一種具有凹槽通道的湍流團聚室的製作方法

2024-04-02 01:54:05

本實用新型屬於超細顆粒物的脫除技術領域，具體涉及一種具有凹槽通道的湍流團聚室。

背景技術：

PM2.5是指空氣動力學直徑小於2.5μm的顆粒，也稱為可入肺顆粒物，因富含大量有毒、有害物質且在大氣中停留時間較長，對人體健康和大氣環境有嚴重危害。由於燃煤鍋爐工業用途較廣，致使我國煤炭消耗量巨大，因此煤燃燒產生的細粒物是大氣汙染物的主要來源之一。近年來室外空氣汙染持續惡化，嚴重的霧霾天氣已經影響到了人們的日常生活，不利於人們的身體健康。對於傳統的除塵設備，如靜電除塵器、布袋除塵器等對粒徑大於2μm的顆粒具有很高的脫除效率，但是隨著顆粒直徑的逐漸減小，除塵效率也逐漸降低。因此在進入傳統的除塵器之前，需要對其進行預處理，而顆粒團聚預處理技術則有很多種，包括聲波團聚、蒸汽相變團聚、湍流團聚、電團聚、磁團聚、熱泳沉積等。在這些團聚方法中，湍流團聚具有方法簡單，運行成較低等眾多有點，通過顆粒之間的相互作用使細顆粒發生湍流團聚而變成粒徑較大顆粒，長大後的顆粒排放到傳統除塵器中來進行脫除，這樣可以有效的提高脫除效率。在目前的工業領域，應用細顆粒物的湍流聚並已經得到了很好的發展。

申請號為201520001792.4的實用新型專利提出了一種新型煙氣除塵裝置，包括設有顆粒聚並的前除塵室和設有布袋除塵、靜電除塵或旋轉電極除塵的後除塵室。前除塵室中包括若干塊並列設置的擋板，當煙氣流經擋板時會產生漩渦，通過湍流聚並形成較大顆粒。長大後的顆粒在後除塵室中，利用傳統的除塵設備進行脫除。該實用新型在前除塵室設置並列布置的擋板雖然可以起到擾流的作用，但是由於擋板較長，幾乎布滿了整個團聚室，造成的阻力會很大，煙氣流經擋板時會有很大的壓力損失，不利於團聚室的穩定，並且較長的擋板設置在團聚室中，也增加了投資成本。

劉忠(劉忠.超細顆粒物聚並模型的比較研究[J].燃燒科學與技術,2012,(03):212-216.)提出了一種聚並器的物理模型，該聚並器內分為三個隔間，隔間前布置了兩個形狀為三角形的大渦片，在每個隔間內布置了六個形狀為矩形的小渦片，且布置在煙氣來流方向上，其模擬結果顯示利用湍流團聚可以有效的使細顆粒物長大。其不足之處在於雖然隨著隔間渦片數量的增加，顆粒的增長效果較為明顯，但是由於擾流元件的增多，煙氣流經時必會有很大的阻力，阻力增加的較多，並且大渦片、小渦片布置在團聚室中，使其團聚室結構較為複雜，而且隔間中每個小渦片間距較小，需提高煙氣的入口速度。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型擬解決的問題是，提供一種具有凹槽通道的湍流團聚室。該團聚室通過在外壁上設置對稱凹槽，對稱凹槽和三稜柱擾流件的相互配合，在團聚室中產生漩渦，進而更好的促進顆粒的凝聚，該團聚室擾流元件少，具有結構簡單、操作方便、運行成本較低等優點。

本實用新型解決所述技術問題採用的技術方案是：提供一種具有凹槽通道的湍流團聚室，該團聚室整體為長方體，關於來流煙氣的方向成軸向對稱，團聚室一端設有煙氣入口，另一端設有煙氣出口；煙氣入口連接在脫硫設備後，在煙氣出口處連接後續的除塵設備；在煙氣入口右部的團聚室內設有一個三稜柱擾流件，所述三稜柱擾流件的俯視圖為等腰三角形，三角形的頂點位於該團聚室的中心線上，底邊垂直於煙氣的來流方向；其特徵在於：在三稜柱擾流件右部的團聚室的前、後外壁上對稱設有若干個凹槽，位於前壁和後壁上的兩個對稱凹槽為一組，共有n組，n≥2，n組凹槽構成凹槽通道。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型團聚室沿煙氣來流的方向成軸向對稱設計，在煙氣入口的右邊設有三稜柱擾流件，三稜柱擾流件分流效果明顯，左右具有較大速度梯度，可以在三稜柱擾流件右方形成兩種方向相反的漩渦，小顆粒在漩渦的作用下相互碰撞，進而形成較大顆粒。

(2)本實用新型的團聚室外壁上，在三稜柱擾流件右邊對稱設置有若干組凹槽，這樣的排布可以使充分混合的來流煙氣在通過一組對稱的凹槽之間時速度增大，且三稜柱擾流件分流後的兩股流體在凹槽處匯集時會發生對撞，顆粒之間會發生強烈的相互作用。而當煙氣流入一組的兩個凹槽之間時速度較低，與中心線的煙氣速度產生速度梯度形成漩渦，小顆粒在漩渦的作用線成長，經過幾組凹槽的連續作用，顆粒的增長效果較為明顯。

(3)本實用新型裝置簡單，只有三稜柱一個擾流元件，在團流室的外壁上對稱設置凹槽，由三稜柱擾流件分流後的煙氣流入到截面積變窄的團聚通道，會起到流體加速和促進兩股流體對撞的效果。可以使顆粒的成長效果達到最佳，有利於節約成本；來流煙氣通過前期的篩選混合，強化了擾動，提高了團聚效果，可有效地與傳統的除塵設備相連，無需改變燃煤電廠的除塵結構，具有長遠的發展前景。

(4)本實用新型中，三稜柱擾流件分流之後，布置一組凹槽使得煙氣可以加速，在之後的煙氣流動過程中，在煙氣的主流線上沒有擾流元件，而只有兩側的凹槽起到細顆粒物團聚的效果，相比之下，能顯著減少阻力。

附圖說明

圖1為本實用新型具有凹槽通道的湍流團聚室一種實施例的立體結構示意圖；

圖2為細顆粒在實施例1中的團聚室內的速度矢量圖；

圖3為實施例1中團聚室團聚前後煙氣中顆粒粒徑分布圖；

圖1中：1-煙氣入口；2-凹槽；3-煙氣出口；4-三稜柱擾流件。

具體實施方式

下面結合實施例及其附圖對本實用新型做詳細說明，但並不以此作為對本申請權利要求保護範圍的限定。

本實用新型具有凹槽通道的湍流團聚室(簡稱團聚室，參見圖1)整體為長方體，關於來流煙氣的方向成軸向對稱，團聚室一端設有煙氣入口1，另一端設有煙氣出口3；煙氣入口連接在脫硫設備後，在煙氣出口處連接後續的除塵設備；在煙氣入口右部的團聚室內設有一個三稜柱擾流件4，所述三稜柱擾流件4的俯視圖為等腰三角形，三角形的頂點位於該團聚室的中心線上，底邊垂直於煙氣的來流方向；在三稜柱擾流件4右部的團聚室的前、後外壁上對稱設有若干個凹槽2，位於前壁和後壁上的兩個對稱凹槽為一組，共有n組，n≥2，n組凹槽構成凹槽通道，該凹槽通道即為團聚通道。

本實用新型的進一步特徵在於等腰三角形的中心與煙氣入口處的距離為該團聚室總長度的1/7，第一組凹槽距煙氣入口處的距離為該團聚室總長度的1/4-1/3，相鄰兩組凹槽之間的距離相等，且為該團聚室總長度的1/7。

本實用新型的進一步特徵在於n＝3～5。在實際的工業生產過程中，不同負荷條件下，煙氣中顆粒的數量會有很大的差異，若流速較大，可適量加凹槽對數或者增大不同組凹槽在煙氣來流方向上的間距，這樣可以使細顆粒物在漩渦中充分混合。

本實用新型的進一步特徵在於所述凹槽在俯視圖中的形狀為矩形或者三角形，能更好的處理細顆粒物的團聚。

本實用新型具有凹槽通道的湍流團聚室脫除超細顆粒物的方法步驟是：

(1)來流的高溫煙氣以5m/s的速度進入到團聚室內，在團聚室中，煙氣通過擴散作用，與自身的小顆粒發生碰撞混合。

(2)混合後的煙氣流繞過三稜柱擾流件4，三稜柱擾流件既有擾流，也有讓分流後的流體加速碰撞的效果，此時煙氣的速度會發生改變，三稜柱擾流件後邊煙氣的速度較小，這樣會產生較大的速度梯度，在三稜柱擾流件的後方會形成兩個方向相反的漩渦，粒徑較小的顆粒在漩渦中碰撞形成粒徑較大的顆粒。

(3)經三稜柱擾流件分流的煙氣流入到團聚通道區域，每組凹槽由於向團聚室內部凸起，致使團聚室的寬度變窄，當煙氣沿中心線流過時速度會增大，由於三稜柱擾流件分成了兩股流體，流體匯集在第一組凹槽處時，煙氣中細顆粒物會發生碰撞，顆粒與顆粒之間發生強烈的相互作用，從而有助於顆粒成長。在一組兩個對稱的凹槽之間的區域，由於寬度變寬，兩邊煙氣速度較低，中心線的煙氣與凹槽之間的煙氣會形成較大的速度梯度，從而形成漩渦，細顆粒在漩渦中通過碰撞長大為大顆粒。

(4)經過三稜柱擾流件和凹槽擾流的煙氣在之後的團聚室內充分混合，從煙氣出口流出，與煙氣出口連接的除塵設備進行脫除。

粒徑為0.5μm以下的顆粒經過本實用新型團聚室處理後，大部分的超細顆粒物可團聚為粒徑為2-6μm的大顆粒物，在團聚時，後邊添加傳統的除塵器可以有效的進行脫除。

該團聚室還可以脫除一些重金屬元素。燃煤燃燒所產生的煙氣中含有細顆粒物、二氧化硫，重金屬和水蒸氣，在以一定的速度通過三稜柱擾流件後，由於前後存在較大的速度梯度會產生漩渦，速度較大的蒸汽和重金屬元素會發生反應結合在一起，隨著後續的脫除裝置進行脫除。

實施例1

本實施例整體為長方體，關於來流煙氣的方向成軸向對稱，團聚室一端設有煙氣入口1，另一端設有煙氣出口3；煙氣入口連接在脫硫設備後，在煙氣出口處連接後續的除塵設備；在煙氣入口右部的團聚室內設有一個三稜柱擾流件4，所述三稜柱擾流件4的俯視圖為等腰三角形，三角形的頂點位於該團聚室的中心線上，底邊垂直於煙氣的來流方向；在三稜柱擾流件4右部的團聚室的前、後外壁上對稱設有若干個凹槽2，位於前壁和後壁上的兩個對稱凹槽為一組，共有n組，n＝3，n組凹槽構成團聚通道。

所述團聚室的總長為1050mm，寬為300mm，高為200mm。

所述腰三角形的中心與煙氣入口處的距離為150mm，三角形的底邊邊長為80mm。

所述團聚室中的凹槽的俯視圖為正方形，正方形的邊長為50mm，第一組凹槽距煙氣入口處的距離為300mm，每組凹槽之間的間距為150mm。

圖2為細顆粒在本實施例團聚室內的速度矢量圖。圖中顯示了鍋爐排放出的煙氣以5m/s的速度噴入到團聚室中進行充分的混合，當煙氣遇到三稜柱擾流件之後，會產生分流，三稜柱擾流件前後會有較大的速度梯度，在三稜柱擾流件後方會產生兩個方向相反的漩渦，小顆粒會捲入到漩渦中並與其它顆粒產生強烈的相互作用，最後成長為較大顆粒後離開漩渦排放到後續的流場中。三稜柱擾流件的右方會有三組大小相同的凹槽，在每組凹槽與凹槽之間，由於寬度變寬，此處煙氣速度較低，中心線的煙氣與凹槽之間的煙氣會形成較大的速度梯度，進而在凹槽處產生漩渦，煙氣中的細小顆粒在漩渦中湍流團聚，隨著流動的煙氣排放到團聚室的尾部，並經過傳統的除塵器進行脫除。

圖3為團聚室團聚前後煙氣中顆粒粒徑分布圖。如圖3所示，該圖中橫坐標代表顆粒粒徑，縱坐標代表顆粒數密度百分比。在沒有聚並之前，大部分顆粒的粒徑低於1μm，波峰介於0.2-0.3μm之間，顆粒數密度佔到了32％。經過團聚之後，曲線波峰明顯往右移動，波峰介於2-2.5μm之間，顆粒數密度佔到了21％。通過該圖可以看出，通過應用該團聚室，細顆粒物長大效果明顯。

本實用新型中所述前後左右等方位詞語是一個相對概念，定義煙氣入口1所在方向為左，煙氣出口3所在方向為右，設有凹槽的團聚室外壁為前後方向。

本實用新型未述及之處適用於現有技術。