專利名稱：帶有水流噴射器的渦旋旋風(fēng)分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從煙氣中分離污染物的旋風(fēng)單元。 更特別地，本發(fā)明涉及一種用于從煙氣中分離氣體污染物例如二
氧化硫，NOx， C02和固體污染物的旋風(fēng)單元以及使用該旋風(fēng)單元的 方法。
說明書尤其涉及一種對以色列專利No.120，907和相應(yīng)的歐洲專利 971,781中描述并且要求保護的旋風(fēng)分離器的修改和改進。
背景技術(shù)：
如EP971781所述，旋風(fēng)分離器在工業(yè)中廣泛地用于被污染的空 氣的干洗和濕洗并且可以大致地分為兩組。
第 一組基于向進入清潔容器的流體施加渦旋運動并且通過離心力 分離其中的固體顆粒。這一組結(jié)合有機械收集器，例如普通旋風(fēng)、多 旋風(fēng)和旋轉(zhuǎn)式集塵器。
第二組基于空氣的過濾或固體顆粒的誘導(dǎo)沉淀或重力沉降，而不 涉及使清潔容器中的流體產(chǎn)生渦旋運動。與該組相關(guān)的工業(yè)設(shè)備包括 袋式過濾器和靜電除塵器。
已有的顆粒收集器的性能是根據(jù)可被收集器分離的固體顆粒的最 終顆粒尺寸加以評估的。
機械式旋風(fēng)分離器具有很多優(yōu)點它們是以連續(xù)模式工作并且無 需頻繁維護措施的通用的低成本裝置。作為獨立的單元或與其他類型 的分離器組合的這些裝置已經(jīng)成功地使用了非常長的時間(可追溯到 1886年)。
影響旋風(fēng)分離器中的煙氣中固體污染物的分離的主要因素是氣相 的速度或為該速度的函數(shù)的加速度。兩個主要的力影響在旋轉(zhuǎn)流中運動的顆粒。這些力為離心力和沿流線的牽引力。根據(jù)下面的公式，離
心力Fe與顆粒質(zhì)量mp以及顆?；蛐D(zhuǎn)氣體的切向速度Vt (該兩者大 致相同)的平方成正比，并且與顆粒軌道的曲率半徑r成反比 Fc = mpVt2/r (1)
假設(shè)旋轉(zhuǎn)氣流的速度只具有切向分量，并且該類型的氣流通常為 以下形式
Vtrn=常量 (2) 高效旋風(fēng)的典型速度為約15-20米/秒。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些速度不足以去除尺寸小于約10-20微米的非常小 的灰塵。
多個專利，即SU 1468609; SU 975099和DE650640,試圖改進 旋風(fēng)分離器對于微塵的分離，然而應(yīng)當強調(diào)的是，盡管是這樣，但是 成本效益以及對于微塵的有效分離的問題并沒有得到解決。
在EP000971781B1中教導(dǎo)了一種裝置，其顯著地改進了旋風(fēng)分離 器對于微塵的分離，這種改進是通過結(jié)合能夠產(chǎn)生強烈的渦旋運動的 非常有效的渦流裝置實現(xiàn)的，所述渦旋運動的特征在于，氣流的線速 度為約60-100米/秒，并且優(yōu)選地為約60-70米/秒。
令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)EP000971781B1中描述的設(shè)備即使在濕分 離(即向該旋風(fēng)分離器中加入液體時)中也能夠非常有效地去除微塵， 尤其是能夠非常有效地從諸如煙氣的氣流中分離氣體污染物例如二氧 化硫，NOx，和C02。
重要的是，將EP0971781B1中描述的用于從空氣或其他氣體中去 除顆粒物質(zhì)的旋風(fēng)分離器用于從煙氣中有效地去除氣體污染物，尤其 是二氧化硫，并非是不言而喻的。在旋風(fēng)單元中去除顆粒的情況下， 主要目的或挑戰(zhàn)是通過物理動力學(xué)手段實現(xiàn)氣相和顆粒之間良好的分 離。換言之，所述專利所教導(dǎo)和實現(xiàn)的目的是使氣體的運動和旋風(fēng)單 元內(nèi)的顆粒的運動之間的差異最大化，從而實現(xiàn)這兩種成分的分離。 相比之下，從煙氣中去除氣體污染物尤其是二氧化硫的情況下，主要 目的是實現(xiàn)液相和氣相之間的有效混合，從而實現(xiàn)活性成分(例如液相中的堿性化合物與氣相中的二氧化硫)之間的有效接觸，以具有更 高的反應(yīng)動力。
然而，盡管通過使用EP0971781B1中描述的旋風(fēng)分離器獲得了改 進，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使在使用改進后的噴嘴時，液流和氣流之間的接 觸仍然沒有效率。
此外，為了對輸入的液流和氣流之間的接觸實現(xiàn)較大的改進，需 要在接觸之后在這兩股流之間進行良好的分離，以便在流出的處理后 的氣流中不會存在大量的液滴。
因此，制造用于有效地濕分離細小顆粒，尤其是氣體污染物的旋 風(fēng)單元的問題仍未被現(xiàn)有技術(shù)解決，并且仍然需要一種能夠確保兩種 流之間的有效并且經(jīng)濟的混合和分離的新型的并且改進的裝置，即用 于從煙氣中濕去除地分離固體和氣體污染物，例如二氧化硫、N(X和
co2。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效地減少和/或克服上述缺 陷的新型的并且改進的旋風(fēng)單元。
具體地，本發(fā)明的主要目的是提供一種適于對細小顆粒尤其是氣 體污染物進行有效的濕分離的新型的并且改進的旋風(fēng)單元。
本發(fā)明的另 一 個目的是提供 一 種在輸入的氣流和液流之間形成非 常有效的接觸的新型的并且改進的旋風(fēng)單元。從而，這種非常有效的 接觸改進兩種相的基質(zhì)之間的反應(yīng)動力。結(jié)果，通過使用減少量的化 學(xué)藥品吸收上述污染物，減少了環(huán)境污染。
本發(fā)明的另 一個目的是提供一種能夠在接觸之后非常有效地分離 處理后的排出氣流和液流的新型的并且改進的旋風(fēng)單元。從而，這種 非常有效的分離減少了排出的處理后的氣流中的液滴量。
濕法洗滌中的一個主要挑戰(zhàn)是在液滴和氣流之間提供有效的接 觸。當使用本領(lǐng)域已知的旋風(fēng)分離器時，即使釆用改進的噴嘴，大量 的液滴也會沉積在旋風(fēng)分離器的內(nèi)壁上并且形成在氣體剪切力的作用下從表面去除的液體層，并且生成比噴嘴產(chǎn)生的液滴更大的液滴。這 種更大的液滴對于從煙氣中去除污染物的效果很差。從而化學(xué)產(chǎn)物遠 未達到平衡。
本發(fā)明的目的在于將液流引入氣流速度非常高的區(qū)域，從而液滴 立即進入旋風(fēng)分離器的內(nèi)部并且只有很少的部分會沉積在分離器的內(nèi) 壁上或在不與氣流接觸的情況下排出系統(tǒng)。
本發(fā)明對于旋風(fēng)分離器是尤其重要的，其具有能夠提供線速度為
約60-100米/秒的強烈渦旋運動的非常有效的渦流裝置，而現(xiàn)有技術(shù) 的旋風(fēng)分離器僅能提供約15-20米/秒的線速度。
通過將液流引入氣流速度非常高的區(qū)域，大量的液滴進入旋風(fēng)分 離器的內(nèi)部。從而該系統(tǒng)的特征在于液滴和氣流之間的接觸更長久， 因此極其有效。
濕法洗滌中的另一個重要挑戰(zhàn)是，在接觸之后在處理后的排出氣 流和液流之間提供有效的分離。
為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明提供了一種改進的旋風(fēng)單元，包括一 種屏障工具和/或所述旋風(fēng)單元內(nèi)部的狹長開口 ，使得所述處理后的液
體能夠沿預(yù)定的方向排出所述單元，同時阻止所述處理后的氣流與所 述處理后的液體一起流動，而是沿不同的方向引導(dǎo)所述氣流。
因此本發(fā)明提供了一種通過氣流與水流的結(jié)合從煙氣中去除污染 物的旋風(fēng)單元，包括由圓筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界 定的殼體，所述殼體具有縱向軸線并且設(shè)置有用于接收氣流的至少一 個入口和用于接收水流到其中的多個入口 ，所述旋風(fēng)單元還包括與所 述縱向軸線同軸、與所述殼體同心地定位并安裝在所述殼體內(nèi)的至少 一個渦流裝置，從而在所述殼體外周壁的內(nèi)表面和所述渦流裝置的朝 外的表面之間提供第 一 環(huán)形空間以及在所述渦流裝置的朝內(nèi)的表面和 所述芯部元件之間提供第二內(nèi)部環(huán)形空間，所述渦流裝置結(jié)合有多個 狹槽狀的細長開口 ，所述開口相對于所述內(nèi)部環(huán)形空間基本切向地延 伸以形成從所述第 一環(huán)形空間到所述第二內(nèi)部環(huán)形空間的成角度的通 道，其中所述旋風(fēng)單元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成將至少大部分所述水流注入所述通道。在 本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述多個開口與用于將多條水流注入多個通 道的裝置相關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選地，所述水流是通過噴嘴注入所述通道的。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述渦流裝置形成有多個葉片， 所述葉片相對于一圓形路徑成切線方向地沿所述圓形路徑規(guī)則地布 置，并且所述通道由相鄰葉片之間的開放空間形成。
在其他優(yōu)選實施例中，所述渦流裝置形成為圓筒形環(huán)，所述圓筒 形環(huán)設(shè)置有形成所述通道的多個間隔的狹槽狀的細長開口。
在所述其他優(yōu)選實施例中，所述通道優(yōu)選是通過對所述渦流裝置 鉆孔形成的。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，提供了一種旋風(fēng)單元，其中所
述旋風(fēng)單元內(nèi)的所述氣流的速度介于20米/秒與120米/秒之間，并且 優(yōu)選地介于60米/秒與100米/秒之間。
在本發(fā)明的其他方面中，所述殼體形成為空心截錐，其具有大的 基部和相間隔的小的基部，所述大的基部與所述殼體的下端連通，一
管道裝置與所述殼體的縱向軸線同軸地置于所述殼體內(nèi)部并且構(gòu)成所 述芯部裝置，其中所述管道裝置的最上端位于所述殼體的外部，所述 管道裝置的最下端位于所述殼體內(nèi)。
在該方面的優(yōu)選實施例中，提供了一板狀工具，其連接在所述空 心截錐內(nèi)部，位于所述空心截錐的所述小的基部上方，與所述殼體的 縱向軸線同軸。
在所述方面的另一優(yōu)選實施例中，所述空心截錐包含至少一個縱 向的狹槽狀開口。
在本發(fā)明的該方面的特別優(yōu)選的實施例中，所述空心截錐連接到 一外殼裝置，該外殼裝置部分地覆蓋所述空心截錐而在兩者之間留有 空間。
雖然現(xiàn)在將結(jié)合下列附圖中的特定優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，使得 本發(fā)明的各個方面能夠得到更加完全的理解和評價，但是并不是將本發(fā)明限定為這些特定實施例。相反，本發(fā)明覆蓋可包括在所附權(quán)利要 求跟定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有的替換、修改和等同。從而，下列包 括優(yōu)選實施例的附圖將用來說明本發(fā)明的實施，可以理解，通過示例 的方式示出細節(jié)，僅僅是為了示意性地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，為 了提供相信是對于公式化程序以及本發(fā)明的原理和概念方面最有用并 易于理解的說明。


在下面的附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的超級旋風(fēng)單元的示意圖； 圖2是沿B-B截取的圖1的橫截面視圖； 圖3是渦流裝置模塊的透視圖4M是包括所述板狀工具(40)的空心截錐(12)的示意圖; 圖4N示出了沿C-C截取的圖4M的橫截面視圖； 圖5M是包括所述縱向狹槽狀開口 (44)和外殼裝置(46)的: 心截錐(12)的示意圖5N示出了沿D-D截取的圖5M的橫截面視圖； 圖6-8示出了某些渦流裝置模塊的橫截面視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1,看得出根據(jù)本發(fā)明的旋風(fēng)單元包括殼體H，所 述殼體H由其圓筒形外周壁2以及上端4和下端6界定，所述殼體具 有縱向軸線(X-X)并且設(shè)置有用于接收氣流的至少一個入口 8和用 于接收諸如水流的其他流體到其中的多個入口 10,所述單元還包括從 所述殼體H上優(yōu)選地形成為空心截錐12的至少一個排出裝置11，所 述排出裝置具有大的基部14和間隔開的小的基部16，大的基部與所 述殼體H的下端6連通，所述單元還包括設(shè)置在所述殼體H內(nèi)優(yōu)選地 與所述縱向軸線(X-X)同軸的管道裝置18,其中管道裝置18的最上 端20位于殼體的外部，所述管道裝置的最下端位于殼體內(nèi)?，F(xiàn)在結(jié)合參考圖1和圖2，可以看到所述旋風(fēng)單元還包括與所述 縱向軸線(X-X)同軸地、與所述殼體H同心地定位并安裝在所述殼 體H內(nèi)的至少一個渦流裝置24，以在殼體外周壁2的內(nèi)表面28和所 述渦流裝置24的朝外的表面30之間提供第一環(huán)形空間26,并且在渦 流裝置24的朝內(nèi)的表面34和所述芯部元件之間提供第二內(nèi)部環(huán)形空 間32，所述芯部元件在當前實施例中為所述管道裝置18，所述渦流裝 置24結(jié)合有多個狹槽狀的細長開口 36，所述開口 36相對于所述內(nèi)環(huán) 形空間32大致切向地延伸，以形成從所述第一環(huán)形空間26到所述第 二內(nèi)部環(huán)形空間32成角度的通道，其中所述通道37由長度、寬度和 深度尺寸界定，并且長度尺寸L超過寬度尺寸W。
所述旋風(fēng)單元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口 10位于 所述上端4中，并且被定位成將至少大多數(shù)所述水流注入所述通道37 中。
盡管圖中未示出，也可以在所述通道附近設(shè)置多個小直徑的開口 以確保較小的液滴，不需要在所有通道附近設(shè)置小直徑的開口 。
現(xiàn)在參考圖3 ，可以看到所述旋風(fēng)渦流裝置24形成有多個葉片38, 所述葉片相對于圓形路徑成切線地沿所述圓形路徑少見則地布置，并且 所述通道37由相鄰的葉片38之間的開》文空間形成。
所述入口 IO優(yōu)選地與定位成將所述水流注入所述通道的噴嘴(未 示出)相關(guān)聯(lián)。
在特別優(yōu)選的實施例中，所述單元設(shè)置有多個入口 10，每個入口 都定位成將水流注入相鄰地布置的通道，與從中流經(jīng)的氣流混合。
參考圖4M和4N，可以看到一板狀工具40，其通過連接器42連 接在所述空心截錐12內(nèi)部，位于所述空心截錐的所述小的基部16上 方，與所述縱向軸線同軸，以在所述空心截錐12內(nèi)提供一種屏障。
參考圖5M和5N，可以看到所述空心截錐12包含至少一個縱向 狹槽狀開口 44和一外殼裝置46，所述外殼裝置46包圍所述空心截錐 12,以在該外殼裝置的內(nèi)壁50和所述空心截錐的外壁52之間提供一 內(nèi)部空間48。結(jié)果，所述處理后的液體通過所述小的基部16以及通過至少一個 縱向狹槽狀開口 44從所述空心截錐排出。通過至少一個縱向狹槽狀開 口排出的所述處理后的液體進入所述外殼裝置46和所述空心截錐的 外壁52之間的所述內(nèi)部空間48，與已經(jīng)通過所述小的基部16排出的 處理后的液體匯合。
參考圖6-8，可以看到所述渦流裝置24可以形成為帶有多個實體 段38的圓筒形環(huán)，所述段沿圓形路徑規(guī)則地布置，優(yōu)選地相對于所述 圓形路徑切向地布置，并且所述通道37由相鄰的段之間的開放空間形 成。或者，所述渦流裝置24中的所述通道37通過在所述圓筒形環(huán)上 鉆孔形成，從而所述實體段38形成為所述鉆出的通道37之間的剩余 材料。
需要注意的是，參考圖6-8，可以看出所述段38和/或通道37的 尺寸和形狀上有變化。這些變化可使氣流以不同的角度從所述第一環(huán) 形空間26進入所述第二內(nèi)部環(huán)形空間32，并且另外允許改變沿所述 通道37的流通面積。這種變化最終產(chǎn)生涉及所述通道內(nèi)部的氣流的壓 降以及能量上的變化。
從而如圖6所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，段38為具有圓弧形 基部39的基本三角形的形狀，通道37具有類似的結(jié)構(gòu)。
此外如圖7所示，在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，面對著所述 第 一環(huán)形空間26的段38的第 一端部39的圓弧長度優(yōu)選地大于面對著 所述第二環(huán)形空間32的段38的第二端部54的圓弧長度，而通道37 的外端部和內(nèi)端部具有基本相同的寬度。
在圖8中，在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，面對著所述第一環(huán) 形空間26的通道37的外圓弧長度優(yōu)選地大于面對著所述第二環(huán)形空 間32的通道37的內(nèi)圓弧長度，而段38的外端部和內(nèi)端部具有基本相 同的寬度。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明顯然不限于前述示例性實施 例的那些細節(jié)，并且本發(fā)明可以通過不背離本發(fā)明精神或?qū)嵸|(zhì)的其他 特定形式實現(xiàn)。當前的實施例的所有方面應(yīng)當被認為是說明性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍應(yīng)當由所附的權(quán)利要求表示而非前面的說明 書表示，在權(quán)利要求的等效含義和范圍內(nèi)作出的所有變化都應(yīng)當包含 在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種通過氣流與水流的結(jié)合從煙氣中去除污染物的旋風(fēng)單元，包括由圓筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界定的殼體，所述殼體具有縱向軸線并且設(shè)置有用于接收氣流的至少一個入口和用于接收水流到其中的多個入口，所述旋風(fēng)單元還包括與所述縱向軸線同軸、與所述殼體同心地定位并安裝在所述殼體內(nèi)的至少一個渦流裝置，從而在所述殼體外周壁的內(nèi)表面和所述渦流裝置的朝外的表面之間提供第一環(huán)形空間以及在所述渦流裝置的朝內(nèi)的表面和所述芯部元件之間提供第二內(nèi)部環(huán)形空間，所述渦流裝置結(jié)合有多個狹槽狀的細長開口，所述開口相對于所述第二內(nèi)部環(huán)形空間基本切向地延伸，以形成從所述第一環(huán)形空間到所述第二內(nèi)部環(huán)形空間的成角度的通道，其中所述旋風(fēng)單元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成將至少大部分所述水流注入所述通道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從煙氣中去除氣體污染物的旋風(fēng)單元， 其中所述多個入口與用于將多條水流注入多個通道的裝置相關(guān)聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)單元，其中所述水流通過噴嘴注入 所述通道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述渦流裝置形成有多 個葉片，所述葉片相對于一圓形路徑成切線方向地沿所述圓形路徑規(guī) 則地布置，并且所述通道由相鄰葉片之間的開放空間形成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述渦流裝置形成為圓 筒形環(huán)，所述圓筒形環(huán)設(shè)置有形成所述通道的多個間隔的狹槽狀的細 長開口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋風(fēng)單元，其中通過對所述渦流裝置鉆 孔形成所述通道。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述旋風(fēng)單元內(nèi)的所述 氣流的速度介于20米/秒與120米/秒之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述旋風(fēng)單元內(nèi)的所述氣流的速度介于60米/秒與100米/秒之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，還包括從所述殼體上形成為 空心截錐的排出裝置，該排出裝置具有大的基部和相間隔的小的基部， 所述大的基部與所述殼體的下端連通， 一管道裝置與所述殼體的縱向 軸線同軸地置于所述殼體內(nèi)部并且構(gòu)成所述芯部裝置，其中所述管道 裝置的最上端位于所述殼體的外部，所述管道裝置的最下端位于所述 殼體內(nèi)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋風(fēng)單元，其中一板狀工具連接在所 述空心截錐內(nèi)部，位于所述空心截錐的所述小的基部上方，與所述殼 體的縱向軸線同軸。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述空心截錐包含至 少一個縱向的狹槽狀開口。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)單元，其中所述空心截錐連接到 一外殼裝置，所述外殼裝置部分地覆蓋所述空心截錐而在兩者之間留 有空間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過氣流與水流的結(jié)合從煙氣中去除污染物的旋風(fēng)單元，包括由圓筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界定的殼體，所述殼體具有縱向軸線并且設(shè)置有用于接收氣流的至少一個入口和用于接收水流到其中的多個入口，所述旋風(fēng)單元還包括與所述縱向軸線同軸、與所述殼體同心地定位并安裝在所述殼體內(nèi)的至少一個渦流裝置，從而在所述殼體外周壁的內(nèi)表面和所述渦流裝置的朝外的表面之間提供第一環(huán)形空間以及在所述渦流裝置的朝內(nèi)的表面和所述芯部元件之間提供第二內(nèi)部環(huán)形空間，所述渦流裝置結(jié)合有多個狹槽狀的細長開口，所述開口相對于所述第二內(nèi)部環(huán)形空間基本切向地延伸以形成從所述第一環(huán)形空間到所述第二內(nèi)部環(huán)形空間的成角度的通道，其中所述旋風(fēng)單元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成將至少大部分所述水流注入所述通道。
文檔編號B04C5/10GK101528355SQ200780039358
公開日2009年9月9日 申請日期2007年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者A·哈雷爾, M·亞文, M·菲希曼 申請人:沃泰克斯生態(tài)學(xué)技術(shù)公司