废气耦合净化装置

本发明属于化工分离与吸收技术领域，涉及吸收塔技术(包括脱硫技术)、除尘技术、除雾技术，以及对一种吸收技术和一种除尘离心机的改进。

工业大气污染源中有很多是大量粉尘和有害气体的混合型废气污染，如锅炉烟气含大量二氧化硫和粉尘。现今市场上的废气除尘与吸收的一体化净化技术都是洗涤法除尘的延伸。它们除吸收效率较低外，在废气含尘量大的情况下，存在灰水二次分离量大、尾部脱水不充分、和除微尘不充分可导致后部结构堵塞一类的问题。

中国专利公报CN98103452.7“旋流离散吸收分离方法与装置”公开了一种运用针轮转子的离心机旋流雾化吸收分离技术。它在废气含尘量大的情况下，存在灰水二次分离量大的问题。

中国专利公报CN981000741.4“旋流除尘离心机”和CN98103451.9“气溶胶离心降解分离方法与装置”公开了一种运用针轮转子的离心机除尘技术。它们在采用半干半湿法除尘时有很高的除尘效率，但它们在使用时，因为局部用水和用水量小而在含尘量较大时存在离心腔堵塞的问题。

传统的离心除尘器有强磨损的问题。

本发明的目的是：1、提出一种干料和湿料浆分离的半干半湿法高效除尘装置；2、提出一种高效的废气除尘、气-液吸收和除雾三过程耦合的装置；3、提出一种干料和湿料浆分离的半干半湿法、高效、磨损寿命长的除尘装置；4、提出一种高效的废气除尘、气-气吸收、气-液吸收和除雾四过程耦合的装置。

本发明的技术方案一是一种顺流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。

装置含有一套传动部件、一个针轮5转子、一个进气腔、一个离心腔8、一个衬体6和一个分隔卸料部件。装置上部为进气腔。进气腔呈蜗旋状，含有进气口3、上部端板和侧面围板，进气口3位于进气腔的侧面，呈偏心正交相接。进气腔上端板开有大于转子直径的口。传动部件由轴承箱2、轴4、电机1等组与进气腔之间用一块直径大于针轮5转子的园形板衔接固定，轴承箱2伸入进气腔或离心腔8内一定距离，电机1直接或间接驱动轴4。装置中部为离心腔8。离心腔8为直园筒状，延伸长度是出口直径的3～20倍，离心腔8直径是出口直径的1.2～4倍。进气腔与离心腔8之间用法兰或直接固定连接。出气道12位于装置下部，其入口与离心腔8同轴，其出口与弯头16连接。针轮5转子由金属丝或非金属丝针苗自一定的直径上环周呈辐射状分布挂苗、分层组成，呈园盘形，针轮5在离心腔8上部、进气口3下方一定距离与离心腔8同轴安置。衬体6在离心腔8内壁附近同轴安置，固定在离心腔8上，与离心腔8之间有一定的间隙。针轮5直径小于衬体6直径。这一种废气耦合净化装置为切流进气自上而下轴流式离心吸收或分离的型式，所分离产物沉降的方向与气流轴向运动方向一致。其特征在于：1、衬体6为园筒状，固定或用耳片连接在一个衔接进气腔和离心腔8的蜗环20上。蜗环20在小于离心腔8直径的范围内有孔垂直连通进气腔和衬体6与离心腔8之间的间隙。衬体6局部内衬离心腔8。衬体6高度宜取100mm至离心腔8直径的1.5倍左右。蜗环20起降低进气腔以至衬体6和离心腔8磨损的作用。

2、装置的尾部有分隔卸料部件。分隔卸料部件含有至少一个分隔筒19、至少一个喷液头7、一套含有平管13和立管9的输液管道、一个出气道12、一个花板11、一个卸浆仓14和一个弯头16出口。分隔卸料部件通过花板11与离心腔8壳体法兰连接或直接焊接固定。分隔筒19内壁为轴对称形，与离心腔8同轴，伸入离心腔8内0.5倍出气道12直径的高度以上，正交连接在花板11上。出气道12呈园筒状正交贯穿花板11，出气道12下与弯头16焊接连接，出气道12直径大于或等于弯头16直径。出气道12入口附近有一轴对称安置的阻流台10，阻流台10直径小于出气道12直径，阻流台10迎风面可以为平面或球面或锥面。一穿过阻流台10的立管9自出气道12中心伸入离心腔8内一定高度，顶端接有喷液头7。立管9下部与平管组件固定连接连通。平管组件由平管13、滤网、管接头等组成。平管13正交贯穿出气道12并穿过卸浆仓14伸至外部与输液系统连接。在花板11以上，分隔筒19与出气道12之间为浆液收集区，分隔筒19与离心腔8之间为干灰收集区。卸浆仓14固定在花板11下方，可以由一个斜截圆筒做外壁、加一个斜截板与出气道12和弯头16出口隔出，也可以由一个锥形筒作为外壁与出气道12和弯头16出口隔出，卸浆仓14的下部开有出浆口17或接出浆管。卸灰仓15可以是一个在卸浆仓14外围的园筒和一个斜板隔出，侧下部开有出灰口18或接出灰管，或用一个斜锥筒与卸浆仓14相贯隔出。卸灰仓15可以与分隔筒19与离心腔8之间的干灰收集区合并，出灰口18直接开在离心腔8下部侧壁。花板11上有环向分布的通道连通卸浆仓14与浆液收集区和/或连通卸灰仓15与干灰收集区。

3、有至少一个喷液头7连接在立管9上。立管9与离心腔8同轴。每个喷液头7上安有至少一个雾化喷嘴。采用多个喷液头7时，喷液头7呈串联相接，与不同的吸收剂源相接。同时，立管9可以为多层套管，分别与相应的喷头连通，平管13可以采用套管或多个平管13与立管9连通。喷液头7可以由喷嘴和空心的半球形、锥形或柱形构件组成。

4、出气道12下段和/或弯头16上段有一些环周分布的小孔，孔径小于8毫米。

5、装置内有一个由环形曝气头、气门、管接头、密封螺母、气管等组成的曝气部件21，安置在轴承箱2末端，或与喷液头7共同串联在多层立管9上。

本发明的技术方案二是一种逆流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。

它含有一套传动部件、一个针轮5转子、一个离心腔8、一个衬体6、一个阻流台10、一个进气口3和一个出气道12。离心腔8为直园筒状。离心腔8的延伸长度是出口直径的3～20倍，离心腔8直径是出口直径的1.2～4倍。进气口3位于离心腔8的下部侧面，与离心腔8呈偏心正交相接。出气道12位于离心腔8的上端与离心腔8同轴固定连接。传动部件由轴承箱2、轴4、电机1等组成，固定于离心腔8的下方或与离心腔8法兰连接，轴承箱2伸入离心腔8内一定距离。电机1直接或间接传动驱动轴4转动，针轮5呈悬臂式固定于轴4端部。针轮5转子由金属丝或非金属丝针苗自一定的直径上环周呈辐射状分布挂苗、分层组成，呈园盘形，针轮5在离心腔8下部、进气口3上方一定距离与离心腔8同轴且有一定的间隙安置。衬体6在离心腔8下部内壁附近同轴安置，与离心腔8之间有一定的间隙，与进气口3相贯对应。这一种废气藕合净化装置为切流进气自下而上轴流式离心吸收或分离的型式，所分离产物沉降的方向与气流轴向运动方向相反。该技术方案的特征在于：1、出气道12呈园筒状，正交贯穿固定于离心腔8上端板上，入口附近有一与离心腔8轴对称安置的阻流台10。阻流台10迎风面可以为平面或球面或锥面。阻流台10直径小于出气道12直径。一穿过阻流台10的立管9自出气道12中心伸入离心腔8内一定深度，下端连接有喷液头7。立管9上部与平管组件固定连接连通。平管组件由平管13、滤网、管接头等组成。平管13正交穿过出气道12壁伸至外部，与外部输液系统连接。

2、离心腔8上部外围有一个卸浆仓14。卸浆仓14由一个园筒或不规则筒和上、下两个环形或不规则的板围出，下部侧面开有出浆口17。卸浆仓14径向尺寸大于10mm。在离心腔8上部与卸浆仓14相应的范围环周壁开有通道，通道分布区下界距出气道12入口的距离大于0.5倍的出气道12直径，通道尺寸大于10mm。

3、卸灰仓15由一个花板11、内外两个斜截园筒和一个斜截环板组成，或由一个花板11、一个内斜截园筒和一个外锥筒组成。它下部开有出灰口18或接出灰管。传动部件与卸灰仓15相贯螺钉连接在花板11上。衬体6固定或用耳片连接花板11上方。花板11上有环向分布的通道连通卸灰仓15与上部离心腔8以及衬体6与离心腔8之间的间隙。花板11与上部离心腔8壳体法兰或固定连接。

4、有至少一个喷液头7连接在立管9上。每个喷液头7上安有至少一个雾化喷嘴。采用多个喷液头7时，喷液头7呈串联相接，不同的喷液头7可以连接不用的吸收剂源。同时，立管9可以为多层套管，分别与相应的喷头连通，平管13可以采用套管或多个平管13与立管9连通。喷液头7可以由喷嘴和空心的半球形、锥形或柱形构件组成。喷液头7的安装位置宜在离心腔8开孔段下界附近，以便雾化的液粒经离心运动后能在该下界以上的区域到达离心腔8壁。

5、在离心腔8内与卸浆区的下界相应的位置安置有一个环形或锥台分隔环22，其内尺寸大于出气道12直径。它起分隔浆液和干灰的作用。

6、装置内有一个由环形曝气头、气门、管接头、密封螺母、气管等组成的曝气部件21，安置在轴承箱2末端，或与喷液头7共同串联在多层立管9上。

本发明技术方案一和技术方案二中离心腔8的长度和转子转速密切相关，转子转速越高离心腔8长度可以取得越小，因而离心腔8长度可以变于出口直径的3～20倍之间，干除尘段和吸收分离段所占离心腔8长度的比例可以调节。干除尘段的长度宜大于离心腔8直径。吸收分离段的长度宜大于出气道12直径。

本发明技术方案可以实现以下有益的效果。

1、干湿卸料分开后，因在离心腔8后半程需要捕集的尘颗粒小而且量少，尽管喷液量小，水灰比仍然足够大，浆液流动能力强，就消除了堵塞的可能性。故在较小喷液量下，能够保障半干半湿法高效除尘工业长期运行的可靠性。

2、离心腔8前半程用来除尘，后半程用来分离微尘、吸收有害气体和分离吸收产物和残余吸收剂。针轮5转子发动的强气旋在进一步离散来自雾化喷头的水或吸收剂时其大部分能量被传递给液粒，既实现了除雾，又降低了旋转动量的无效排放。除尘与吸收的耦合能在高效吸收的前提下大大降低废气净化的一次性投资，显著减少安装、运行费用，因而能够带来可观的经济效益和社会效益。

3、本发明装置实现了低磨损。本发明技术方案一利用蜗旋进气腔的初步旋风和针轮5转子启旋影响的迭加使废气中的较大颗粒在进气腔段就实现充分分离。在蜗环20的配合下，进气腔蜗环20内径以外的环周区域(除进口部位以外)是次旋流区，旋转动量随半径增大而衰减，加上该区颗粒聚集形成颗粒层屏蔽，颗粒的动量因为相互干涉而消耗一部分，因而实际摩擦进气腔壁的能力就小得多。弱动量的大颗粒透过蜗环20下落时在衬体6的屏蔽下不能从针轮5旋转中得到较大的动量，因而对离心腔8的磨损也很有限。本发明设计进口流速控制在14m/s以下，比旋风除尘器18～25m/s进口流速下的颗粒初始动量还小。经过次旋流区的颗粒层屏蔽后颗粒冲击进气腔壁的速度可望降到每秒数米的范围。一般烟道的经验设计流速都在14m/s左右，其磨损寿命能够被接受。本发明装置的磨损量比常规烟道低。

本发明技术方案二利用偏心进气的初步旋风和针轮5转子启旋影响的迭加使废气中的较大颗粒在进气口3段就实现充分分离到达衬体6，部分穿过衬体6，动量大幅度衰减后下落进入集灰仓，它们对上部离心腔8、针轮5不产生磨损。

对磨损有贡献的是颗粒的动量，动量是质量和速度的积。粒径越小的颗粒磨损能力越小。本发明装置的气流经过初旋离心后具有大量磨损动量的颗粒已经被大部分离诱导进入到微磨损场区，到达针轮5的颗粒其粒径已经相当小，它们在针轮5一定大的半径上获得加速后才又形成一定的磨损能力，这部分重新得到磨损能力的颗粒迅速到达衬体6，对衬体6产生一定磨损后失去大部分动量，有一些穿过衬体6，但对离心腔8的磨损已经比较微弱。即便是对衬体6的磨损，因为颗粒小的原因，已经远比旋风除尘器微弱。衬体6是可以更换的。所以，磨损问题对本发明装置而言已经得到充分解决。

4、本发明技术方案一的装置若负压运行，由于安装或运行操作造成的卸浆阀漏风对除雾和分离微粒有影响。采用在出气道12下段和/或弯头16上段环周打孔的办法可以将漏风流动的路径和出口限制在微粒密度稀疏的区域，只要孔足够小，具有一定旋转动量的微粒就不易随漏风进入弯头16排出。这样就能最大限度地保障装置实现其固有的分离效果。

附图说明

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图1是本发明顺流沉降立式废气耦合净化装置简图。

图2是本发明逆流沉降立式废气耦合净化装置简图。

图中各编号对应的构件为：1-电机，2-轴承箱，3-进气口，4-轴，5-针轮，6-衬体，7-喷液头，8-离心腔，9-立管，10-阻流台，11-花板，12-出气道，13-平管，14-卸浆仓，15-卸灰仓，16-弯头，17-出浆口，18-出灰口，19-分隔筒，20-蜗环，21-曝气部件，22-分隔环。

本发明装置的工作过程是：废气气流从上部(或下部)切流进入离心机，形成旋风，一部分大颗粒离心分离到达边壁。经过盘状的旋转针轮5时，旋风气流经过加速形成有统一角速度的涡旋场，颗粒物被针苗撞击或随旋流获得切向速度向边壁运动。然后，由中心喷液头7雾化喷出的吸收剂或水雾被旋流进一步细化后，与气体组分进行吸收反应或捕集微尘加速向边壁离心运动。分离出来的产物分干湿进入卸灰仓15或卸浆仓14收集，净化后的气体从下部(或上部)轴心区域引出。

实施例一。

参见图1，是根据本发明技术方案一设计的一种顺流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。它含有一套传动部件、一个针轮5转子、一个离心腔8、一个进气腔、一个衬体6、一个分隔卸料部件、一套曝气部件21、一个喷液头7。

装置上部为进气腔。进气腔呈蜗旋状，含有进气口3、上部端板和侧面围板，进气口3位于进气腔的侧面，呈偏心正交相接。进气腔上端部开有大于转子直径的口。传动部件由轴承箱2、轴4、电机1等组成，与进气腔之间用一块直径大于针轮5转子的园形板衔接固定，轴承箱2伸入进气腔或离心腔8内一定距离。一个二极电机1与轴承箱2直连接。

装置中部为离心腔8，离心腔8为直园筒状。离心腔8的延伸长度是出口直径的10倍，离心腔8直径是出口直径的2.5倍。进气腔与离心腔8之间经过一个内径小于离心腔8约200mm的蜗环20直接固定连接。蜗环20在小于离心腔8直径的范围内环周分布有直径20mm园孔。

针轮5转子由金属丝或非金属丝针苗自一定的直径上环周呈辐射状分布挂苗、分层组成，呈园盘形，针轮5在离心腔8上部、进气口3下方一定距离与离心腔8同轴安置。

衬体6为园筒状，衬体6在离心腔8内壁附近同轴安置，用耳片连接在蜗环20上。衬体6局部内衬离心腔8。衬体6高度取离心腔8直径的0.8倍。衬体6上开直径20mm的园孔。针轮5直径小于衬体6直径80mm。

装置的尾部有分隔卸料部件与离心腔8固定或呈法兰连接。分隔卸料部件由一个分隔筒19、一套含有平管13和立管9的输液管道、一个出气道12、一个花板11、一个卸浆仓14、一个卸灰仓15、一个弯头16出口与出口法兰组成。分隔卸料部件通过花板11与离心腔8壳体法兰连接。

分隔筒19为园筒，与离心腔8同轴，伸入离心腔8内正交连接在花板11上。分隔筒19高度为1.3倍的出气道12直径。

出气道12呈园筒状正交贯穿花板11，出气道12下与弯头16经转接环焊接连接，出气道12直径大于弯头16直径40mm。出气道12下段有一些环周分布的小孔，孔径小于8毫米。

出气道12入口附近有一园环形阻流台10，阻流台10直径为出气道12直径的0.3倍。一穿过阻流台10的立管9自出气道12中心伸入离心腔8内1.3倍的离心腔8直径的高度。

卸浆仓14固定在花板11下方，由一个斜截圆筒做外壁、加一个斜截板与出气道12和弯头16出口隔出，卸浆仓14的下部接出浆管和蝶阀。

在卸浆仓14外用一个园筒和一个斜板隔出卸灰仓15，侧下部接出灰管和蝶阀。花板11上有环形分布、直径30～60mm的园孔分别连通卸浆仓14与浆液收集区和卸灰仓15与干灰收集区。

有一个喷液头7连接在立管9上。立管9下部与平管组件连接连通。平管组件由平管13、滤网、管接头等组成。平管13正交贯穿出气道12并穿过卸浆仓14伸至外部与输液系统连接，并固定立管9。喷液头7上有多个雾化喷嘴呈伞形分布。

装置内有一个由环形曝气头、气门、管接头、密封螺母、气管等组成的曝气部件，安置在轴承箱2末端，管路自上部引入。

实施例二。

参见图1，是根据本发明技术方案一设计的一种顺流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。与实施例一不同的是不含有曝气部件21。

实施例三。

本发明的技术方案二是一种废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。

参见图2，是根据本发明技术方案二设计的一种逆流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。它含有一套传动部件、一个针轮5转子、一个离心腔8、一个衬体6、一个卸浆仓14、一个卸灰仓15、一套曝气部件21、一个喷液头7。

装置上部为离心腔8。离心腔8为直园筒状，其延伸长度是出口直径的10倍，离心腔8直径是出口直径的2.5倍。

离心腔8上部外围有一个卸浆仓14。卸浆仓14由一个园筒和上、下两个环形板围出，下部侧面开有出浆口17。卸浆仓14径向尺寸30mm。在离心腔8上部与卸浆仓14相应的范围环周壁开有园孔，园孔分布区下界距出气道12入口的距离为1.5倍出气道12直径，园孔直径为30mm。

装置下部为卸灰仓15和传动部件。卸灰仓1 5由一个花板11、两个斜截园筒和一个斜截环板组成，下部开有出灰口18。传动部件与卸灰仓15相贯螺钉连接在花板11上。花板11上有环形分布、直径30～60mm的园孔。轴承箱2伸入离心腔8内进气口3以上的距离。一个二极电机1与轴承箱2直连接。卸灰仓15通过花板11与上部离心腔8壳体法兰连接。

针轮5转子由金属丝或非金属丝针苗自一定的直径上环周呈辐射状分布挂苗、分层组成，呈园盘形，针轮5在离心腔8下部、进气口3上方一定距离与离心腔8同轴且有一定的间隙安置。

衬体6在离心腔8下部内壁附近同轴安置，衬体6局部内衬离心腔8，与离心腔8之间有100mm的间隙，与进气口3相贯对应，经耳片固定在花板11上。衬体6高度取离心腔8直径的0.8倍。衬体6上开直径20mm的园孔。针轮5直径小于衬体6直径80mm。

在离心腔8上端为出气道12。出气道12呈园筒状，正交贯穿固定于离心腔8上端板上。出气道12入口附近有一园环形阻流台10，阻流台10直径为出气道12直径的0.3倍。一穿过阻流台10的立管9自出气道12中心向下伸入离心腔8内1.3倍离心腔8直径的高度。立管9下部与平管组件固定连接连通。平管组件由平管13、滤网、管接头等组成。平管13正交贯穿出气道12伸至外部与输液系统连接。

在离心腔8上部距离出气道12入口大于1.5倍出气道12直径的范围内环周开有20mm的园孔，外围有一个坡口形园筒、两个园环和一个椭圆形环围出一个卸浆区，其下部侧面开有卸浆口。在离心腔8内与卸浆区的下界相应的位置安置有一个宽50mm的分隔环22。

有一个喷液头7连接在立管9上。立管9与离心腔8同轴。喷液头7上有多个雾化喷嘴呈伞形分布。

装置内有一个由环形曝气头、气门、管接头、密封螺母、气管等组成的曝气部件21，安置在轴承箱2末端。

实施例四。

参见图2，是根据本发明技术方案二设计的一种顺流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。与实施例三不同的是不含有曝气部件。

实施例五。

参见图1，是根据本发明技术方案一设计的一种顺流沉降式废气耦合净化装置，用于废气除尘、除油烟、除雾、去除或回收气体组分。与实施例一不同的是不含有曝气部件21，卸灰仓15处于花板11以上。