一種三相渦街均流方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相渦街均流裝置，包括前端導流板和三相渦街均流擋板，所述三相渦街均流擋板的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)，三相渦街均流擋板的背風面為鈍體結(jié)構(gòu)；所述前端導流板與三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)端連接。該三相渦街均流板可用于在轉(zhuǎn)彎道、漸擴管道或突擴管道中進行渦街均流增效。本發(fā)明的三相渦街均流裝置的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)，充分減小了氣、液、固三相運動過程中的阻力，從而降低系統(tǒng)的壓降與能耗，降低運行費用；背風面為鈍體結(jié)構(gòu)，使氣體、液滴與顆粒流過鈍體時，在其后方產(chǎn)生雙向渦街，增大均流板后方的流場湍動性，渦街橫向傳輸實現(xiàn)使三相混合更加均勻。
【專利說明】
一種三相渦街均流方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三相渦街均流方法及其裝置，屬于流體流動【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)設(shè)備管道中，管道截面反生變化和管道方向的改變會導致流體運動方向改變，進而引起流體攜帶的液體相或固體顆粒相分離，最終使流體在流經(jīng)急轉(zhuǎn)彎道、漸擴管道或突擴管道后截面速度/濃度分布不均，進一步影響后續(xù)設(shè)備的混合、傳遞、反應(yīng)等工作效率。若在流體流經(jīng)入口急彎頭段、漸擴段或突擴段時，使用正確設(shè)計的均流裝置能夠大大避免這些不利的影響，保持氣流的形態(tài)，使氣流速度/濃度分布均勻。
[0003]目前，國內(nèi)工業(yè)設(shè)備管道中的均流裝置以導流板為主流，安裝導流板雖然可以使氣體速度較為均勻，但固相或者液相的顆粒本身在慣性力及曳力的作用下多貼近于導流板的附面層運動，使固相或液相在導流板近壁區(qū)域濃度過大，遠離導流板的區(qū)域濃度過小，最終各個通道中的液體相或固體相濃度分布不均，從而導致管道中氣固液三相混合不均。工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中氣固液三相混合不均會引發(fā)反應(yīng)器內(nèi)催化劑磨損不均、氣體污染物擴散不均、顆粒荷電不均、受力分離不均、氣液傳質(zhì)不均、液滴攜帶不均等多種問題，嚴重影響設(shè)備效率。如靜電除塵器中，氣流在流經(jīng)入口彎頭段與漸擴段時，安裝常規(guī)導流板雖然可以使入口氣流速度均勻，但微細顆粒及其液滴不均，致使除塵器內(nèi)部顆粒荷電不均、團聚與分離效果不佳，最終導致脫除效率降低?？偠灾Ｒ?guī)導流板是以氣體速度均勻為目標，沒有考慮液體相或固體相與氣體相的協(xié)同均勻，開發(fā)一種使氣固液三相混合均勻的均流板及其均流增效的方法是目前亟待解決的問題。雖然一些學者在常規(guī)導流板的基礎(chǔ)上做了許多的創(chuàng)新設(shè)計，如專利“一種流線型導流板結(jié)構(gòu)”(201310083921.4)，對導流板的前端進行了流線型修改，但主要目的是減少流通系統(tǒng)的阻力且降低由于截面突變而引起的流體擾動和動量損失，仍然沒有解決三相分布不均的問題。
[0004]對于三相均流問題國內(nèi)外也有相關(guān)的研究即三角翼技術(shù)，三角翼技術(shù)是利用三角翼擋板結(jié)構(gòu)使氣流在擋板之后產(chǎn)生雙向渦街，增加了擋板后的氣流湍動性從而優(yōu)化多相均布效果。國外德國巴克杜爾公司自85年起就開始利用三角翼技術(shù)解決管道內(nèi)的氣流混合不均問題(US4498786、US4527903、US5234672、US6615507)，近年來，美國巴布科克能源公司(US8517599)以及國內(nèi)的國電龍源環(huán)保公司(200810304121.x)均在SCR系統(tǒng)中采用了三角翼技術(shù)來保證SCR入口階段ΝΗ3/Ν0χ與煙氣混合均勻，此項技術(shù)的主要原理是在三角翼擋板的背風面設(shè)置還原劑噴管，利用三角翼后方的漩渦延展方向與噴管噴淋方向相反以及三角翼擋板背風面的漩渦效應(yīng)等有利因素使ΝΗ3/Ν0χ與煙氣混合更為均勻。但以上技術(shù)均有不足之處，首先，三角翼技術(shù)本身利用的迎風面和背風面均為鈍體結(jié)構(gòu)，迎風面鈍體結(jié)構(gòu)在迎風面產(chǎn)生較大的高壓區(qū)，極大地增加了系統(tǒng)的壓阻，可以說是以犧牲系統(tǒng)阻力為前提實現(xiàn)的均流，極大增加了系統(tǒng)的運行成本。另外，SCR系統(tǒng)中的三角翼均流作用主要關(guān)注的是外來流體與管道中流體的多相混合，然而，如果管道內(nèi)部流體本身為多相流體，不借助外來流體強制混合作用時應(yīng)如何實現(xiàn)多相均流并沒有提及。
[0005]總之，摒除常規(guī)導流板和三角翼技術(shù)的不足，開發(fā)一種既可以使管道內(nèi)部流體氣固液三相混合均勻又可以在此基礎(chǔ)上減少系統(tǒng)壓阻的增效均流方法及其裝置，是目前亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種三相渦街均流方法及其裝置，該三相渦街均流裝置的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)，充分減小了氣、液、固三相運動過程中的阻力，從而降低系統(tǒng)的壓降與能耗，降低運行費用；背風面為鈍體結(jié)構(gòu)，使氣體、液滴與顆粒流過鈍體時，在其后方產(chǎn)生雙向渦街，增大均流裝置后方的流場湍動性，渦街橫向傳輸實現(xiàn)使三相混合更加均勻。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種三相渦街均流裝置，包括前端導流板和三相渦街均流擋板，所述三相渦街均流擋板的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)，三相渦街均流擋板的背風面為鈍體結(jié)構(gòu)；所述前端導流板與三相潤街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)端連接。
[0009]所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)為直線型、弧形或內(nèi)雙曲型，流線體形狀會影響整個系統(tǒng)的壓阻，同時也會影響后方渦街產(chǎn)生的形式，可根據(jù)不同的管道形式以及均流要求選擇不同形式的流線體結(jié)構(gòu)，以達到最佳均流效果以及系統(tǒng)最低壓阻；管道漸擴段或漸突段的陡度大于1%時，優(yōu)選內(nèi)雙曲型；小于1%時優(yōu)選直線型或弧形；彎道彎角為90-120°之間優(yōu)選內(nèi)雙曲型；大于120°優(yōu)選直線型或弧形。
[0010]所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)后方可為開口或閉口形式，開口或閉口形式會影響鈍體后方的渦街衰減速度，可根據(jù)彎道、漸擴段或突擴段與作用面的距離大小來選擇開口或閉口形式，以保證氣流經(jīng)過渦街均流板之后在特定的反應(yīng)段有最佳的氣固液分布效果；開口或閉口形式以作用面與均流擋板鈍體面的距離和管道當量直徑的比值為判斷標準，當比值大于3時，采用閉口形式，當比值小于3時，可采用開口形式。
[0011]所述三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)的截面為圓形、四邊形或三角形；鈍體的形狀會影響三相渦街均流擋板的迎流面寬度，從而影響后方渦街的產(chǎn)生頻率與渦街穩(wěn)定程度，可根據(jù)不同的管徑大小來確定迎流面積寬度。
[0012]所述三相渦街均流擋板的迎流面寬度與所處管道的管徑的比值為0.2-0.4，優(yōu)選為0.277，此時產(chǎn)生的渦街會達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，進一步根據(jù)迎流面寬度選擇合適的鈍體結(jié)構(gòu)的形狀，使后方渦街達到最佳穩(wěn)定度。
[0013]所述三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)采用平口形式、凹陷形式或凸起形式。不同的鈍體結(jié)構(gòu)的形式會改變后方流體的流動空間大小，從而影響三相混合程度，可根據(jù)來流中氣固液的混合比例來調(diào)整鈍體結(jié)構(gòu)的形式，以達到最佳混合效果；若來流中氣相所占比例較大，可采用平口形式；固相所占比例較大，可采用凹陷形式，液相所占比例較大可采用凸起形式。
[0014]所述前端導流板與三相渦街均流擋板的連接處采用過渡處理，即連接處無接駁痕跡，使流體在流過連接處時相當于流過一個光滑的圓弧狀的結(jié)構(gòu)，減小來流的阻力，進一步減小整個系統(tǒng)的壓阻。
[0015]本發(fā)明的三相渦街均流裝置的均流方法，步驟如下:
[0016]針對不同形式的管道入口，對各個參數(shù)進行設(shè)置:根據(jù)管徑的大小以及鈍體面的遮擋系數(shù)(管道內(nèi)三相渦街均流裝置的鈍體結(jié)構(gòu)的截面占整個管道截面的百分比，一般取50-80%之間)確定均流裝置的數(shù)量及間隔距離，然后，根據(jù)實際管道中的流動情況，對三相渦街均流板的大小(迎面流體流速較小處布置形狀較小的三相渦街均流裝置)和疏密程度(迎面流體流速較小處布置密集一些)進行適當調(diào)整修正，最終進一步確定均流裝置間距離，使均流效果最佳。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018](I)本發(fā)明首先通過前端導流板對煙氣進行一次均流，隨后，流體流經(jīng)與前端導流板相連的三相渦街均流擋板，在流經(jīng)迎風面流線體部分時，固體顆?；蛞旱蔚淖枇Τ浞譁p小，順利流向背風面鈍體部分，同時，背風面鈍體部分產(chǎn)生雙向渦街，旋渦的強力旋轉(zhuǎn)使流經(jīng)的固體顆?；蛞旱闻c氣相均勻混合，最終達到三相均流效果；
[0019](2)本發(fā)明的迎風面采用流線體，固體顆?；蛞旱卧诹鹘?jīng)流線體時產(chǎn)生的阻力最小，使顆?；蛞旱雾樌竭_鈍體面之后并充分進入板后的漩渦中，實現(xiàn)鈍體板后三相充分混合的同時也降低系統(tǒng)壓阻；
[0020](3)本發(fā)明的背風面采用鈍體，使流體在鈍體之后，在板的前緣產(chǎn)生廣延恒溫態(tài)的旋渦，這些旋渦呈雙向、圓錐形分布，它們的轉(zhuǎn)向相反，離開板后的直徑逐漸增大，同時，旋渦的強力旋轉(zhuǎn)使流經(jīng)的固體顆?；蛞旱闻c氣相均勻混合，最終達到三相均流效果；
[0021](4)前端導流板與三相渦街均流擋板的連接處采用過渡處理，進一步減小了裝置本身對固體顆粒和液滴的阻力，進而降低系統(tǒng)阻力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的三相渦街均流裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為三相渦街均流裝置在急轉(zhuǎn)彎道、漸擴管道和突擴管道中的布置形式示意圖
[0024]圖3為設(shè)置有本發(fā)明的三相渦街均流板的靜電除塵器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]其中，1-前端導流板；2_迎風面流線體結(jié)構(gòu)；3_背風面鈍體結(jié)構(gòu)；
[0026]211-入口 ；212-前端導流板；213_三相渦街均流擋板；214_作用截面；
[0027]221-入口 ；222_前端導流板；223_三相渦街均流擋板；224_作用截面；
[0028]231-入口 ；232_前端導流板；233_三相渦街均流擋板；234_作用截面；
[0029]31-入口 ；32_直角彎道；33-三相渦街均流裝置；34-收塵室入口 ；35_收塵室；36-灰斗；37_出口。

【具體實施方式】
[0030]結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。
[0031]實施例1
[0032]如圖1中(a)所示，一種三相渦街均流裝置，包括前端導流板I和三相渦街均流擋板，所述三相渦街均流擋板的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)2，三相渦街均流擋板的背風面為鈍體結(jié)構(gòu)3 ;所述前端導流板I與三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)端連接?？梢耘c常規(guī)導流板直接連接，也可以單獨使用。
[0033]所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)2為直線型(如圖1中(a)所示)、弧形(如圖1中(b)所示)或內(nèi)雙曲型(如圖1中(C)所示)，流線體形狀會影響整個系統(tǒng)的壓阻，同時也會影響后方渦街產(chǎn)生的形式。
[0034]所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)2后方可為開口形式(如圖1中(d)、(e)、(f)所示)或閉口形式(如圖1中(a)、(b)、(c)所示)，開口或閉口形式會影響鈍體后方的渦街衰減速度，可根據(jù)彎道、漸擴段或突擴段與作用面的距離大小來選擇開口或閉口形式，以保證氣流經(jīng)過渦街均流板之后在特定的反應(yīng)段有最佳的氣固液分布效果。
[0035]三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)的截面可以選為圓形、四邊形或三角形(如圖1中(C)所示)；鈍體的形狀會影響渦街發(fā)生體的迎流面積寬度，從而影響后方渦街的產(chǎn)生頻率與渦街穩(wěn)定程度，可根據(jù)不同的管徑大小來確定迎流面積寬度。
[0036]渦街發(fā)生體的迎流面寬度與所處管道的管徑的比值為0.277時，此時產(chǎn)生的渦街會達到一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，進一步根據(jù)迎流面寬度選擇合適的鈍體結(jié)構(gòu)的形狀，使后方渦街達到最佳穩(wěn)定度。
[0037]所述三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)采用平口形式、凹陷形式或凸起形式(如圖1中(b)所示)。不同的鈍體結(jié)構(gòu)的形式會改變后方流體的流動空間大小，從而影響三相混合程度，可根據(jù)來流中氣固液的混合比例來調(diào)整鈍體結(jié)構(gòu)的形式，以達到最佳混合效果；
[0038]所述前端導流板與三相渦街均流擋板的連接處采用過渡處理，即連接處無接駁痕跡，使流體在流過連接處時相當于流過一個光滑的圓弧狀的結(jié)構(gòu)，減小來流的阻力，進一步減小整個系統(tǒng)的壓阻。
[0039]實施例2:三相渦街均流裝置在轉(zhuǎn)彎道、漸擴管道和突擴管道中的作用過程
[0040]由圖2所示，為三相渦街均流裝置在轉(zhuǎn)彎道(圖2中(a))、漸擴管道(圖2中(b))和突擴管道(圖2中(c))中的布置形式；以轉(zhuǎn)彎道管道為例，氣流由從入口 211進入轉(zhuǎn)彎道時，多相流經(jīng)過前端導流板212 (根據(jù)不同的管道形式設(shè)置不同形式的導流板)，實現(xiàn)一次氣相均流作用，隨后，在一次氣相均流的基礎(chǔ)上，流體在迎風面流線體背風面鈍體結(jié)構(gòu)的三相渦街均流擋板213 (根據(jù)入口截面各部分速度差異設(shè)計了大小和疏密程度不同的三相渦街均流擋板以實現(xiàn)高效三相均流)的作用下進行三相混合，最終，流體到達作用截面214時實現(xiàn)三相均勻混合。
[0041]三相渦街均流裝置在漸擴彎道和突變彎道的作用過程與轉(zhuǎn)彎道類似。
[0042]實施例3:三相渦街均流裝置在靜電除塵器中的應(yīng)用
[0043]圖3為設(shè)置有本發(fā)明的三相渦街均流板的靜電除塵器結(jié)構(gòu)示意圖，燃煤煙氣從入口 31進入，流經(jīng)直角彎道32時，氣固兩相流在三相渦街均流裝置33，根據(jù)除塵器入口截面各部分速度差異設(shè)計了大小和疏密程度不同的三相渦街均流擋板以實現(xiàn)高效三相均流，三相渦街均流裝置33設(shè)置數(shù)量與所處管道的管徑比為:5個/3600mm，三相渦街均流裝置33之間的間隔距離為300-600mm不等。在三相渦街均流裝置33的作用下兩相均勻混合，混合均勻的氣流經(jīng)過收塵室入口 34進入收塵室35，由于克服了彎頭等原因引起的氣固分布不均問題，靜電除塵器入口顆粒分布均勻，使靜電除塵器(ESP)內(nèi)部的氣固兩相或濕式靜電除塵器(WESP)內(nèi)部的氣液固三相混合更為均勻，顆粒荷電均勻，團聚效果更佳，脫除效率提高，凈化后的煙氣由出口 37排出，除去的塵粒由灰斗36排出。
[0044]在未設(shè)有本發(fā)明的三相渦街均流板的情況下，多相流來流截面速度分布標準差δ高于0.4，實施例3中，在三相渦街均流裝置的作用下，多相流來流截面速度分布標準差δ為0.0889-0.1475之間，符合美國RMS標準對氣流速度的分布的要求(δ ^ 0.1為優(yōu)秀，δ <0.2為良好，δ <0.25為合格)，來流截面固體顆粒、液滴與氣體分布均勻，阻力特性、混合效果均滿足技術(shù)要求，且比安裝傳統(tǒng)的導流板裝置的均流效果更佳。
[0045]另外，加裝了三相渦街均流裝置之后，與加裝三角翼擋板的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)阻力減少20%左右,使系統(tǒng)在二相均流提聞效率的基礎(chǔ)上，進一步減少了系統(tǒng)的運行成本。
[0046]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三相渦街均流裝置，其特征在于，包括前端導流板和三相渦街均流擋板，所述三相渦街均流擋板的迎風面為流線體結(jié)構(gòu)，三相渦街均流擋板的背風面為鈍體結(jié)構(gòu)；所述前端導流板與三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)端連接。
2.—種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)為直線型、弧形或內(nèi)雙曲型。
3.—種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的流線體結(jié)構(gòu)后方為開口或閉口形式。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)的截面為圓形、四邊形或三角形。
5.如權(quán)利要求1所述的一種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的迎流面寬度與所處管道的管徑的比值為0.2-0.4。
6.如權(quán)利要求5所述的一種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的迎流面寬度與所處管道的管徑的比值為0.277。
7.如權(quán)利要求1所述的一種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述三相渦街均流擋板的鈍體結(jié)構(gòu)采用平口形式、凹陷形式或凸起形式。
8.如權(quán)利要求1所述的一種三相渦街均流裝置，其特征在于，所述前端導流板與三相渦街均流擋板的連接處采用過渡處理。
9.權(quán)利要求1至8任一項所述的三相渦街均流裝置的均流方法，其特征在于，步驟如下: 三相渦街均流裝置與導流板直接連接或單獨使用，根據(jù)管徑的大小以及鈍體面的遮擋系數(shù)確定三相渦街均流裝置的數(shù)量及間隔距離，管道內(nèi)三相渦街均流裝置的鈍體結(jié)構(gòu)的截面占整個管道截面的百分比為50-80%。
10.權(quán)利要求1至8任一項所述的三相渦街均流裝置在轉(zhuǎn)彎道、漸擴管道或突擴管道中進行渦街均流增效的應(yīng)用。
【文檔編號】F16L55/00GK104455897SQ201410606424
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】馬春元, 潘曉慧, 崔琳, 張立強, 王志強 申請人:山東大學