专利名称：带有水流喷射器的涡旋旋风分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从烟气中分离污染物的旋风单元。 更特别地，本发明涉及一种用于从烟气中分离气体污染物例如二
氧化硫，NOx， C02和固体污染物的旋风单元以及使用该旋风单元的 方法。
说明书尤其涉及一种对以色列专利No.120，907和相应的欧洲专利 971,781中描述并且要求保护的旋风分离器的修改和改进。
背景技术：
如EP971781所述，旋风分离器在工业中广泛地用于被污染的空 气的干洗和湿洗并且可以大致地分为两组。
第 一组基于向进入清洁容器的流体施加涡旋运动并且通过离心力 分离其中的固体颗粒。这一组结合有机械收集器，例如普通旋风、多 旋风和旋转式集尘器。
第二组基于空气的过滤或固体颗粒的诱导沉淀或重力沉降，而不 涉及使清洁容器中的流体产生涡旋运动。与该组相关的工业设备包括 袋式过滤器和静电除尘器。
已有的颗粒收集器的性能是根据可被收集器分离的固体颗粒的最 终颗粒尺寸加以评估的。
机械式旋风分离器具有很多优点它们是以连续模式工作并且无 需频繁维护措施的通用的低成本装置。作为独立的单元或与其他类型 的分离器组合的这些装置已经成功地使用了非常长的时间(可追溯到 1886年)。
影响旋风分离器中的烟气中固体污染物的分离的主要因素是气相 的速度或为该速度的函数的加速度。两个主要的力影响在旋转流中运动的颗粒。这些力为离心力和沿流线的牵引力。根据下面的公式，离
心力Fe与颗粒质量mp以及颗粒或旋转气体的切向速度Vt (该两者大 致相同)的平方成正比，并且与颗粒轨道的曲率半径r成反比 Fc = mpVt2/r (1)
假设旋转气流的速度只具有切向分量，并且该类型的气流通常为 以下形式
Vtrn=常量 (2) 高效旋风的典型速度为约15-20米/秒。
已经发现，这些速度不足以去除尺寸小于约10-20微米的非常小 的灰尘。
多个专利，即SU 1468609; SU 975099和DE650640,试图改进 旋风分离器对于微尘的分离，然而应当强调的是，尽管是这样，但是 成本效益以及对于微尘的有效分离的问题并没有得到解决。
在EP000971781B1中教导了一种装置，其显著地改进了旋风分离 器对于微尘的分离，这种改进是通过结合能够产生强烈的涡旋运动的 非常有效的涡流装置实现的，所述涡旋运动的特征在于，气流的线速 度为约60-100米/秒，并且优选地为约60-70米/秒。
令人惊奇地，已经发现EP000971781B1中描述的设备即使在湿分 离(即向该旋风分离器中加入液体时)中也能够非常有效地去除微尘， 尤其是能够非常有效地从诸如烟气的气流中分离气体污染物例如二氧 化硫，NOx，和C02。
重要的是，将EP0971781B1中描述的用于从空气或其他气体中去 除颗粒物质的旋风分离器用于从烟气中有效地去除气体污染物，尤其 是二氧化硫，并非是不言而喻的。在旋风单元中去除颗粒的情况下， 主要目的或挑战是通过物理动力学手段实现气相和颗粒之间良好的分 离。换言之，所述专利所教导和实现的目的是使气体的运动和旋风单 元内的颗粒的运动之间的差异最大化，从而实现这两种成分的分离。 相比之下，从烟气中去除气体污染物尤其是二氧化硫的情况下，主要 目的是实现液相和气相之间的有效混合，从而实现活性成分(例如液相中的碱性化合物与气相中的二氧化硫)之间的有效接触，以具有更 高的反应动力。
然而，尽管通过使用EP0971781B1中描述的旋风分离器获得了改 进，但是已经发现即使在使用改进后的喷嘴时，液流和气流之间的接 触仍然没有效率。
此外，为了对输入的液流和气流之间的接触实现较大的改进，需 要在接触之后在这两股流之间进行良好的分离，以便在流出的处理后 的气流中不会存在大量的液滴。
因此，制造用于有效地湿分离细小颗粒，尤其是气体污染物的旋 风单元的问题仍未被现有技术解决，并且仍然需要一种能够确保两种 流之间的有效并且经济的混合和分离的新型的并且改进的装置，即用 于从烟气中湿去除地分离固体和气体污染物，例如二氧化硫、N(X和
co2。
发明内容
因而本发明的目的是提供一种能够有效地减少和/或克服上述缺 陷的新型的并且改进的旋风单元。
具体地，本发明的主要目的是提供一种适于对细小颗粒尤其是气 体污染物进行有效的湿分离的新型的并且改进的旋风单元。
本发明的另 一 个目的是提供 一 种在输入的气流和液流之间形成非 常有效的接触的新型的并且改进的旋风单元。从而，这种非常有效的 接触改进两种相的基质之间的反应动力。结果，通过使用减少量的化 学药品吸收上述污染物，减少了环境污染。
本发明的另 一个目的是提供一种能够在接触之后非常有效地分离 处理后的排出气流和液流的新型的并且改进的旋风单元。从而，这种 非常有效的分离减少了排出的处理后的气流中的液滴量。
湿法洗涤中的一个主要挑战是在液滴和气流之间提供有效的接 触。当使用本领域已知的旋风分离器时，即使釆用改进的喷嘴，大量 的液滴也会沉积在旋风分离器的内壁上并且形成在气体剪切力的作用下从表面去除的液体层，并且生成比喷嘴产生的液滴更大的液滴。这 种更大的液滴对于从烟气中去除污染物的效果很差。从而化学产物远 未达到平衡。
本发明的目的在于将液流引入气流速度非常高的区域，从而液滴 立即进入旋风分离器的内部并且只有很少的部分会沉积在分离器的内 壁上或在不与气流接触的情况下排出系统。
本发明对于旋风分离器是尤其重要的，其具有能够提供线速度为
约60-100米/秒的强烈涡旋运动的非常有效的涡流装置，而现有技术 的旋风分离器仅能提供约15-20米/秒的线速度。
通过将液流引入气流速度非常高的区域，大量的液滴进入旋风分 离器的内部。从而该系统的特征在于液滴和气流之间的接触更长久， 因此极其有效。
湿法洗涤中的另一个重要挑战是，在接触之后在处理后的排出气 流和液流之间提供有效的分离。
为了实现这个目的，本发明提供了一种改进的旋风单元，包括一 种屏障工具和/或所述旋风单元内部的狭长开口 ，使得所述处理后的液
体能够沿预定的方向排出所述单元，同时阻止所述处理后的气流与所 述处理后的液体一起流动，而是沿不同的方向引导所述气流。
因此本发明提供了一种通过气流与水流的结合从烟气中去除污染 物的旋风单元，包括由圆筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界 定的壳体，所述壳体具有纵向轴线并且设置有用于接收气流的至少一 个入口和用于接收水流到其中的多个入口 ，所述旋风单元还包括与所 述纵向轴线同轴、与所述壳体同心地定位并安装在所述壳体内的至少 一个涡流装置，从而在所述壳体外周壁的内表面和所述涡流装置的朝 外的表面之间提供第 一 环形空间以及在所述涡流装置的朝内的表面和 所述芯部元件之间提供第二内部环形空间，所述涡流装置结合有多个 狭槽状的细长开口 ，所述开口相对于所述内部环形空间基本切向地延 伸以形成从所述第 一环形空间到所述第二内部环形空间的成角度的通 道，其中所述旋风单元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成将至少大部分所述水流注入所述通道。在 本发明的优选实施例中，所述多个开口与用于将多条水流注入多个通 道的装置相关联。
优选地，所述水流是通过喷嘴注入所述通道的。
在本发明的一些优选实施例中，所述涡流装置形成有多个叶片， 所述叶片相对于一圆形路径成切线方向地沿所述圆形路径规则地布 置，并且所述通道由相邻叶片之间的开放空间形成。
在其他优选实施例中，所述涡流装置形成为圆筒形环，所述圆筒 形环设置有形成所述通道的多个间隔的狭槽状的细长开口。
在所述其他优选实施例中，所述通道优选是通过对所述涡流装置 钻孔形成的。
在本发明的特别优选的实施例中，提供了一种旋风单元，其中所
述旋风单元内的所述气流的速度介于20米/秒与120米/秒之间，并且 优选地介于60米/秒与100米/秒之间。
在本发明的其他方面中，所述壳体形成为空心截锥，其具有大的 基部和相间隔的小的基部，所述大的基部与所述壳体的下端连通，一
管道装置与所述壳体的纵向轴线同轴地置于所述壳体内部并且构成所 述芯部装置，其中所述管道装置的最上端位于所述壳体的外部，所述 管道装置的最下端位于所述壳体内。
在该方面的优选实施例中，提供了一板状工具，其连接在所述空 心截锥内部，位于所述空心截锥的所述小的基部上方，与所述壳体的 纵向轴线同轴。
在所述方面的另一优选实施例中，所述空心截锥包含至少一个纵 向的狭槽状开口。
在本发明的该方面的特别优选的实施例中，所述空心截锥连接到 一外壳装置，该外壳装置部分地覆盖所述空心截锥而在两者之间留有 空间。
虽然现在将结合下列附图中的特定优选实施例描述本发明，使得 本发明的各个方面能够得到更加完全的理解和评价，但是并不是将本发明限定为这些特定实施例。相反，本发明覆盖可包括在所附权利要 求跟定的本发明的范围内的所有的替换、修改和等同。从而，下列包 括优选实施例的附图将用来说明本发明的实施，可以理解，通过示例 的方式示出细节，仅仅是为了示意性地说明本发明的优选实施例，为 了提供相信是对于公式化程序以及本发明的原理和概念方面最有用并 易于理解的说明。
在下面的附图中
图l是根据本发明的超级旋风单元的示意图； 图2是沿B-B截取的图1的横截面视图； 图3是涡流装置模块的透视图4M是包括所述板状工具(40)的空心截锥(12)的示意图; 图4N示出了沿C-C截取的图4M的横截面视图； 图5M是包括所述纵向狭槽状开口 (44)和外壳装置(46)的: 心截锥(12)的示意图5N示出了沿D-D截取的图5M的横截面视图； 图6-8示出了某些涡流装置模块的横截面视图。
具体实施例方式
现在参考图1,看得出根据本发明的旋风单元包括壳体H，所 述壳体H由其圆筒形外周壁2以及上端4和下端6界定，所述壳体具 有纵向轴线(X-X)并且设置有用于接收气流的至少一个入口 8和用 于接收诸如水流的其他流体到其中的多个入口 10,所述单元还包括从 所述壳体H上优选地形成为空心截锥12的至少一个排出装置11，所 述排出装置具有大的基部14和间隔开的小的基部16，大的基部与所 述壳体H的下端6连通，所述单元还包括设置在所述壳体H内优选地 与所述纵向轴线(X-X)同轴的管道装置18,其中管道装置18的最上 端20位于壳体的外部，所述管道装置的最下端位于壳体内。现在结合参考图1和图2，可以看到所述旋风单元还包括与所述 纵向轴线(X-X)同轴地、与所述壳体H同心地定位并安装在所述壳 体H内的至少一个涡流装置24，以在壳体外周壁2的内表面28和所 述涡流装置24的朝外的表面30之间提供第一环形空间26,并且在涡 流装置24的朝内的表面34和所述芯部元件之间提供第二内部环形空 间32，所述芯部元件在当前实施例中为所述管道装置18，所述涡流装 置24结合有多个狭槽状的细长开口 36，所述开口 36相对于所述内环 形空间32大致切向地延伸，以形成从所述第一环形空间26到所述第 二内部环形空间32成角度的通道，其中所述通道37由长度、宽度和 深度尺寸界定，并且长度尺寸L超过宽度尺寸W。
所述旋风单元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口 10位于 所述上端4中，并且被定位成将至少大多数所述水流注入所述通道37 中。
尽管图中未示出，也可以在所述通道附近设置多个小直径的开口 以确保较小的液滴，不需要在所有通道附近设置小直径的开口 。
现在参考图3 ，可以看到所述旋风涡流装置24形成有多个叶片38, 所述叶片相对于圆形路径成切线地沿所述圆形路径少见则地布置，并且 所述通道37由相邻的叶片38之间的开》文空间形成。
所述入口 IO优选地与定位成将所述水流注入所述通道的喷嘴(未 示出)相关联。
在特别优选的实施例中，所述单元设置有多个入口 10，每个入口 都定位成将水流注入相邻地布置的通道，与从中流经的气流混合。
参考图4M和4N，可以看到一板状工具40，其通过连接器42连 接在所述空心截锥12内部，位于所述空心截锥的所述小的基部16上 方，与所述纵向轴线同轴，以在所述空心截锥12内提供一种屏障。
参考图5M和5N，可以看到所述空心截锥12包含至少一个纵向 狭槽状开口 44和一外壳装置46，所述外壳装置46包围所述空心截锥 12,以在该外壳装置的内壁50和所述空心截锥的外壁52之间提供一 内部空间48。结果，所述处理后的液体通过所述小的基部16以及通过至少一个 纵向狭槽状开口 44从所述空心截锥排出。通过至少一个纵向狭槽状开 口排出的所述处理后的液体进入所述外壳装置46和所述空心截锥的 外壁52之间的所述内部空间48，与已经通过所述小的基部16排出的 处理后的液体汇合。
参考图6-8，可以看到所述涡流装置24可以形成为带有多个实体 段38的圆筒形环，所述段沿圆形路径规则地布置，优选地相对于所述 圆形路径切向地布置，并且所述通道37由相邻的段之间的开放空间形 成。或者，所述涡流装置24中的所述通道37通过在所述圆筒形环上 钻孔形成，从而所述实体段38形成为所述钻出的通道37之间的剩余 材料。
需要注意的是，参考图6-8，可以看出所述段38和/或通道37的 尺寸和形状上有变化。这些变化可使气流以不同的角度从所述第一环 形空间26进入所述第二内部环形空间32，并且另外允许改变沿所述 通道37的流通面积。这种变化最终产生涉及所述通道内部的气流的压 降以及能量上的变化。
从而如图6所示，在本发明的优选实施例中，段38为具有圆弧形 基部39的基本三角形的形状，通道37具有类似的结构。
此外如图7所示，在本发明的另一个优选实施例中，面对着所述 第 一环形空间26的段38的第 一端部39的圆弧长度优选地大于面对着 所述第二环形空间32的段38的第二端部54的圆弧长度，而通道37 的外端部和内端部具有基本相同的宽度。
在图8中，在本发明的另一个优选实施例中，面对着所述第一环 形空间26的通道37的外圆弧长度优选地大于面对着所述第二环形空 间32的通道37的内圆弧长度，而段38的外端部和内端部具有基本相 同的宽度。
对于本领域的技术人员来说，本发明显然不限于前述示例性实施 例的那些细节，并且本发明可以通过不背离本发明精神或实质的其他 特定形式实现。当前的实施例的所有方面应当被认为是说明性的而非限定性的，本发明的范围应当由所附的权利要求表示而非前面的说明 书表示，在权利要求的等效含义和范围内作出的所有变化都应当包含 在权利要求的范围内。
权利要求
1、一种通过气流与水流的结合从烟气中去除污染物的旋风单元，包括由圆筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界定的壳体，所述壳体具有纵向轴线并且设置有用于接收气流的至少一个入口和用于接收水流到其中的多个入口，所述旋风单元还包括与所述纵向轴线同轴、与所述壳体同心地定位并安装在所述壳体内的至少一个涡流装置，从而在所述壳体外周壁的内表面和所述涡流装置的朝外的表面之间提供第一环形空间以及在所述涡流装置的朝内的表面和所述芯部元件之间提供第二内部环形空间，所述涡流装置结合有多个狭槽状的细长开口，所述开口相对于所述第二内部环形空间基本切向地延伸，以形成从所述第一环形空间到所述第二内部环形空间的成角度的通道，其中所述旋风单元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成将至少大部分所述水流注入所述通道。
2、 根据权利要求1所述的从烟气中去除气体污染物的旋风单元， 其中所述多个入口与用于将多条水流注入多个通道的装置相关联。
3、 根据权利要求2所述的旋风单元，其中所述水流通过喷嘴注入 所述通道。
4、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述涡流装置形成有多 个叶片，所述叶片相对于一圆形路径成切线方向地沿所述圆形路径规 则地布置，并且所述通道由相邻叶片之间的开放空间形成。
5、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述涡流装置形成为圆 筒形环，所述圆筒形环设置有形成所述通道的多个间隔的狭槽状的细 长开口。
6、 根据权利要求5所述的旋风单元，其中通过对所述涡流装置钻 孔形成所述通道。
7、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述旋风单元内的所述 气流的速度介于20米/秒与120米/秒之间。
8、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述旋风单元内的所述气流的速度介于60米/秒与100米/秒之间。
9、 根据权利要求1所述的旋风单元，还包括从所述壳体上形成为 空心截锥的排出装置，该排出装置具有大的基部和相间隔的小的基部， 所述大的基部与所述壳体的下端连通， 一管道装置与所述壳体的纵向 轴线同轴地置于所述壳体内部并且构成所述芯部装置，其中所述管道 装置的最上端位于所述壳体的外部，所述管道装置的最下端位于所述 壳体内。
10、 根据权利要求10所述的旋风单元，其中一板状工具连接在所 述空心截锥内部，位于所述空心截锥的所述小的基部上方，与所述壳 体的纵向轴线同轴。
11、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述空心截锥包含至 少一个纵向的狭槽状开口。
12、 根据权利要求1所述的旋风单元，其中所述空心截锥连接到 一外壳装置，所述外壳装置部分地覆盖所述空心截锥而在两者之间留 有空间。
全文摘要
本发明提供了一种通过气流与水流的结合从烟气中去除污染物的旋风单元，包括由圆筒形外周壁、上端和下端、以及芯部元件界定的壳体，所述壳体具有纵向轴线并且设置有用于接收气流的至少一个入口和用于接收水流到其中的多个入口，所述旋风单元还包括与所述纵向轴线同轴、与所述壳体同心地定位并安装在所述壳体内的至少一个涡流装置，从而在所述壳体外周壁的内表面和所述涡流装置的朝外的表面之间提供第一环形空间以及在所述涡流装置的朝内的表面和所述芯部元件之间提供第二内部环形空间，所述涡流装置结合有多个狭槽状的细长开口，所述开口相对于所述第二内部环形空间基本切向地延伸以形成从所述第一环形空间到所述第二内部环形空间的成角度的通道，其中所述旋风单元的特征在于，用于接收所述水流的所述入口位于所述上端中，并且定位成将至少大部分所述水流注入所述通道。
文档编号B04C5/10GK101528355SQ200780039358
公开日2009年9月9日 申请日期2007年9月2日 优先权日2006年9月21日
发明者A·哈雷尔, M·亚文, M·菲希曼 申请人:沃泰克斯生态学技术公司