一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管及单元和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管及单元和装置。上述降膜管包括圆管本体和位于圆管本体上的限流槽；限流槽底面上最低点和最高点距横截面圆边线的径向距离分别为0.3～5.9mm，0.1～1mm，限流槽的开槽角度为30～210°。上述单元包括分布板和上述非均匀降膜管；所述分布板包括顶部分布板和底部分布板。上述装置包括上述单元和导流通道；导流通道将多个单元交叉连通；底部分布板包括第二通孔；第二通孔的中心位于由相邻第一通孔组成的三角形几何中心。本发明专利技术有效降低了用水量，进而降低了循环输送水的能耗；并且通过设置限流槽，避免了过多的液膜布置；在限流槽的约束下形成稳定液膜，可承载较高气速而不容易发生雾沫夹带现象。

A non-uniform falling film pipe, unit and device applied to falling film dedusting

【技术实现步骤摘要】
一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管及单元和装置
本专利技术涉及洗涤除尘
，更具体地，涉及一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管及单元和装置。
技术介绍
近年来，随着国民经济飞速增长，社会对大气环境问题日趋关注。大气中含尘颗粒很大一部分来自冶金炼钢电炉和以原煤为燃料的锅炉，这些炉窑排放的尾气污染物对周围环境造成很大危害。国家对工业尾气的排放制定了愈发严苛的排放标准，2011年7月18日中国环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的最新《火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)》指出，对于燃煤电厂，尾气中颗粒物浓度由50mg·Nm-3(火电厂大气污染物排放标准，GB13223-2003)降低至30mg·Nm-3。对比修订前后的标准发现，其对工业尾气排放质量的规定日趋严格，这对尾气除尘技术提出了更高要求。工业尾气除尘按捕集机理可分为电除尘器、过滤除尘器和洗涤除尘器等。电除尘器利用静电力实现尘粒与气流的分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99％以上，但其投资较高，占地面积较大。过滤除尘器中含尘气流通过滤料时尘粒被分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90％～99％，但不适用于高温含尘气体。洗涤除尘的原理是用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，除尘效率为80％～95％，但其一方面经济性低，大量的能耗消耗在液相循环上；另一方面，使用液膜式除尘的装置由于液膜较薄，缺乏稳定液膜的能力，使得装置容易产生雾沫夹带，影响除尘效率。现有技术中有的采用机械除尘结合降膜除尘的技术方案，例如专利文件CN107971151B一种液膜式多管旋风除尘器，采用旋风除尘器和带有溢流槽的降膜除尘设备相结合，来提高除尘效率的同时降低能耗；也有采用平行错列排布的除尘单元和液滴预冷导流件等结构特征以实现延长污染气体流经路径，降低液滴雾沫夹带的技术方案，例如专利文件CN105688581A液膜除尘装置以及利用该装置的脱硫塔除尘整流系统。但是，上述技术方案都是在管本体的基础上添加了更多的部件，将具有不同特点的技术手段进行结合，这样无疑增加了设备的投入，在能耗上有时甚至有增无减。李季等人在《错排降膜阵列气液交叉流界面捕获PM2.5的传质类比模型》([J].化工学报,2014,65(11):4238-4245.)中采用了亲水性较好的聚对苯二甲酸乙二酯作为降膜引流导线以降低水量，在一定程度上提高了设备的经济性，但液膜稳定性不佳限制了气体流速。因此，目前仍缺少一种结构合理，既能保证除尘效率，同时又能降低能耗、经济性优越以及减少雾沫夹带的除尘结构和装置。
技术实现思路
本专利技术首要解决的是传统降膜除尘装置能耗高、经济性差，同时还容易产生雾沫夹带的技术问题，提供一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管。本专利技术需要解决的另一个技术问题是，提供一种配合上述非均匀降膜管使用的除尘单元。本专利技术需要解决的再一个技术问题是，提供一种含有多个上述除尘单元的非均匀降膜除尘装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案为：一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管，包括圆管本体和位于圆管本体外侧表面上的限流槽；所述限流槽包括底面和侧面；同一横截面内，所述底面上的最低点和最高点与截面圆边线在径向上的距离分别为0.3～5.9mm，0.1～1mm；所述侧面边线和截面圆边线的交点与圆心形成的限流槽开槽角度(以下简称开槽角度)为30°～210°。本专利技术中圆管本体的拟管径为限流槽未设置的情况下圆管的直径。本专利技术中截面圆为在横截面内圆管本体最外缘边线所确定的圆周，该圆周为完整的圆。本专利技术中限流槽底面上的最低点和最高点与截面圆边线在径向上的距离与底面形状有关。当限流槽底面为与圆管本体相匹配的弧形面时，底面上的最低点和最高点与截面圆边线在径向上的距离相等，即为限流槽的深度。本专利技术中限流槽开槽角度与雷诺数和气体绕圆柱流动的分离角有关。具体设计依据如下：气相流体横掠阵列圆柱流动时，圆柱表面边界层内会伴随产生压差，气相与圆柱壁面发生边界层分离现象，边界层分离位置即为分离点。分离点的位置与圆柱表现出雷诺数相关的对应关系。雷诺数越高气相流体与圆柱壁面发生边界层分离的位置越靠近气相流体的下游。当7<ReD<200时：式中θs为分离角，°；ReD为圆柱表观雷诺数；U为连续相流体主流速度，m·s-1；Dc为圆柱直径，m；ν为连续相流体运动粘度，m2·s-1。当圆柱为纯液柱时，在低雷诺数下含尘气体绕过圆柱爬流运动下，可依据圆柱捕获颗粒物的能力将圆柱表面分为3个区域：迎风区、逃逸区和背风区。本专利技术中，限流槽的设置在迎风区位置，即朝向液相流体流经的方向，具体设置参考后续的除尘单元中限流槽的朝向。颗粒物主要在迎风区被圆柱捕获，逃逸区对颗粒物的脱除较少；背风区位于气相流体与圆柱表面边界层分离点之后，气相流体与圆柱表面已发生边界层分离，不再捕获颗粒物。因此，非均匀降膜管的开槽角度应与分离角度相对应，但并不需要完全与分离角相同，因为当开槽角度越大时，虽然颗粒物脱除效率增加，但是稳定降膜所需液量增加导致输水能耗增加，设备运行经济性降低。因此开槽角度要同时考虑颗粒物脱除效率和输水能耗综合判断。所以，本专利技术中将限流槽侧面和截面圆边线的交点与圆心形成的限流槽开槽角度设置为30～210°。当分布板开孔直径与非均匀降膜管拟直径相同时，漏液区与非均匀降膜槽横截面相匹配，其入口处液膜外表面与限流槽外缘表面基本相同，重力作用下液膜流速缓慢增加，膜厚略微降低且液膜波动性缓慢增大，当液体下降至一定高度时，膜内液体所受重力与壁面对液体的剪切力平衡，流速保持不变，液膜厚度不再变化，本专利技术采用的下降高度即为降膜管管长，流体流动截面积可由下式求解：式中Qml0为单根降膜管液体质量流量，kg·s-1；uA为液膜内液体平均流速，m·s-1；Al为液体流通截面积，m2。液膜内平均速度可由下式求解：式中g为重力加速度，m·s2；δ为液膜厚度，m；ρl为液体密度，kg·m3；μl为液体粘度，Pa·s。在已知单根降膜管质量流量时，可通过上式得到液膜竖直向下流动时的液膜平均流速及膜内最大流动速度。若降膜流动时槽内液膜厚度相同时，单根圆柱工况下用水量与开槽角度成正比，如下式所示：将不同开槽角度降膜管的最低运行能耗进行分析计算，其中气相能耗为气相流体输送压降，液相能耗为循环水输送能耗。已知开槽角度范围时，可通过式(5)求解计算单根圆柱工况下的用水量，并可由下式求解运行能耗：aQvl＝Qvl0nall(7)Hm＝az0(8)wl＝HmQvlρlg(9)式中A为气相流通截面积，m2；h1为降膜管有效降膜高度，m；nall为装置不同开槽角度下除尘塔达到80％质量脱除率时所需的总非均匀降膜管数；a为装置层数；Qvl为装置单层所需循环水量，m3·s-1；Qvl0为单根非均匀降膜管用水量，m3·s-1；Hm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管，其特征在于，包括圆管本体(11)和位于圆管本体(11)外侧表面上的限流槽(12)；/n所述限流槽(12)包括底面(1201)和侧面(1202)；/n同一横截面内：所述底面(1201)上的最低点和最高点与截面圆(1101)边线在径向上的距离分别为0.3～5.9mm，0.1～1mm；所述侧面(1202)边线与截面圆(1101)边线的交点与圆心形成的限流槽开槽角度(1203)为30°～210°。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于降膜除尘的非均匀降膜管，其特征在于，包括圆管本体(11)和位于圆管本体(11)外侧表面上的限流槽(12)；
所述限流槽(12)包括底面(1201)和侧面(1202)；
同一横截面内：所述底面(1201)上的最低点和最高点与截面圆(1101)边线在径向上的距离分别为0.3～5.9mm，0.1～1mm；所述侧面(1202)边线与截面圆(1101)边线的交点与圆心形成的限流槽开槽角度(1203)为30°～210°。


2.根据权利要求1所述的应用于降膜除尘的非均匀降膜管，其特征在于，所述圆管本体(11)的拟管径和管长分别为：2～5mm，300～400mm；同一横截面内：所述底面(1201)上的最低点与截面圆(1101)边线在径向上的距离为0.3～4.4m；所述限流槽开槽角度(1203)为60°～120°；所述底面(1201)与侧面(1202)形成的夹角(1204)为60°～120°。


3.根据权利要求1或2所述的应用于降膜除尘的非均匀降膜管，其特征在于，所述底面(1201)为平面或弧形面。


4.根据权利要求3所述的应用于降膜除尘的非均匀降膜管，其特征在于，所述限流槽(12)的数量为1个或多个。


5.一种非均匀降膜除尘单元，其特征在于，包括分布板和根据权利要求1～4任意一项所述的应用于降膜除尘的非均匀降膜管；
所述分布板包括顶部分布板(21)和底部分布板(22)；
所述顶部分布板(21)设...

【专利技术属性】
技术研发人员：余徽，刘泽坤，魏文韫，熊国栋，熊波，杨雅琪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51