本发明涉及一种烟囱结构，属于环保技术领域。
背景技术：
在湿法脱硫、电厂、VOCs废气处理以及磷酸生产及浓缩系统等工作场合中，排放烟气在烟囱口会产生“白烟”现象，“白烟”的主要成分为水蒸气，主要来源有两个方面：一是烟气脱硫装置的除雾器效率低，除雾后的烟气中仍携带小水滴（即过饱和水）；二是烟气较高，一般高于烟气露点温度10～20℃，高温烟气排放至大气中，烟气温度降低，导致烟气所携带的饱和水量降低，水蒸气析出凝结成小水滴形成“白烟”。大量的“白烟”甚至会形成数公里的“白烟长龙”，给人带来强烈的视觉冲击，影响环境美观。此外，大量水汽从烟囱直接排放于大气中，造成了水资源的浪费。因此，需要一种经济、有效的方法解决烟囱的“白烟”问题。
CN104990096A提供了一种烟囱白烟低能耗治理方法，包括在装置内沿烟气输入至输出的方向设置有换热装置，烟气利用换热装置采用先降温再升温的方法实现白烟的消除。充分利用了冷却塔在中温领域具有极高能效比的优点，显著降低了白烟治理能耗，同时利用多个换热装置组成了能量回收互反馈系统。但要采用三个换热装置，每个换热装置由一组或多组换热器组成，成本较高，结构也比较复杂。
CN205090396U提供了一种烟囱除沫降噪装置，用于烟囱上部，进烟管与烟囱相连，包括内管和外管，外管内套设有内管，内管一侧紧贴外管一侧内壁，内管底部设有进烟管，进烟管穿过外管连通外界与内管管腔，水蒸汽进入外管内部时逐渐冷凝，通过外管上的集水管，冷凝水进入热水收集槽内，避免了排放烟气中含有水沫对环境卫生造成的影响。但由于水蒸汽进入外管时冷凝量有限，因此并不能有效地解决烟囱的“白烟”问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种烟囱结构，在传统烟囱顶部安装除雾器及内筒，通过烟气在流经除雾器过程中的整流、加速及刮面效应实现液滴与烟气的分离，将烟气所夹带的大量液态雾滴进行捕集，回收了大量液滴，避免了水资源的严重浪费，同时大量空气从空气进口进入内筒，与烟气一起从烟囱出口排出，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
本发明的烟囱结构，烟囱顶部的内部空间由上至下设置内筒和除雾器；内筒与烟囱同轴布置，内筒顶部为敞口，底部设有密封板，内筒沿圆周方向设有若干个空气进口管，空气进口管穿过烟囱连接大气与内筒；所述的内筒直径优选为烟囱直径的0.05～0.3倍；内筒的上沿低于烟囱顶部一定距离Q，Q一般为500mm～3000mm，优选为1000mm～2000mm，内筒总高度优选为300mm～1000mm；
本发明的烟囱结构中，内筒的厚度与烟囱厚度相同或略低于烟囱厚度；内筒的材质优选与烟囱材质相同。内筒上优选设置4～6个空气进口管，空气进口管一端与内筒内壁平齐，另一端与烟囱外壁平齐或略伸出烟囱一段距离，多个空气进口管的总截面积与内筒截面积相同。所述的空气进口管与烟囱连接处密闭不漏气。
本发明的烟囱结构中，所述的除雾器上沿低于内筒底部密封板一定距离，优选300mm～1000mm。
所述的除雾器包括若干个并列的除雾组件，每个除雾组件均包括升气管和外筒，外筒设置在升气管的外侧，优选与升气管在同一轴线上；升气管固定在塔盘上，升气管的顶部设置上封盖板；升气管的圆周上均匀设置若干整流通道，整流通道沿升气管外壁的切线方向水平嵌入，整流通道靠近外筒一侧的侧壁I与升气管管壁相切，另一侧壁II与升气管管壁相交，各整流通道旋转方向相同；整流通道顶部与上封盖板齐平，底部与升气管管壁相交。
所述的除雾器中的上封盖板与套筒之间的距离优选为200mm～1000mm。
所述的除雾器中的塔盘与烟囱内壁固定连接，塔盘上开有若干圆孔，升气管外壁与塔盘在圆孔处配合并固定连接。
所述的除雾器中，整流通道一般设置1～12个，优选4-8个。整流通道的壁厚优选与升气管的壁厚相同。
所述的除雾器中，整流通道的长度l为侧壁II的长度，宽度w为整流通道两侧壁间的最大水平距离，高度h为整流通道顶部和底部间的最大垂直距离；其中长度l为宽度w的2～5倍，优选为3～4倍；整流通道的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合，优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道的尺寸根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定，如所述整流通道的高度h一般为20～600mm，优选为100～300mm；整流通道的宽度w一般为10～200mm，优选为20～100mm。整流通道的总截面积为升气管横截面积的0.2～0.9倍，优选为升气管横截面积的0.3～0.6倍。
所述的除雾器中，所述的整流通道的侧壁II末端可以与升气管内壁齐平或伸入到升气管内部一定距离m，m为长度l的0.1～0.9倍，优选为0.3～0.6倍。当整流通道的侧壁II末端与升气管内壁齐平时，整流通道底部末端也与升气管内壁齐平；当整流通道的侧壁II伸入到升气管内部一定距离m时，整流通道底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器中，整流通道底部距离塔盘有一定距离A，距离A为20～200mm，优选为40～80mm。
所述的除雾器中，升气管下端与塔盘平齐或低于塔盘一段距离，二者密闭连接；升气管的直径及塔盘的开孔率可以根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器中，整流通道、上封盖板与升气管可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器中，外筒优选为圆筒，外筒直径D为升气管直径d的1.5-6倍，优选为2-3倍。外筒的上沿高出升气管的上沿一定距离P，距离P为整流通道高度h的1～8倍，优选为2～5倍。外筒的下沿距离塔盘有一定距离B，且低于整流通道的下沿，外筒下沿距塔盘的距离B为5～100mm，优选为20～50mm。外筒的总高度H为整流通道高度的2.5～10倍，优选为3～5倍。外筒的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器中，外筒的内表面设置凹槽或凸起。凸起或凹槽与外筒的轴线平行，或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽或凸起的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器中，外筒的内表面优选设置如图6所示的截面形状的凹槽，该凹槽的截面由一条圆弧和一条直线段构成；其中圆弧与外筒内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线，切线之间的夹角为α，α为5°～70°，优选为10°～40°；圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β，β为30°～110°，优选为45°～90°。凹槽的深度Z，即圆弧与直线段交点至外筒内表面圆周上的最短距离为外筒壁厚的0.1～0.7倍，优选为0.3～0.5倍；圆弧与外筒内表面圆周的交点和直线段与外筒内表面圆周的交点间的弧长为外筒内表面圆周的1/80～1/6。
所述的除雾器中，外筒的下端开口还可以设置成锯齿形或波浪形结构，从而更加有利于分离出的液体从外筒的内壁成连续流滴落。
所述的除雾器各组件的连接处保证密封，不产生漏气现象。
本发明的烟囱结构在湿法脱硫工艺、VOCs废气处理以及磷酸生产及浓缩工艺中的应用，可以对以上产生“白烟”的烟囱进行改造，也可以随新的装置进行建造。
本发明的烟囱，工作时，烟气自烟气进口进入烟囱并向上流动，进入除雾器时，烟气自塔盘下部空间进入升气管，气相夹带液相上升，遇到上封盖板后气相流动方向发生改变，即由上升方向改为水平或近似水平方向，而部分小液滴由于惯性作用与上封盖板发生碰撞，并附着在上封盖板上，附着的液滴逐渐变大，当液滴大到其自身产生的重力超过烟气的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从上封盖板表面上被分离下来，完成了第一次气液分离；夹带液滴的烟气沿水平或近似水平方向进入整流通道，由于整流通道有一定的长度，且整流通道总截面积小于升气管横截面积，原本速度方向比较分散的夹带液滴的烟气，在进入整流通道后，速度方向改为沿着整流通道的方向，速度方向比较规则和集中，且由于流通面积减小，使夹带液滴的烟气进入整流通道后速度增加。夹带液滴的烟气的速度方向改变时，部分液滴与整流通道内壁发生碰撞，并附着在整流通道内壁上，进而被不断流经整流通道的烟气吹出整流通道并下落，完成第二次气液分离。同时，在整流通道内，由于夹带液滴的烟气速度方向改变，部分小液滴在惯性力作用下发生相互碰撞，小液滴聚集成为大液滴，且夹带液滴的烟气流经整流通道时速度增加，加剧了液滴的运动，提高了小液滴相互碰撞的几率，使小液滴更容易聚集成为大液滴，并随烟气一起以较大的速度流出整流通道。从整流通道流出的夹带液滴的烟气具有较大的速度，速度方向比较集中，且夹带的液滴比较大，继续与外筒内壁发生碰撞，再次改变烟气的流动方向，即夹带液滴的烟气由沿着整流通道方向改为沿着外筒内壁的圆周方向流动。由于夹带液滴的烟气速度较大，且沿着开设有凹槽的外筒内壁旋转向上流动，因此会产生比较明显的刮面效应。所述的刮面效应，是指夹带液滴的高速烟气沿外筒内壁旋转向上流动时，液滴在惯性力的作用下不断被甩向外沿，液滴进入凹槽并沿凹槽内的圆弧段运动，由于夹角α为5°～70°，能够使液滴继续沿着凹槽的圆弧面做平滑地运动，液滴间接触聚集变大，直至遇到直线段受到阻碍，聚集变大的液滴与直线段壁面强烈撞击，并附着在外筒内壁凹槽的直线段上，液滴继续聚集并变大，进而沿外筒内壁顺流而下；而烟气则继续保持高速沿外筒内壁旋转向上流动，第三次实现了气液分离。通过上述整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离。烟气经除雾器除雾、加速后，进入内筒与烟囱之间的环形间隙，由于流通面积减小，烟气的气速进一步增加，在流经内筒上沿时会在内筒处产生负压，空气在负压的吸力作用下流经空气进口管入内筒，空气在烟囱内、内筒上部与烟气充分混合，混合后一起从烟囱顶部排放，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
与现有技术相比，本发明的烟囱具有以下优点：
1、在原有烟囱的基础上进行改进，在烟囱内增加除雾器，除雾器内的除雾组件通过整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离，将烟气夹带的大量液态雾滴进行捕集，除去了烟气中的过饱和水，避免了水资源的严重浪费，减小了对周边环境的污染。
2、在烟囱顶部设置内筒，经过除雾、加速后的烟气使内筒上下的压力差，压力差促使大量空气进入内筒与烟气充分混合后一起从烟气出口排出，起到了稀释烟气的作用，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟。
3、结构简单，制作安装方便，不易堵塞和结垢，烟气流动均匀，流动阻力小。
4、节水效果好，从夹带液滴的烟气中脱除的水分可以回收再利用，降低了耗水量。
附图说明
图1为本发明的烟囱结构的结构示意图。
图2为本发明烟囱、内筒及空气进口管的截面示意图。
图3为本发明的单个除雾组件的示意图。
图4为本发明的单个除雾组件中一种整流通道及带凹槽外筒的截面示意图。
图5为本发明的单个除雾组件中另一种整流通道及带凹槽外筒的截面示意图。
图6为截面为圆弧和直线段构成的凹槽示意图。
图中各标记为：1-烟气进口；2-烟囱；3-除雾器；4-空气进口管；5-内筒；6-烟气出口；
其中除雾器中：31-塔盘；32-升气管；33-整流通道；34-外筒；35-上封盖板；36-凹槽或凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的烟囱做进一步的详细说明。
本发明的烟囱结构，烟囱2底部有烟气进口1，顶部为烟气出口6，烟囱2顶部的内部空间由上至下设置内筒5和除雾器3；内筒5与烟囱2同轴布置，内筒5顶部为敞口，底部设有密封板，内筒5沿圆周方向设有若干个空气进口管4，空气进口管4穿过烟囱2连接大气与内筒5；所述的内筒5直径优选为烟囱2直径的0.05～0.3倍；内筒5的上沿低于烟囱2顶部一定距离Q，Q一般为500mm～3000mm，优选为1000mm～2000mm，内筒5总高度优选为300mm～1000mm；
本发明的烟囱结构中，内筒5的厚度与烟囱2厚度相同或略低于烟囱2厚度；内筒5的材质优选与烟囱2材质相同。内筒5上优选设置4～6个空气进口管4，空气进口管4一端与内筒5内壁平齐，另一端与烟囱2外壁平齐或略伸出烟囱2一段距离，多个空气进口管4的总截面积与内筒5截面积相同。所述的空气进口管4与烟囱2连接处密闭不漏气。
本发明的烟囱结构中，所述的除雾器3上沿低于内筒5底部密封板一定距离，优选300mm～1000mm。
所述的除雾器3包括若干个并列的除雾组件，每个除雾组件均包括升气管32和外筒34，外筒34设置在升气管32的外侧，优选与升气管32在同一轴线上；升气管32固定在塔盘31上，升气管32的顶部设置上封盖板35；升气管32的圆周上均匀设置若干整流通道33，整流通道33沿升气管32外壁的切线方向水平嵌入，整流通道33靠近外筒34一侧的侧壁I与升气管32管壁相切，另一侧壁II与升气管32管壁相交，各整流通道33旋转方向相同；整流通道33顶部与上封盖板35齐平，底部与升气管32管壁相交。
所述的除雾器中的上封盖板35与内筒5之间的距离优选为200mm～1000mm。
所述的除雾器3中的塔盘31与烟囱内壁固定连接，塔盘31上开有若干圆孔，升气管32外壁与塔盘31在圆孔处配合并固定连接。
所述的除雾器3中，整流通道33一般设置1～12个，优选4-8个。整流通道33的壁厚优选与升气管32的壁厚相同。
所述的除雾器3中，整流通道33的长度l为侧壁II的长度，宽度w为整流通道33两侧壁间的最大水平距离，高度h为整流通道33顶部和底部间的最大垂直距离；其中长度l为宽度w的2～5倍，优选为3～4倍；整流通道33的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合，优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道33的尺寸根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定，如所述整流通道33的高度h一般为20～600mm，优选为100～300mm；整流通道33的宽度w一般为10～200mm，优选为20～100mm。整流通道33的总截面积为升气管32横截面积的0.2～0.9倍，优选为升气管32横截面积的0.3～0.6倍。
所述的除雾器3中，所述的整流通道33的侧壁II末端可以与升气管32内壁齐平或伸入到升气管32内部一定距离m，m为长度l的0.1～0.9倍，优选为0.3～0.6倍。当整流通道33的侧壁II末端与升气管32内壁齐平时，整流通道33底部末端也与升气管32内壁齐平；当整流通道33的侧壁II伸入到升气管32内部一定距离m时，整流通道33底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器3中，整流通道33底部距离塔盘31有一定距离A，距离A为20～200mm，优选为40～80mm。
所述的除雾器3中，升气管32下端与塔盘31平齐或低于塔盘31一段距离，二者密闭连接；升气管32的直径及塔盘31的开孔率可以根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器3中，整流通道33、上封盖板35与升气管32可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器3中，外筒34优选为圆筒，外筒34直径D为升气管32直径d的1.5-6倍，优选为2-3倍。外筒34的上沿高出升气管32的上沿一定距离P，距离P为整流通道33高度h的1～8倍，优选为2～5倍。外筒34的下沿距离塔盘31有一定距离B，且低于整流通道33的下沿，外筒34下沿距塔盘31的距离B为5～100mm，优选为20～50mm。外筒34的总高度H为整流通道33高度的2.5～10倍，优选为3～5倍。外筒34的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器3中，外筒34的内表面设置凹槽或凸起36。凸起或凹槽36与外筒34的轴线平行，或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽或凸起36的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器3中，外筒34的内表面优选设置如图5所示的截面形状的凹槽36，该凹槽36的截面由一条圆弧和一条直线段构成；其中圆弧与外筒34内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线，切线之间的夹角为α，α为5°～70°，优选为10°～40°；圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β，β为30°～110°，优选为45°～90°。凹槽36的深度Z，即圆弧与直线段交点至外筒34内表面圆周上的最短距离为外筒34壁厚的0.1～0.7倍，优选为0.3～0.5倍；圆弧与外筒34内表面圆周的交点和直线段与外筒34内表面圆周的交点间的弧长为外筒34内表面圆周的1/80～1/6。
本发明的烟囱结构工作时，烟气自烟气进口1进入烟囱2并向上流动，进入除雾器3，在除雾器3内通过整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离，出去了烟气中的过饱和水。烟气经除雾器3除雾、加速后，进入内筒5与烟囱2之间的环形间隙，由于流通面积减小，烟气的气速进一步增加，在流经内筒5上沿时会在内筒5处产生负压，空气在负压的吸力作用下流经空气进口管4入内筒，空气在烟囱2内、内筒5上部与烟气充分混合后一起从烟气出口6排出，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
实施例1
现有一应用于湿法脱硫工艺的烟囱，烟囱直径为3000mm，使用时发现烟囱口出现大量白烟，严重影响环境美观。在原有烟囱基础上进行改造，在烟囱顶部增设除雾器及内筒，内筒直径为300mm，除雾器采用200个除雾组件，改造后的烟囱投入使用后，发现烟囱出口的白烟明显消除，不影响环境美观。