湍流團聚室的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及湍流團聚室，其特征在于該團聚室以來流煙氣為軸對稱的六邊形結構，入口為突擴狀，出口為縮放狀，入口處的寬度與團聚室總寬度的比值為0.2?0.4，入口處的壁面與來流煙氣中心線的夾角為30?60°，團聚室內(nèi)部設置有三棱柱擾流柱和2n個渦片，且n≧1，每兩個渦片為一組，以來流煙氣為軸對稱布置，每個渦片與來流煙氣的中心線的夾角為30?60°，渦片距離團聚室壁面的最短距離為團聚室總寬度的1/6?1/4；所述三棱柱擾流柱的主視圖形狀為等腰三角形，等腰三角形的底邊垂直于來流煙氣的中心線，等腰三角形的頂角正對入口且位于來流煙氣的中心線上，等腰三角形的中心距入口處的距離為團聚室總長度的1/4?1/3。
【專利說明】
湍流團聚室
技術領域
[0001]本實用新型屬于脫除燃煤鍋爐煙氣中超細顆粒物的技術領域，具體涉及湍流團聚室。
【背景技術】
[0002]近年來，細顆粒物(簡稱PM2.5)對空氣環(huán)境和人們身體健康的影響已經(jīng)成為公眾關注的焦點問題。我國作為世界上煤炭消耗最大的國家，尤其燃煤鍋爐中的煤炭消耗量巨大，因此，煤燃燒產(chǎn)生煙塵顆粒物成為大氣顆粒物的主要來源之一。頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣，已經(jīng)嚴重影響到了人們的日常生活，含塵空氣被吸入人體后會引發(fā)相關的呼吸道疾病，還會對人體的健康造成影響。同時，煙塵顆粒物的排放也引起空氣質量的下降，導致酸雨的形成和臭氧層的破壞等。近年來，在國家各項環(huán)保措施的提出和實行下，大型電廠的鍋爐的煙氣處理已經(jīng)基本達到排放標準，但大部分工廠中的工業(yè)鍋爐還難以達到排放要求，所以探索一種便捷的適合工業(yè)鍋爐煙氣處理的裝置勢在必行。由于PM2.5粒徑過小，傳統(tǒng)的除塵方式如采用靜電除塵器或布袋除塵器等均難以有效控制PM2.5的排放，所以在除塵器前面設置預處理階段能夠通過物理或者化學作用使細顆粒團聚成較大粒徑的顆粒，從而能夠被傳統(tǒng)除塵器所脫除成為了一種新型的除塵方法。如今這種帶有預處理的除塵技術已經(jīng)成為未來發(fā)展的熱門方向。
[0003 ]顆粒團聚預處理技術有很多種，包括聲波團聚、化學團聚、湍流團聚、電團聚、磁團聚、蒸汽相變團聚、熱泳沉積等;在眾多新的團聚技術中，湍流團聚技術因不需要對現(xiàn)有除塵設備做任何改變，且對除塵裝置固有布局改動不大，操作簡單、投資、運行成本較低，脫除效率高，具有很好的發(fā)展前景。
[0004]湍流團聚室的研究目前在湍流團聚技術中成為主要方向，在團聚室中主要是通過改變擾流裝置種類和排列方式產(chǎn)生漩渦來達到很好的團聚效果。但是現(xiàn)有湍流團聚室由于擾流部件排列復雜，使得運行費用較高且易于堵灰;設置的渦片主要考慮產(chǎn)渦效果，而忽略阻力的增加。
[0005]李云飛(李云飛.煙氣細顆粒物湍流團聚的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學.2014)通過建立新的模型，研究了渦片和擾流圓柱的排布方式對團聚效果的影響，進而提出了一種新型湍流凝聚器。該凝聚器采用的渦片為“+”字形截面葉片，十字形渦片產(chǎn)渦效果較好，其不足之處在于如此設置形成的阻力較大，致使渦片后產(chǎn)生漩渦尾流利用較差，并造成大顆粒在團聚室內(nèi)沉積。
[0006]劉含笑(劉含笑.燃煤超細顆粒物渦聚并數(shù)值模擬.華北電力大學.2012)模擬了聚并器內(nèi)超細顆粒物的湍流團聚過程。采用大小渦片相互組合而成的擾流裝置，雖然大小渦片的組合方式能夠產(chǎn)生更多的渦街，但是由于擋板的存在和擾流柱數(shù)量的增多，使得阻力增加較多，而且安裝擋板使得結構復雜，渦片三行布置數(shù)量過多，間距過小，對煙氣流速的要求較高。
[0007]申請?zhí)枮?01210056892.8的發(fā)明專利提出了一種荷電輔助促進顆粒物相互作用的裝置及方法。在通道內(nèi)依次設置雙極預荷電段、導流段和混合段。雙極預荷電段布置有正、負相間的電極板固定在通道內(nèi)壁，電極板分別連接高壓電源的正、負兩極;導流段安裝有導流葉片;混合段有依次排列的產(chǎn)渦渦片組成。該裝置的預荷電段的目的是為了使顆粒帶電，在后面的混合段中由于正負電荷的相互吸引使顆粒間的相互作用非常劇烈，但這樣的結構增加了裝置的復雜性，固定電極板的連接件采用不飽和聚酯樹脂玻璃氈板，也增加了投資成本。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是，提供一種湍流團聚室及應用該團聚室脫除超細顆粒物的方法。該湍流團聚室可以通過利用結構簡單的擾流部件組合來達到產(chǎn)生漩渦促進細顆粒物團聚的效果，湍流團聚室無需外加耗能，節(jié)省電極所占空間，且節(jié)約電極所消耗的能量，方便安裝;該方法簡化運行條件，簡化設備，操作簡單，更加有利于細顆粒的凝并，顆粒脫除效果顯著。
[0009]本實用新型解決所述技術問題采用的技術方案是:
[0010]—種湍流團聚室，其特征在于該團聚室以來流煙氣為軸對稱的六邊形結構，入口為突擴狀，出口為縮放狀，入口處的寬度與團聚室總寬度的比值為0.2-0.4，入口處的壁面與來流煙氣中心線的夾角為30-60°，團聚室內(nèi)部設置有三棱柱擾流柱和2η個渦片，且η 3 I，每兩個渦片為一組，以來流煙氣為軸對稱布置，每個渦片與來流煙氣的中心線的夾角為30-60°，渦片距離團聚室壁面的最短距離為團聚室總寬度的1/6-1/4;所述三棱柱擾流柱的主視圖形狀為等腰三角形，等腰三角形的底邊垂直于來流煙氣的中心線，等腰三角形的頂角正對入口且位于來流煙氣的中心線上，等腰三角形的中心距入口處的距離為團聚室總長度的1/4-1/3;第一組渦片的左端到入口處的距離為團聚室總長度的2/5-1/2，相鄰兩組渦片間的距離為團聚室總長度的1/15-1/12;團聚室的出口處用于連接外部的除塵設備。
[0011 ] 一種應用上述團聚室脫除超細顆粒物的方法，該方法的步驟是:
[0012]I)鍋爐尾部煙道中未被處理的煙氣以10_20m/s的速度進入湍流團聚室的入口，在突擴狀入口的作用下煙氣預先自身發(fā)生混合和撞擊，對不同粒徑的顆粒達到預先篩分的目的；
[0013]2)經(jīng)過預先篩分的煙氣流過三棱柱擾流柱產(chǎn)生分流、擾流和混流的效果，同時使氣流速度發(fā)生改變，在三棱柱后壁面會產(chǎn)生很大的速度梯度，較大速度梯度的含塵煙氣在三棱柱后產(chǎn)生兩個相鄰的旋轉方向相反的較大渦街，中、小粒徑顆粒被卷吸入漩渦中，在漩渦中不斷聚集碰撞長大為較大粒徑的顆粒，長大后的顆粒被甩出漩渦與分流后的氣流流向下游；
[0014]3)分流后的氣流分別流向兩側渦片，每個渦片后都會產(chǎn)生較小渦街，在一個渦街脫落后會在下一個渦片后再產(chǎn)生新的渦街，流經(jīng)渦片后的煙氣會產(chǎn)生繞流效果，使小顆粒在速度梯度的作用下進入渦片后的渦街中，可使經(jīng)過三棱柱擾流柱后漩渦未充分團聚的顆粒多次發(fā)生凝并；
[0015]4)經(jīng)渦片凝并后的煙氣進入團聚室的出口，出口為縮放狀，截面積驟然變小，使得氣流在此區(qū)域中心處速度急劇增加，可形成射流的效果，增加了顆粒再次凝并的機會，顆粒再次凝并長大；
[0016]5)經(jīng)出口凝并長大的顆粒在離心力作用下隨氣流流向出口，由出口處的除塵設備脫除。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0018]I)本實用新型湍流團聚室設計為六邊形結構，入口處突出，入口流道突擴，突擴的結構使流體在入口兩側產(chǎn)生漩渦，中心區(qū)域達到射流效果，能產(chǎn)生更多的渦街;三棱柱擾流柱分流作用明顯，渦片形狀簡單，有利于產(chǎn)渦，渦片傾斜布置可以配合三棱柱擾流柱下游煙氣的分流，易于產(chǎn)生速度梯度，形成更多的漩渦，采用幾組渦片可以促使超細顆粒物多次在漩渦中聚集，增加團聚的概率;最佳的渦片間距和擺放位置可以達到更好的團聚效果，流過三棱柱后產(chǎn)生兩個對稱的方向相反的較大漩渦，每個渦片后都產(chǎn)生一個較小的漩渦，大漩渦和小漩渦的組合使不同粒徑的顆粒在流動漩渦中不斷篩分(即中小粒徑的顆粒進入漩渦，大顆粒隨流體流向下游)出口的縮放狀設計可以達到射流的效果。
[0019]2)本實用新型湍流團聚室中的渦片與上下壁面有一定距離，使上下壁面產(chǎn)生較高的速度，上壁面的高速區(qū)，可使顆粒經(jīng)渦片后產(chǎn)生速度梯度，小顆粒隨漩渦流動，大顆粒隨高速煙氣流出團聚室，減小大顆粒的停滯及沉降，防止大顆粒在壁面聚集，下壁面處的高速區(qū)可帶有沉積的顆粒，增強流動效果。
[0020]3)本實用新型方法要求進入團聚室的煙氣速度在10_20m/s范圍內(nèi)，由于煙氣從入口進入之后流通面積突然增大，使流體的速度發(fā)生了較大變化，產(chǎn)生了渦街，實現(xiàn)對不同粒徑的顆粒的預先篩分。
[0021]本實用新型團聚室合理的利用團聚室內(nèi)的空間，利用三棱柱擾流與渦片的組合排布達到更好的團聚效果，且三棱柱擾流柱與渦片在湍流團聚室內(nèi)部安裝便捷，整體結構無耗能部件，運行阻力小，脫除顆粒效果顯著。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型湍流團聚室一種實施例的主視結構示意圖；
[0023]圖2為細顆粒物在實施例1的湍流團聚室內(nèi)的速度矢量圖；
[0024]圖3為經(jīng)實施例1的團聚室團聚前后的煙氣中顆粒粒徑分布圖；
[0025]圖中，1-入□處，2-渦片，3-三棱柱擾流柱，4-出口處。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例及其附圖對本實用新型做詳細說明，但并不以此作為對本申請權利要求保護范圍的限定。
[0027]本實用新型湍流團聚室(簡稱團聚室，參見圖1)以來流煙氣為軸對稱的六邊形結構，入口為突擴狀，出口為縮放狀，入口處I的寬度與團聚室總寬度的比值為0.2-0.4，入口處的壁面與來流煙氣中心線的夾角為30-60°，團聚室內(nèi)部設置有三棱柱擾流柱3和2n個渦片2，且I，每兩個渦片為一組，以來流煙氣為軸對稱布置，每個渦片2與來流煙氣的中心線的夾角為30-60°，渦片2距離團聚室壁面的最短距離為團聚室總寬度的1/6-1/4;所述三棱柱擾流柱3的主視圖形狀為等腰三角形，等腰三角形的底邊垂直于來流煙氣的中心線，等腰三角形的頂角正對入口且位于來流煙氣的中心線上，等腰三角形的中心距入口處的距離為團聚室總長度的1/4-1/3;第一組渦片2的左端到入口處的距離為團聚室總長度的2/5-1/2，相鄰兩組渦片間的距離為團聚室總長度的1/15-1/12;團聚室的出口處4用于連接外部的除塵設備。
[0028]本實用新型團聚室的進一步特征在于所述渦片2的數(shù)量為2-6個。
[0029]本實用新型團聚室的進一步特征在于所述渦片2的形狀為三角形或平行四邊形。
[0030]本實用新型應用該團聚室脫除超細顆粒物的方法的步驟是:
[0031]I)鍋爐尾部煙道中未被處理的煙氣以10_20m/s的速度進入湍流團聚室的入口，在突擴狀入口的作用下煙氣預先自身發(fā)生混合和撞擊，對不同粒徑的顆粒達到預先篩分的目的；入口中心的速度很大，入口通道截面積的突然增大在通道的上方和下方產(chǎn)生了兩個很大的漩渦，這樣的速度梯度可以增加氣流的擾動，漩渦的存在能夠使顆粒在通過擾流柱前達到一定的團聚效果，增加顆粒停留的時間。
[0032]2)經(jīng)過預先篩分的煙氣流過三棱柱擾流柱3產(chǎn)生分流、擾流和混流的效果，同時使氣流速度發(fā)生改變，在三棱柱后壁面會產(chǎn)生很大的速度梯度，較大速度梯度的含塵煙氣在三棱柱后產(chǎn)生兩個相鄰的旋轉方向相反的較大渦街，中、小粒徑顆粒被卷吸入漩渦中，在漩渦中不斷聚集碰撞長大為較大粒徑的顆粒，長大后的顆粒被甩出漩渦與分流后的氣流流向下游；
[0033]3)分流后的氣流分別流向兩側渦片，每個渦片后都會產(chǎn)生較小渦街，在一個渦街脫落后會在下一個渦片后再產(chǎn)生新的渦街，流經(jīng)渦片后的煙氣會產(chǎn)生繞流效果，使小顆粒在速度梯度的作用下進入渦片后的渦街中，可使經(jīng)過三棱柱擾流柱后漩渦未充分團聚的顆粒多次發(fā)生凝并；
[0034]4)經(jīng)渦片凝并后的煙氣進入團聚室的出口，出口為縮放狀，截面積驟然變小，速度梯度變化明顯，顆粒的運動劇烈，碰撞的機會增加，由于出口處的縮放形狀，可以使得氣流在此區(qū)域中心處速度急劇增加，可形成射流的效果，增加了顆粒再次凝并的機會，顆粒再次凝并長大；
[0035]5)經(jīng)出口凝并長大的顆粒在離心力作用下隨氣流流向出口，由出口處的除塵設備脫除。
[0036]本實用新型團聚室中三棱柱擾流柱和渦片結構大小及位置經(jīng)過優(yōu)化組合，入口布置于中心位置，選取能產(chǎn)生較大漩渦的三棱柱作為擾流柱，三棱柱擾流柱的位置使煙氣分流，且在三流柱擾流柱后端產(chǎn)生較大漩渦；渦片的位置不能距離團聚室的壁面過近，若距離過近會造成流動的阻力增加，并且使得在流經(jīng)三棱柱擾流柱后的位于團聚室中心線處的顆粒無法被卷吸進渦片后產(chǎn)生的小漩渦中，影響團聚效果，出口的設計與入口相同，是對稱的結構，縮放狀出口可以形成一定的射流效果，出口中心處的速度很大，兩邊速度小，顆粒運動更加劇烈，能夠增加碰撞的機會，對顆粒的團聚也起到一定的作用。本實用新型中所說的除塵設備可以為靜電除塵器和布袋除塵器，采用靜電除塵器，操作起來更加方便。
[0037]本實用新型團聚室用于燃煤鍋爐煙氣中細顆粒物聚集及凝并，用于除塵設備之前將超細顆粒合并為較大顆粒后再進行脫除，所述的煙氣中除了含有粒徑不等的顆粒外，還含有二氧化硫、水蒸氣、一些重金屬元素等。該團聚室入口的截面積的突擴，在氣流通過入口后經(jīng)過截面積突然變大的入口通道，通道的上方和下方產(chǎn)生漩渦，中心處速度增加，并且經(jīng)過三棱柱擾流柱分流后壁面處速度很大，在高速的流動中水蒸氣會容易與二氧化硫和一些重金屬元素發(fā)生碰撞結合在一起，從而可以達到部分脫除的效果。重金屬元素在經(jīng)過上述的入口結構后會降低溫度凝結成粒狀物，也可以隨顆粒一起被脫除。脫除的細顆粒物是指空氣動力學直徑小于2.5mm的顆粒，還包括設備運行過程中形成的細小水滴和脫硫液形成的液滴。
[0038]實施例1
[0039]本實施例湍流團聚室以來流煙氣為軸對稱的六邊形結構，入口為突擴狀，出口為縮放狀，入口處I的寬度與團聚室總寬度的比值為0.2，入口處的壁面與來流煙氣中心線的夾角為45°，團聚室內(nèi)部設置有三棱柱擾流柱3和4個渦片2，每兩個渦片為一組，以來流煙氣為軸對稱布置，每個渦片2與來流煙氣的中心線的夾角為45°，渦片2距離團聚室壁面的最短距離為團聚室總寬度的0.18;所述三棱柱擾流柱3的主視圖形狀為等腰三角形，等腰三角形的底邊垂直于來流煙氣的中心線，等腰三角形的頂角正對入口且位于來流煙氣的中心線上，等腰三角形的中心距入口處的距離為團聚室總長度的1/3;第一組渦片2的左端到入口處的距離為團聚室總長度的11/24，相鄰兩組渦片間的距離為團聚室總長度的1/12;團聚室的出口處4用于連接外部的除塵設備。
[0040]本實施例來流顆粒是從工業(yè)鍋爐除塵器前的煙道取得，顆粒粒徑集中在0.6-1μπι之間，計算中設置60 %的顆粒粒徑為0.6μπι。
[0041 ] 所述團聚室進出口寬度均為100mm，總長度為1200mm，總寬度為500mm，厚度為300mm，出口與入口對稱布置。
[0042]所述的三棱柱擾流柱為等邊三角形，邊長為80mm，放置在團聚室的中心線上，三棱柱擾流柱中心距入口處中心水平距離為400mm，保證漩渦的形成效果。
[0043]所述渦片為矩形渦片，尺寸為60 X 10mm，傾斜450放置。第一組渦片2的左端到入口處的距離550mm，距離團聚室下壁面90mm。兩組渦片之間間距為100mm。上方渦片與下方渦片關于團聚室中心線對稱布置。
[0044]圖2為細顆粒物在本實施例湍流團聚室內(nèi)的速度矢量圖，在圖2中，鍋爐尾部煙道中的煙氣以10m/s的速度進入團聚室的入口，入口形狀可使含塵煙氣在團聚室入口的上下區(qū)域形成渦旋流動，能夠使煙氣中的中、小粒徑的顆粒隨漩渦旋轉并聚集碰撞團聚，中大顆粒在渦旋邊緣流動或隨慣性流向下游;煙氣在流經(jīng)三棱柱擾流柱后，一部分流體分流，一部分流體流過三棱柱擾流柱，在三棱柱擾流柱后壁面處形成兩個方向相反的較大漩渦，中大粒徑的顆粒和小顆粒都會被卷吸進入較大漩渦中，顆粒相互之間的作用增強明顯，凝并為大顆粒，大顆粒隨著氣流的流動被甩出漩渦，進入到分流煙氣中，分流后煙氣流向上下兩行傾斜布置的渦片，渦片對較小粒徑顆粒的卷吸效果較好，產(chǎn)生的漩渦范圍較小，形成的阻力也較小，每個渦片后的漩渦會在撞擊到下一個渦片后脫落再次形成新的渦街，上游未充分混合的小顆粒再次流經(jīng)被卷吸進每個渦片后的漩渦中，在漩渦外的顆粒會隨著氣流沿壁面流向出口，每流經(jīng)一個渦片都會對顆粒進行一次篩選，將沒有充分團聚的小顆粒卷吸進渦片后的漩渦中，多個產(chǎn)渦裝置增加了顆粒的停留時間，提高了團聚的效率;縮放狀的出口可以達到一定的射流效果，此處的速度梯度又增加顆粒間的相互作用，也能夠促進顆粒的團聚。
[0045]圖3為經(jīng)本實施例團聚室團聚前后的煙氣中顆粒粒徑分布圖。圖3中橫坐標為顆粒粒徑，縱坐標為相應粒徑顆粒所占的百分比，團聚前的顆粒主要為IMi以下的小顆粒，團聚后曲線波峰向右移動，Iym以上的顆粒占到總數(shù)的96%，表明顆粒長大效果顯著，大顆粒可以被除塵器脫除。
[0046]本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術。
【主權項】
1.一種湍流團聚室，其特征在于該團聚室以來流煙氣為軸對稱的六邊形結構，入口為突擴狀，出口為縮放狀，入口處的寬度與團聚室總寬度的比值為0.2-0.4，入口處的壁面與來流煙氣中心線的夾角為30-60°，團聚室內(nèi)部設置有三棱柱擾流柱和2n個渦片，且η 3 I，每兩個渦片為一組，以來流煙氣為軸對稱布置，每個渦片與來流煙氣的中心線的夾角為30-60°，渦片距離團聚室壁面的最短距離為團聚室總寬度的1/6-1/4;所述三棱柱擾流柱的主視圖形狀為等腰三角形，等腰三角形的底邊垂直于來流煙氣的中心線，等腰三角形的頂角正對入口且位于來流煙氣的中心線上，等腰三角形的中心距入口處的距離為團聚室總長度的1/4-1/3;第一組渦片的左端到入口處的距離為團聚室總長度的2/5-1/2，相鄰兩組渦片間的距離為團聚室總長度的1/15-1/12;團聚室的出口處用于連接外部的除塵設備。2.根據(jù)權利要求1所述的湍流團聚室，其特征在于所述渦片的數(shù)量為2-6個。3.根據(jù)權利要求1所述的湍流團聚室，其特征在于所述渦片的形狀為三角形或平行四邊形。
【文檔編號】B01D51/02GK205517106SQ201620380304
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】李陽, 陳占秀, 楊歷, 劉聯(lián)勝, 閔春華, 李想
【申請人】河北工業(yè)大學