本實(shí)用新型涉及鍋爐煙氣中細(xì)顆粒脫除裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體主要涉及到一種帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室。

背景技術(shù)：

霧霾主要成分之一就是漂浮在空中的細(xì)顆粒物，這種細(xì)顆粒物通常被人們稱(chēng)為PM2.5。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的解釋?zhuān)琍M2.5是當(dāng)量直徑小于或等于2.5微米的細(xì)顆粒物。由于PM2.5活動(dòng)性強(qiáng)，粒徑小，易攜帶有毒物質(zhì)，所以霧霾對(duì)中國(guó)大氣環(huán)境以及人民身體健康有極大的危害，為此我國(guó)對(duì)有關(guān)霧霾治理技術(shù)十分的關(guān)注。PM2.5的主要來(lái)源之一就是煤燃燒產(chǎn)生的細(xì)顆粒物，然而大部分工廠中的燃煤鍋爐很難達(dá)到排放要求。因?yàn)镻M2.5顆粒粒徑很小導(dǎo)致傳統(tǒng)的除塵裝置如靜電除塵，布袋除塵等難以有效的控制PM2.5的排放，所以需要一個(gè)預(yù)處理裝置通過(guò)物理或化學(xué)的作用提前使細(xì)顆粒物的粒徑長(zhǎng)大使長(zhǎng)大后的顆粒能夠被傳統(tǒng)的除塵裝置脫除。

預(yù)處理裝置主要是通過(guò)湍流團(tuán)聚的方法來(lái)使顆粒長(zhǎng)大，為了使流體中的細(xì)顆粒達(dá)到團(tuán)聚的效果，現(xiàn)階段的團(tuán)聚室一般都具有褶皺的壁面或復(fù)雜的擾流片。這樣既不利于加工，也會(huì)使團(tuán)聚室內(nèi)積灰。

申請(qǐng)?zhí)?01010018240.6的中國(guó)專(zhuān)利提出一種燃煤煙氣脫硫工藝中提高細(xì)顆粒物脫除的裝置及方法。這種裝置是對(duì)于脫硫塔出口處具有較高濕度的煙氣而設(shè)計(jì)的，此裝置是一個(gè)長(zhǎng)方形的蒸汽相變室，蒸汽相變室的煙氣進(jìn)口與煙氣出口之間依次設(shè)有蒸汽噴嘴、除霧器,蒸汽相變室內(nèi)襯具有增進(jìn)相變效果和防腐雙重功效的耐蝕低表面能材料。這樣能夠在蒸汽相變室中通過(guò)蒸汽噴嘴使煙氣達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)并使顆粒異質(zhì)成核長(zhǎng)大最終被除霧器除去，但由于相變室中裝有裝置，投資成本高并且也容易堵灰。

申請(qǐng)?zhí)?01610380648.5的中國(guó)專(zhuān)利是一種基于蒸發(fā)冷卻除塵技術(shù)的濕式電除塵的方法。此裝置是在濕式電除塵前裝設(shè)蒸發(fā)冷卻的長(zhǎng)方形團(tuán)聚室，長(zhǎng)方形團(tuán)聚室內(nèi)裝有風(fēng)扇與蒸發(fā)器，風(fēng)扇安放在蒸發(fā)器之前并與團(tuán)聚室外部的制冷劑壓縮機(jī)相連。當(dāng)飽和濕煙氣通過(guò)團(tuán)聚室時(shí)，帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)為制冷劑壓縮機(jī)提供動(dòng)力，制冷劑壓縮機(jī)把制冷劑送到風(fēng)扇后的蒸發(fā)器中促使飽和濕煙氣在流過(guò)蒸發(fā)器時(shí)降溫,水汽在細(xì)顆粒物表面發(fā)生相變長(zhǎng)大，其不足之處在于蒸發(fā)冷卻的團(tuán)聚室中裝有風(fēng)扇、蒸發(fā)器，團(tuán)聚室外又安裝有節(jié)流閥、制冷壓縮機(jī)等裝置，因此裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且顯著增加了投資成本。

熊英瑩(熊英瑩,譚厚章.濕式相變冷凝除塵技術(shù)對(duì)微細(xì)顆粒物的脫除研究[J].潔凈煤技術(shù),2015,(02):20-24.)在一個(gè)長(zhǎng)方形的團(tuán)聚室內(nèi)設(shè)置了一排彎管的冷卻裝置，通過(guò)往冷卻裝置中添加冷水，使流過(guò)彎管處的濕煙氣降溫，顆粒通過(guò)異質(zhì)成核長(zhǎng)大。但是由于長(zhǎng)大的顆粒會(huì)由于含有水分會(huì)粘在彎管上，導(dǎo)致彎管上積灰堵塞團(tuán)聚室。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室，該團(tuán)聚室能將蒸汽相變和湍流團(tuán)聚結(jié)合在一個(gè)裝置內(nèi)完成，促使顆粒凝并長(zhǎng)大，從而達(dá)到脫除的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，維護(hù)費(fèi)用少。

本實(shí)用新型解決所述的技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)問(wèn)題；提供一種帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室，其特征在于該團(tuán)聚室由蒸汽相變段、緩沖段和湍流團(tuán)聚段三部分組成，蒸汽相變段一端為團(tuán)聚室入口，另一端依次連接緩沖段和湍流團(tuán)聚段一端；湍流團(tuán)聚段的另一端為團(tuán)聚室出口；所述蒸汽相變段的長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的3/8；所述緩沖段為漸縮的通道，緩沖段的入口與出口的寬度比為1.5，長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的1/16；所述湍流團(tuán)聚段中設(shè)有3-5個(gè)擾流柱；所述擾流柱的長(zhǎng)度方向與湍流團(tuán)聚段的寬度方向平行，多個(gè)擾流柱依次等高度排列，擾流柱的上下底面均固定在湍流團(tuán)聚段的內(nèi)壁上，上下底面的形狀為具有長(zhǎng)軸和短軸、且長(zhǎng)軸和短軸相互垂直的圖形，并且擾流柱的上下底面的長(zhǎng)軸所在的縱切面與來(lái)流方向垂直；擾流柱上下底面的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度為湍流團(tuán)聚段寬度的1/5-1/3；所述湍流團(tuán)聚段的長(zhǎng)度為整個(gè)團(tuán)聚室的9/16，團(tuán)聚室出口連接傳統(tǒng)靜電除塵器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益的效果：

1)本實(shí)用新型帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室，整個(gè)團(tuán)聚室是由三部分組成的，分別是蒸汽相變段(蒸汽相變段能為顆粒提供一定的滯留時(shí)間來(lái)進(jìn)行蒸汽相變)，緩沖段(是蒸汽相變段后漸縮的通道，既可以使流體加速又可以進(jìn)一步蒸汽相變，這一段是由蒸汽相變轉(zhuǎn)換成湍流團(tuán)聚的緩沖區(qū)域)以及湍流團(tuán)聚段。蒸汽相變段的長(zhǎng)度隨著煙氣流量的增大而增大，這樣利于顆粒有一定的滯留時(shí)間。在相變段中煙氣是過(guò)飽和，并且停留時(shí)間將影響到通過(guò)異質(zhì)成核長(zhǎng)大的顆粒粒徑。緩沖段可以使煙氣的流速增大從而有利于在湍流團(tuán)聚段中的顆粒團(tuán)聚。由于顆粒會(huì)有一段時(shí)間在緩沖段內(nèi)，因此煙氣中的顆粒會(huì)通過(guò)異質(zhì)成核長(zhǎng)大，使在緩沖段處的顆粒粒徑長(zhǎng)大為1.5微米左右。在湍流團(tuán)聚段中通過(guò)湍流團(tuán)聚使較小的顆粒凝并長(zhǎng)大，由此長(zhǎng)大后的顆粒可以被靜電除塵裝置脫除。

2)在湍流團(tuán)聚段中來(lái)流橫掠橢圓形擾流柱，有利于在橢圓形擾流柱后部形成速度梯度。由于橢圓形擾流柱的擺放位置使橢圓形擾流柱與壁面之間的區(qū)域處流速較高，而在橢圓擾流柱后部越靠近擾流柱的短軸位置，煙氣的流速會(huì)越小，從而形成速度差。這樣可以把較小的顆粒引入旋渦處，進(jìn)行碰撞團(tuán)聚，使其長(zhǎng)成粒徑為4-5μm的顆粒，這種粒徑對(duì)于靜電除塵裝置是可以脫除的。

3)本實(shí)用新型團(tuán)聚室中的緩沖段是一個(gè)漸縮管道，由于其形狀特征，可以使從蒸汽相變段中的流出的煙氣加速，從而達(dá)到增加流速的作用，促進(jìn)了湍流團(tuán)聚室中橢圓形擾流柱后部速度梯度的形成，更加有利于團(tuán)聚較小顆粒。

本實(shí)用新型利用蒸汽相變耦合湍流團(tuán)聚引起顆粒的凝并長(zhǎng)大，從而可以使細(xì)顆粒得以脫除。同時(shí)此裝置簡(jiǎn)單，擾流柱加工方便，低能耗,相較于一般顆粒粒徑能長(zhǎng)大到1-2μm的團(tuán)聚室，本實(shí)用新型的團(tuán)聚室顆粒粒徑能長(zhǎng)到4-5μm，是一般團(tuán)聚室的2-3倍。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是使用本實(shí)用新型團(tuán)聚室加蒸汽脫除細(xì)顆粒的前后粒徑分布圖；

圖3是使用本實(shí)用新型團(tuán)聚室未加蒸汽脫除細(xì)顆粒的前后粒徑分布圖。

圖中1-團(tuán)聚室入口，2-蒸汽相變段 3-緩沖段，4-湍流團(tuán)聚段，5-擾流柱，6-團(tuán)聚室出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本實(shí)用新型帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室(簡(jiǎn)稱(chēng)團(tuán)聚室，參見(jiàn)圖1)由蒸汽相變段2、緩沖段3和湍流團(tuán)聚段4三部分組成，蒸汽相變段一端為團(tuán)聚室入口1，另一端依次連接緩沖段和湍流團(tuán)聚段4一端；湍流團(tuán)聚段4的另一端為團(tuán)聚室出口6；所述蒸汽相變段2的長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的3/8，蒸汽相變段內(nèi)為相變方腔；所述緩沖段為漸縮的通道，緩沖段的入口與出口的寬度比為1.5，長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的1/16；所述湍流團(tuán)聚段中設(shè)有3-5個(gè)擾流柱5；所述擾流柱的長(zhǎng)度方向與湍流團(tuán)聚段的寬度方向平行，多個(gè)擾流柱依次等高度排列，使煙氣橫掠過(guò)擾流柱，擾流柱的上下底面均固定在湍流團(tuán)聚段的內(nèi)壁上，上下底面的形狀為具有長(zhǎng)軸和短軸、且長(zhǎng)軸和短軸相互垂直的圖形，并且擾流柱的上下底面的長(zhǎng)軸所在的縱切面與來(lái)流方向垂直；擾流柱上下底面的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度為湍流團(tuán)聚段寬度的1/5-1/3；所述湍流團(tuán)聚段的長(zhǎng)度為整個(gè)團(tuán)聚室的9/16，團(tuán)聚室出口6連接傳統(tǒng)靜電除塵器。

本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于所述擾流柱的上下底面為橢圓形，橢圓形短軸的長(zhǎng)度為長(zhǎng)軸的1/3-1/2；有三個(gè)擾流柱，兩個(gè)相鄰橢圓形擾流柱之間的距離與湍流團(tuán)聚段的長(zhǎng)度比為1/3；第一個(gè)橢圓形擾流柱距離緩沖段出口的長(zhǎng)度占整個(gè)湍流團(tuán)聚段的1/8-1/9；橢圓形擾流柱在來(lái)流方向所占的空間比圓形擾流柱所占的空間小，能顯著增大擾流的空間，能夠使團(tuán)聚效果更好。

本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于所述擾流柱的上下底面的形狀也可為梯形或菱形，為菱形時(shí)，長(zhǎng)軸和短軸為菱形兩個(gè)對(duì)角線，為梯形時(shí),梯形的長(zhǎng)軸指的是梯形的下底邊,短軸為梯形下底邊與上底邊之間的垂線，下底邊迎著來(lái)流方向。所述擾流柱的上下底面的形狀也可以為圓形，為圓形時(shí)，長(zhǎng)軸和短軸相等。

本實(shí)用新型應(yīng)用上述團(tuán)聚室脫除超細(xì)顆粒的方法的步驟是：

1)鍋爐尾部煙道中的煙氣以233kg/s-699kg/s流出，在進(jìn)入團(tuán)聚室入口前，先與水蒸氣以19:1進(jìn)行混合，使入口煙氣的過(guò)飽和度為1.2-1.3，方便煙氣在蒸汽相變段內(nèi)進(jìn)行異質(zhì)成核。

2)經(jīng)過(guò)充分混合的煙氣，進(jìn)入團(tuán)聚室的相變段，使其在蒸汽相變段中進(jìn)行異質(zhì)成核長(zhǎng)大。

3)蒸汽相變完成后，通過(guò)一個(gè)緩沖段，由于緩沖段采用漸縮結(jié)構(gòu)，使兩邊的煙氣流向團(tuán)聚室中心線的位置，使煙氣流速增大，同時(shí)這一緩沖段也充當(dāng)著緩沖的作用，使顆粒異質(zhì)成核長(zhǎng)大。

4)經(jīng)過(guò)緩沖段以后，煙氣進(jìn)入裝置的湍流團(tuán)聚段，在湍流團(tuán)聚段安裝有擾流柱，該擾流柱的長(zhǎng)軸縱切面與來(lái)流煙氣垂直，在煙氣流經(jīng)擾流柱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擾流作用，從而在擾流柱后部產(chǎn)生渦結(jié)構(gòu)；較小的顆粒在旋渦處可以進(jìn)行團(tuán)聚，從而使顆粒長(zhǎng)大。

5)經(jīng)過(guò)團(tuán)聚后的顆粒隨著氣流流向團(tuán)聚室出口。

本實(shí)用新型團(tuán)聚室中蒸汽相變段的長(zhǎng)度、緩沖段的長(zhǎng)度以及湍流團(tuán)聚段中擾流柱的形狀與布置方式是經(jīng)過(guò)優(yōu)化組合的。在蒸汽相變段中顆粒有了一定的滯留時(shí)間從而可以通過(guò)異質(zhì)成核長(zhǎng)大。緩沖段是使顆粒進(jìn)行加速的區(qū)域，并且由于緩沖段內(nèi)還是過(guò)飽的(通過(guò)在入口段添加蒸汽使得入口煙氣的過(guò)飽和度在1.2-1.3之間，在233kg/s-699kg/s的煙氣流速下，可以保證蒸汽相變段中可以進(jìn)行蒸汽相變，同時(shí)使緩沖段的過(guò)飽和度達(dá)到1.0以上)，所以同時(shí)也使顆粒通過(guò)異質(zhì)成核長(zhǎng)大。由于流體在緩沖段中提高了流速，所以促進(jìn)了顆粒在湍流團(tuán)聚段中的團(tuán)聚。在湍流團(tuán)聚段中，通過(guò)擾流柱的影響，顆粒凝并長(zhǎng)大。

本實(shí)用新型擾流柱的數(shù)量是與團(tuán)聚室入口1的入口流速成正比的，如果擾流柱的數(shù)量小于3會(huì)使團(tuán)聚室內(nèi)流場(chǎng)達(dá)不到充分的擾動(dòng)，擾流柱的個(gè)數(shù)是隨著入口流速的增加而增加，但上限為5個(gè)，當(dāng)擾流柱數(shù)量再增加時(shí)團(tuán)聚室的脫除效率不會(huì)再有更大的改善，達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

本實(shí)用新型團(tuán)聚室能用于燃煤鍋爐煙氣中細(xì)顆粒的凝并長(zhǎng)大。本實(shí)用新型將蒸汽相變和湍流團(tuán)聚在一個(gè)團(tuán)聚室中進(jìn)行耦合，設(shè)有蒸汽相變段，要求進(jìn)入團(tuán)聚室中的煙氣含水量較多，較多的含水量可以吸收掉一部分煙氣中含有的二氧化硫氣體及一些金屬元素。在湍流團(tuán)聚段中這部分元素會(huì)隨著團(tuán)聚而被脫除，本實(shí)用新型團(tuán)聚室也可以使PM2.5的細(xì)顆粒得到有效的脫除。

實(shí)施例1

本實(shí)施例帶有相變方腔與擾流柱的漸縮式團(tuán)聚室由蒸汽相變段2、緩沖段3和湍流團(tuán)聚段4三部分組成，蒸汽相變段一端為團(tuán)聚室入口，另一端依次連接緩沖段和湍流團(tuán)聚段4一端；湍流團(tuán)聚段4的另一端為團(tuán)聚室出口6；所述蒸汽相變段2的長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的3/8，蒸汽相變段2內(nèi)為相變方腔；所述緩沖段為漸縮的通道，緩沖段的入口與出口的寬度比為1.5，長(zhǎng)度占整個(gè)團(tuán)聚室總長(zhǎng)度的1/16；所述湍流團(tuán)聚段中設(shè)有3個(gè)擾流柱；所述擾流柱的長(zhǎng)度方向與湍流團(tuán)聚段的寬度方向平行，多個(gè)擾流柱依次等高度排列，使煙氣橫掠過(guò)擾流柱，擾流柱的上下底面均固定在湍流團(tuán)聚段的內(nèi)壁上，上下底面的形狀為具有長(zhǎng)軸和短軸、且長(zhǎng)軸和短軸相互垂直的圖形，并且擾流柱的上下底面的長(zhǎng)軸所在的縱切面與來(lái)流方向垂直；擾流柱上下底面的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度為湍流團(tuán)聚段寬度的1/5，短軸的長(zhǎng)度則為長(zhǎng)軸的1/2；所述湍流團(tuán)聚段的長(zhǎng)度為整個(gè)團(tuán)聚室的9/16，團(tuán)聚室出口6連接傳統(tǒng)靜電除塵器。

本實(shí)施例擾流柱的上下底面形狀為橢圓形，兩個(gè)相鄰橢圓形擾流柱之間的距離與湍流團(tuán)聚段的長(zhǎng)度比值為1/3。第一個(gè)橢圓形擾流柱距離緩沖段出口的長(zhǎng)度占整個(gè)湍流團(tuán)聚段的1/9。

所述的團(tuán)聚室入口的寬度為120mm,團(tuán)聚室出口6的寬度為80mm,團(tuán)聚室總長(zhǎng)度為800mm，高度是150mm。

蒸汽相變段為300mm,緩沖段為50mm,湍流團(tuán)聚段為450mm.

橢圓形擾流柱的長(zhǎng)軸為16mm，短軸為8mm,相鄰橢圓形擾流柱間的距離為150mm。

本實(shí)施例中的來(lái)流顆粒是從燃煤鍋爐除塵器前的煙道內(nèi)取得的，顆粒粒徑集中在0.2μm左右。使用本實(shí)施例的團(tuán)聚室進(jìn)行超細(xì)顆粒脫除時(shí)控制鍋爐尾部煙道中的煙氣以233kg/s的流速流出，在進(jìn)入團(tuán)聚室入口前，先與水蒸氣以19:1進(jìn)行混合，然后進(jìn)入團(tuán)聚室進(jìn)行脫除，得到團(tuán)聚室入口1處、緩沖段3和團(tuán)聚室出口6處沿團(tuán)聚室寬度方向上粒徑的分布(參見(jiàn)圖2)。另外，在該團(tuán)聚室中，煙氣以233kg/s的流速直接進(jìn)入團(tuán)聚室，進(jìn)行超細(xì)顆粒脫除，得到團(tuán)聚室入口1處、緩沖段3和團(tuán)聚室出口6處沿團(tuán)聚室寬度方向上粒徑的分布(參見(jiàn)圖3)

圖2與圖3中橫坐標(biāo)是距離團(tuán)聚室中心線的相對(duì)位置，縱坐標(biāo)是顆粒粒徑,并且分別為添加蒸汽和未添加蒸汽的工況，圖2中在添加蒸汽的工況下細(xì)顆粒直徑從入口處的0.2μm通過(guò)蒸汽相變與湍流團(tuán)聚的共同作用長(zhǎng)大為4-5μm。圖3中未添加蒸汽的工況下顆粒只能從入口處的0.2μm通過(guò)湍流團(tuán)聚長(zhǎng)大為0.8-0.9μm。通過(guò)圖2與圖3的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，加蒸汽比不加蒸汽效果好，在加蒸汽的出口處出現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)是因?yàn)榻?jīng)過(guò)異質(zhì)成核產(chǎn)生的大顆粒其慣性力占主導(dǎo)位置使得顆粒會(huì)從橢圓形擾流柱與壁面之間的區(qū)域直接流走，而較小的顆粒由于慣性力較小，會(huì)受到渦卷吸的作用從而碰撞凝并長(zhǎng)大。所以會(huì)在出口兩側(cè)出現(xiàn)雙峰。未添加蒸汽的工況中部出現(xiàn)單峰，是由于這時(shí)裝置主要靠橢圓形擾流柱后的渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)顆粒的碰撞與團(tuán)聚，所以會(huì)在中部產(chǎn)生較大顆粒。

首先脫除效率是與本實(shí)用新型未添加蒸汽直接噴顆粒的工況進(jìn)行比較，當(dāng)未添加蒸汽時(shí)裝置出口的粒徑60％-70％在0.8-0.9μm之間。而添加蒸汽進(jìn)行蒸汽相變時(shí)，裝置出口的顆粒粒徑60％-70％都在4-5μm之間，這種粒徑可以由靜電除塵脫除，加蒸汽進(jìn)行脫除的脫除效果顯著。

本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。