一种具有凹槽通道的湍流团聚室的制作方法

本实用新型属于超细颗粒物的脱除技术领域，具体涉及一种具有凹槽通道的湍流团聚室。

背景技术：

PM2.5是指空气动力学直径小于2.5μm的颗粒，也称为可入肺颗粒物，因富含大量有毒、有害物质且在大气中停留时间较长，对人体健康和大气环境有严重危害。由于燃煤锅炉工业用途较广，致使我国煤炭消耗量巨大，因此煤燃烧产生的细粒物是大气污染物的主要来源之一。近年来室外空气污染持续恶化，严重的雾霾天气已经影响到了人们的日常生活，不利于人们的身体健康。对于传统的除尘设备，如静电除尘器、布袋除尘器等对粒径大于2μm的颗粒具有很高的脱除效率，但是随着颗粒直径的逐渐减小，除尘效率也逐渐降低。因此在进入传统的除尘器之前，需要对其进行预处理，而颗粒团聚预处理技术则有很多种，包括声波团聚、蒸汽相变团聚、湍流团聚、电团聚、磁团聚、热泳沉积等。在这些团聚方法中，湍流团聚具有方法简单，运行成较低等众多有点，通过颗粒之间的相互作用使细颗粒发生湍流团聚而变成粒径较大颗粒，长大后的颗粒排放到传统除尘器中来进行脱除，这样可以有效的提高脱除效率。在目前的工业领域，应用细颗粒物的湍流聚并已经得到了很好的发展。

申请号为201520001792.4的实用新型专利提出了一种新型烟气除尘装置，包括设有颗粒聚并的前除尘室和设有布袋除尘、静电除尘或旋转电极除尘的后除尘室。前除尘室中包括若干块并列设置的挡板，当烟气流经挡板时会产生漩涡，通过湍流聚并形成较大颗粒。长大后的颗粒在后除尘室中，利用传统的除尘设备进行脱除。该实用新型在前除尘室设置并列布置的挡板虽然可以起到扰流的作用，但是由于挡板较长，几乎布满了整个团聚室，造成的阻力会很大，烟气流经挡板时会有很大的压力损失，不利于团聚室的稳定，并且较长的挡板设置在团聚室中，也增加了投资成本。

刘忠(刘忠.超细颗粒物聚并模型的比较研究[J].燃烧科学与技术,2012,(03):212-216.)提出了一种聚并器的物理模型，该聚并器内分为三个隔间，隔间前布置了两个形状为三角形的大涡片，在每个隔间内布置了六个形状为矩形的小涡片，且布置在烟气来流方向上，其模拟结果显示利用湍流团聚可以有效的使细颗粒物长大。其不足之处在于虽然随着隔间涡片数量的增加，颗粒的增长效果较为明显，但是由于扰流元件的增多，烟气流经时必会有很大的阻力，阻力增加的较多，并且大涡片、小涡片布置在团聚室中，使其团聚室结构较为复杂，而且隔间中每个小涡片间距较小，需提高烟气的入口速度。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的问题是，提供一种具有凹槽通道的湍流团聚室。该团聚室通过在外壁上设置对称凹槽，对称凹槽和三棱柱扰流件的相互配合，在团聚室中产生漩涡，进而更好的促进颗粒的凝聚，该团聚室扰流元件少，具有结构简单、操作方便、运行成本较低等优点。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种具有凹槽通道的湍流团聚室，该团聚室整体为长方体，关于来流烟气的方向成轴向对称，团聚室一端设有烟气入口，另一端设有烟气出口；烟气入口连接在脱硫设备后，在烟气出口处连接后续的除尘设备；在烟气入口右部的团聚室内设有一个三棱柱扰流件，所述三棱柱扰流件的俯视图为等腰三角形，三角形的顶点位于该团聚室的中心线上，底边垂直于烟气的来流方向；其特征在于：在三棱柱扰流件右部的团聚室的前、后外壁上对称设有若干个凹槽，位于前壁和后壁上的两个对称凹槽为一组，共有n组，n≥2，n组凹槽构成凹槽通道。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型团聚室沿烟气来流的方向成轴向对称设计，在烟气入口的右边设有三棱柱扰流件，三棱柱扰流件分流效果明显，左右具有较大速度梯度，可以在三棱柱扰流件右方形成两种方向相反的漩涡，小颗粒在漩涡的作用下相互碰撞，进而形成较大颗粒。

(2)本实用新型的团聚室外壁上，在三棱柱扰流件右边对称设置有若干组凹槽，这样的排布可以使充分混合的来流烟气在通过一组对称的凹槽之间时速度增大，且三棱柱扰流件分流后的两股流体在凹槽处汇集时会发生对撞，颗粒之间会发生强烈的相互作用。而当烟气流入一组的两个凹槽之间时速度较低，与中心线的烟气速度产生速度梯度形成漩涡，小颗粒在漩涡的作用线成长，经过几组凹槽的连续作用，颗粒的增长效果较为明显。

(3)本实用新型装置简单，只有三棱柱一个扰流元件，在团流室的外壁上对称设置凹槽，由三棱柱扰流件分流后的烟气流入到截面积变窄的团聚通道，会起到流体加速和促进两股流体对撞的效果。可以使颗粒的成长效果达到最佳，有利于节约成本；来流烟气通过前期的筛选混合，强化了扰动，提高了团聚效果，可有效地与传统的除尘设备相连，无需改变燃煤电厂的除尘结构，具有长远的发展前景。

(4)本实用新型中，三棱柱扰流件分流之后，布置一组凹槽使得烟气可以加速，在之后的烟气流动过程中，在烟气的主流线上没有扰流元件，而只有两侧的凹槽起到细颗粒物团聚的效果，相比之下，能显著减少阻力。

附图说明

图1为本实用新型具有凹槽通道的湍流团聚室一种实施例的立体结构示意图；

图2为细颗粒在实施例1中的团聚室内的速度矢量图；

图3为实施例1中团聚室团聚前后烟气中颗粒粒径分布图；

图1中：1-烟气入口；2-凹槽；3-烟气出口；4-三棱柱扰流件。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型做详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本实用新型具有凹槽通道的湍流团聚室(简称团聚室，参见图1)整体为长方体，关于来流烟气的方向成轴向对称，团聚室一端设有烟气入口1，另一端设有烟气出口3；烟气入口连接在脱硫设备后，在烟气出口处连接后续的除尘设备；在烟气入口右部的团聚室内设有一个三棱柱扰流件4，所述三棱柱扰流件4的俯视图为等腰三角形，三角形的顶点位于该团聚室的中心线上，底边垂直于烟气的来流方向；在三棱柱扰流件4右部的团聚室的前、后外壁上对称设有若干个凹槽2，位于前壁和后壁上的两个对称凹槽为一组，共有n组，n≥2，n组凹槽构成凹槽通道，该凹槽通道即为团聚通道。

本实用新型的进一步特征在于等腰三角形的中心与烟气入口处的距离为该团聚室总长度的1/7，第一组凹槽距烟气入口处的距离为该团聚室总长度的1/4-1/3，相邻两组凹槽之间的距离相等，且为该团聚室总长度的1/7。

本实用新型的进一步特征在于n＝3～5。在实际的工业生产过程中，不同负荷条件下，烟气中颗粒的数量会有很大的差异，若流速较大，可适量加凹槽对数或者增大不同组凹槽在烟气来流方向上的间距，这样可以使细颗粒物在漩涡中充分混合。

本实用新型的进一步特征在于所述凹槽在俯视图中的形状为矩形或者三角形，能更好的处理细颗粒物的团聚。

本实用新型具有凹槽通道的湍流团聚室脱除超细颗粒物的方法步骤是：

(1)来流的高温烟气以5m/s的速度进入到团聚室内，在团聚室中，烟气通过扩散作用，与自身的小颗粒发生碰撞混合。

(2)混合后的烟气流绕过三棱柱扰流件4，三棱柱扰流件既有扰流，也有让分流后的流体加速碰撞的效果，此时烟气的速度会发生改变，三棱柱扰流件后边烟气的速度较小，这样会产生较大的速度梯度，在三棱柱扰流件的后方会形成两个方向相反的漩涡，粒径较小的颗粒在漩涡中碰撞形成粒径较大的颗粒。

(3)经三棱柱扰流件分流的烟气流入到团聚通道区域，每组凹槽由于向团聚室内部凸起，致使团聚室的宽度变窄，当烟气沿中心线流过时速度会增大，由于三棱柱扰流件分成了两股流体，流体汇集在第一组凹槽处时，烟气中细颗粒物会发生碰撞，颗粒与颗粒之间发生强烈的相互作用，从而有助于颗粒成长。在一组两个对称的凹槽之间的区域，由于宽度变宽，两边烟气速度较低，中心线的烟气与凹槽之间的烟气会形成较大的速度梯度，从而形成漩涡，细颗粒在漩涡中通过碰撞长大为大颗粒。

(4)经过三棱柱扰流件和凹槽扰流的烟气在之后的团聚室内充分混合，从烟气出口流出，与烟气出口连接的除尘设备进行脱除。

粒径为0.5μm以下的颗粒经过本实用新型团聚室处理后，大部分的超细颗粒物可团聚为粒径为2-6μm的大颗粒物，在团聚时，后边添加传统的除尘器可以有效的进行脱除。

该团聚室还可以脱除一些重金属元素。燃煤燃烧所产生的烟气中含有细颗粒物、二氧化硫，重金属和水蒸气，在以一定的速度通过三棱柱扰流件后，由于前后存在较大的速度梯度会产生漩涡，速度较大的蒸汽和重金属元素会发生反应结合在一起，随着后续的脱除装置进行脱除。

实施例1

本实施例整体为长方体，关于来流烟气的方向成轴向对称，团聚室一端设有烟气入口1，另一端设有烟气出口3；烟气入口连接在脱硫设备后，在烟气出口处连接后续的除尘设备；在烟气入口右部的团聚室内设有一个三棱柱扰流件4，所述三棱柱扰流件4的俯视图为等腰三角形，三角形的顶点位于该团聚室的中心线上，底边垂直于烟气的来流方向；在三棱柱扰流件4右部的团聚室的前、后外壁上对称设有若干个凹槽2，位于前壁和后壁上的两个对称凹槽为一组，共有n组，n＝3，n组凹槽构成团聚通道。

所述团聚室的总长为1050mm，宽为300mm，高为200mm。

所述腰三角形的中心与烟气入口处的距离为150mm，三角形的底边边长为80mm。

所述团聚室中的凹槽的俯视图为正方形，正方形的边长为50mm，第一组凹槽距烟气入口处的距离为300mm，每组凹槽之间的间距为150mm。

图2为细颗粒在本实施例团聚室内的速度矢量图。图中显示了锅炉排放出的烟气以5m/s的速度喷入到团聚室中进行充分的混合，当烟气遇到三棱柱扰流件之后，会产生分流，三棱柱扰流件前后会有较大的速度梯度，在三棱柱扰流件后方会产生两个方向相反的漩涡，小颗粒会卷入到漩涡中并与其它颗粒产生强烈的相互作用，最后成长为较大颗粒后离开漩涡排放到后续的流场中。三棱柱扰流件的右方会有三组大小相同的凹槽，在每组凹槽与凹槽之间，由于宽度变宽，此处烟气速度较低，中心线的烟气与凹槽之间的烟气会形成较大的速度梯度，进而在凹槽处产生漩涡，烟气中的细小颗粒在漩涡中湍流团聚，随着流动的烟气排放到团聚室的尾部，并经过传统的除尘器进行脱除。

图3为团聚室团聚前后烟气中颗粒粒径分布图。如图3所示，该图中横坐标代表颗粒粒径，纵坐标代表颗粒数密度百分比。在没有聚并之前，大部分颗粒的粒径低于1μm，波峰介于0.2-0.3μm之间，颗粒数密度占到了32％。经过团聚之后，曲线波峰明显往右移动，波峰介于2-2.5μm之间，颗粒数密度占到了21％。通过该图可以看出，通过应用该团聚室，细颗粒物长大效果明显。

本实用新型中所述前后左右等方位词语是一个相对概念，定义烟气入口1所在方向为左，烟气出口3所在方向为右，设有凹槽的团聚室外壁为前后方向。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。