净化元件及气动乳化处理装置的制作方法

本发明涉及烟气净化设备技术领域，尤其是利用气动乳化技术对工业窑炉、锅炉等设备的烟气进行净化的净化元件。本发明还涉及设有所述净化元件的气动乳化处理装置。

背景技术：

现有的烟气净化技术分为干法、半干法和湿法，其中，干法烟气净化技术和干法烟气净化装置有十多种，市场上以静电除尘器和袋式除尘器为主要代表，半干法以喷雾干燥法、烟气循环流化床为代表，湿法作为应用最为广泛的脱硫技术，大约占全球脱硫装机总容量的85％。

湿法烟气脱硫有200多种，大多数离不开喷嘴，例如空塔喷淋、文丘里、旋流板塔、鼓泡塔、湍球塔、多孔板塔、水膜塔等，全部都采用喷淋布液，而依据空气动力学原理，研究开发的气动乳化脱硫塔是目前市场上唯一不需要喷嘴布液的湿法烟气净化装置。

近20年来，投入工业运行的气动乳化脱硫塔超过1000台，由于其脱硫效率高，运行费用低，吸收塔结构简单紧凑，广泛应用在有色金属冶炼行业，最高脱硫效率达到99.99％，运行电耗只有其他方法的20％，性能非常稳定。

2008年，双旋流气动乳化脱硫塔研发成功，从2010年开始，开始逐步应用到有色冶炼以外的行业。2016年，可自适应烟气量变动的气动乳化脱硫塔投入商用，用以满足钢铁冶金烧结烟气量不稳定、波动变化大的情况。截至到现在，在国内数十万台锅炉与数万台球团烧结生产设备中，已有400多台炉窑配置了气动乳化脱硫塔。

现有的气动乳化脱硫塔，以单塔双旋流、多级吸收塔串联的形式处理高硫烟气，以此达到烟气净化达标的要求，多旋流气动乳化脱硫塔具有脱硫效率高，相比喷淋等湿法、循环流化床等半干法、活性炭等干法，整体系统设备规模较小，运行费用低等极具市场竞争力的优势。但在运用中，存在如下情况：

首先，多旋流气动乳化脱硫塔阻力大，在设计处理70000mg/m³二氧化硫烟气的工程实践中，达到出口二氧化硫100mg/m³以下的要求时(脱硫率99.86％)，实际双旋流塔双塔串联阻力达到14000pa，远高于理论计算的8000pa阻力，总体阻力越高，烟气需要克服塔阻做的功越大，需要配备的风机性能要求高，配套的电机在同烟气条件下的额定功率与实际运行功率会更大，整个生产线能耗就越高。虽然验证了气动乳化技术的高效性，但是在实际生产中产生较大的能源损耗，当风机能力不够时，甚至会影响生产，实际生产运行难度大。

其次，脱硫塔阻力不可控。气动乳化技术广泛用于钢铁冶金、有色冶炼等行业的窑炉废气治理领域，在有色冶炼与再生资源领域窑炉，其窑炉配料硫等有害物质含量高，窑炉负荷变化大，以再生铅行业如某公司厂区内富氧侧吹炉，最高窑炉二氧化硫排放量达到70000mg/m³，平均二氧化硫为42000mg/m³，其投料6小时为一周期，从7000mg/m³二氧化硫浓度到70000mg/m³只需15分钟，在此过程中新鲜循环液量瞬间增大数倍，乳化液层厚度相应增大，阻力相应增大，最高塔阻达到13000pa。

再者，净化元件的旋流器在制作后安装/焊接/连接至内部为空的管状容器内，所以当遇到的项目要求过滤元件组为大口径时，不便于厂内制作成型后运输至现场焊接安装(汽运超宽超高)，只能将所有材料运抵现场后进行现场加工。虽然对比其他环保设施如湿法喷淋(工期5-6个月)、循环流化床半干法脱硫脱硝(平均工期5个月)、活性炭脱硫脱硝(工期不少于8个月)已经具备时间优势，但现场制作质量控制难，非标准化生产情况下制作效率低，不能有效缩短最终产品(气动乳化脱硫塔)的生产、安装时间，而且，成品焊接质量较工厂制作差，更加无法适用其他材质作为脱硫塔主材，无法扩大气动乳化技术的适应性及经济性，依旧不符合当前市场的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可有效降低气动乳化处理装置运行阻力的净化元件。

本发明还提供一种设有所述净化元件的气动乳化处理装置。

为实现上述目的，本发明提供一种净化元件，包括旋流筒和设于所述旋流筒的旋流器，所述旋流筒包括内筒和外筒，所述旋流器设于所述内筒的内部；所述内筒与外筒之间形成有排浆空间，所述内筒设有给浆口，且所述内筒在位于所述给浆口与旋流器之间的侧壁上设有用于将乳化液层浆液从内筒排至所述排浆空间的排浆部位；所述排浆空间设有位于所述排浆部位下方以盛接乳化液层浆液的浆液收集部位，所述浆液收集部位设有用于排出乳化液层浆液的导流管。

优选地，所述内筒的侧壁上设有与所述旋流器的导流叶片相对应的外延排浆孔。

优选地，所述浆液收集部位包括设于所述内筒与外筒之间的环形导流槽，所述导流槽下部或外沿设置有多个导流管，所述导流管连接浆液外排管道。

优选地，所述内筒设有多个在周向上分布的给浆口，所述给浆口以设定角度顺应所述内筒的内壁进浆，且进浆方向与所述旋流器的旋转上升气流方向相同。

优选地，所述排浆部位包括设于所述内筒侧壁上的孔状排浆结构、网状排浆结构或筛状排浆结构。

优选地，所述内筒设有与所述排浆部位相配合以调节所述排浆部位的排浆量的挡浆部件。

优选地，所述挡浆部件包括设于所述内筒外侧或内侧并且可上下移动的活动式挡浆板，所述活动式挡浆板通过上下移动对所述排浆部位形成不同程度的遮挡以调节所述排浆部位的排浆量。

优选地，所述内筒和/或外筒的上端和下端设有快装连接部。

优选地，所述快装连接部包括法兰连接结构、螺纹连接结构、活动卡箍连接结构中的至少一种或其组合。

为实现上述另一目的，本发明提供一种气动乳化处理装置，包括设有进气管的均气室和设有排烟管的除雾室，所述均气室与除雾室之间设有净化元件，所述净化元件为上述任一项所述的净化元件。

本发明所提供的净化元件将旋流筒设计为具有内筒和外筒的双层结构，并在内筒的侧壁上设有排浆部位，同时在内筒与外筒之间形成的排浆空间内设有浆液收集部位。这样，在运行时，内筒内部形成乳化液层后，最早形成的乳化液层浆液可通过由内向外的气动力，被带出内筒，并在排浆空间中被浆液收集部位收集后，通过导流管向外排出，从而使浆液不通过浆液本身的重力由内筒流至下一层净化元件的旋流器上，使净化元件中的阻力产生仅为当层净化元件给浆而形成的乳化液层本身，显著降低了由于实际液气比上升导致每一层乳化液层带来的额外的阻力的增加，使脱硫系统总阻力降低，达到降低风机运行参数、节能降耗的目的；同时可以将多塔串联改为单塔形式，每台净化塔可以设置串接多级净化元件，提高了单塔的脱硫能力，降低设备规模、节省投资、节省用地。

而且，由于单塔多级净化元件各级浆液可分别控制，上层浆液不下落至下层，可以实现本层的乳化液层吸收效果达到最佳。

此外，由于各净化元件可可独立进浆出浆，可将不同参数范围内的浆液排至不同的反应容器进行后续工艺调节，可有效控制脱硫副产物的反应和生成质量。

本发明所提供的气动乳化处理装置设有所述净化元件，由于所述净化元件具有上述技术效果，则设有该净化元件的气动乳化处理装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种净化元件的轴侧图；

图2为图1所示净化元件的侧视图；

图3为图1中所示内筒及导流槽、导流管的轴侧图；

图4为图3所示内筒及导流槽、导流管的侧视图；

图5为本发明实施例公开的另一种净化元件的内筒及导流槽、导流管的侧视图；

图6为图5所示净化元件的外筒的侧视图。

图中：

1.净化元件2.内筒3.外筒4.第一快装连接部5.给浆口6.排浆部位7.旋流器8.外延排浆孔9.导流槽10.导流管11.第二快装连接部12.第三快装连接部13.第四快装连接部14.观察视镜15.检修孔16.进浆口17.仪表18.给浆管道19.活动式挡板20.挡浆控制机构

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

一种典型的净化元件运行时的气动乳化原理如下：在净化元件的圆形管状器中，经加速的待处理烟气以一定角度从容器下端进入容器，形成旋转上升的紊流气流，与容器上端流下的不稳定溶液相碰，烟气高速旋切流下的溶液，溶液被切碎，气液充分混合，并在恰当的参数匹配下形成一段动态稳定的乳化液层，在乳化过程中，乳化液层逐渐增厚，上升的气动托力与乳化液的重力达到平衡。随着烟气的流动，部分乳化液被带走，之前形成的乳化液将被新形成的乳化液所取代，在乳化液层内，烟气载有的有害物质，与乳化液中的微细液粒接触，从而被吸收。

气动乳化净化装置通常设有多个净化元件，每个净化元件中都设有旋流器，溶液从每个旋流器上方进入净化元件，发明人经研究发现，在这种情况下，最上层的旋流器将烟气加速与最上层的供给的溶液根据气动乳化原理形成乳化液层，气动力达到平衡，溶液不断供给，乳化液层增厚，之前形成的乳化液被新形成的乳化液取代，老的乳化液下落至下层旋流器上部；下层旋流器上方也同时供给新鲜溶液，上层乳化液与新鲜溶液混合，烟气通过下层旋流器加速后与混合液形成乳化液层，该层乳化液量是该层新鲜溶液与上层下落乳化液的总和，气动力与烟气流速的平方成正比，下层旋转加速的烟气流速更快，才可以提供更大的向上气动托力，与溶液的重力达到平衡，而且，在浆液不断下落的过程中，也会相应造成过滤元件内阻力的提高。因此，下层更厚的乳化液层阻力比单层旋流器形成的乳化液层的理论值更大，造成多旋流气动乳化脱硫塔的实际塔阻更大。当烟气量与烟气内污染物含量提升，相应增加塔内的溶液供给量，必然会使塔内阻力成倍增加，不能进一步提升气动乳化脱硫塔的性能。

此外，发明人经过研究还发现，上层吸收烟气中污染物后的浆液吸收效率降低或已经失去再次吸收能力，与下层供给的浆液混合后，进一步造成乳化液层吸收效率降低，使下层乳化液层工作效率无法达到最佳状态，只能通过加大给浆量脱除烟气中的污染物，而加大给浆量后又会使塔内整体阻力上升，在使用过程中回随着实践推移进一步加大系统阻力，导致窑炉无法正常生产。

因此，单级气动乳化脱硫(过滤)塔极少设置两层以上净化元件，否则造成的系统阻力数倍于理论值，在处理污染物含量高的烟气时，一般采用多级塔串联的形式，同烟气量情况下设备制造成本远高于污染物含量低的系统，而且，多级串联塔之间的管道折弯、脱硫塔除雾段都会增加塔阻。

请参考图1、图2、图3、图4，图1为本发明实施例公开的一种净化元件的轴侧图；图2为图1所示净化元件的侧视图；图3为图1中所示内筒及导流槽、导流管的轴侧图；图4为图3所示内筒及导流槽、导流管的侧视图。

在一种实施例中，本发明所提供的净化元件1(又称过滤元件)，包括旋流筒和设于旋流筒的烟气加速装置，旋流筒包括内筒2和外筒3，内筒2和外筒3均为圆形管状容器，其中，烟气加速装置安装在内筒2中，图中所示的烟气加速装置为旋流器7。

内筒2的结构从上而下，分别为设有第一快装连接部4的第一快装连接段、设有给浆口5的溶液给浆段、设有排浆部位6的排浆段、设有旋流器7的烟气加速段、导流槽9、导流管10以及设有第二快装连接部11的第二快装连接段。

最上部的第一快装连接部4可以是法兰、螺纹或活动卡箍，根据规格选择相应的连接方式，如果管径较大，可以使用法兰配合螺栓进行连接，如果管径不大，则可以使用螺纹拼接或活动卡箍对接；第一快装连接部4的下部为溶液给浆段，给浆段设置有一个或数个给浆口5，如果设置单个给浆口5容易造成堵塞现象，通过设置多个给浆口5保证给浆均匀，同时给浆口5可设置为按一定角度顺应内筒2内壁进浆，角度与旋转上升气流方向相同。

给浆段下部为排浆段，排浆段的排浆部位6根据介质的不同可设置为孔状、网状、筛状结构，如果介质含固率较高，则可以选用孔径相对较大的孔状结构，排浆段出浆量不小于给浆量；排浆段下部为烟气加速段，烟气加速段的内部设有旋流器7，旋流器7可为普通旋流器或曲面旋流器，曲面旋流器叶片可以是斗状、勺状、钩状、槽状等形状，起到阻挡剩余未从排浆段排出的浆液，异状叶片数量及分布根据实际烟气条件进行选择。

在内筒2外壁与外筒3内壁之间，设置有导流槽9，导流槽9为环状结构，用于盛接从排浆部位6流出的浆液，浆液的最终流向可独立控制，如存在多级净化元件串联时，使得每层浆液不会相互影响，可独立控制每层浆液的工艺参数，导流槽9的设计以浆液能快速流动，不积液为原则，导流槽9下部或外沿设置导流管10，导流槽9可设置数个导流管10，以防止单管堵塞，保证顺畅下浆，浆液不经由净化元件1内部进入不同的反应容器，净化元件1最下部第二快装连接部11，其结构和选型可参考第一快装连接部4，以满足快速安装的需要。这里需要说明的是，第二快装连接部11既可以与第一快装连接部4相同，也可以与第一快装连接部4不同，例如，第一快装连接部4和第二快装连接部11同为螺纹，或者，第一快装连接部4为螺纹，第二快装连接部11为法兰，等等。

外筒3同样为圆形管状结构，其高度与内筒2相一致，半径大于内筒2的直径加导流槽9的宽度，与内筒2类似地，其最上端设有第三快装连接部12，最下端设有第四快装连接部13，外部的侧壁上设有观察视镜14，打开观察视镜14也具备检修功能，进浆口16与内筒2的溶液给浆段位置匹配，用于外接管道至内筒2供浆，图中所示内筒2的给浆口5设有给浆管道18，给浆管道18穿过外筒3的侧壁上的进浆口16连通至内筒2的内部。

就外筒3与内筒2之间形成的排浆空间而言，从上至下分别为穿过排浆空间的给浆管道18(局部)、导流槽9及导流管10，如果出于节省生产及材料成本的考虑，则导流槽9可以与内筒2外壁、外筒3内壁相连，导流管10也可附着于内筒2外壁、外筒3内壁，或设计为独立管道。

上述内外层双筒设计易于工艺控制，便于乳化液层的形成及维持乳化液层的形成，外筒3外壁集成控制仪表17及相关机械控制运动机构，易于实现自动化，且可以节省材料、节省安装时间，同时也便于检修。

请参考图5、图6，图5为本发明实施例公开的另一种净化元件的内筒及导流槽、导流管的侧视图；图6为图5所示净化元件的外筒的侧视图。

如图所示，在另一实施例中，所提供的净化元件与上述第一实施例基本相同，不同之处主要在于，内筒2设有与排浆部位6相配合以调节排浆部位排浆量的挡浆部件。

具体地，挡浆部件可以是活动式挡板19，该活动式挡板19呈套筒形，可上下移动地设于内筒2外侧或内侧，能够沿内筒2的外壁或内壁上下一定，通过上下滑移机构与内筒2或外筒3相连接，并设有能够驱动活动式挡板19相对于内筒2或外筒3上下移动的驱动机构，活动式挡浆板19上下移动时，可以对排浆部位6形成不同程度的遮挡，排浆部位6被遮挡的部分被活动式挡浆板19密封，不再排出浆液，没有被活动式挡浆板19遮挡的部分保持畅通，可继续排出浆液，从而实现调节排浆部位排浆量的目的，通过控制活动式挡板19，可达到全开、部分开启以及全闭的调节效果。用于驱动活动式挡板19的结构可以有各种不同的方式，例如，活动式挡板19通过直线滑轨安在内筒2的外壁上，然后通过齿轮齿条机构驱动活动式挡板19上下移动，或者，通过气缸、油缸带动活动式挡板19上下移动，等等，由于采用通用技术即可实现，本文就不再展开描述。

活动式挡板19主要用于调节通过净化元件1的总浆液量，当活动式挡板19将排浆部位完全封闭后，也可实现净化元件1的内筒2及外筒3的在线检修目的，同时，还可以保证乳化液层处于正常液位。为了对活动式挡板19进行控制，可以在外筒3的外壁上集成挡浆控制机构20，以自动或手动控制活动式挡浆板的运动，活动式挡浆板19的位置通过对内层乳化液层的液位、进浆流量、过滤元件内乳化液层产生的阻力、净化前及净化后的烟气污染物参数进行控制。

此外，在本实施例中，内筒2的侧壁上设有外延排浆孔8，每一个外延排浆孔8分别与旋流器7的导流叶片相对应，导流叶片起到阻挡剩余未从排浆段排出浆液的作用，当导流叶片收集的未从排浆部位6排出的浆液累积到一定量时，可以从外延排浆孔8向外排出，并进入下方的导流槽9，避免浆料下落至下一层净化元件。

外部的侧壁上设有观察视镜14、检修孔15、进浆口16以及仪表17等部件，观察视镜14及检修孔15可根据实际需要，集成在一起或是分开，同时打开观察视镜14也具备检修功能，仪表17包括但不限于液位计、流量计、压力表、ph计、以及在线监测装置等。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，外筒3的高度小于内筒2，外筒3的两端以封闭的形式连接至内筒1的外壁，仅内筒2的上下两端设有快装连接部；或者，排浆部位6采用网、孔、筛相组合的形式；又或者，将内筒2或外筒3设计成其他形状，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明通过利用加速后旋转上升的紊流气流在管状容器中具有由内向外气动力(水平面上)，形成乳化液层后，最早形成的乳化液层浆液通过由内向外的气动力，被带出圆形管状容器(即内筒2)，并通过浆液外排管道穿过外筒3排至独立的反应容器，或者先在外筒3与内筒2之间向下输送一段距离之后再穿过最下层净化元件的外筒3排至独立的反应容器，从而使浆液不通过浆液本身的重力由圆形管状容器流至下层旋流器7上，可显著降低由于实际液气比上升导致每一层乳化液层带来的额外的阻力的增加，当单个或单层净化元件阻力降低时，塔的整体阻力降低，每层净化元件可实现了独立工艺反应控制的目的，每层净化元件独立给浆并可独立出浆，如此设计可降低系统的液气比，选用的泵功率更小，整体能耗能降低更多，进一步提高了多层旋流气动乳化脱硫塔的运行效率、降低窑炉生产的设备规模、投资与运行成本。

此外，还具有如下有益效果：

1.由于当净化元件的阻力仅为本层乳化液层产生的阻力时，可以实现单塔多级净化元件串接，单塔多级设计，理论上气动乳化技术可以处理烟气中的污染物如二氧化硫的含量无限高，在保证风机选型得当的情况下，可实现100％的污染物脱除效率，能进一步扩大气动乳化技术的应用范围，使气动乳化技术不仅适用于于湿法除尘与深度净化领域，也适用于化工、煤炭、焦化等行业的生产线使用，降低超低排放的运行成本。

2.通过监测过滤元件内乳化液层、烟气参数的方法，更能精细化控制乳化液层的运行状态，在保证脱除污染物的前提下，能使机电设备在能耗最低的情况下运行，同时控制过滤元件阻力最低。

3.由于存在各层的浆液单独下落，可以设计流至各个工艺参数不同的反应容器内，使副产物稳定控制生成。

4.由于单塔多级净化元件各级浆液可分别控制，上层浆液不下落至下层，可以实现本层的乳化液层吸收效果达到最佳。

5.可降低阻力和单塔内实现对各层反应的工艺条件独立控制，实现单塔脱高硫的工程实现，则可减低对脱硫塔部分的投资，由多塔改为单塔，节省设备投资。

6.部件上端及下端通过法兰、螺纹线、活动卡箍等连接，无现场焊接的情况下，可达到模块化、快速安装的目的，使原本需要长达数十天或数月的安装焊接周期缩短至数天，同时更加便于产品质量控制。

7.可以工厂标准化设计、生产，更好控制其产品质量，除现有已经广泛采用的玻璃钢、塑料、各种不锈钢、金属材质，更加可以使用塑料、陶瓷、电镀复合材料等，加工难度大、但材料成本及性能更优异的材料，使得气动乳化技术广泛适用于除环保外的其他领域。

8.单塔可有效降低建设总占地面积，节省用地。

除了上述净化元件，本发明还提供一种气动乳化处理装置，包括设有进气管的均气室和设有排烟管的除雾室，所述均气室与除雾室之间设有净化元件，其中，所述净化元件为上文所描述的净化元件，关于气动乳化处理装置的其他结构，请参考现有技术，本文不在赘述。

以上对本发明所提供的净化元件和气动乳化处理装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。