专利名称：气溶胶离心降解分离方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于除尘技术领域，涉及气溶胶颗粒物离心降解与分离技术、除雾技术、高温废气净化技术，以及对一种除尘装置的改进。
德国西门子公司于六十年代推出旋流离心除尘器，曾经大量用于工业除尘。由于这种除尘器采用大量的二次风来降解离心分离出来的颗粒物，有格外的能耗，处理废气的效率随之降低，还有腔体高度偏大的原因，后来便逐渐退出除尘市场。
理论与实践证明，小于5微米的微尘以及5至10微米的气溶胶颗粒物在低速气流场中因本身惯量小，遇到障碍物时是随气流而运动的，不受惯性力的作用而改变运动轨迹。所以，在低速气流场中，涡流很容易携带或卷扬这些细小的颗粒物。
被动式离心除尘技术中的气流场都是低速场。它们普遍存在的问题是没有找到合适的技术方案来减弱以至消除离心腔内以下三种成因的涡流对微尘降解或分离的影响一种是从等速气流变化为差速气流时气流层时在运动过程中混掺产生的涡流。旋风除尘器旋风头以及多管旋风除尘器旋风子中的气流运动中便容易产生这种涡流。
另一种是导向叶轮叶面上下压力差以及叶面磨擦产生的涡流。轴流式或直流式除尘器在进风口都安置有叶轮来将轴向气流导向为旋流，其中便大量存在这种涡流。
第三种是与气流不协调边界产生的涡流。腔体表面的起伏是不协调边界。流经这些边界的气流速度越大，产生的涡流越大。排气口本身奇性边界，附近特别容易产生大而强的涡流。在排气口附近的与气流不协调的边界还特别容易加剧产生大的涡流。
离心除尘技术中离心机属于高效除尘技术。一方面它能实现远高于15米/秒的旋流速度场，从而大大提高气溶胶颗粒物的惯性力；另一方面它形成的旋流场十分均匀，场内产生涡流的机会相对少得多。这种离心机技术五十年代便产生了。但是，由于它采用滚筒(或称转鼓)作为转子，能耗大，处理的气量又难以提高，加之它虽提高了细颗粒离心运动的能力，却没有解决好在旋流边界附近将这些颗粒从主体旋流中及时分离出来的问题，使得实际实现的除尘效率并没有理论预测的那么好，再加上其处理气量很有限，所以一直没有得到广泛应用。
这一种离心机技术关于离心场中气溶胶的刚体假定与实际出入较大。实际离心场中，轴心区域颗粒物切向速度很小，惯性力作用小，气溶胶颗粒物特别是微粒趋向于以轴向运动为主。轴心区域正是气溶胶颗粒离心失败而流出排气口的重要通道。由于离心场周边的气溶胶密度增大，轴心区域的压力势位值便比周边低，导致气溶胶颗粒特别是微粒还有显著的随气流向心运动的趋势。
钢铁、冶金、建材工业的高炉、转窑废气的排放温度常达700℃以上。高温烟废气除尘一直是全世界不断探索的问题。目前这方面位于技术前沿的应用状况是袋式除尘和电除尘技术在高温废气除尘上占绝对统治地位；湿法除尘和机械除尘几乎被逐出这一领域；机械除尘由于除尘效率太低，仅仅在热交换器之前作为初步除尘的手段应用。然而，无论是袋式除尘还是电除尘技术，在目前的技术水平上，能够处理的废气其温度还无法逾越300℃的限度。在废气进入袋式除尘器或电除尘器处理之前，几乎无一例外地要先行对废气进行冷却处理。袋式除尘的布袋滤料最高使用温度只能到280℃，电除尘接收废气的温度最高只能到250℃。而且越是高温，这两类除尘器运行维护的频率越高。
1996年9月在德国Karlsruhe举行的高温废气净化国际会议显示，高温废气除尘的探索集中在过滤除尘技术上。刚性陶瓷滤料技术的研究有望成功。还有一种硅碳化物颗粒层滤料正在商业化努力之中，从而可将可处理废气的温度提高到250～400℃范围。自然，这些过滤技术的成本都将是比较高的。
中国专利CN96219594.4“管道转子式除尘装置”公开了一种针轮转子离心机技术。其针轮转子比美国专利US005111547A“加工精细的用于气-液分离针轮的方法(Method for Forming Preeis10n Liquid/Vapor Separation Bristle Assembly)”优越。采用这种针轮框架发动离心场，有因圆截面形针苗的阻力小而带来的系统能耗小、启旋能力强、旋流场均匀的优点。但该装置的辅助设计并没有充分发挥利用这一优势。一是它实际实现的除尘路径过小，仅针轮厚度20～50厘米的长度，导致在较高的轴向流速下，靠近中心的气溶胶颗粒物来不及离心到达边壁便排出去了。其次，关键的离心场边界附近的分离技术方案仍然过于简单，没有解决好从离心场中及时地分离颗粒物这一传统的技术问题。这种离心机的灰斗入口敞开着面向离心腔，离心旋流对已经分离出去的进入灰斗的颗粒物又有显著的二次扰动，然后又能将这些颗粒重新带入排气口。这些因素大大影响了该离心机的实际除尘效率。此外，该离心机没有解决由强离心作用带来的除尘腔腔体的磨损问题。
本发明的目的是，提出一种新架构的离心降解和分离气溶胶颗粒的方法，系统地解决离心除尘技术所存在问题；提出一种处理气量大，能够在250℃以上甚至500～723℃高温下进行废气除尘，高效的离心除尘装置。
本发明的技术方案之一是一套系统的气溶胶离心降解和分离方法。用于除尘、除雾。该方法采用主动方式离心，由一套传动装置、一个与传动装置连接的转子来实现。这套系统的气溶胶离心降解分离方法由以下六个子方法或技术因素合成。
1、一种启动均匀离心场的主动方法，其特征是在变截面筒或直圆筒状离心腔内靠进气腔的一侧安置着一种由线材环周均匀密集排列组合在轮毂上的针轮7作为转子，与离心腔同轴，通过轴2和伸入进气腔的轴承箱3与电机1直接或间接相连。转子做高速旋转，启动强制涡旋场。在强制旋流场之外又派生出自由涡旋场。涡旋场内气溶胶颗粒受到离心力的作用向周边运移。离心腔末端中心区域为净气被引出腔外。周边积累的固体颗粒物或液态物质另外收集进入落料斗16。
2、一种在离心场中降解气溶胶颗粒的屏蔽分离方法，其特征是(1)在离心腔腔体内壁附近安置一个或一组衬体10。衬体10的内壁轮廓与离心腔腔体同轴。衬体10与离心腔腔体之间有一定的间隙。衬体10上有很多通道将离心腔与该间隙连通。
(2)根据三个原则设计衬体10通道的大小与形状、衬体10的厚度和衬体10的型式。一是通道的大小与形状有利于使离心出来到达衬体10内壁的颗粒物较充分地通过；二是衬体10的开孔形状和开孔率有利于充分地限制中心强旋流和轴向流给离心穿过衬体10的颗粒物传递动量，减轻中心旋流和轴向流对间隙内层物相的扰动，从而在离心腔周缘隔出一个相对气压较高、相对弱对流、相对弱动量的环形区域，使透过衬体10的颗粒物碰撞、缓冲消能后在重力作用下沉降；三是衬体10材质、厚度和型式利于提高壳体壁的磨损寿命。
3、一种在离心场中增强气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征是(1)在气流入口段与离心腔同轴安置导流筒5，来引导气流以较大初始离心半径进入离心场。
(2)在离心腔内安置一个能够避免尾部涡流的轴对称障碍物9，它与离心腔同轴。障碍物[9]阻止中心位置的旋流从具有较低切向速度的离心场位通过，降低障碍物9与导流筒5之间轴心区域的对流性，把颗粒物的主要流动区域推向外围有较高切向速度的离心场区。
4、一种在离心场中维护气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征是(1)净气排出口入口采用喇叭形引流锥台13，来增大净气排出截面，降低离心腔尾部净气排出口附近气流的轴向流速。
(2)引流锥台13内安置一个能够避免尾部涡流的轴对称障碍物12，它与离心腔同轴。障碍物12阻止中心位置的旋流从具有较低切向速度的离心场位以相对较高的轴向速度通过，从而在障碍物12之前、或与障碍物12或导流筒5之间形成一个压力势位值较高、对流性较差的轴心区域，降低离心腔尾部已被分离出去的微小颗粒物重新被扰动带入中心区域并进入净气排出口的可能性。
5、一种在离心场中增强或/和维护气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征在于，在导流筒5与障碍物9之间的相对弱对流区域引入一定强度的雾源或气源，将这一区域变为有点源或线源的旋流场，增大这一轴心弱对流区域的气压值，减弱刚刚从进气腔进入离心腔气溶胶微细颗粒在涡流作用下向心运动的趋势。
6、一种维护颗粒物离心分离的方法，其特征是(1)在离心腔尾部，腔体、衬体10和排气管道具有或近似具有与离心场协调的轴对称性，以便形成尽可能规则的、与离心场协调的边界条件，降低在离心腔尾部产生涡流的可能性。
(2)在落料斗16与离心腔衔接处，安置有轴对称或整体上轴对称局部有缺口的构件，用来整形落料斗16与离心腔衔接处的离心场边界。
本发明的技术方案二是一种根据技术方案一设计的气溶胶离心降解分离装置。用于除尘、除雾，以及超高温废气净化。它有一套位于壳体进气腔端部的传动装置、一个与传动装置连接的转子，壳体中部为直筒状或变截面筒状的离心腔腔体，壳体下部是与离心腔腔体连通的落料斗16。综合起来，这种气溶胶离心降解分离装置有下述14个技术因素，其中部分技术因素的组合又对应于这种装置的不同型式。
1、在离心腔内靠近进气腔的一侧悬挂或撑着一个由线材环周挂苗并均匀密集排列组合在轮毂上的针轮7，它通过轴2和伸入进气腔内的轴承箱3与电机1直接或间接相连。
2、在壳体中部离心腔腔体内固定着一套衬体10，它由金属或非金属材料制成。衬体10可以是直筒状或变截面筒状。衬体10与针轮7保持同轴。衬体10主要段与离心腔外壁之间有一定的空隙。衬体10与进气腔连接的位置导前于针轮7盘面。衬体10的末端与净气排出口的入口间有一定的径向间距。衬体10可以选用很多种型式，可以用同一种型式分段留有空缺，或者同一种型式多层同心安置，或者不同型式分段组合，或者不同型式分段组合并留有空缺，或者局部可以拆换。衬体10由杆件或者板条固定在外围构件上。
3、在离心腔内针轮7之后固定着一个与针轮7同轴的轴对称锤体9，它由杆件或条、板固定在外围构件上。
4、在针轮7之前、轴承箱3之外、与轴2同轴安置有直筒状或锥台状导流筒5。导流筒5首端与壳体连接，其末端伸至距针轮辐针盘面很小的距离。
5、净气排出口入口段有引流锥台13。锥台13口小的一端接在排气管道上。
6、引流锥台13内安置着一个轴对称锤体9，它与针轮7同轴，用杆件等固定在引流锥台13上。
7、在针轮7之后锤体9之前轴心附近安置有水雾化喷液系统8。喷嘴可以呈规则状也可以呈不规则状分布，还可以采用多层或喷嘴嘴面呈立体交叉状的安置型式。
8、在针轮之后锤体9之前轴心附近安置有曝气系统8。曝气孔可以呈规则状如线状分布，也可以呈不规则状分布，还可以采用多层立体安置的型式。
9、位于离心腔尾部的腔体、衬体10、排气管道，以及衔接落料斗16与离心腔的边界整形构件均呈轴对称状并相互同轴，或者这些构件整体呈轴对称状并相互同轴，局部有缺口。
10、进气腔腔体为蜗旋形，切流进气式，蜗旋方向与针轮7的转动方向一致。
11、在整体采用钢材制成，再将轴承箱3与轴2部位进行以下隔热和冷却处理时，能将可处理废气的温度提高至250℃以上甚至到500～723℃的水平。
(1)有一块或两块同心的环板6密封连接导流筒5与轴承箱3的尾部。或者有一块环板6密封连接导流筒5，另有一个锥筒或其他组合分别密封连接环板6和轴承箱3尾部，使轴承箱3尾部部分地或全部嵌入或淹没在锥筒之中。轴承箱3与锥筒之间保留尽量小的间隙。这样能尽量减小轴承箱3尾部与离心腔的热交换截面。
(2)轴2空心，有气流或液流流过，进入离心腔。轴2端部锁母上可接喷头或喷嘴。这是为了冷却轴2，同时还可能代替曝气系统8或喷液系统8的部分或全部功能。
(3)轴承箱3尾部接近离心腔的一端轴承之外有通道，可供气或液流流过进入离心腔，或者让气流或液流先进入轴承箱3与锥筒之间的间隙，然后再进入离心腔。
根据情况可采用有压气流或液流。此外，轴2和轴承箱3尾部可以采用耐高温材料。
12、作为一种较为优越的气溶胶离心降解分离装置型式，其特征是(1)壳体为直筒状。
(2)进气腔为蜗旋形或简单切流形，进气腔包含于壳体内。
(3)衬体10为直筒状，衬体10半径与蜗旋进气腔的最小曲率半径相近。
13、作为一种较为优越的顺流沉降气溶胶离心降解分离装置型式，其特征在于，在离心腔下部引流锥台13之外反向套接有一个边界整形锥台14，边界整形锥台14与落料斗16之间有一定的落料间隙。
14、作为一种较为优越的逆流沉降气溶胶离心降解分离装置型式，其特征是(1)壳体为直筒状。
(2)进气腔为蜗旋形或简单切流形，进气腔包含于壳体内。
(3)落料斗16呈帽状接在进气腔下部，进气腔下端板周缘有与落料斗16连通的孔口，落料斗16和壳体与进气腔之间的间隙连通。
(4)进气腔上端外围接有一个边界整形锥台14，锥角向上，与壳体之间保持有一定间隙。
技术方案二存在顺流沉降气溶胶离心降解分离装置与逆流沉降气溶胶离心降解分离装置两种框架。离心腔内气流轴向运动方向与气溶胶颗粒物向落料斗运移的方向大体统一者为顺流沉降离心降解分离装置，不统一者为逆流沉降离心降解分离装置。
本发明气溶胶离心降解分离装置除立式型式外，倾斜式型式一样成立。
本发明气溶胶离心降解分离装置的优点是直流式除尘，阻力小，约300～400Pa，相应配置的引风机负荷减小；干法或半干半湿法除尘，能实现95～99％的除尘效率；主动式离心除尘，比以往转鼓式离心机的耗能少得多，处理产量大幅度提高；耗水少，气液比可低于1∶1×10-5；排渣为稀泥，可以与粉煤灰一起处置，无需进行灰水分离工作，无二次污染；安装要求低，无需配套基建设施；形体小，耗钢量可以达到每千方处理产量用钢60公斤以下，设备轻便；能够实现250℃以上甚至500～723℃的废气高效除尘；可以直接安装在热交换装置之前使用。
总之，本发明能大大降低废气除尘的一次性投资，显著减少运行费用，因而能够带来可观的经济效益和社会效益。
。
图1是本发明顺流沉降立式气溶胶离心降解分离装置图。
图2是本发明逆流沉降立式气溶胶离心降解分离装置图。
图3是本发明顺流沉降倾斜式气溶胶离心降解分离装置图。
图4是本发明逆流沉降倾斜式气溶胶离心降解分离装置图。
图中各编号对应的构件为1-电机，2-轴，3-轴承箱，4-进气口，5-导流筒，6-环板，7-针轮，8-喷液系统或曝气系统，9-锤体，10-衬体，11-本体，12-锤体，13-引流锥台，14-边界整形锥台，15-弯头，16-落料斗，17-法兰，18-法兰。
下面结合附图对本发明做进一步的说明。参见图1。图1给出根据本发明方案二设计的顺流沉降立式离心降解分离装置的一种实施例结构。
图1顺流沉降立式气溶胶离心降解分离装置有一个由上部进气腔、中部离心腔、下部落料斗16与弯头15组成的壳体。上部进气腔侧面连接有进气口4，上端面固定有一个电机1，通过伸入进气腔内的轴承箱3和传动轴2带动针轮7旋转。轴承箱3底端可以伸至距针轮7顶面20～30毫米处，形成对轴4的多点支撑，以便增加转动稳定性。轴承箱3外有导流筒5。
中部离心腔内附近固定着一套衬体10、一套曝气装置8或一套喷液装置8、一个轴对称锤体9。离心腔可以做成直筒状、分段锥台状或者直筒与锥台的组合形状。进气腔蜗旋头与离心腔腔体之间用法兰连接，以便安装衬体10、锤体9、针轮7、曝气系统8或喷液系统8，或更换衬体10。落料斗16与离心腔本体11之间可以用法兰连接也可以焊接。
下部有落料斗16与弯头15相贯，净气排出入口有引流锥台13，锥台17内同心安置有一个小锤体12。锥台17外有反向边界整流锥台14。
衬体10的实施例之一是由金属或非金属材料制成的薄壁筒和翼板组成的衬筒。筒壁上有圆形或椭圆形或方形或槽形的孔或者留有断口。开孔率宜在25％以上，孔口宜大于15毫米。
衬体10的实施例之二是由金属或非金属材料制成的直板和环板组成的格栅状衬筒。格子尺寸小于150毫米。
衬体10的实施例之三是由金属或非金属材料制成的百叶窗式的衬筒。叶片间距以15～150毫米为宜。
衬体10的实施例之四是由同直径的短圆筒依次以一定的间距用筋杆或板连接的直筒。圆筒间距以15～150毫米为宜。
衬体10的实施例之五是由金属或非金属材料板制成的直径大小不一的筒圈依次以一定高度的台阶迭起，在外周用筋连接成锥台状的衬筒。
衬体10的实施例之六是由金属材料板条以一定间距螺旋起来用筋连接成的直筒和锥筒。间距15～150毫米。
衬体10外壁与本体11之间的间隙宜取30～300毫米。
衬体10与针轮7对应的部位可以采用可拆换结构，也可以采用陶瓷或铸铁件。
锤体9或锤体12的实施例之一是，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首尾部都是锥面，喉部为柱面。
锤体9或锤体12的实施例之二是，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是球面，喉部为柱面，尾部为锥面。
锤体9或锤体12的实施例之三是，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是球面，喉部为柱面，尾部为旋转抛物面。
锤体9或锤体12的实施例之四是，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段。首部是锥面，喉部为柱面，尾部为旋转抛物面。
锤体9的尺寸变化范围可以很大。锤体9的最大直径最宜取为净气排出管道入口直径的0.5～1.5倍。锤体9的高径比视离心腔内气流轴向速度大小宜取为1.5～4，气流轴向速度越大，高径比宜越大。没有导流筒5时，锤体9越接近针轮7安置越利于分离颗粒物。有导流筒5时，锤体9适当远离针轮7安置时利于分离颗粒物。
锤体12的喉部尺寸宜取1/6～1/4的引流锥台13的入口直径，锤体12的高度需与引流锥台13的高度相当。
锤体9或锤体12可以制成空心的，也可以制成实心的，如用木材制成的锤体。
喷液系统8配用普通的雾化喷嘴即可，如农药喷雾器喷头。喷液系统8或曝气系统8宜尽量靠近针轮7安置。
图2给出根据本发明技术方案二设计的第二个实施例结构逆流沉降立式气溶胶离心降解分离装置。其结构与图1不同之处在于进气腔位于离心腔下部，落料斗16呈帽状置于进气腔端面下部，传动装置支撑转动针轮7。进气腔下端面周缘留有供颗粒物落入落料斗16的孔。离心腔尾部端面规则。边界整形锥台14连接在进气腔上端外侧，边界整形锥台14与壳体11之间留有一定的落料间隙。
图3给出根据本发明技术方案二设计的第三个实施例结构顺流沉降倾斜式气溶胶离心降解分离装置。其结构与图1不同之处在于离心腔尾部端面规则，不需要设置边界整形锥台14；落料斗16呈斗状安置于离心腔下侧；落料区段本体11的下侧部开口，与落料斗16连通。
图4给出根据本发明技术方案二设计的第四个实施例结构逆流沉降倾斜式气溶胶离心降解分离装置。其结构与图2不同之处在于落料斗16呈斗状置于进气端下侧；落料段壳体11的下部开口，与落料斗16连通。
倾斜式离心降解分离装置的倾角以45°最宜。
气溶胶离心降解分离装置可用管件或角钢加框支撑竖立起。
针轮的功能是本发明优先选用一种由线材环周挂苗并均匀密集排列组合在轮毂上的针轮7。这种针轮针苗密度大，启旋能力强。其针苗末端自由，在环向能够随受力摆动和变形，利于降低针轮的启动阻力，且使针轮在转动中和磨损过程中能够自我调整动平衡。针轮直径可以视需要而增加，对动平衡不产生影响。针轮7的噪声级在75～80分贝。
衬体10的应用依据了两个流体力学规律，有边界层原理和狭缝效应。边界层原理是说由于磨擦在近边界一个很小的厚度上气流流速衰减很快。有了衬体10，等于增加了两个边界层的效应。
狭缝效应是说只要狭缝足够小，气流对狭缝内气体没有任何影响。实际衬体10上的缝虽不能满足足够小的假设，缝总是要大一些，旋流对缝外空间的影响必然有，但是，相比中心旋流的动量，这种影响肯定要减弱得多了。显然，衬体10能产生屏蔽效应。
衬体10的功能是1、产生有针对性的屏蔽效应。一方面限制中心旋流对衬体外周气流的扰动，另一方面又能使离心运移到达衬体10的气溶胶颗粒物尽可能充分地穿过孔口进入屏蔽区，从而起到将气溶胶颗粒物从强旋流场分离出来的作用。
2、形成气溶胶颗粒物降解区。由于碰撞和边界层效应，被屏蔽区内流体压力势位值相对较高、动量显著地小，气溶胶颗粒物容易在重力作用下沉降落入落料斗16。
3、提高壳体磨损寿命。使部分气溶胶颗粒物首先有序地磨损衬体，消耗其部分能量。直接进入屏蔽区的气溶胶颗粒物又能得到缓冲。在被屏蔽区积累并处于重力沉降过程的颗粒对壳体有一定的防磨损作用。
锤体9的功能是1、阻止旋流从具有较低切向速度、较低压力势位值的中心区域离心场位以相对较高的轴向速度通过。
2、在锤体9之前或与导流筒5之间形成一个压力势位值相对较高、对流性很差的轴心区域，迫使颗粒物的离心运动在外围有较高切向速度的离心场区更加有效地进行。
引流锥台13的作用是增大净气排出口的入口截面积，来增大吸收分离腔尾部气流的轴向流动断面，降低入口前气流的轴向流速。
锤体12的功能是阻止旋流从压力势位值较低的中心位置以相对较高的速度排出，从而降低在锤体12之前已经被离心分离至排气口半径以外的颗粒物或雾粒被向心扰动、并且被二次带入排出管道的可能性。在锤体12与导流筒5或与锤体9之间也能形成一个压力势位值较高、对流性较差的小轴心区域，促进颗粒物或雾粒的离心运动。
导流筒5的作用是1、让废气以一定的半径进入旋流场，以便充分利用废气流的初始动量，并使废气流经过针轮7时获得更大的切向速度。
2、让废气中的颗粒物以一定的半径通过针轮进入旋流场，获得更大的初始切向速度，同时缩短颗粒物被离心分离出去必要的径向运移距离，显著地减小颗粒物被离心分离出去所需要的时间。
3、与锤体9或与锤体12配合形成弱对流轴心区域。
有导流筒5时，锤体9与针轮7之间的距离适当增大，离心腔内这一弱对流区可能延伸加长，利于分离颗粒物。
如果没有锤体9光有导流筒5，轴心区是压力势位值最低的区域，大量气流倾向于向心流向轴心区域并以相对较高的轴向速度携带气溶胶颗粒流动，因而不能把导流筒5应有的效果充分地发挥出来。
如果没有导流筒5光有锤体9，则锤体9前只有一个小锥形区域受到影响，压力势位值较高。此时，锤体9需靠前安置，利用锤体9自身形状的作用，促进颗粒物的分离。锤体9表面有产生涡流层的可能，对分离又产生负面的影响。
只有锤体9和导流筒5相互配对、协调尺寸和适当加大二者间间距，才能扩大离心腔腔内轴心弱对流区的范围，把颗粒物离心运动限制在切向速度大的离心场位置，并滞后锤体9表面附近的涡流层对产物分离的影响，达到理想的吸收和分离效果。
曝气系统8的作用是首先分散流入气体，提高轴心区域的压力势位值，降低气溶胶颗粒物向心运动的可能。然后，它们再进一步接受离心旋流均匀地冲激、离散。
喷液系统8的作用是首先分散流入并初步雾化水，提高轴心区域的压力势位值，降低气溶胶颗粒物向心运动的可能。然后，雾珠再进一步接受离心旋流均匀地冲激、离散而进一步地细化。
本发明顺流沉降气溶胶离心降解分离装置的运行过程是废气从上部进气口4与本体11轴向垂直进入壳体，经导流筒5导向为与针轮7同轴的旋转气流后，在一定半径的范围以外进入离心腔。针轮7在电机1带动下与气流同向旋转，带动和有规律地加速废气旋流，形成轴向向下的强制涡旋旋流场。废气中所含颗粒物质在离心作用下向衬体10方向移动。当废气旋流经过曝气系统8或喷液系统8时，旋流冲激、离散气体或雾化水。雾化水珠捕集一部分微尘，一起向衬体10方向移动。废气受到锤体9的限制，只好从较高离心速度的场位流过。离心运动到达衬体10的气溶胶颗粒物不断通过衬体10的通道缓冲或碰撞消能后进入本体11与衬体10之间的间隙，在重力作用下向下运动进入落料斗16收集；离心运动仅到达弯头15入口半径以外区域的气溶胶颗粒物也在重力作用下向下运动进入落料斗16收集。净气或合成气体进入下部弯头15排出。
本发明逆流沉降气溶胶离心降解分离装置的运行过程是废气从下部进气口4与壳体11轴向垂直进入壳体，经导流筒5导向为与针轮7同轴的旋转气流后，在一定半径的范围以外进入离心腔。废气中部分大的颗粒物一进入进气腔便沉降，从进气腔端面周缘的孔口落入落料斗16。针轮7在电机1带动下与气流同向旋转，带动和有规律地加速废气旋流，形成轴向向上的强制涡旋旋流场。废气中所含颗粒物在离心作用下向衬体10方向移动。废气中所含颗粒物质在离心作用下向衬体10方向移动。当废气旋流经过曝气系统8或喷液系统8时，旋流冲激、离散气体或雾化水。雾化水珠捕集一部分微尘，一起向衬体10方向移动。废气受到锤体9的限制，只好从较高离心速度的场位流过。离心运动到达衬体10的气溶胶颗粒物不断通过衬体10的通道缓冲或碰撞消能后进入本体11与衬体10之间的间隙，在重力作用下逆向向下运动进入落料斗16收集。离心运动仅到达净气排出口入口半径以外区域的气溶胶颗粒物聚集到一定程度后，也在重力作用下逆向向下运动，再进一步接受离心作用，或进入本体11与衬体10之间的间隙，或沿衬体10内壁下移进入落料斗16收集。净气从上部净气排出口排出。
权利要求
1.一种在离心场中降解气溶胶颗粒的屏蔽分离方法，其特征在于，(1)在变截面筒或直圆筒状离心腔内靠进气腔的一侧安置着一种由线材环周均匀密集排列组合在轮毂上的针轮[7]作为转子，与离心腔同轴，通过轴[2]和/或伸入进气腔的轴承箱[3]与电机[1]直接或间接相连，转子做高速旋转，启动强制涡旋场，在强制旋流场之外又派生出自由涡旋场，涡旋场内气溶胶颗粒受到离心力的作用向周边运移，离心腔末端中心区域为净气被引出腔外，周边积累的固体颗粒物或液态物质另外收集进入落料斗[16]，(2)在离心腔腔体内壁附近安置一个或一组衬体[10]，衬体[10]的内壁轮廓与离心腔腔体同轴，衬体[10]与离心腔腔体之间有一定的间隙，衬体[10]上有很多通道，将离心腔与该间隙连通，(3)根据以下三个条件设计衬体[10]通道的大小与形状、衬体[10]的厚度和衬体[10]的型式一是通道的大小与形状有利于使离心出来到达衬体[10]内壁的颗粒物较充分地通过，二是衬体[10]的开孔形状和开孔率有利于最大地限制中心强旋流和轴向流给离心穿过衬体[10]的颗粒物传递动量，减轻中心旋流和轴向流对间隙内层物相的扰动，从而在离心腔周缘隔出一个相对气压较高、相对弱对流、相对弱动量的环形区域，使透过衬体[10]的颗粒物碰撞、缓冲消能后在重力作用下沉降，三是衬体[10]的材质、厚度和型式利于提高壳体壁的磨损寿命。
2.一种在离心场中增强气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征在于，(1)在变截面筒或直圆筒状离心腔内靠进气腔的一侧安置着一种由线材环周均匀密集排列组合在轮毂上的针轮[7]作为转子，与离心腔同轴，通过轴[2]和/或伸入进气腔的轴承箱[3]与电机[1]直接或间接相连，转子做高速旋转，启动强制涡旋场，在强制旋流场之外又派生出自由涡旋场，涡旋场内气溶胶颗粒受到离心力的作用向周边运移，离心腔末端中心区域为净气被引出腔外，周边积累的固体颗粒物或液态物质另外收集进入落料斗[16]，(2)在进气腔内与离心腔同轴安置有导流筒[5]，来引导气流以较大初始离心半径进入离心场，(3)在离心腔内安置一个能够避免尾部涡流的轴对称障碍物[9]，它与离心腔同轴，障碍物[9]阻止中心位置的旋流从具有较低切向速度的离心场位通过，降低障碍物[9]与导流筒[5]之间轴心区域的对流性，把颗粒物的主要流动区域推向外围有较高切向速度的离心场区。
3.一种在离心场中增强和维护气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征在于，(1)在变截面筒或直圆筒状离心腔内靠进气腔的一侧安置着一种由线材环周均匀密集排列组合在轮毂上的针轮[7]作为转子，与离心腔同轴，通过轴[2]和/或伸入进气腔的轴承箱[3]与电机[1]直接或间接相连，转子做高速旋转，启动强制涡旋场，在强制旋流场之外又派生出自由涡旋场，涡旋场内气溶胶颗粒受到离心力的作用向周边运移，离心腔末端中心区域为净气被引出腔外，周边积累的固体颗粒物或液态物质另外收集进入落料斗[16]，(2)在气流入口段，与离心腔同轴安置引导气流从较大半径的位置进入离心场的导流筒[5]，(3)在离心腔内安置一个能够避免尾部涡流的轴对称障碍物[9]，它与离心腔同轴，障碍物[9]阻止中心位置的旋流从具有较低切向速度的离心场位通过，降低障碍物[9]与导流筒[5]之间轴心区域的对流性，把气溶胶颗粒物的主要流动区域推向外围有较高切向速度的离心场区，(4)净气排出口入口安置喇叭形引流锥台[13]，用来增大净气排出截面，降低离心腔尾部净气排出口附近气流的轴向流速，(5)引流锥台[13]内安置一个能够避免尾部涡流的轴对称障碍物[12]，它与离心腔同轴，障碍物[12]阻止中心位置的旋流从具有较低切向速度的离心场位以相对较高的轴向速度通过，以便在障碍物[12]之前、或与障碍物[12]或导流筒[5]之间形成一个压力势位值较高、对流性较差的轴心区域，降低离心吸收分离腔尾部已被分离出去的微小颗粒物重新被扰动向心带入中心区域并进入净气排出口的可能性。
4.根据权利要求2或3所述的在离心场中增强或/和维护气溶胶颗粒离心运动的方法，其特征在于，在导流筒[5]与障碍物[9]之间的相对弱对流区域引入一定强度的雾源或气源，将这一区域变为有点源或线源的旋流场，增大这一轴心弱对流区域的气压值，减弱刚刚从进气腔进入离心腔气溶胶微细颗粒在涡流作用下向心运动的趋势。
5.根据权利要求1、2、3其中之一所述的在离心场中降解气溶胶颗粒的方法，其特征在于，(1)在离心腔尾部，腔体、衬体[10]的内壁和排气管道具有或近似具有与离心场协调的轴对称性，以便形成尽可能规则的、与离心场协调的边界条件，降低在离心腔尾部产生涡流的可能性，(2)在落料斗[16]与离心腔衔接处，安置有轴对称或整体上轴对称局部有缺口的构件，用来整形落料斗[16]与离心腔衔接处的离心场边界。
6.一种用于除尘、除雾的气溶胶离心降解分离装置，它有一套位于壳体进气腔端部的传动装置、一个与传动装置连接的转子，壳体中部为直圆筒状或变截面筒状离心腔腔体，壳体下部是与离心腔腔体连通的落料斗[16]，其特征在于，(1)在离心腔内靠近进气腔一侧悬挂或撑着一个由线材环周挂苗并均匀密集排列组合在轮毂上的针轮[7]，它通过轴[2]和伸入进气腔的轴承箱[3]与电机[1]直接或间接相连，(2)在壳体中部离心腔腔体内固定着一套衬体[10]，它由金属或非金属材料制成，衬体[10]的内壁是直筒状或变截面筒状，衬体[10]的内壁壁面与针轮[7]保持同轴，衬体[10]与离心腔外壁之间有一定的空隙，衬体[10]与进气腔连接的位置导前于针轮[7]盘面，衬体[10]的末端与净气排出口的入口间有一定的径向间距，衬体[10]可以选用很多种型式，可以用一种型式分段留有空缺，或者同一种型式多层同心安置，或者不同型式分段组合，或者不同型式分段组合并留有空缺，或者局部可拆换，衬体[10]由杆件或者板条固定在外围构件上，(3)在离心腔内针轮[7]之后固定着一个与针轮[7]同轴的轴对称锤体[9]，它由杆件或条、板固定在外围构件上，(4)在针轮[7]之前、轴承箱[3]之外、与轴[2]同轴安置有直筒状或锥台状导流筒[5]，导流筒[5]首端与壳体连接，其末端伸至距针轮[7]辐针盘面很小的距离，(5)净气排出口入口段有引流锥台[13]，锥台[13]口小的一端接在排气管道上，(6)引流锥台[13]内安置着一个轴对称锤体[12]，它与针轮[7]同轴，用杆件等固定在引流锥台[13]上。
7.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其特征在于，在针轮[7]之后锤体[9]之前轴心附近安置有水或吸收剂雾化喷液系统[8]，喷嘴可以呈规则状也可以呈不规则状分布，还可以采用多层或喷嘴嘴面呈立体交叉的安置型式。
8.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其特征在于，在针轮之后锤体[12]之前轴心附近安置有曝气系统[8]，曝气嘴可以呈规则状如线状分布，也可以呈不规则状分布，还可以采用多层或立体交叉的安置型式。
9.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其特征在于，位于离心腔尾部的腔体、衬体[10]和排气管道均呈轴对称状并相互同轴，当排气管道或落料斗[16]与离心腔衔接段不具有轴对称特征时，在离心腔与落料斗[16]的衔接处安置边界整形构件，这种构件呈轴对称状并与离心腔同轴，或者这种构件整体呈轴对称状并相互同轴，局部有用来落料的缺口。
10.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其特征在于，进气腔腔体为蜗旋形，切流进气形式，蜗旋方向与针轮[7]的转动方向一致。
11.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，用于高温废气除尘，其特征在于，(1)有一块或两块同心的环板[6]密封连接导流筒[5]与轴承箱[3]的尾部，或者有一块环板[6]密封连接导流筒[5]，另有一个锥套或其他组合分别密封连接环板[6]和轴承箱[3]尾部，使轴承箱[3]尾部部分地或全部嵌入锥套之中，轴承箱[3]与锥套之间保留尽量小的间隙，(2)轴[2]空心，有气流或液流流过，进入离心腔，轴[2]端头锁母上可以安置喷气头或喷嘴，(3)轴承箱[3]尾部接近离心腔的一端轴承之外有一些孔道，可供气流或液流流过进入离心腔，或者让气流或液流先进入轴承箱[3]与锥套之间的间隙，然后再进入离心腔。
12.根据权利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的气溶胶离心降解分离装置，其特征在于，(1)壳体为直筒状，(2)进气腔为蜗旋形或简单切流形，进气腔包含于壳体内，(3)衬体[10]为直筒状，衬体[10]半径与蜗旋进气腔的最小曲率半径相近。
13.根据权利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的一种立式的气溶胶离心降解分离装置，进气腔位于上部，其特征在于，在离心腔下部引流锥台[13]之外反向套接有一个边界整形锥台[14]，边界整形锥台[14]与落料斗[16]之间有一定的落料间隙。
14.根据权利要求6、7、8、9、10、11其中之一所述的一种立式的气溶胶离心降解分离装置，进气腔位于下部，其特征在于，(1)壳体为直筒状，(2)进气腔为蜗旋形或简单切流形，进气腔包含于壳体内，(3)落料斗[16]呈帽状接在进气腔下部，进气腔下端板周缘有与落料斗[16]连通的孔口，落料斗[16]连通本体[11]与进气腔之间的间隙，(4)进气腔上端外围接有一个边界整形锥台[14]，锥角向上，与壳体之间保持有一定间隙。
15.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由金属或/和非金属材料制成的薄壁筒和多个连接在筒外壁的直条形翼板组成，筒壁上有圆形或椭圆形或方形或槽形的孔或者留有断口，开孔率在25％以上，翼板与筒壁壁面可以垂直也可以顺旋流方向斜交。
16.根据权利要求6所述的离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由金属或/和非金属材料制成的直板和环形板交叉组成，呈格栅状。
17.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由金属或/和非金属材料制成，呈百叶窗状。
18.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由同直径的短圆筒依次以一定的间距用筋杆或板连接而成，呈直筒状。
19.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由金属或/和非金属材料板制成的直径大小不一的筒圈依次以一定高度的台阶迭起，在外周用筋连接而成，呈锥台状。
20.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其衬体[10]的特征在于，由金属材料板条以一定间距螺旋起来用筋连接而成，呈直筒或锥筒状。
21.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其锤体[9]的特征在于，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段，首部是锥面或球面，喉部为柱面，尾部为锥面或旋转抛物面。
22.根据权利要求6所述的气溶胶离心降解分离装置，其锤体[12]的特征在于，由金属或/和非金属材料制成，分首部、喉部和尾部三段，首部是锥面或球面，喉部为柱面，尾部为锥面或旋转抛物面。
全文摘要
本发明气溶胶离心降解分离方法与装置属于除尘领域,涉及颗粒物离心降解、分离和除雾技术。本发明气溶胶离心降解分离装置采用针轮7转子启动旋流,在进气腔安置有导流筒5,在旋流场外周和中心分别与针轮7同轴安置有衬体10和锤体9,在转子之后安置有曝气系统8或喷液系统8,在净气排出口入口安置有引流锥台13,引流锥台13内安置有锤体12,在离心腔与落料斗16的衔接处安置有边界整形锥台14。本发明用于除尘、除雾和高温废气净化。
文档编号B01D45/12GK1210746SQ9810345
公开日1999年3月17日 申请日期1998年7月30日 优先权日1998年7月30日
发明者郭春玲 申请人:郭春玲