專利名稱：氣溶膠離心降解分離方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于除塵技術領域，涉及氣溶膠顆粒物離心降解與分離技術、除霧技術、高溫廢氣凈化技術，以及對一種除塵裝置的改進。
德國西門子公司于六十年代推出旋流離心除塵器，曾經(jīng)大量用于工業(yè)除塵。由于這種除塵器采用大量的二次風來降解離心分離出來的顆粒物，有格外的能耗，處理廢氣的效率隨之降低，還有腔體高度偏大的原因，后來便逐漸退出除塵市場。
理論與實踐證明，小于5微米的微塵以及5至10微米的氣溶膠顆粒物在低速氣流場中因本身慣量小，遇到障礙物時是隨氣流而運動的，不受慣性力的作用而改變運動軌跡。所以，在低速氣流場中，渦流很容易攜帶或卷揚這些細小的顆粒物。
被動式離心除塵技術中的氣流場都是低速場。它們普遍存在的問題是沒有找到合適的技術方案來減弱以至消除離心腔內(nèi)以下三種成因的渦流對微塵降解或分離的影響一種是從等速氣流變化為差速氣流時氣流層時在運動過程中混摻產(chǎn)生的渦流。旋風除塵器旋風頭以及多管旋風除塵器旋風子中的氣流運動中便容易產(chǎn)生這種渦流。
另一種是導向葉輪葉面上下壓力差以及葉面磨擦產(chǎn)生的渦流。軸流式或直流式除塵器在進風口都安置有葉輪來將軸向氣流導向為旋流，其中便大量存在這種渦流。
第三種是與氣流不協(xié)調(diào)邊界產(chǎn)生的渦流。腔體表面的起伏是不協(xié)調(diào)邊界。流經(jīng)這些邊界的氣流速度越大，產(chǎn)生的渦流越大。排氣口本身奇性邊界，附近特別容易產(chǎn)生大而強的渦流。在排氣口附近的與氣流不協(xié)調(diào)的邊界還特別容易加劇產(chǎn)生大的渦流。
離心除塵技術中離心機屬于高效除塵技術。一方面它能實現(xiàn)遠高于15米/秒的旋流速度場，從而大大提高氣溶膠顆粒物的慣性力；另一方面它形成的旋流場十分均勻，場內(nèi)產(chǎn)生渦流的機會相對少得多。這種離心機技術五十年代便產(chǎn)生了。但是，由于它采用滾筒(或稱轉(zhuǎn)鼓)作為轉(zhuǎn)子，能耗大，處理的氣量又難以提高，加之它雖提高了細顆粒離心運動的能力，卻沒有解決好在旋流邊界附近將這些顆粒從主體旋流中及時分離出來的問題，使得實際實現(xiàn)的除塵效率并沒有理論預測的那么好，再加上其處理氣量很有限，所以一直沒有得到廣泛應用。
這一種離心機技術關于離心場中氣溶膠的剛體假定與實際出入較大。實際離心場中，軸心區(qū)域顆粒物切向速度很小，慣性力作用小，氣溶膠顆粒物特別是微粒趨向于以軸向運動為主。軸心區(qū)域正是氣溶膠顆粒離心失敗而流出排氣口的重要通道。由于離心場周邊的氣溶膠密度增大，軸心區(qū)域的壓力勢位值便比周邊低，導致氣溶膠顆粒特別是微粒還有顯著的隨氣流向心運動的趨勢。
鋼鐵、冶金、建材工業(yè)的高爐、轉(zhuǎn)窯廢氣的排放溫度常達700℃以上。高溫煙廢氣除塵一直是全世界不斷探索的問題。目前這方面位于技術前沿的應用狀況是袋式除塵和電除塵技術在高溫廢氣除塵上占絕對統(tǒng)治地位；濕法除塵和機械除塵幾乎被逐出這一領域；機械除塵由于除塵效率太低，僅僅在熱交換器之前作為初步除塵的手段應用。然而，無論是袋式除塵還是電除塵技術，在目前的技術水平上，能夠處理的廢氣其溫度還無法逾越300℃的限度。在廢氣進入袋式除塵器或電除塵器處理之前，幾乎無一例外地要先行對廢氣進行冷卻處理。袋式除塵的布袋濾料最高使用溫度只能到280℃，電除塵接收廢氣的溫度最高只能到250℃。而且越是高溫，這兩類除塵器運行維護的頻率越高。
1996年9月在德國Karlsruhe舉行的高溫廢氣凈化國際會議顯示，高溫廢氣除塵的探索集中在過濾除塵技術上。剛性陶瓷濾料技術的研究有望成功。還有一種硅碳化物顆粒層濾料正在商業(yè)化努力之中，從而可將可處理廢氣的溫度提高到250～400℃范圍。自然，這些過濾技術的成本都將是比較高的。
中國專利CN96219594.4“管道轉(zhuǎn)子式除塵裝置”公開了一種針輪轉(zhuǎn)子離心機技術。其針輪轉(zhuǎn)子比美國專利US005111547A“加工精細的用于氣-液分離針輪的方法(Method for Forming Preeis10n Liquid/Vapor Separation Bristle Assembly)”優(yōu)越。采用這種針輪框架發(fā)動離心場，有因圓截面形針苗的阻力小而帶來的系統(tǒng)能耗小、啟旋能力強、旋流場均勻的優(yōu)點。但該裝置的輔助設計并沒有充分發(fā)揮利用這一優(yōu)勢。一是它實際實現(xiàn)的除塵路徑過小，僅針輪厚度20～50厘米的長度，導致在較高的軸向流速下，靠近中心的氣溶膠顆粒物來不及離心到達邊壁便排出去了。其次，關鍵的離心場邊界附近的分離技術方案仍然過于簡單，沒有解決好從離心場中及時地分離顆粒物這一傳統(tǒng)的技術問題。這種離心機的灰斗入口敞開著面向離心腔，離心旋流對已經(jīng)分離出去的進入灰斗的顆粒物又有顯著的二次擾動，然后又能將這些顆粒重新帶入排氣口。這些因素大大影響了該離心機的實際除塵效率。此外，該離心機沒有解決由強離心作用帶來的除塵腔腔體的磨損問題。
本發(fā)明的目的是，提出一種新架構的離心降解和分離氣溶膠顆粒的方法，系統(tǒng)地解決離心除塵技術所存在問題；提出一種處理氣量大，能夠在250℃以上甚至500～723℃高溫下進行廢氣除塵，高效的離心除塵裝置。
本發(fā)明的技術方案之一是一套系統(tǒng)的氣溶膠離心降解和分離方法。用于除塵、除霧。該方法采用主動方式離心，由一套傳動裝置、一個與傳動裝置連接的轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)。這套系統(tǒng)的氣溶膠離心降解分離方法由以下六個子方法或技術因素合成。
1、一種啟動均勻離心場的主動方法，其特征是在變截面筒或直圓筒狀離心腔內(nèi)靠進氣腔的一側(cè)安置著一種由線材環(huán)周均勻密集排列組合在輪轂上的針輪7作為轉(zhuǎn)子，與離心腔同軸，通過軸2和伸入進氣腔的軸承箱3與電機1直接或間接相連。轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，啟動強制渦旋場。在強制旋流場之外又派生出自由渦旋場。渦旋場內(nèi)氣溶膠顆粒受到離心力的作用向周邊運移。離心腔末端中心區(qū)域為凈氣被引出腔外。周邊積累的固體顆粒物或液態(tài)物質(zhì)另外收集進入落料斗16。
2、一種在離心場中降解氣溶膠顆粒的屏蔽分離方法，其特征是(1)在離心腔腔體內(nèi)壁附近安置一個或一組襯體10。襯體10的內(nèi)壁輪廓與離心腔腔體同軸。襯體10與離心腔腔體之間有一定的間隙。襯體10上有很多通道將離心腔與該間隙連通。
(2)根據(jù)三個原則設計襯體10通道的大小與形狀、襯體10的厚度和襯體10的型式。一是通道的大小與形狀有利于使離心出來到達襯體10內(nèi)壁的顆粒物較充分地通過；二是襯體10的開孔形狀和開孔率有利于充分地限制中心強旋流和軸向流給離心穿過襯體10的顆粒物傳遞動量，減輕中心旋流和軸向流對間隙內(nèi)層物相的擾動，從而在離心腔周緣隔出一個相對氣壓較高、相對弱對流、相對弱動量的環(huán)形區(qū)域，使透過襯體10的顆粒物碰撞、緩沖消能后在重力作用下沉降；三是襯體10材質(zhì)、厚度和型式利于提高殼體壁的磨損壽命。
3、一種在離心場中增強氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征是(1)在氣流入口段與離心腔同軸安置導流筒5，來引導氣流以較大初始離心半徑進入離心場。
(2)在離心腔內(nèi)安置一個能夠避免尾部渦流的軸對稱障礙物9，它與離心腔同軸。障礙物[9]阻止中心位置的旋流從具有較低切向速度的離心場位通過，降低障礙物9與導流筒5之間軸心區(qū)域的對流性，把顆粒物的主要流動區(qū)域推向外圍有較高切向速度的離心場區(qū)。
4、一種在離心場中維護氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征是(1)凈氣排出口入口采用喇叭形引流錐臺13，來增大凈氣排出截面，降低離心腔尾部凈氣排出口附近氣流的軸向流速。
(2)引流錐臺13內(nèi)安置一個能夠避免尾部渦流的軸對稱障礙物12，它與離心腔同軸。障礙物12阻止中心位置的旋流從具有較低切向速度的離心場位以相對較高的軸向速度通過，從而在障礙物12之前、或與障礙物12或?qū)Я魍?之間形成一個壓力勢位值較高、對流性較差的軸心區(qū)域，降低離心腔尾部已被分離出去的微小顆粒物重新被擾動帶入中心區(qū)域并進入凈氣排出口的可能性。
5、一種在離心場中增強或/和維護氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征在于，在導流筒5與障礙物9之間的相對弱對流區(qū)域引入一定強度的霧源或氣源，將這一區(qū)域變?yōu)橛悬c源或線源的旋流場，增大這一軸心弱對流區(qū)域的氣壓值，減弱剛剛從進氣腔進入離心腔氣溶膠微細顆粒在渦流作用下向心運動的趨勢。
6、一種維護顆粒物離心分離的方法，其特征是(1)在離心腔尾部，腔體、襯體10和排氣管道具有或近似具有與離心場協(xié)調(diào)的軸對稱性，以便形成盡可能規(guī)則的、與離心場協(xié)調(diào)的邊界條件，降低在離心腔尾部產(chǎn)生渦流的可能性。
(2)在落料斗16與離心腔銜接處，安置有軸對稱或整體上軸對稱局部有缺口的構件，用來整形落料斗16與離心腔銜接處的離心場邊界。
本發(fā)明的技術方案二是一種根據(jù)技術方案一設計的氣溶膠離心降解分離裝置。用于除塵、除霧，以及超高溫廢氣凈化。它有一套位于殼體進氣腔端部的傳動裝置、一個與傳動裝置連接的轉(zhuǎn)子，殼體中部為直筒狀或變截面筒狀的離心腔腔體，殼體下部是與離心腔腔體連通的落料斗16。綜合起來，這種氣溶膠離心降解分離裝置有下述14個技術因素，其中部分技術因素的組合又對應于這種裝置的不同型式。
1、在離心腔內(nèi)靠近進氣腔的一側(cè)懸掛或撐著一個由線材環(huán)周掛苗并均勻密集排列組合在輪轂上的針輪7，它通過軸2和伸入進氣腔內(nèi)的軸承箱3與電機1直接或間接相連。
2、在殼體中部離心腔腔體內(nèi)固定著一套襯體10，它由金屬或非金屬材料制成。襯體10可以是直筒狀或變截面筒狀。襯體10與針輪7保持同軸。襯體10主要段與離心腔外壁之間有一定的空隙。襯體10與進氣腔連接的位置導前于針輪7盤面。襯體10的末端與凈氣排出口的入口間有一定的徑向間距。襯體10可以選用很多種型式，可以用同一種型式分段留有空缺，或者同一種型式多層同心安置，或者不同型式分段組合，或者不同型式分段組合并留有空缺，或者局部可以拆換。襯體10由桿件或者板條固定在外圍構件上。
3、在離心腔內(nèi)針輪7之后固定著一個與針輪7同軸的軸對稱錘體9，它由桿件或條、板固定在外圍構件上。
4、在針輪7之前、軸承箱3之外、與軸2同軸安置有直筒狀或錐臺狀導流筒5。導流筒5首端與殼體連接，其末端伸至距針輪輻針盤面很小的距離。
5、凈氣排出口入口段有引流錐臺13。錐臺13口小的一端接在排氣管道上。
6、引流錐臺13內(nèi)安置著一個軸對稱錘體9，它與針輪7同軸，用桿件等固定在引流錐臺13上。
7、在針輪7之后錘體9之前軸心附近安置有水霧化噴液系統(tǒng)8。噴嘴可以呈規(guī)則狀也可以呈不規(guī)則狀分布，還可以采用多層或噴嘴嘴面呈立體交叉狀的安置型式。
8、在針輪之后錘體9之前軸心附近安置有曝氣系統(tǒng)8。曝氣孔可以呈規(guī)則狀如線狀分布，也可以呈不規(guī)則狀分布，還可以采用多層立體安置的型式。
9、位于離心腔尾部的腔體、襯體10、排氣管道，以及銜接落料斗16與離心腔的邊界整形構件均呈軸對稱狀并相互同軸，或者這些構件整體呈軸對稱狀并相互同軸，局部有缺口。
10、進氣腔腔體為蝸旋形，切流進氣式，蝸旋方向與針輪7的轉(zhuǎn)動方向一致。
11、在整體采用鋼材制成，再將軸承箱3與軸2部位進行以下隔熱和冷卻處理時，能將可處理廢氣的溫度提高至250℃以上甚至到500～723℃的水平。
(1)有一塊或兩塊同心的環(huán)板6密封連接導流筒5與軸承箱3的尾部?；蛘哂幸粔K環(huán)板6密封連接導流筒5，另有一個錐筒或其他組合分別密封連接環(huán)板6和軸承箱3尾部，使軸承箱3尾部部分地或全部嵌入或淹沒在錐筒之中。軸承箱3與錐筒之間保留盡量小的間隙。這樣能盡量減小軸承箱3尾部與離心腔的熱交換截面。
(2)軸2空心，有氣流或液流流過，進入離心腔。軸2端部鎖母上可接噴頭或噴嘴。這是為了冷卻軸2，同時還可能代替曝氣系統(tǒng)8或噴液系統(tǒng)8的部分或全部功能。
(3)軸承箱3尾部接近離心腔的一端軸承之外有通道，可供氣或液流流過進入離心腔，或者讓氣流或液流先進入軸承箱3與錐筒之間的間隙，然后再進入離心腔。
根據(jù)情況可采用有壓氣流或液流。此外，軸2和軸承箱3尾部可以采用耐高溫材料。
12、作為一種較為優(yōu)越的氣溶膠離心降解分離裝置型式，其特征是(1)殼體為直筒狀。
(2)進氣腔為蝸旋形或簡單切流形，進氣腔包含于殼體內(nèi)。
(3)襯體10為直筒狀，襯體10半徑與蝸旋進氣腔的最小曲率半徑相近。
13、作為一種較為優(yōu)越的順流沉降氣溶膠離心降解分離裝置型式，其特征在于，在離心腔下部引流錐臺13之外反向套接有一個邊界整形錐臺14，邊界整形錐臺14與落料斗16之間有一定的落料間隙。
14、作為一種較為優(yōu)越的逆流沉降氣溶膠離心降解分離裝置型式，其特征是(1)殼體為直筒狀。
(2)進氣腔為蝸旋形或簡單切流形，進氣腔包含于殼體內(nèi)。
(3)落料斗16呈帽狀接在進氣腔下部，進氣腔下端板周緣有與落料斗16連通的孔口，落料斗16和殼體與進氣腔之間的間隙連通。
(4)進氣腔上端外圍接有一個邊界整形錐臺14，錐角向上，與殼體之間保持有一定間隙。
技術方案二存在順流沉降氣溶膠離心降解分離裝置與逆流沉降氣溶膠離心降解分離裝置兩種框架。離心腔內(nèi)氣流軸向運動方向與氣溶膠顆粒物向落料斗運移的方向大體統(tǒng)一者為順流沉降離心降解分離裝置，不統(tǒng)一者為逆流沉降離心降解分離裝置。
本發(fā)明氣溶膠離心降解分離裝置除立式型式外，傾斜式型式一樣成立。
本發(fā)明氣溶膠離心降解分離裝置的優(yōu)點是直流式除塵，阻力小，約300～400Pa，相應配置的引風機負荷減??；干法或半干半濕法除塵，能實現(xiàn)95～99％的除塵效率；主動式離心除塵，比以往轉(zhuǎn)鼓式離心機的耗能少得多，處理產(chǎn)量大幅度提高；耗水少，氣液比可低于1∶1×10-5；排渣為稀泥，可以與粉煤灰一起處置，無需進行灰水分離工作，無二次污染；安裝要求低，無需配套基建設施；形體小，耗鋼量可以達到每千方處理產(chǎn)量用鋼60公斤以下，設備輕便；能夠?qū)崿F(xiàn)250℃以上甚至500～723℃的廢氣高效除塵；可以直接安裝在熱交換裝置之前使用。
總之，本發(fā)明能大大降低廢氣除塵的一次性投資，顯著減少運行費用，因而能夠帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。


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圖1是本發(fā)明順流沉降立式氣溶膠離心降解分離裝置圖。
圖2是本發(fā)明逆流沉降立式氣溶膠離心降解分離裝置圖。
圖3是本發(fā)明順流沉降傾斜式氣溶膠離心降解分離裝置圖。
圖4是本發(fā)明逆流沉降傾斜式氣溶膠離心降解分離裝置圖。
圖中各編號對應的構件為1-電機，2-軸，3-軸承箱，4-進氣口，5-導流筒，6-環(huán)板，7-針輪，8-噴液系統(tǒng)或曝氣系統(tǒng)，9-錘體，10-襯體，11-本體，12-錘體，13-引流錐臺，14-邊界整形錐臺，15-彎頭，16-落料斗，17-法蘭，18-法蘭。
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。參見圖1。圖1給出根據(jù)本發(fā)明方案二設計的順流沉降立式離心降解分離裝置的一種實施例結構。
圖1順流沉降立式氣溶膠離心降解分離裝置有一個由上部進氣腔、中部離心腔、下部落料斗16與彎頭15組成的殼體。上部進氣腔側(cè)面連接有進氣口4，上端面固定有一個電機1，通過伸入進氣腔內(nèi)的軸承箱3和傳動軸2帶動針輪7旋轉(zhuǎn)。軸承箱3底端可以伸至距針輪7頂面20～30毫米處，形成對軸4的多點支撐，以便增加轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性。軸承箱3外有導流筒5。
中部離心腔內(nèi)附近固定著一套襯體10、一套曝氣裝置8或一套噴液裝置8、一個軸對稱錘體9。離心腔可以做成直筒狀、分段錐臺狀或者直筒與錐臺的組合形狀。進氣腔蝸旋頭與離心腔腔體之間用法蘭連接，以便安裝襯體10、錘體9、針輪7、曝氣系統(tǒng)8或噴液系統(tǒng)8，或更換襯體10。落料斗16與離心腔本體11之間可以用法蘭連接也可以焊接。
下部有落料斗16與彎頭15相貫，凈氣排出入口有引流錐臺13，錐臺17內(nèi)同心安置有一個小錘體12。錐臺17外有反向邊界整流錐臺14。
襯體10的實施例之一是由金屬或非金屬材料制成的薄壁筒和翼板組成的襯筒。筒壁上有圓形或橢圓形或方形或槽形的孔或者留有斷口。開孔率宜在25％以上，孔口宜大于15毫米。
襯體10的實施例之二是由金屬或非金屬材料制成的直板和環(huán)板組成的格柵狀襯筒。格子尺寸小于150毫米。
襯體10的實施例之三是由金屬或非金屬材料制成的百葉窗式的襯筒。葉片間距以15～150毫米為宜。
襯體10的實施例之四是由同直徑的短圓筒依次以一定的間距用筋桿或板連接的直筒。圓筒間距以15～150毫米為宜。
襯體10的實施例之五是由金屬或非金屬材料板制成的直徑大小不一的筒圈依次以一定高度的臺階迭起，在外周用筋連接成錐臺狀的襯筒。
襯體10的實施例之六是由金屬材料板條以一定間距螺旋起來用筋連接成的直筒和錐筒。間距15～150毫米。
襯體10外壁與本體11之間的間隙宜取30～300毫米。
襯體10與針輪7對應的部位可以采用可拆換結構，也可以采用陶瓷或鑄鐵件。
錘體9或錘體12的實施例之一是，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首尾部都是錐面，喉部為柱面。
錘體9或錘體12的實施例之二是，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是球面，喉部為柱面，尾部為錐面。
錘體9或錘體12的實施例之三是，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是球面，喉部為柱面，尾部為旋轉(zhuǎn)拋物面。
錘體9或錘體12的實施例之四是，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是錐面，喉部為柱面，尾部為旋轉(zhuǎn)拋物面。
錘體9的尺寸變化范圍可以很大。錘體9的最大直徑最宜取為凈氣排出管道入口直徑的0.5～1.5倍。錘體9的高徑比視離心腔內(nèi)氣流軸向速度大小宜取為1.5～4，氣流軸向速度越大，高徑比宜越大。沒有導流筒5時，錘體9越接近針輪7安置越利于分離顆粒物。有導流筒5時，錘體9適當遠離針輪7安置時利于分離顆粒物。
錘體12的喉部尺寸宜取1/6～1/4的引流錐臺13的入口直徑，錘體12的高度需與引流錐臺13的高度相當。
錘體9或錘體12可以制成空心的，也可以制成實心的，如用木材制成的錘體。
噴液系統(tǒng)8配用普通的霧化噴嘴即可，如農(nóng)藥噴霧器噴頭。噴液系統(tǒng)8或曝氣系統(tǒng)8宜盡量靠近針輪7安置。
圖2給出根據(jù)本發(fā)明技術方案二設計的第二個實施例結構逆流沉降立式氣溶膠離心降解分離裝置。其結構與圖1不同之處在于進氣腔位于離心腔下部，落料斗16呈帽狀置于進氣腔端面下部，傳動裝置支撐轉(zhuǎn)動針輪7。進氣腔下端面周緣留有供顆粒物落入落料斗16的孔。離心腔尾部端面規(guī)則。邊界整形錐臺14連接在進氣腔上端外側(cè)，邊界整形錐臺14與殼體11之間留有一定的落料間隙。
圖3給出根據(jù)本發(fā)明技術方案二設計的第三個實施例結構順流沉降傾斜式氣溶膠離心降解分離裝置。其結構與圖1不同之處在于離心腔尾部端面規(guī)則，不需要設置邊界整形錐臺14；落料斗16呈斗狀安置于離心腔下側(cè)；落料區(qū)段本體11的下側(cè)部開口，與落料斗16連通。
圖4給出根據(jù)本發(fā)明技術方案二設計的第四個實施例結構逆流沉降傾斜式氣溶膠離心降解分離裝置。其結構與圖2不同之處在于落料斗16呈斗狀置于進氣端下側(cè)；落料段殼體11的下部開口，與落料斗16連通。
傾斜式離心降解分離裝置的傾角以45°最宜。
氣溶膠離心降解分離裝置可用管件或角鋼加框支撐豎立起。
針輪的功能是本發(fā)明優(yōu)先選用一種由線材環(huán)周掛苗并均勻密集排列組合在輪轂上的針輪7。這種針輪針苗密度大，啟旋能力強。其針苗末端自由，在環(huán)向能夠隨受力擺動和變形，利于降低針輪的啟動阻力，且使針輪在轉(zhuǎn)動中和磨損過程中能夠自我調(diào)整動平衡。針輪直徑可以視需要而增加，對動平衡不產(chǎn)生影響。針輪7的噪聲級在75～80分貝。
襯體10的應用依據(jù)了兩個流體力學規(guī)律，有邊界層原理和狹縫效應。邊界層原理是說由于磨擦在近邊界一個很小的厚度上氣流流速衰減很快。有了襯體10，等于增加了兩個邊界層的效應。
狹縫效應是說只要狹縫足夠小，氣流對狹縫內(nèi)氣體沒有任何影響。實際襯體10上的縫雖不能滿足足夠小的假設，縫總是要大一些，旋流對縫外空間的影響必然有，但是，相比中心旋流的動量，這種影響肯定要減弱得多了。顯然，襯體10能產(chǎn)生屏蔽效應。
襯體10的功能是1、產(chǎn)生有針對性的屏蔽效應。一方面限制中心旋流對襯體外周氣流的擾動，另一方面又能使離心運移到達襯體10的氣溶膠顆粒物盡可能充分地穿過孔口進入屏蔽區(qū)，從而起到將氣溶膠顆粒物從強旋流場分離出來的作用。
2、形成氣溶膠顆粒物降解區(qū)。由于碰撞和邊界層效應，被屏蔽區(qū)內(nèi)流體壓力勢位值相對較高、動量顯著地小，氣溶膠顆粒物容易在重力作用下沉降落入落料斗16。
3、提高殼體磨損壽命。使部分氣溶膠顆粒物首先有序地磨損襯體，消耗其部分能量。直接進入屏蔽區(qū)的氣溶膠顆粒物又能得到緩沖。在被屏蔽區(qū)積累并處于重力沉降過程的顆粒對殼體有一定的防磨損作用。
錘體9的功能是1、阻止旋流從具有較低切向速度、較低壓力勢位值的中心區(qū)域離心場位以相對較高的軸向速度通過。
2、在錘體9之前或與導流筒5之間形成一個壓力勢位值相對較高、對流性很差的軸心區(qū)域，迫使顆粒物的離心運動在外圍有較高切向速度的離心場區(qū)更加有效地進行。
引流錐臺13的作用是增大凈氣排出口的入口截面積，來增大吸收分離腔尾部氣流的軸向流動斷面，降低入口前氣流的軸向流速。
錘體12的功能是阻止旋流從壓力勢位值較低的中心位置以相對較高的速度排出，從而降低在錘體12之前已經(jīng)被離心分離至排氣口半徑以外的顆粒物或霧粒被向心擾動、并且被二次帶入排出管道的可能性。在錘體12與導流筒5或與錘體9之間也能形成一個壓力勢位值較高、對流性較差的小軸心區(qū)域，促進顆粒物或霧粒的離心運動。
導流筒5的作用是1、讓廢氣以一定的半徑進入旋流場，以便充分利用廢氣流的初始動量，并使廢氣流經(jīng)過針輪7時獲得更大的切向速度。
2、讓廢氣中的顆粒物以一定的半徑通過針輪進入旋流場，獲得更大的初始切向速度，同時縮短顆粒物被離心分離出去必要的徑向運移距離，顯著地減小顆粒物被離心分離出去所需要的時間。
3、與錘體9或與錘體12配合形成弱對流軸心區(qū)域。
有導流筒5時，錘體9與針輪7之間的距離適當增大，離心腔內(nèi)這一弱對流區(qū)可能延伸加長，利于分離顆粒物。
如果沒有錘體9光有導流筒5，軸心區(qū)是壓力勢位值最低的區(qū)域，大量氣流傾向于向心流向軸心區(qū)域并以相對較高的軸向速度攜帶氣溶膠顆粒流動，因而不能把導流筒5應有的效果充分地發(fā)揮出來。
如果沒有導流筒5光有錘體9，則錘體9前只有一個小錐形區(qū)域受到影響，壓力勢位值較高。此時，錘體9需靠前安置，利用錘體9自身形狀的作用，促進顆粒物的分離。錘體9表面有產(chǎn)生渦流層的可能，對分離又產(chǎn)生負面的影響。
只有錘體9和導流筒5相互配對、協(xié)調(diào)尺寸和適當加大二者間間距，才能擴大離心腔腔內(nèi)軸心弱對流區(qū)的范圍，把顆粒物離心運動限制在切向速度大的離心場位置，并滯后錘體9表面附近的渦流層對產(chǎn)物分離的影響，達到理想的吸收和分離效果。
曝氣系統(tǒng)8的作用是首先分散流入氣體，提高軸心區(qū)域的壓力勢位值，降低氣溶膠顆粒物向心運動的可能。然后，它們再進一步接受離心旋流均勻地沖激、離散。
噴液系統(tǒng)8的作用是首先分散流入并初步霧化水，提高軸心區(qū)域的壓力勢位值，降低氣溶膠顆粒物向心運動的可能。然后，霧珠再進一步接受離心旋流均勻地沖激、離散而進一步地細化。
本發(fā)明順流沉降氣溶膠離心降解分離裝置的運行過程是廢氣從上部進氣口4與本體11軸向垂直進入殼體，經(jīng)導流筒5導向為與針輪7同軸的旋轉(zhuǎn)氣流后，在一定半徑的范圍以外進入離心腔。針輪7在電機1帶動下與氣流同向旋轉(zhuǎn)，帶動和有規(guī)律地加速廢氣旋流，形成軸向向下的強制渦旋旋流場。廢氣中所含顆粒物質(zhì)在離心作用下向襯體10方向移動。當廢氣旋流經(jīng)過曝氣系統(tǒng)8或噴液系統(tǒng)8時，旋流沖激、離散氣體或霧化水。霧化水珠捕集一部分微塵，一起向襯體10方向移動。廢氣受到錘體9的限制，只好從較高離心速度的場位流過。離心運動到達襯體10的氣溶膠顆粒物不斷通過襯體10的通道緩沖或碰撞消能后進入本體11與襯體10之間的間隙，在重力作用下向下運動進入落料斗16收集；離心運動僅到達彎頭15入口半徑以外區(qū)域的氣溶膠顆粒物也在重力作用下向下運動進入落料斗16收集。凈氣或合成氣體進入下部彎頭15排出。
本發(fā)明逆流沉降氣溶膠離心降解分離裝置的運行過程是廢氣從下部進氣口4與殼體11軸向垂直進入殼體，經(jīng)導流筒5導向為與針輪7同軸的旋轉(zhuǎn)氣流后，在一定半徑的范圍以外進入離心腔。廢氣中部分大的顆粒物一進入進氣腔便沉降，從進氣腔端面周緣的孔口落入落料斗16。針輪7在電機1帶動下與氣流同向旋轉(zhuǎn)，帶動和有規(guī)律地加速廢氣旋流，形成軸向向上的強制渦旋旋流場。廢氣中所含顆粒物在離心作用下向襯體10方向移動。廢氣中所含顆粒物質(zhì)在離心作用下向襯體10方向移動。當廢氣旋流經(jīng)過曝氣系統(tǒng)8或噴液系統(tǒng)8時，旋流沖激、離散氣體或霧化水。霧化水珠捕集一部分微塵，一起向襯體10方向移動。廢氣受到錘體9的限制，只好從較高離心速度的場位流過。離心運動到達襯體10的氣溶膠顆粒物不斷通過襯體10的通道緩沖或碰撞消能后進入本體11與襯體10之間的間隙，在重力作用下逆向向下運動進入落料斗16收集。離心運動僅到達凈氣排出口入口半徑以外區(qū)域的氣溶膠顆粒物聚集到一定程度后，也在重力作用下逆向向下運動，再進一步接受離心作用，或進入本體11與襯體10之間的間隙，或沿襯體10內(nèi)壁下移進入落料斗16收集。凈氣從上部凈氣排出口排出。
權利要求
1.一種在離心場中降解氣溶膠顆粒的屏蔽分離方法，其特征在于，(1)在變截面筒或直圓筒狀離心腔內(nèi)靠進氣腔的一側(cè)安置著一種由線材環(huán)周均勻密集排列組合在輪轂上的針輪[7]作為轉(zhuǎn)子，與離心腔同軸，通過軸[2]和/或伸入進氣腔的軸承箱[3]與電機[1]直接或間接相連，轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，啟動強制渦旋場，在強制旋流場之外又派生出自由渦旋場，渦旋場內(nèi)氣溶膠顆粒受到離心力的作用向周邊運移，離心腔末端中心區(qū)域為凈氣被引出腔外，周邊積累的固體顆粒物或液態(tài)物質(zhì)另外收集進入落料斗[16]，(2)在離心腔腔體內(nèi)壁附近安置一個或一組襯體[10]，襯體[10]的內(nèi)壁輪廓與離心腔腔體同軸，襯體[10]與離心腔腔體之間有一定的間隙，襯體[10]上有很多通道，將離心腔與該間隙連通，(3)根據(jù)以下三個條件設計襯體[10]通道的大小與形狀、襯體[10]的厚度和襯體[10]的型式一是通道的大小與形狀有利于使離心出來到達襯體[10]內(nèi)壁的顆粒物較充分地通過，二是襯體[10]的開孔形狀和開孔率有利于最大地限制中心強旋流和軸向流給離心穿過襯體[10]的顆粒物傳遞動量，減輕中心旋流和軸向流對間隙內(nèi)層物相的擾動，從而在離心腔周緣隔出一個相對氣壓較高、相對弱對流、相對弱動量的環(huán)形區(qū)域，使透過襯體[10]的顆粒物碰撞、緩沖消能后在重力作用下沉降，三是襯體[10]的材質(zhì)、厚度和型式利于提高殼體壁的磨損壽命。
2.一種在離心場中增強氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征在于，(1)在變截面筒或直圓筒狀離心腔內(nèi)靠進氣腔的一側(cè)安置著一種由線材環(huán)周均勻密集排列組合在輪轂上的針輪[7]作為轉(zhuǎn)子，與離心腔同軸，通過軸[2]和/或伸入進氣腔的軸承箱[3]與電機[1]直接或間接相連，轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，啟動強制渦旋場，在強制旋流場之外又派生出自由渦旋場，渦旋場內(nèi)氣溶膠顆粒受到離心力的作用向周邊運移，離心腔末端中心區(qū)域為凈氣被引出腔外，周邊積累的固體顆粒物或液態(tài)物質(zhì)另外收集進入落料斗[16]，(2)在進氣腔內(nèi)與離心腔同軸安置有導流筒[5]，來引導氣流以較大初始離心半徑進入離心場，(3)在離心腔內(nèi)安置一個能夠避免尾部渦流的軸對稱障礙物[9]，它與離心腔同軸，障礙物[9]阻止中心位置的旋流從具有較低切向速度的離心場位通過，降低障礙物[9]與導流筒[5]之間軸心區(qū)域的對流性，把顆粒物的主要流動區(qū)域推向外圍有較高切向速度的離心場區(qū)。
3.一種在離心場中增強和維護氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征在于，(1)在變截面筒或直圓筒狀離心腔內(nèi)靠進氣腔的一側(cè)安置著一種由線材環(huán)周均勻密集排列組合在輪轂上的針輪[7]作為轉(zhuǎn)子，與離心腔同軸，通過軸[2]和/或伸入進氣腔的軸承箱[3]與電機[1]直接或間接相連，轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，啟動強制渦旋場，在強制旋流場之外又派生出自由渦旋場，渦旋場內(nèi)氣溶膠顆粒受到離心力的作用向周邊運移，離心腔末端中心區(qū)域為凈氣被引出腔外，周邊積累的固體顆粒物或液態(tài)物質(zhì)另外收集進入落料斗[16]，(2)在氣流入口段，與離心腔同軸安置引導氣流從較大半徑的位置進入離心場的導流筒[5]，(3)在離心腔內(nèi)安置一個能夠避免尾部渦流的軸對稱障礙物[9]，它與離心腔同軸，障礙物[9]阻止中心位置的旋流從具有較低切向速度的離心場位通過，降低障礙物[9]與導流筒[5]之間軸心區(qū)域的對流性，把氣溶膠顆粒物的主要流動區(qū)域推向外圍有較高切向速度的離心場區(qū)，(4)凈氣排出口入口安置喇叭形引流錐臺[13]，用來增大凈氣排出截面，降低離心腔尾部凈氣排出口附近氣流的軸向流速，(5)引流錐臺[13]內(nèi)安置一個能夠避免尾部渦流的軸對稱障礙物[12]，它與離心腔同軸，障礙物[12]阻止中心位置的旋流從具有較低切向速度的離心場位以相對較高的軸向速度通過，以便在障礙物[12]之前、或與障礙物[12]或?qū)Я魍瞇5]之間形成一個壓力勢位值較高、對流性較差的軸心區(qū)域，降低離心吸收分離腔尾部已被分離出去的微小顆粒物重新被擾動向心帶入中心區(qū)域并進入凈氣排出口的可能性。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的在離心場中增強或/和維護氣溶膠顆粒離心運動的方法，其特征在于，在導流筒[5]與障礙物[9]之間的相對弱對流區(qū)域引入一定強度的霧源或氣源，將這一區(qū)域變?yōu)橛悬c源或線源的旋流場，增大這一軸心弱對流區(qū)域的氣壓值，減弱剛剛從進氣腔進入離心腔氣溶膠微細顆粒在渦流作用下向心運動的趨勢。
5.根據(jù)權利要求1、2、3其中之一所述的在離心場中降解氣溶膠顆粒的方法，其特征在于，(1)在離心腔尾部，腔體、襯體[10]的內(nèi)壁和排氣管道具有或近似具有與離心場協(xié)調(diào)的軸對稱性，以便形成盡可能規(guī)則的、與離心場協(xié)調(diào)的邊界條件，降低在離心腔尾部產(chǎn)生渦流的可能性，(2)在落料斗[16]與離心腔銜接處，安置有軸對稱或整體上軸對稱局部有缺口的構件，用來整形落料斗[16]與離心腔銜接處的離心場邊界。
6.一種用于除塵、除霧的氣溶膠離心降解分離裝置，它有一套位于殼體進氣腔端部的傳動裝置、一個與傳動裝置連接的轉(zhuǎn)子，殼體中部為直圓筒狀或變截面筒狀離心腔腔體，殼體下部是與離心腔腔體連通的落料斗[16]，其特征在于，(1)在離心腔內(nèi)靠近進氣腔一側(cè)懸掛或撐著一個由線材環(huán)周掛苗并均勻密集排列組合在輪轂上的針輪[7]，它通過軸[2]和伸入進氣腔的軸承箱[3]與電機[1]直接或間接相連，(2)在殼體中部離心腔腔體內(nèi)固定著一套襯體[10]，它由金屬或非金屬材料制成，襯體[10]的內(nèi)壁是直筒狀或變截面筒狀，襯體[10]的內(nèi)壁壁面與針輪[7]保持同軸，襯體[10]與離心腔外壁之間有一定的空隙，襯體[10]與進氣腔連接的位置導前于針輪[7]盤面，襯體[10]的末端與凈氣排出口的入口間有一定的徑向間距，襯體[10]可以選用很多種型式，可以用一種型式分段留有空缺，或者同一種型式多層同心安置，或者不同型式分段組合，或者不同型式分段組合并留有空缺，或者局部可拆換，襯體[10]由桿件或者板條固定在外圍構件上，(3)在離心腔內(nèi)針輪[7]之后固定著一個與針輪[7]同軸的軸對稱錘體[9]，它由桿件或條、板固定在外圍構件上，(4)在針輪[7]之前、軸承箱[3]之外、與軸[2]同軸安置有直筒狀或錐臺狀導流筒[5]，導流筒[5]首端與殼體連接，其末端伸至距針輪[7]輻針盤面很小的距離，(5)凈氣排出口入口段有引流錐臺[13]，錐臺[13]口小的一端接在排氣管道上，(6)引流錐臺[13]內(nèi)安置著一個軸對稱錘體[12]，它與針輪[7]同軸，用桿件等固定在引流錐臺[13]上。
7.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其特征在于，在針輪[7]之后錘體[9]之前軸心附近安置有水或吸收劑霧化噴液系統(tǒng)[8]，噴嘴可以呈規(guī)則狀也可以呈不規(guī)則狀分布，還可以采用多層或噴嘴嘴面呈立體交叉的安置型式。
8.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其特征在于，在針輪之后錘體[12]之前軸心附近安置有曝氣系統(tǒng)[8]，曝氣嘴可以呈規(guī)則狀如線狀分布，也可以呈不規(guī)則狀分布，還可以采用多層或立體交叉的安置型式。
9.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其特征在于，位于離心腔尾部的腔體、襯體[10]和排氣管道均呈軸對稱狀并相互同軸，當排氣管道或落料斗[16]與離心腔銜接段不具有軸對稱特征時，在離心腔與落料斗[16]的銜接處安置邊界整形構件，這種構件呈軸對稱狀并與離心腔同軸，或者這種構件整體呈軸對稱狀并相互同軸，局部有用來落料的缺口。
10.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其特征在于，進氣腔腔體為蝸旋形，切流進氣形式，蝸旋方向與針輪[7]的轉(zhuǎn)動方向一致。
11.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，用于高溫廢氣除塵，其特征在于，(1)有一塊或兩塊同心的環(huán)板[6]密封連接導流筒[5]與軸承箱[3]的尾部，或者有一塊環(huán)板[6]密封連接導流筒[5]，另有一個錐套或其他組合分別密封連接環(huán)板[6]和軸承箱[3]尾部，使軸承箱[3]尾部部分地或全部嵌入錐套之中，軸承箱[3]與錐套之間保留盡量小的間隙，(2)軸[2]空心，有氣流或液流流過，進入離心腔，軸[2]端頭鎖母上可以安置噴氣頭或噴嘴，(3)軸承箱[3]尾部接近離心腔的一端軸承之外有一些孔道，可供氣流或液流流過進入離心腔，或者讓氣流或液流先進入軸承箱[3]與錐套之間的間隙，然后再進入離心腔。
12.根據(jù)權利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其特征在于，(1)殼體為直筒狀，(2)進氣腔為蝸旋形或簡單切流形，進氣腔包含于殼體內(nèi)，(3)襯體[10]為直筒狀，襯體[10]半徑與蝸旋進氣腔的最小曲率半徑相近。
13.根據(jù)權利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的一種立式的氣溶膠離心降解分離裝置，進氣腔位于上部，其特征在于，在離心腔下部引流錐臺[13]之外反向套接有一個邊界整形錐臺[14]，邊界整形錐臺[14]與落料斗[16]之間有一定的落料間隙。
14.根據(jù)權利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的一種立式的氣溶膠離心降解分離裝置，進氣腔位于下部，其特征在于，(1)殼體為直筒狀，(2)進氣腔為蝸旋形或簡單切流形，進氣腔包含于殼體內(nèi)，(3)落料斗[16]呈帽狀接在進氣腔下部，進氣腔下端板周緣有與落料斗[16]連通的孔口，落料斗[16]連通本體[11]與進氣腔之間的間隙，(4)進氣腔上端外圍接有一個邊界整形錐臺[14]，錐角向上，與殼體之間保持有一定間隙。
15.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料制成的薄壁筒和多個連接在筒外壁的直條形翼板組成，筒壁上有圓形或橢圓形或方形或槽形的孔或者留有斷口，開孔率在25％以上，翼板與筒壁壁面可以垂直也可以順旋流方向斜交。
16.根據(jù)權利要求6所述的離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料制成的直板和環(huán)形板交叉組成，呈格柵狀。
17.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料制成，呈百葉窗狀。
18.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由同直徑的短圓筒依次以一定的間距用筋桿或板連接而成，呈直筒狀。
19.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料板制成的直徑大小不一的筒圈依次以一定高度的臺階迭起，在外周用筋連接而成，呈錐臺狀。
20.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其襯體[10]的特征在于，由金屬材料板條以一定間距螺旋起來用筋連接而成，呈直筒或錐筒狀。
21.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其錘體[9]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段，首部是錐面或球面，喉部為柱面，尾部為錐面或旋轉(zhuǎn)拋物面。
22.根據(jù)權利要求6所述的氣溶膠離心降解分離裝置，其錘體[12]的特征在于，由金屬或/和非金屬材料制成，分首部、喉部和尾部三段，首部是錐面或球面，喉部為柱面，尾部為錐面或旋轉(zhuǎn)拋物面。
全文摘要
本發(fā)明氣溶膠離心降解分離方法與裝置屬于除塵領域,涉及顆粒物離心降解、分離和除霧技術。本發(fā)明氣溶膠離心降解分離裝置采用針輪7轉(zhuǎn)子啟動旋流,在進氣腔安置有導流筒5,在旋流場外周和中心分別與針輪7同軸安置有襯體10和錘體9,在轉(zhuǎn)子之后安置有曝氣系統(tǒng)8或噴液系統(tǒng)8,在凈氣排出口入口安置有引流錐臺13,引流錐臺13內(nèi)安置有錘體12,在離心腔與落料斗16的銜接處安置有邊界整形錐臺14。本發(fā)明用于除塵、除霧和高溫廢氣凈化。
文檔編號B01D45/12GK1210746SQ9810345
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月30日 優(yōu)先權日1998年7月30日
發(fā)明者郭春玲 申請人:郭春玲