專(zhuān)利名稱(chēng)：用于混合流體流以使顆粒聚結(jié)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于混合流體流以使顆粒聚結(jié)的方法和設(shè)備。本發(fā)明更具體地，但不僅僅，適用于從氣流中去除污染微粒的污染控制。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例涉及空氣動(dòng)力學(xué)顆粒聚結(jié)，其中使用顆粒規(guī)模大小的湍流來(lái)增強(qiáng)顆粒之間的相互作用和聚結(jié)，由此便于進(jìn)一步的過(guò)濾或其它從空氣流中去除粒子的操作。
本申請(qǐng)要求澳大利亞專(zhuān)利申請(qǐng)No.2003902014和No.2004900593號(hào)的優(yōu)先權(quán)，上述兩項(xiàng)申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容并入本文以供參考。
背景技術(shù)：
很多工業(yè)過(guò)程都會(huì)向大氣中排放有害的微粒。這些顆粒通常包括非常細(xì)的亞微米有毒化合物顆粒。由于這些微粒能夠進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)，因此他們對(duì)公眾健康造成了嚴(yán)重的危害。毒性再加上易于呼入的組合特性的認(rèn)識(shí)促使全世界的政府制定法律，更加嚴(yán)格控制直徑小于10微米(PM10)的顆粒、特別是小于2.5微米(PM2.5)的顆粒的排放。
大氣排放中的更小的微粒也是大氣污染中低能見(jiàn)度情況的主要影響因素。舉例來(lái)說(shuō)，在煤燃燒裝置中，煙道不透明度在很大程度上取決于飛灰的微粒部分，因?yàn)橄庀禂?shù)峰值與光的波長(zhǎng)0.1-1微米非常接近。
微?？刂频闹匾钥赏ㄟ^(guò)考慮一次排放中的污染顆粒數(shù)目而不是污染物總重量來(lái)衡量。一次典型的煤燃燒過(guò)程釋放的飛灰中，小于2微米的污染顆?？赡苤徽伎偽廴疚锏?％，但占到總顆粒數(shù)目的97％。除去所有大于2微米顆粒的方法可能看上去非常有效，因?yàn)樗チ?3％的污染物質(zhì)，但還有97％的污染顆粒沒(méi)有除去，其中包含著更能吸入的有毒顆粒。
已經(jīng)有了很多種用于從空氣流中除去灰塵和其他污染顆粒的方法。盡管這些方法總的來(lái)說(shuō)都適合于從空氣流中除去較大的顆粒，但他們通常對(duì)過(guò)濾掉更小的顆粒、尤其是PM2.5的顆粒，效果就要差得多。
很多污染控制方法都依賴(lài)于特定種類(lèi)的各成分之間的接觸以促進(jìn)有利于隨后去除廢氣流中有關(guān)污染組分的反應(yīng)或相互作用。比如，活性炭一類(lèi)的吸附劑可噴入污染氣流中用于去除汞(吸附)，或者可以噴入鈣以去除二氧化硫(化學(xué)吸附)。另外，顆?？梢酝ㄟ^(guò)碰撞/黏附作用聚結(jié)成更大顆粒，進(jìn)而提高顆粒的可收集性，或者，還可以將單個(gè)顆粒的物理特性改變?yōu)榫劢Y(jié)體的物理性能，進(jìn)而更易于收集和/或過(guò)濾。
然而，為了產(chǎn)生這些相互作用，必須引入這些有關(guān)物質(zhì)。對(duì)于很多在標(biāo)準(zhǔn)煙道內(nèi)的工業(yè)污染物來(lái)說(shuō)，由于一些原因這是非常困難的。比如，反應(yīng)/相互作用的時(shí)間范圍非常短(通常0.5-1秒)，引入物質(zhì)在廢氣中分布量非常少(相對(duì)于大量的流體流)，煙道的尺寸相對(duì)于污染顆粒尺寸來(lái)說(shuō)非常大。
一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)過(guò)程排放的廢氣被引入一個(gè)大的輸送管道，所述輸送管道將它們均一地輸送到一些下游收集裝置(比如一個(gè)靜電除塵器、袋式過(guò)濾器或旋風(fēng)除塵器)，并盡可能少地產(chǎn)生湍流/能量損失。這種湍流在輸送過(guò)程中產(chǎn)生，通常是氣體圍繞旋轉(zhuǎn)的葉片、圍繞管道內(nèi)部支架/剛性元件、穿過(guò)擴(kuò)散隔板及其類(lèi)似物體進(jìn)行的大規(guī)模轉(zhuǎn)向。這種湍流總是具有整個(gè)輸送管道的大小，并盡可能簡(jiǎn)短地達(dá)到改變流向的要求。
同樣地，當(dāng)為了具體用途，比如特定污染物的吸收而使用混合設(shè)備時(shí)，這些混合設(shè)備通常會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模湍流場(chǎng)(即和輸送通道的寬度或高度相當(dāng)?shù)耐牧鲌?chǎng))，并被設(shè)置成氣體必須通過(guò)的簡(jiǎn)單簾幕(curtain)。
已知還可以在混合設(shè)備中使用渦流發(fā)生器來(lái)促進(jìn)流體流的混合。而且，已知的渦流混合器產(chǎn)生與輸送通道或腔室尺寸相當(dāng)?shù)拇笠?guī)模湍流。
無(wú)論工業(yè)排煙道中較為難以收集的污染物是顆粒狀(比如飛灰)、氣態(tài)(比如SO2)、霧狀(比如NOx)，還是元素態(tài)(比如汞)，它們都具有微米(即10-6m)尺寸的直徑。由于這些顆粒尺寸很小，它們?cè)谡麄€(gè)氣流中占據(jù)非常小的體積比。舉例來(lái)說(shuō)，一百萬(wàn)個(gè)1μm直徑的顆粒在1cm3的氣體中只占據(jù)小于0.00005％的體積(假定這些顆粒都是球形的)。即使是10μm直徑的顆粒，這個(gè)比例也只是升至0.05％。當(dāng)考慮到像汞這樣的污染物可能只占總污染物的百萬(wàn)分之幾(ppm)時(shí)，顯然相對(duì)于顆粒大小來(lái)說(shuō)，工業(yè)煙道氣體所輸送的污染物之間的間隔/距離是非常大的。因此，大規(guī)模的混合，甚至通過(guò)渦流發(fā)生器的混合，也都是不確定的事件，效率非常之低。
此外，流體流所攜帶的微粒有一個(gè)特性如果沒(méi)有足夠的力使其脫離流體流，它們會(huì)在流體流中流線流動(dòng)。也就是說(shuō)，如果流體流的粘性力支配顆粒的慣性力，那么顆粒將隨流體流一起流動(dòng)。已知管道規(guī)模的湍流混合方式要比顆粒規(guī)模的湍流的幅度大得多。當(dāng)從顆粒的角度看時(shí)，他們遠(yuǎn)不是混亂狀態(tài)，相對(duì)來(lái)說(shuō)還有些平順。而顆粒在通過(guò)管道中的湍流或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)混合區(qū)域時(shí)可能會(huì)有很多次方向改變，這些改變的范圍相對(duì)于顆粒的尺寸或規(guī)模來(lái)說(shuō)都太大了。因此流體流中的顆?；蚨嗷蛏俣佳刂嗤穆肪€流動(dòng)，不會(huì)與它們周?chē)念w粒相互作用。很少有在顆粒規(guī)模上的混合，因此已知混合方法的顆粒聚結(jié)效率非常低。
因此，試圖使在總流體流中占據(jù)很低體積比的非常微小的污染物的碰撞率最大化的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生小規(guī)模湍流，即顆粒規(guī)模的湍流，以獲得最大化的效果。顆粒規(guī)模的湍流將造成微粒沿著不同的軌道以不同的速度運(yùn)動(dòng)，因此促進(jìn)相互作用和聚結(jié)。遺憾的是，目前的設(shè)計(jì)原則尚未充分覆行這些標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的是提供用于顆粒聚結(jié)的流體流混合方法和設(shè)備，以達(dá)到改進(jìn)流體流動(dòng)中微粒與相同成分或其他引入其中的更大顆粒成分的混合或相互作用，由此促使更有效的顆粒聚結(jié)或更有效地被大顆粒吸收。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)寬的范圍內(nèi)，本發(fā)明提供一種促進(jìn)流體流內(nèi)物質(zhì)混合的方法，包括以下步驟在流體流內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模湍流；將所述流體流分隔為多個(gè)支流；在每個(gè)支流內(nèi)提供一種構(gòu)件，以在所述構(gòu)件附近產(chǎn)生小規(guī)模湍流區(qū)；以及使每個(gè)支流穿過(guò)其相應(yīng)的小規(guī)模湍流區(qū)，以使其經(jīng)受所述小規(guī)模湍流。
另一方面，本發(fā)明提供了促進(jìn)流體流內(nèi)物質(zhì)混合的設(shè)備，包括用于流體流的管道；位于所述管道內(nèi)的多個(gè)通道，所述通道用于將流體流分隔為流過(guò)相應(yīng)的所述通道的支流；用于在多個(gè)通道的上游在流體流內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模湍流的裝置；以及位于每個(gè)通道內(nèi)的一種構(gòu)件，所述構(gòu)件用于在所述構(gòu)件附近產(chǎn)生小規(guī)模湍流區(qū)；其中，在使用中，大規(guī)模湍流使得各通道內(nèi)的支流穿過(guò)小規(guī)模湍流區(qū)。
每個(gè)構(gòu)件優(yōu)選位于各自支流的中心，可以適當(dāng)?shù)匕ǘ鄠€(gè)在沿整個(gè)流體流動(dòng)方向延伸的平面上連續(xù)排列的間隔葉片。所述葉片應(yīng)當(dāng)隔開(kāi)，也應(yīng)當(dāng)足夠緊密以便足夠產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的小規(guī)模湍流區(qū)，葉片可以安裝在位于通道中心平面并沿流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸的一個(gè)大致平面的框架內(nèi)。
每個(gè)葉片通常都是細(xì)長(zhǎng)部件，該細(xì)長(zhǎng)部件具有與所述流體流的流動(dòng)方向呈傾角的鋒利的邊緣部分。葉片可非必要地有帶齒的邊緣部分。
上述聚結(jié)設(shè)備可以包括許多平行的大致平面的部件，所述部件沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸，并間隔排開(kāi)與所述管道橫向交叉。所述通道被限定于相鄰兩個(gè)平面部件之間。然而，可以理解，所述通道不必通過(guò)固體間隔物形成，也可以是各支流的假想通道。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述管道是通風(fēng)管道，所述流體流是工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣流，所述物質(zhì)包括污染顆粒。在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括使用湍流操控廢氣流中微米或亞微米大小的污染顆粒的位置、速度和軌道，以提高它們彼此之間和/或和氣流中其它粒子之間的碰撞機(jī)率以便聚結(jié)成更大更易去除的顆粒，和/或增加它們與為去除污染粒子而引入氣流中的其它更大種類(lèi)的顆粒之間的碰撞和相互作用的機(jī)率。
此過(guò)程包括以下的基本步驟(i)產(chǎn)生適當(dāng)范圍的大規(guī)模湍流，使廢氣流內(nèi)產(chǎn)生大湍流；(ii)將氣流分隔為進(jìn)入各自通道內(nèi)的支流；以及(iii)使支流進(jìn)行小規(guī)模湍流。
術(shù)語(yǔ)“大規(guī)模湍流”和“大湍流”都是指輸送管道尺度的湍流，即其影響遍及整個(gè)管道的湍流。
術(shù)語(yǔ)“小規(guī)模湍流”、“微湍流”和“顆粒規(guī)模的湍流”都是指足夠小規(guī)模內(nèi)的湍流，以便能夠?qū)蝹€(gè)顆粒帶入到湍流中，并因此提高顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)聚結(jié)。這種湍流通常局限于在葉片緊鄰的區(qū)域。
在通常沿每個(gè)通道的中央部分縱向延伸的小規(guī)模湍流區(qū)域內(nèi)，顆粒被完全帶入，并經(jīng)受湍流。這種湍流促進(jìn)了小顆粒之間的碰撞和相互作用，導(dǎo)致它們之間的聚結(jié)。
上游的大規(guī)模湍流通常由管道本身的幾何構(gòu)造產(chǎn)生，比如彎曲、分支、收縮和擴(kuò)張等。然而，如果流體流在進(jìn)入通道時(shí)沒(méi)有足夠大規(guī)模的湍流，就需要通過(guò)在通道上游的管道內(nèi)引入諸如支柱和擋板的障礙物來(lái)給予流體流額外的大規(guī)模湍流。
當(dāng)湍流的流體流被分隔為各自通道中的支流時(shí)，支流也經(jīng)受到這種大規(guī)模湍流。這樣每個(gè)支流內(nèi)的顆粒通過(guò)其各自通道中的小規(guī)模湍流區(qū)域，并經(jīng)受顆粒規(guī)模的湍流。
小規(guī)模湍流的使用是違反直覺(jué)的。通常希望氣流中的壓力下降盡可能地低。由于這一原因，已知的顆?；旌舷到y(tǒng)通常使用大規(guī)模湍流。然而，如以上所提到的，大規(guī)模湍流效率非常低。小規(guī)模湍流促使顆粒之間更好地混合，但也造成了很大的壓力損失。而本發(fā)明只在每個(gè)通道內(nèi)的有限區(qū)域使用了小規(guī)模湍流，從而使壓降最小化。每個(gè)通道內(nèi)流體流支流中的大規(guī)模湍流確保每個(gè)支流內(nèi)的顆粒都通過(guò)該區(qū)域并經(jīng)受顆粒規(guī)模的混合。
小規(guī)模湍流可以是利用鋒利邊緣的葉片而產(chǎn)生的渦旋形式。優(yōu)選地，可以利用許多小的低強(qiáng)度的渦旋將單個(gè)的微粒完全卷入其中，使它們經(jīng)受湍流，由此產(chǎn)生顆粒之間的碰撞和相互作用，以及顆粒之間更有效的聚結(jié)。微粒之間可以通過(guò)聚結(jié)形成大顆粒。微粒還可以和流體流內(nèi)的大顆粒發(fā)生聚結(jié)。隨后可以用現(xiàn)有的方法從氣流中更容易地去除該聚結(jié)后的顆粒。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種或幾種大顆粒被引入到氣流中以去除污染粒子。當(dāng)這些污染粒子與大顆粒物接觸時(shí)，它們傾向于附著在大顆粒上或與之發(fā)生反應(yīng)，因此能夠利用大顆粒物將這些污染粒子從氣流中除去。污染微粒被小規(guī)模湍流區(qū)域的渦旋卷入其中，但在每個(gè)支流中的大顆粒并沒(méi)有被卷入，或者被卷入的程度較小。大小顆粒之間的相互運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了它們之間更高頻率的碰撞，以及更高效地通過(guò)較大的(去除)顆粒去除細(xì)微的(污染)微粒。
優(yōu)選地，可以選擇由渦旋產(chǎn)生的小規(guī)模湍流的運(yùn)動(dòng)粘度數(shù)，以便能夠使細(xì)微的污染顆粒被卷入，而較大的去除顆粒不被卷入。通常，運(yùn)動(dòng)粘度數(shù)小于1就能夠保證細(xì)微的污染顆粒被卷入。較大的去除物顆粒的運(yùn)動(dòng)粘度數(shù)應(yīng)當(dāng)大于1，以便它們不被卷入。實(shí)際上在氣流中產(chǎn)生的旋渦或渦旋大約為10mm大小。
污染粒子可能是氣相、液相或固相。較大的顆粒物可以是液相或固相，比如液滴。
去除物可以是一種化學(xué)物質(zhì)，比如鈣，它可以和污染顆粒(比如二氧化硫)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成第三種化合物(比如硫酸鈣)?；蛘?，去除物顆粒也可以通過(guò)吸收或者吸附(碳顆粒吸附污染的汞顆粒)除去污染粒子，或者去除物顆粒可以通過(guò)和污染物碰撞粘附而產(chǎn)生的聚結(jié)來(lái)去除微細(xì)污染物。
為使本發(fā)明可以更好地被理解和實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將參照附圖僅通過(guò)實(shí)施例對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行描述。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式的帶有聚結(jié)設(shè)備的輸送管道的平面圖。
圖2是圖1中聚結(jié)設(shè)備的平面圖。
圖3是圖1中聚結(jié)設(shè)備的葉片組中一部分的截面圖。
圖4是圖3中葉片組中一個(gè)葉片的透視圖。
圖5是圖1中聚結(jié)設(shè)備部分的截面圖，示出了大規(guī)模湍流。
圖6是圖3中葉片組中一部分的截面圖，示出了小規(guī)模湍流區(qū)域。
圖7(a)-(e)都是可選用葉片的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-6描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種空氣動(dòng)力學(xué)聚結(jié)設(shè)備。該聚結(jié)設(shè)備10安裝在一個(gè)輸送管道11內(nèi)，該輸送管道通常接收工業(yè)過(guò)程中排放的廢氣流，如圖1所示。
聚結(jié)設(shè)備10包括多個(gè)大體平面的部件，比如金屬板12，其沿著輸送管道11縱向(也就是氣體流動(dòng)的整個(gè)方向上)延伸，并間隔橫穿管道的整個(gè)寬度方向。在金屬板12之間形成了通道，氣流在流過(guò)各通道時(shí)被分隔為若干支流。盡管金屬板12如圖2所示垂直安裝，但在需要的時(shí)候也可以水平安裝。而且，金屬板12不一定是致密的。需要時(shí)也可使用多孔板。
在金屬板12之間安裝了葉片組13。每個(gè)葉片組件13都安裝兩個(gè)相鄰金屬板12之間的各自通道的中央位置，如圖5所更為清楚地顯示，沿金屬板12平行延申。
圖3和4中更為詳細(xì)地示出了每個(gè)葉片組件13的結(jié)構(gòu)。每個(gè)葉片組件13包括一個(gè)大體平面的矩形框架14，在使用時(shí)該矩形框架可以從相鄰一對(duì)金屬板12之間的通道內(nèi)的管道頂部中央懸掛下來(lái)。每個(gè)框架14帶有多個(gè)間隔的豎直葉片15，所述葉片15通常安裝在框架平面內(nèi)。每個(gè)葉片15通常都是一個(gè)“Z”字形截面的金屬帶，和通過(guò)通道的氣流方向成一定角度。每個(gè)葉片15的垂直邊緣17優(yōu)選帶有圓齒，以形成一個(gè)深度為T(mén)d、間距或節(jié)距為T(mén)p的葉齒16。
葉片長(zhǎng)度Vl是指葉片15的主體在氣流方向上的尺寸，如圖3所示。葉片間距Vs是連續(xù)兩個(gè)葉片之間的距離，不包括葉齒。葉片寬度Vw是葉片15的主體在垂直氣流方向上的尺寸。通道寬度Pw是相鄰金屬板12之間的內(nèi)部間隔或距離。
提供了足夠的金屬板12以將管道11的整個(gè)寬度分隔為若干通道，并提供了足夠的葉片組13以便在每相鄰金屬板之間的通道中心安裝一個(gè)葉片組。通常的通道寬度大約為275mm，但通道寬度通?？稍?00mm-750mm之間，只要通道寬度Pw和葉片寬度Vw之比維持在最小2.5和最大25之間即可。
在每個(gè)框架14中的葉片15縱向間隔排列，以便連續(xù)的葉片處于在前葉片的尾流或遮蔽中。連續(xù)葉片15之間的間距Vs大致與前導(dǎo)葉片產(chǎn)生的尾流尺寸相當(dāng)。如此，相鄰葉片產(chǎn)生的微湍流之間出現(xiàn)重疊，或者至少有一連續(xù)區(qū)域的微湍流。
葉片15所產(chǎn)生的尾流與葉片在垂直氣流方向上的寬度Vw和葉片在平行氣流方向上的長(zhǎng)度Vl之間成一定比例。在列舉的實(shí)施方式中，Vs與Vl近似相等。葉片間距Vs可以適當(dāng)?shù)卦?.5Vw到8Vw之間。同樣地，葉片長(zhǎng)度Vl也可以適當(dāng)?shù)卦?.5Vw到8Vw之間。
如果葉片上使用葉齒，葉齒深度通常為0.25Vw到2Vw之間，葉齒間距通常為0.5Vw到2Vw之間。
需要注意的是，該聚結(jié)設(shè)備10是元源的，也就是說(shuō)，聚結(jié)設(shè)備的組件不需要任何意義程度上的充電或帶電。
在使用中，輸送管道11中的氣流將經(jīng)受大規(guī)模湍流或大湍流。一般地，在工業(yè)排氣管道中通常存在的擴(kuò)張、收縮、彎曲、分支、擋板、葉片、支柱或其他物理構(gòu)件將足以在氣流中引入大規(guī)模湍流。舉例來(lái)說(shuō)，用于引導(dǎo)氣流方向的擋板葉片18，造成氣流內(nèi)的分隔和長(zhǎng)距離的湍流。然而如果在氣流到達(dá)聚結(jié)設(shè)備10時(shí)氣流中的大湍流還不夠，可以在管道11中增加流動(dòng)攪動(dòng)裝置來(lái)提供需要的大湍流。舉例來(lái)說(shuō)，如果直接處于聚結(jié)設(shè)備10前方?jīng)]有湍流引發(fā)構(gòu)件的輸送管道很長(zhǎng)(比如管道長(zhǎng)度是管道直徑的4倍)，那么就應(yīng)當(dāng)在管道中增加流動(dòng)攪動(dòng)裝置。
一個(gè)合適的流動(dòng)攪動(dòng)裝置是一列安裝在管道11中的100mm直徑的管子9(或者也可選擇100mm×100mm角形截面)，以便它們完全伸展穿過(guò)氣流以產(chǎn)生大規(guī)模湍流。這樣的管子9應(yīng)當(dāng)安裝為與管道11橫向相距不超過(guò)1m。如果在聚結(jié)設(shè)備10正前方?jīng)]有足夠的大規(guī)模湍流，可以在聚結(jié)設(shè)備10上游采用許多各種物理構(gòu)件以在氣流中引入大湍流，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
當(dāng)氣流過(guò)聚結(jié)設(shè)備10時(shí)，其被分隔成多個(gè)支流，所述支流流過(guò)相鄰平板13之間的各自通道。在支流中還繼續(xù)保留有氣流的大湍流，使得每個(gè)支流中的顆粒通過(guò)相應(yīng)通道內(nèi)的葉片組件13，如圖5中的流線所示。支流內(nèi)大規(guī)模、長(zhǎng)距離的湍流確?；旧贤ǖ乐兴械闹Я髁魍ㄟ^(guò)位于通道中央的葉片組件13。
當(dāng)一個(gè)支流通過(guò)葉片組件13時(shí)，就會(huì)經(jīng)受小規(guī)模湍流或微湍流，如圖6中的陰影部分19所示。成一定角度的葉片15會(huì)產(chǎn)生顆粒規(guī)模的湍流，促使每個(gè)通道內(nèi)部支流中顆粒之間的碰撞和相互作用，提高了顆粒的聚結(jié)。由于在葉片11附近形成了小規(guī)模湍流，支流內(nèi)的顆粒被卷入湍流中，導(dǎo)致碰撞和附著機(jī)率明顯增加。粘附過(guò)程可能是一種表面作用(比如吸附、化學(xué)吸附或吸收過(guò)程)、一種分子作用(范德瓦耳斯力作用的結(jié)果)、或者是一種潤(rùn)濕過(guò)程(薄霧與其它霧滴或固體顆粒碰撞的結(jié)果)。
小規(guī)模湍流或微湍流會(huì)具有許多通常是10-15mm的小旋渦的性質(zhì)。葉片15的成角度的表面、鋒利邊緣以及間斷或Z字形的結(jié)構(gòu)充當(dāng)了渦流發(fā)生器，沿著各個(gè)支流產(chǎn)生了許多旋渦。這些旋渦的尺寸都非常小，將污染微粒卷入氣流中。
葉片15產(chǎn)生的旋渦模式被認(rèn)為包括一個(gè)線性平行于葉片的橫向渦旋運(yùn)動(dòng)，其尺寸取決于葉片間距、葉片長(zhǎng)度和葉片寬度，旋渦模式還包括一系列反旋轉(zhuǎn)的渦流結(jié)構(gòu)，其尺寸取決于葉片的葉齒16。葉片15附近的流速被認(rèn)為基本上低于平均流速。
盡管微湍流的區(qū)域僅局限于每個(gè)通道中心，但是每個(gè)支流內(nèi)的大湍流確保了支流通過(guò)這個(gè)區(qū)域，以便支流內(nèi)的顆粒經(jīng)受顆粒規(guī)模的湍流。而且，通過(guò)將小規(guī)模湍流局限在每個(gè)透道的中心區(qū)域，通過(guò)聚結(jié)設(shè)備的總壓降也被最小化。
以上描述的僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在不偏離如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下，另外還可以進(jìn)行對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的改進(jìn)。比如，盡管本發(fā)明具本參照氣流中顆粒的混合進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于其它流體流、例如液體中的混合。
此外，葉片的形狀和構(gòu)造也可以改變。圖7(a)-(e)舉出了可以用于以上所述聚結(jié)設(shè)備中的一些可供選擇的葉片形狀。
盡管葉片15優(yōu)選帶有葉齒16，以加強(qiáng)微湍流并將其集中在葉片緊接著的下游區(qū)域，但這些對(duì)形成微湍流并不是必須的。小規(guī)模湍流區(qū)域可以通過(guò)任何適當(dāng)構(gòu)形的葉片產(chǎn)生(比如桿狀、條狀、翅狀等)，如果葉片在前導(dǎo)葉片的尾流中一個(gè)緊接著一個(gè)排列，并被間隔為使尾流完全形成于兩個(gè)連續(xù)葉片之間，那么就能夠?qū)⑿∫?guī)模湍流區(qū)集中于兩個(gè)連續(xù)葉片之間。
權(quán)利要求
1.一種促進(jìn)流體流內(nèi)的物質(zhì)混合的方法，包括以下步驟在流體流內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模湍流；將所述流體流分隔為多個(gè)支流；在每個(gè)支流內(nèi)提供一種構(gòu)件，以在所述構(gòu)件附近產(chǎn)生小規(guī)模湍流區(qū)；以及使每個(gè)支流穿過(guò)其相應(yīng)的小規(guī)模湍流區(qū)，以使其經(jīng)受所述小規(guī)模湍流。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其中，所述每個(gè)構(gòu)件相對(duì)于其相應(yīng)的支流設(shè)置在中心上。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其中，所述構(gòu)件包括多個(gè)間隔開(kāi)的葉片，所述葉片連續(xù)排列在沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸的平面內(nèi)，所述葉片間隔得足夠近以便產(chǎn)生連續(xù)的小規(guī)模湍流區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其中，所述流體流是來(lái)自于工業(yè)過(guò)程中的廢氣流，所述物質(zhì)包括污染顆粒。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其中，所述物質(zhì)包括添加到流體流中以便與污染顆粒聚結(jié)的顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述方法，其中，將所述流體流分隔為多個(gè)支流的步驟包括引導(dǎo)流體流進(jìn)入多個(gè)通道，以便使每個(gè)支流流過(guò)相應(yīng)的通道。
7.一種用于促進(jìn)流體流內(nèi)的物質(zhì)混合的設(shè)備，包括用于流體流的管道；位于所述管道內(nèi)的多個(gè)通道，所述通道用于將流體流分隔為流過(guò)相應(yīng)的所述通道的支流；用于在多個(gè)通道的上游在流體流內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模湍流的裝置；以及位于每個(gè)通道內(nèi)的一種構(gòu)件，所述構(gòu)件用于在所述構(gòu)件附近產(chǎn)生小規(guī)模湍流區(qū)；其中，在使用中，大規(guī)模湍流使得各通道內(nèi)的支流穿過(guò)小規(guī)模湍流區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述設(shè)備，其中，每個(gè)構(gòu)件相對(duì)于其相應(yīng)的通道設(shè)置在中心上，其產(chǎn)生的小規(guī)模湍流區(qū)位于該構(gòu)件的附近。
9.如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其中，每個(gè)構(gòu)件包括多個(gè)間隔開(kāi)的葉片，所述葉片連續(xù)排列在沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸的平面內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述設(shè)備，其中，各通道內(nèi)的構(gòu)件的葉片安裝在一個(gè)大致為平面的框架內(nèi)，所述框架相對(duì)于通道設(shè)置在大致中心位置上并沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸。
11.如權(quán)利要求9所述設(shè)備，其中，每個(gè)葉片都是細(xì)長(zhǎng)部件，該細(xì)長(zhǎng)部件具有與所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向呈傾角的鋒利邊緣部分。
12.如權(quán)利要求11所述設(shè)備，其中，每個(gè)葉片都具有帶齒的邊緣部分。
13.如權(quán)利要求7所述設(shè)備，進(jìn)一步包括多個(gè)平行的大體為平面的部件，所述部件沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸，并與所述管道橫向交叉間隔開(kāi)，所述通道被限定在相鄰一對(duì)平面部件之間。
14.如權(quán)利要求7所述設(shè)備，進(jìn)一步包括位于通道上游的管道內(nèi)的附加構(gòu)件，用于促進(jìn)在流體流內(nèi)的大規(guī)模湍流。
15.如權(quán)利要求7所述設(shè)備，其中所述管道是通風(fēng)管道，所述流體流是來(lái)自于工業(yè)過(guò)程中的廢氣流，所述物質(zhì)包括污染顆粒。
16.一種用于促進(jìn)氣流中污染顆粒的混合和聚結(jié)的非激勵(lì)的流體流動(dòng)力學(xué)聚結(jié)設(shè)備，所述聚結(jié)設(shè)備包括用于接收氣流的管道；安裝在所述管道內(nèi)的多個(gè)平行的大體上為平面的部件，所述平面部件沿所述氣流的整個(gè)流動(dòng)方向延伸，并橫向交叉于所述管道的基本上整個(gè)寬度被間隔開(kāi)，每對(duì)相鄰所述平面部件在它們之間限定出一個(gè)通道；所述管道中被構(gòu)造成和/或具有流動(dòng)改變部件，用于促進(jìn)在所述通道上游在氣流內(nèi)部產(chǎn)生大規(guī)模湍流；位于各通道內(nèi)的一種構(gòu)件，所述構(gòu)件用于產(chǎn)生小規(guī)模渦流區(qū)，所述小規(guī)模湍流區(qū)的大小和/或強(qiáng)度使污染顆粒被帶入湍流內(nèi)，各構(gòu)件相對(duì)于其通道設(shè)置在中心位置上，并包括多個(gè)間隔開(kāi)的邊緣鋒利的葉片，所述葉片連續(xù)排列在沿所述流體流的整個(gè)流動(dòng)方向上延伸的平面內(nèi)；其中，在使用中，氣流被分隔為多個(gè)流過(guò)相應(yīng)通道的支流，所述支流內(nèi)的大規(guī)模湍流使得各支流穿過(guò)其相應(yīng)的通道中的小規(guī)模湍流區(qū)，從而使得其中的顆粒經(jīng)受小規(guī)模湍流。
全文摘要
一種空氣動(dòng)力學(xué)聚結(jié)設(shè)備(10)，促進(jìn)了氣流中污染顆粒的混合和聚結(jié)，以便于隨后從氣流中去除所述顆粒。該聚結(jié)設(shè)備(10)安裝在一個(gè)氣流流過(guò)的管道(11)內(nèi)。該聚結(jié)設(shè)備(10)包括多個(gè)平行板(12)，所述平行板(12)沿整個(gè)氣流動(dòng)方向延伸，并被與輸送管道(11)的寬度橫向交叉地間隔開(kāi)，以將所述管道分隔為許多平行通道。輸送管道(11)中配置有和/或具有在所述通道上游的氣流內(nèi)部產(chǎn)生大規(guī)模湍流的構(gòu)件。每個(gè)管道內(nèi)都設(shè)有一個(gè)葉片組件(13)，用于產(chǎn)生小規(guī)模湍流區(qū)，所述小規(guī)模湍流區(qū)的大小和/或強(qiáng)度使污染顆粒能夠被帶入湍流內(nèi)。每個(gè)葉片組件(13)都安裝在其各自通道的中心位置，并包括多個(gè)邊緣鋒利的葉片(15)，所述葉片(15)沿整個(gè)氣流方向連續(xù)間隔排列。支流內(nèi)的大規(guī)模湍流使得各支流穿過(guò)其各自通道中的小規(guī)模湍流區(qū)，使得其中的顆粒經(jīng)受該小規(guī)模湍流。
文檔編號(hào)F15D1/14GK1780682SQ200480011396
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者R·J·特魯斯, J·W·威爾金斯 申請(qǐng)人:因迪格技術(shù)集團(tuán)股份有限公司