽混合形成泥浆导致排气管易堵塞的情况发生。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例一提供的除湿旋流装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的除湿旋流装置中调节凸起、第二圆弧形通孔和叶片的第一种配合示意图，其中，叶片处于水平状态；
图3为本发明实施例一提供的除湿旋流装置中调节凸起、第二圆弧形通孔和叶片的第二种配合示意图，其中，叶片处于倾斜状态；
图4为本发明实施例一提供的除湿旋流装置与排气管和喷淋塔的连接示意图；
图5为本发明实施例二提供的尾气处理系统中水幕导向法兰组件的连接示意图。
附图标记：
1-竖向环；2-横向环；3-流体旋转法兰；4-旋流片；41-外环；42-中心柱；43-叶片；5-调节凸起；6-第二圆弧形通孔；7-冲洗组件；8-除湿组件；9-第二球铰结构；10-排气管；11-喷淋塔。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一
本实施例提供了一种除湿旋流装置，参见图1至图4，包括旋流片4，旋流片4设于尾气处理系统的排气管10进气口处或者与排气管10进气口连接的装置中，旋流片4包括外环41、设于外环41的环内区域的中心柱42以及设于外环41与中心柱42之间的多个叶片43，叶片43的第一端与外环41连接，叶片43的第二端与中心柱42连接，外环41与排气管10内壁或者与排气管10进气口连接的装置(例如，喷淋塔11)内壁连接。
与现有技术相比，本实施例提供的除湿旋流装置设有旋流片4，这样，含有粉尘和液滴的处理后尾气经过旋流片4时，液滴和粉尘颗粒的运动方向会发生改变，使得两者呈螺旋向上的运动形式，在离心力的作用下，液滴和粉尘颗粒，尤其是质量较大的液滴和粉尘颗粒，会逐渐集中在排气管10的内壁区域，集中的液滴和粉尘逐渐融合成大的液滴和粉尘颗粒，从而实现产生气液分离，从而能够降低进入排放气中的粉尘和水汽含量，减少粉尘颗粒与水汽混合形成泥浆导致排气管10易堵塞的情况发生。
从水汽消减效果的角度考虑，旋流片4设于与排气管10进气口连接的装置中，旋流片4的数量为2个，其中一个旋流片4设于与排气管10进气口连接的装置的进气端(即下端)，另一个设于与排气管10进气口连接的装置的出气端(即顶端)。
为了能够保证除湿旋流效果，需要综合考虑旋流片4的尺寸、叶片43的设置数量和倾斜角度以及气体流速，示例性地，旋流片4的外径为100～300mm，旋流片4的高度为30～100mm，叶片43的数量为8～20片，叶片43相对于径向平面的倾斜角度为45～75°，气体流速为2～8m/s。
考虑到叶片43相对于径向平面的倾斜角度会影响旋流程度，为了能够根据实际处理的尾气情况对旋流程度进行调节，上述除湿旋流装置还包括调节圈(图中未示出)和圆柱形的调节凸起5，参见图2至图3，调节圈可转动套设于排气管10外壁或者与排气管10进气口连接的装置外壁，外环41上开设以第二端的球铰结构为圆心的第一圆弧形通孔(图中未示出)，排气管10侧壁或者与排气管10进气口连接的装置侧壁开设以第二端的球铰结构为圆心的第二圆弧形通孔6，第一圆弧形通孔和第二圆弧形通孔6均沿外环41的轴向设置，且第一圆弧通孔与第二圆弧通孔重合，上述叶片43的第一端通过第一球铰结构与外环41可转动固定连接，叶片43的第二端通过第二球铰结构9与中心柱42可转动固定连接，调节凸起5的一端与叶片43的第二端固定连接，调节凸起5的另一端依次穿过第一圆弧形通孔和第二圆弧通孔后与调节圈固定连接。这是因为，旋流片4设于排气管10内壁或者与排气管10进气口连接的装置内壁，无法直接对叶片43的角度进行调节，通过调节圈、调节凸起5和圆弧形通孔的设置，通过转动调节圈，带动调节凸起5沿第一圆弧形通孔和第二圆弧通孔向上或向下运动，使得调节凸起5与第二端的球铰结构在径向平面内投影之间的距离改变，叶片43发生一定角度的转动，从而能够根据实际处理的尾气情况对叶片43的倾斜角度进行调节。
需要说明的是，由于调节圈的设置，其能够覆盖第二圆弧形通孔6，所以基本上不会发生尾气泄露的情况。
值得注意的是，在粉尘和液滴的处理后尾气经过旋流片4时，不可避免地会与旋流片4的叶片43、外环41和中心柱42发生碰撞，并沉积在旋流片4表面上，若不加以清理，会堵塞旋流片4，造成排气压力高，因此，上述除湿旋流装置还包括设于旋流片4的出气端的冲洗组件7，冲洗组件7的出水口朝向旋流片4。这样，当旋流片4上沉积较多粉尘时，可以开启冲洗组件7，通过冲洗组件7喷出的水流对旋流片4上的粉尘进行冲洗。
对于冲洗组件7的结构，具体来说，其包括多个冲洗喷嘴，多个冲洗喷嘴分多层布置，冲洗喷嘴的出水形状为柱状水流，每层冲洗喷嘴的数量1～3个，每层冲洗喷嘴的流量3～10升/分钟。
为了能够自动判断旋流片4上粉尘的沉积程度，从而能够自动开启冲洗组件7，上述除湿旋流装置还包括冲洗控制器(图中未示出)和红外传感器(图中未示出)，相邻两个叶片43在轴向上的投影具有重叠区域，在重叠区域内，红外传感器的发射端设于其中一个叶片43上，红外传感器的接收端设于另一个叶片43上，发射端和接收端位置相对应，发射端、冲洗控制器和冲洗组件7依次连接。实施时，接收端实时接收发射端发送的信号，并传送至冲洗控制器，一旦冲洗控制器在时间阈值范围(例如，5s)未接收到接收端发送的信号，则说明旋流片4上粉尘的沉积过多，冲洗控制器控制冲洗组件7开启，对旋流片4进行冲洗，将旋流片4上的粉尘冲洗至水箱中。
或者，上述除湿旋流装置还包括冲洗控制器(图中未示出)和压力传感器(图中未示出)，压力传感器设于叶片43上，或者，压力传感器也可设于尾气进口至除湿旋流装置进气端之间的任意位置。实施时，压力传感器实时采集的压力数据并发送至冲洗控制器，冲洗控制器判断压力数据是否超过压力阈值，若超过，则说明旋流片4上粉尘的沉积过多，冲洗控制器控制冲洗组件7开启，对旋流片4进行冲洗，将旋流片4上的粉尘冲洗至水箱中。考虑到冲洗组件7在对旋流片4进行冲洗过程中不可避免地会增加处理后尾气的水汽含量，为了能够减少冲洗组件7对水汽含量的影响，示例性地，可以采用如下两种方式：
第一种方式，冲洗组件7为定期喷淋，示例性地，10～30分钟开启1次。
或者，在冲洗组件7的上方设置除湿组件8(例如，除湿气缸和/或除湿喷嘴)，在排气负压的作用下，用于向排气管10或与排气管10的进气口连接的装置内供入干燥气体(例如，干燥的压缩空气或干燥的压缩氮气)，从而能够对处理后尾气中的水汽进行稀释，减少其中的水汽含量，供气压力为3～5kgf/cm2，供气流量为20～200升/分钟。
对于旋流片4的设置数量以及每个旋流片4上的叶片43层数，示例性地，可以采用如下方式：
第一种方式，上述除湿旋流装置包括一个旋流片4，旋流片4上叶片43的层数为1层。
第二种方式，上述除湿旋流装置包括一个旋流片4，旋流片4上叶片43的层数为至少2层。
第三种方式，上述除湿旋流装置包括至少2个旋流片4，每个旋流片4上叶片43的层数为1层。
第四种方式，上述除湿旋流装置包括至少2个旋流片4，旋流片4上叶片43的层数为至少2层。
需要说明的是，从水汽分离效果、防堵效果以及结构的简化双重角度考虑，在实际应用中，可以选择第二种方式或者第三种方式。
在实际应用过程中，从处理后的尾气粉尘量以及流阻的角度考虑，为了能够保证水汽的充分分离，同样需要调节旋流片4的数量以及每层旋流片4上叶片43的层数，具体参数参见表1。
表1粉尘量与旋流片4的数量以及每层旋流片4上叶片43的层数的对应表
粉尘量 旋流片个数 每个旋流片上叶片的数量
低于100mg/m3 2个 1～2层
100～2000mg/m3 1个 1层
超过2000mg/m3 1个 1层
需要说明的是，在尾气处理技术领域，通常认为处理设备的数量越多，越有利于效果的提升，但是，本实施例发现，当处理后尾气中粉尘量超过100mg/m3后，旋流片4数量的增多反而会影响处理后尾气的流动，不利于效果的提升。
为了避免旋流片4上粉尘的沉积过多，每个旋流片4的上方均需要布置至少一个冲洗组件7。
为了便于观察水汽消减效果，排气管10内壁或者与排气管10进气口连接的装置的侧壁与旋流片4对应的位置设有透明的观察窗，通过观察窗能够清楚地观察到旋流片4上的粉尘情况和水汽分离效果。
通过测试可知，采用上述结构的除湿旋流装置，冲洗组件7的喷淋量为7升/分钟，处理后的尾气流量为4000升/分钟，除湿组件8的供气流量为150升/分钟时，按排气温度30℃计，处理后尾气的水汽含量能够降低到原来的三分之一。
实施例二
本实施例提供了一种尾气处理系统，包括排气管10、与排气管10进气口连接的喷淋塔11以及实施例一提供的除湿旋流装置。
与现有技术相比，本实施例提供的尾气处理系统的有益效果与实施例一提供的除湿旋流装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
为了能够实现尾气的高效处理，上述尾气处理系统还包括热分解腔、反应腔以及实施例一提供的水幕导向法兰组件，热分解腔通过水幕导向法兰组件与反应腔连接。
对于水幕导向法兰组件结构，参见图5，包括流体旋转法兰3和导流挡板，流体旋转法兰3的上表面开设溢流槽，导流挡板包括竖向环1以及与竖向环1连接的横向环2，横向环2设于溢流槽的上方且与溢流槽具有第一间隙，竖向环1设于流体旋转法兰3的侧壁且与流体旋转法兰3的侧壁具有第二间隙，第一间隙和第二间隙连通构成流体旋转法兰3的出水口与反应腔之间的流体通道。实施时，旋转水流充满在溢流槽内，导流挡板引导水流沿着流体旋转法兰3内壁切线方向流向反应腔的侧壁，并使流体在反应腔内壁形成螺旋状均匀水幕。这样，一方面，通过设置导流挡板，导流挡板与流体旋转法兰3之间的间隙作为流体旋转法兰3的出水口与反应腔之间的流体通道，在流体经过这种流体通道时，在旋流的作用下，基本上能够填充整圈的流体通道，从此流体通道流出的旋流流体能够更加均匀地覆盖反应腔的内壁，减少粉尘颗粒堆积在反应腔的侧壁，避免反应腔堵塞。另一方面，横向环2的设置，相当于在流体旋转法兰3上表面上盖设一个盖子，能够减少流体旋转法兰3上表面的水汽返流至热分解腔，水汽返流对热分解腔内的火焰发生器中的电子元件造成损害，竖向环1的设置，能够对反应腔侧壁的水幕上部进行一定的遮挡，同样能够减少流体旋转法兰3上表面的水汽返流至热分解腔，水汽返流对热分解腔内的火焰发生器中的电子元件造成损害。
示例性地，为了能够更好地对溢流槽进行覆盖，横向环2远离流体旋转法兰3侧壁的一端超过溢流槽的径向宽度为15～25mm(例如，20mm)。
考虑到溢流槽的宽度会直接影响供水速度，为了能够形成更加均匀的水幕，溢流槽的径向宽度为20～30mm(例如，25mm)。
同样地，由于第一间隙和第二间隙连通构成流体旋转法兰3的出水口与反应腔之间的流体通道，相应地，流体通道的尺寸也会直接影响供水速度，示例性地，第一间隙的高度为4～8mm，第二间隙的径向宽度为4～8mm。
需要说明的是，通过上述尺寸的限定，基本上能够保证反应腔旋流水幕的流量为8～32L/min(例如，16L/min)，从而能够保证形成均匀水幕。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种除湿旋流装置，其特征在于，包括旋流片，所述旋流片设于尾气处理系统的排气管进气口处或者与排气管进气口连接的装置中；
所述旋流片包括外环、设于外环的环内区域的中心柱以及设于外环与中心柱之间的多个叶片，所述叶片的第一端与外环连接，所述叶片的第二端与中心柱连接，所述外环与排气管内壁或者与排气管进气口连接的装置内壁连接。
2.根据权利要求1所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述旋流片设于与排气管进气口连接的装置中，所述旋流片的数量为2个，其中一个旋流片设于与排气管进气口连接的装置的进气端，另一个设于与排气管进气口连接的装置的出气端。
3.根据权利要求1所述的除湿旋流装置，其特征在于，还包括设于旋流片的出气端的冲洗组件，所述冲洗组件的出水口朝向旋流片。
4.根据权利要求3所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述冲洗组件包括多个冲洗喷嘴，多个冲洗喷嘴分多层布置。
5.根据权利要求4所述的除湿旋流装置，其特征在于，每层冲洗喷嘴的数量1～3个，每层冲洗喷嘴的流量3～10升/分钟。
6.根据权利要求3所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述冲洗组件为定期喷淋；
和/或，在冲洗组件的上方设置除湿组件，用于向排气管或与排气管的进气口连接的装置内供入干燥气体。
7.根据权利要求6所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述除湿组件的供气压力为3～5kgf/cm2，供气流量为20～200升/分钟。
8.根据权利要求1所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述旋流片的数量为1个，所述旋流片上叶片的层数为1层；
或者，第二种方式，所述旋流片的数量为1个，所述旋流片上叶片的层数为至少2层；
或者，所述旋流片的数量为至少2个，每个旋流片上叶片的层数为1层；
或者，所述旋流片的数量为至少2个，每个旋流片上叶片的层数为至少2层。
9.根据权利要求1所述的除湿旋流装置，其特征在于，所述处理后尾气中的粉尘量低于100mg/m3，所述旋流片的个数为2个，每个旋流片中叶片的层数为1～2层；
或者，所述处理后尾气中的粉尘量为100～2000mg/m3，所述旋流片的个数为1个，每个旋流片中叶片的层数为1层；
或者，所述处理后尾气中的粉尘量为超过2000mg/m3，所述旋流片的个数为1个，每个旋流片中叶片的层数为1层。
10.一种尾气处理系统，其特征在于，包括排气管以及如权利要求1至9任一项所述的除湿旋流装置。
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