板式分离装置及其曲面板的制作方法

本发明涉及流体转折装置领域，特别涉及板式分离装置及其曲面板。

背景技术：

板式分离装置作为气液气固分离装置的一种，广泛应用于工业生产中。板式分离装置包括并列设置的曲面板，相邻曲面板之间形成弯折的流体通道，待处理的气体通过流体通道时，气体内惯性较大的液滴与曲面板壁碰撞附着在曲面板上，同时在经过弯折的流体通道时，在离心力作用下也能够使液滴附着在曲面板上，然后液滴顺着曲面板流下，实现气液分离，但是液滴始终处于流体通道内，在流动的过程中受流体的影响容易被吹散再次被待处理流体带走，而对于气体中夹带的固体颗粒，同样容易被气流带走，造成分离效果差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种板式分离装置，以解决目前的板式分离装置分离效果差的问题；另外，本发明的目的还在于提供一种上述板式分离装置所使用的曲面板。

为实现上述目的，本发明的板式分离装置的第一种技术方案为：板式分离装置包括至少两个曲面板，所述曲面板上设有供气流通过的气流凹槽和与气流凹槽连通的分离凹槽，相邻曲面板的相对面上的分离凹槽相对合并围成供气流中待分离物质进入的分离通道，气流凹槽上设有与分离凹槽连通以使待分离物质进入分离通道的分离口。

本发明的板式分离装置的第二种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第一种技术方案的基础上，所述相邻曲面板的相对面上的气流凹槽相对合以围成与分离通道连通的气流通道，所述分离凹槽设置在所述气流凹槽的槽口口沿处并与该气流凹槽开口方向一致。

本发明的板式分离装置的第三种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第二种技术方案的基础上，所述气流凹槽和分离凹槽均为螺旋型凹槽，气流凹槽和分离凹槽具有共用的基准线，所述基准线为圆柱螺旋线，所述气流凹槽的槽壁面和分离凹槽的槽壁面均为基准线按照设定轨迹平移后经过的曲面。

本发明的板式分离装置的第四种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第三种技术方案的基础上，所述曲面板上的气流凹槽设有至少两个，相邻的气流凹槽并列布置且开口方向相反以使曲面板的截面呈波浪状，所述分离凹槽设置在波峰或者波谷上。

本发明的板式分离装置的第五种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第四种技术方案的基础上，所述气流凹槽内设有槽内连通口，槽内连通口与该气流凹槽相背设置的分离凹槽连通，槽内连通口构成所述的分离口。

本发明的板式分离装置的第六种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第一种至第四种中任意一种技术方案的基础上，气流凹槽的槽口口沿处设有与分离凹槽连通的口沿连通口，口沿连通口构成所述的分离口。

本发明的板式分离装置的第七种技术方案为：在本发明的板式分离装置的第一种至第五种中任意一种技术方案的基础上，所述曲面板注塑成型或者由平面板压制成型。

本发明的曲面板的第一种技术方案为：曲面板上设有供气流通过的气流凹槽和与气流凹槽连通用于在相邻曲面板对合后围成分离通道的分离凹槽，气流凹槽上设有与分离凹槽连通以使待分离物质进入分离通道的分离口。

本发明的曲面板的第二种技术方案为：在本发明的曲面板的第一种技术方案的基础上，所述分离凹槽设置在所述气流凹槽的槽口口沿处并与该气流凹槽开口方向一致。

本发明的曲面板的第三种技术方案为：在本发明的曲面板的第二种技术方案的基础上，所述气流凹槽和分离凹槽均为螺旋型凹槽，气流凹槽和分离凹槽具有共用的基准线，所述基准线为圆柱螺旋线，所述气流凹槽的槽壁面和分离凹槽的槽壁面均为基准线按照设定轨迹平移后经过的曲面。

本发明的曲面板的第四种技术方案为：在本发明的曲面板的第三种技术方案的基础上，所述曲面板上的气流凹槽设有至少两个，相邻的气流凹槽并列布置且开口方向相反以使曲面板的截面呈波浪状，所述分离凹槽设置在波峰或者波谷上。

本发明的曲面板的第五种技术方案为：在本发明的曲面板的第四种技术方案的基础上，所述气流凹槽内设有槽内连通口，槽内连通口与该气流凹槽相背设置的分离凹槽连通，槽内连通口构成所述的分离口。

本发明的曲面板的第六种技术方案为：在本发明的曲面板的第一种至第四种中任意一种技术方案的基础上，气流凹槽的槽口口沿处设有与分离凹槽连通的口沿连通口。

本发明的曲面板的第七种技术方案为：在本发明的曲面板的第一种至第五种中任意一种技术方案的基础上，所述曲面板注塑成型或者由平面板压制成型。

本发明的有益效果为：本发明的板式分离装置的曲面板上设有气流凹槽和与气流凹槽连通的分离凹槽，相邻曲面板对合，对合后相邻曲面板的相对面上的分离凹槽相对合并围成供气流中待分离物质进入的分离通道，对待处理气体进行气液分离或者气固分离时，液滴或者固体颗粒依靠离心力经过分离口由气流凹槽进入分离通道内，进入分离通道内后的待分离物质由分离通道输送至设定的位置实现对待分离物质的分离，不会受到待分离气流的影响，解决了目前的板式分离装置分离效果差的问题。

进一步的，所述相邻曲面板的相对面上的气流凹槽相对合以围成与分离通道连通的气流通道，所述分离凹槽设置在所述气流凹槽的槽口口沿处并与该气流凹槽开口方向一致，方便分离凹槽的加工同时也方便曲面板装配。

进一步的，所述气流凹槽和分离凹槽均为螺旋型凹槽，气流凹槽和分离凹槽具有共用的基准线，所述基准线为圆柱螺旋线，所述气流凹槽的槽壁面和分离凹槽的槽壁面均为基准线按照设定轨迹平移后经过的曲面，形成的气流通道均为螺旋型通道，螺旋型通道内均能够形成离心力，进入气流通道的待处理气体在离心力的作用下能够将所含的待处理物质分离。

进一步的，所述曲面板上的气流凹槽和分离凹槽均由曲面板压制变形后形成，简化结构，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的板式分离装置的具体实施例的曲面板叠装后的结构示意图；

图2是本发明的板式分离装置的具体实施例的曲面板的基准线的示意图；

图3是本发明的板式分离装置的具体实施例的原始曲面板的结构示意图；

图4是本发明的板式分离装置的具体实施例的两个原始曲面板叠装后的结构示意图；

图5是本发明的板式分离装置的具体实施例的三个原始曲面板叠装后的结构示意图；

图6是本发明的板式分离装置的具体实施例的曲面板在xy平面上投影视图；

图7是本发明的板式分离装置的具体实施例的曲面板在xz平面上投影视图；

图8是本发明的板式分离装置的具体实施例的分离口位置布置图；

图9是本发明的板式分离装置的具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的板式分离装置的具体实施例，如图1至图9所示，板式分离装置包括并列设置的曲面板1，曲面板1上设有分离凹槽11和气流凹槽12，本实施例中的各曲面板叠装在一起，叠装后相邻曲面板1的相对面上的分离凹槽11相对合并围成供气流中待分离物质进入的分离通道101，分离通道101为封闭式通道，分离通道101在沿气流流向上的末端封闭，防止进入分离通道内的气流对进入分离通道内的待分离物质产生影响。

本实施例中，相邻曲面板1上的相对面上的气流凹槽12相对合并围成与分离通道101连通的气流通道102，气流通道102也是封闭式通道。本实施例中的分离凹槽11设置在气流凹槽12的槽口口沿处并与对应的气流凹槽12的开口方向一致。气流凹槽12设有多个，并且相邻的气流凹槽12开口方向相反使得曲面板的截面呈波浪形，分离凹槽11设置在波峰或者波谷上。本实施例中的曲面板压制变形后形成，相邻的两个开口一致的气流凹槽12的槽壁围成另一个开口相反的气流凹槽12。气流凹槽12有正面气流凹槽121和反面气流凹槽122，相邻两个正面气流凹槽121之间形成反面气流凹槽122。曲面板1由平面板压制成型，气流凹槽12和分离凹槽11在平面板压制成型时形成。其他实施例中，曲面板为塑料材质时也可以注塑成型，曲面板为金属材料时还可以铸造成型。

气流凹槽12的槽口口沿处设有与分离凹槽11连通的口沿连通口，气流凹槽12内设有槽内连通口，槽内连通口与该气流凹槽相背设置的分离凹槽11连通。本实施例中的口沿连通口和槽内连通口构成气流凹槽12上与分离凹槽11连通以使待分离物质进入分离通道101的分离口。

本实施例中的气流凹槽12和分离凹槽11均为螺旋型凹槽，气流凹槽12和分离凹槽11具有公用的基准线100，如图2所示，基准线100为圆柱螺旋线，气流凹槽12的槽壁面和分离凹槽11的槽壁面均为基准线按照设定的轨迹平移后经过的曲面，本实施例中，基准线100的端部在气流凹槽12的截面所在平面内的轨迹为波浪线。

图2所示为基准线的示意图，为了便于理解，以基准线的轴线端点为零点建立xyz三维坐标，以基准线的延长方向为y方向、以气流凹槽12的开口方向为z方向、以曲面板的横向为x方向建立三维坐标系，基准线100的圆柱半径为a，基准线100的螺距为λ1，图2中仅显示出了圆柱螺旋线的一个螺距。

本实施例中，基准线100在xy平面和yz平面内的投影分别为正弦函数曲线和余弦函数曲线。

构造基准线100在yz平面内的余弦函数：z(y)=f1(y)=a*cos(y/λ1*2π)。

其中，λ1为余弦函数的波长，a为余弦函数的振幅。y/λ1表示在y轴方向上，长度y对应的余弦函数的周期数。y/λ1*2π表示的对应周期数下的相位角，余弦函数的初始相位角取0。

构造基准线100在xy平面内的正弦函数：x(y)=f2(y)=a*sin(y/λ1*2π)。其中，λ1为正弦函数的波长，a为正弦函数的振幅。和yz平面内的余弦函数的参数相同，正弦函数的初始相位角取0。

为了便于对曲面板1的结构的理解，下面首先建立曲面板原始模型，即曲面板未成型分离凹槽11之前的模型：

如图3和图4所示，同一个原始曲面板10上的各气流凹槽120共用一条基准线101，气流凹槽120的槽壁的截面为平行于xz平面内的正弦函数曲线，即基准线101的端点的轨迹为处于xz平面内的正弦函数曲线，构造基准线端点的轨迹的函数曲线：z(x)=f3(x)=b*sin(x/λ2*2π)，上下位置不同的原始曲面板的函数曲线在z方向上的初始值、初始相位角不同。

其中，λ2为该正弦函数的波长，b为该正弦函数的振幅，b的值大于0。x/λ2表示在x轴方向上，长度x对应的正弦函数的周期数。x/λ2*2π表示对应周期数下的相位角，初始相位角取0。

基准线端部轨迹的函数曲线的幅值b接近基准线在yz平面的余弦函数的幅值a的值，b的值应当取0.5a~2a。

原始曲面板10在弯曲变形后在曲面板10的正面形成正面气流凹槽1201，同时在反面形成反面气流凹槽1202，原始曲面板10的截面形状呈波浪形，相邻两个正面气流凹槽1201的连接处位于波浪形的顶部，波浪形顶部的相邻反面气流凹槽1202的连接处位于波浪形的底部，处于波浪线顶部即基准线端点轨迹的函数曲线的波峰处对应的一条圆柱螺旋线为顶缘线1203，处于波浪线底部挤基准线端点轨迹的函数曲线的波谷处对应的一条圆柱螺旋线为底缘线1204。

如图4所示为两个原始曲面板10的组合图，相邻两个原始曲面板10的区别仅在于两个原始曲面板10的基准线端部轨迹的函数曲线不同，两个原始曲面板10沿z方向布置，板间距c=2b，相邻原始曲面板10的基准线端部轨迹的函数曲线的相位差为π，相邻板件能够形成封闭的气流通道1020。气流凹槽120的槽壁面为基准线按照设定轨迹平移后经过的曲面，气流通道1020是两个原始曲面板10相对面上的气流凹槽12的槽口相对后围成的通道，气流通道1020具有通道中心轴线，通道中心轴线也是圆柱形螺旋线。本实施例中的不同原始曲面板10上的气流凹槽120的槽型、大小均由基准线和端部的运动轨迹函数曲线控制，由于不同原始曲面板10上的基准线的线型相同，并且基准线的端部的运动轨迹的函数曲线仅在于相位的差别，因此不同曲面板上的气流凹槽12的槽型、大小均相同。

在相邻两个原始曲面板10对合后，两个原始曲面板10上对应的气流凹槽120围成封闭的气流通道1020，仅对相对应两个气流凹槽120来说，两个相对应的气流凹槽120对合后可以分别看作是一个螺旋管，螺旋管的中心轴线为圆柱形螺旋线。对合后的两个原始曲面板10通过相互对合的气流凹槽120的槽口口沿相互抵住支撑，即相邻原始曲面板10上的顶缘线1203和底缘线1204相互抵住布置，如图4所示，上原始曲面板的底缘线和对应的下原始曲面板10的顶缘线相互重合抵住，可以显著提高曲面板间固定的稳定性。两曲面板之间形成多个气流通道1020，增强对流体的扰动性。

根据上述两个原始曲面板10的组合原理，如图5所示为三个原始曲面板10组合后结构示意图，三个原始曲面板10沿z方向布置，板间距为c，相邻原始曲面板10的基准线端部轨迹的函数曲线的相位差为π，相邻原始曲面板10能够形成封闭的气流通道1020。如图5所示，图中显示出了三个曲面板间形成了多个相互隔离的气流通道1020。构建图5中的底部曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线：z1(x)=f3(x)，中间曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线为：z2(x)=f3(x+λ2/2)+c，顶部曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线为：z3(x)=f3(x+λ2)+2c。

上述内容为曲面板的原始模型，本实施例中的曲面板的结构与上述区别仅在于：

图6给出了曲面板在xy平面上投影视图，图7给出了曲面板在xz平面上的截面图，为了便于理解，对曲面板的边截取为矩形，基准线端点轨迹的函数曲线的波峰和波谷处均设置分离凹槽11，为了方便理解，处于波峰处的分离凹槽为波峰分离凹槽11a，处于波谷处的分离凹槽为波谷分离凹槽11b，如图6和7所示，气流凹槽12处于两个波峰分离凹槽11a之间，气流凹槽12与波峰分离凹槽11a的左侧连接处对应一条圆柱螺旋线为左顶缘线123，由于曲面板的槽壁面均为基准线平移后经过的曲面，本实施例中的曲面板上的左顶缘线、右顶缘线等圆柱螺旋线的圆柱半径和螺距与基准线的圆柱半径和螺距相同，左顶缘线、右顶缘线等圆柱螺旋线平移后均能够与基准线重合。气流凹槽12与波峰分离凹槽11a的右侧连接处对应一条圆柱螺旋线为右顶缘线124，气流凹槽12与波谷分离凹槽11b的开口朝向相反，处于波谷分离凹槽11b的槽口两侧的分别对应一条圆柱螺旋线为左底缘线125和右底缘线126。对于波峰分离凹槽11a，波峰分离凹槽11a内的底部对应一条圆柱螺旋线为分离凹槽底缘线111；对于波谷分离凹槽11b，波谷分离凹槽11b的顶部对应一条圆柱螺旋线为分离凹槽顶缘线112。对于波峰分离凹槽，左、右顶缘线宽度为e，顶缘线与底缘线处内凹的幅值为d，波谷分离凹槽与波峰分离凹槽的结构相同。

构建图1中的底部曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线：z11(x)=f4(x)，中间曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线为：z21(x)=f4(x+λ2/2)+c，顶部曲面板的基准线端点轨迹的函数曲线为：z31(x)=f4(x+λ2)+2c，此处构建的f4(x)只是用于表示出三个曲面板之间的相对位置关系，故不再给出具体的函数式。

在图6和图7的基础上，图8给出了槽内连通口和口沿连通口的分布图，在基准线的正面投影的正弦函数的每个周期内，在[0，α]、[2π－α，2π]区间内（α取值优选1/3π±1/6π间），槽内连通口为设置在处于波峰处的分离凹槽11a的底缘线111处的切向口128，切向口的方向与气流方向基本一致，气流方向按照图2中给出的基准线沿y轴正方向流动。

在[1/2π-α，1/2π+α]区间内，在右顶缘线124和左底缘线125处布置多个横向内凹槽127，右顶缘线124和左底缘线125处横向内凹槽127对应布置，横向内凹槽127的槽深不超过分离凹槽顶缘线112、分离凹槽底缘线111处内凹的幅值；[π－α，π+α]区间内，槽内连通口为设置在波谷处的分离凹槽的分离凹槽顶缘线112处的切向口128，切向口128方向与气流方向基本一致；[3/2π-α，3/2π+α]区间内，在左顶缘线123和右底缘线126处布置多个横向内凹槽127，左顶缘线123和右底缘线126处横向内凹槽127对应布置，横向内凹槽的槽深不超过分离凹槽顶缘线112、分离凹槽底缘线111处内凹的幅值。本实施例中的口沿连通口为横向内凹槽127的横向开口。

在相邻曲面板片形成的气流通道102的上、下、左、右分别有一个分离通道101，如图1所示。在圆柱螺旋线正面投影正弦函数的每个周期内，在[0，α]、[2π－α，2π]区间内，气流通道102与上侧的分离通道101间通过槽内连通口相通；在[1/2π-α，1/2π+α]区间内，气流通道102与右侧的分离通道101间通过口沿连通口相通；在[π-α，π+α]区间内，气流通道102与下侧的分离通道101间通过槽内连通口相通；在[3/2π-α，3/2π+α]区间内，气流通道102与左侧的分离通道101间通过口沿连通口相通。口沿连通口、槽内连通口均布置于圆柱螺旋线形的气流通道102的外弧线处。而对于分离通道101，与口沿连通口、槽口连通口沿气流进入方向相对的一侧均不设置开口，防止进入的待分离物质直接飞出。

气流通道为螺旋型通道，气流通道内湍流度较大，待分离物质在气流通道内能够获得较大的离心力，能够快速进入分离通道被分离出来。

下面以具体的应用方式说明本发明的板式分离装置：

第一种应用方式，高温烟气除尘：对于高温烟气除尘，特别是烟气温度高于200℃的除尘，水膜水雾除尘、袋式除尘、湿式电除尘器均无法使用；电除尘器除尘效率低、造价高昂，鲜有使用；旋风式除尘器处理容量有限，不适宜用于大流量烟气处理。

本发明的板式分离装置布置于燃煤电厂scr脱硝装置前。如图9所示，板式分离装置包括壳体3和处于壳体3底部的收集斗31，壳体3内布置有曲面板1，曲面板1叠装后气流通道102和分离通道101上下延伸。壳体3上的进气口32处于底部，底部还设有用于喷入除尘除雾介质的存储器4，存储器4连接有流量泵5，流量泵5用于将存储器4内的除尘除雾介质抽出并泵送至气流通道102内，气流通道102内设有与流量泵连通的雾化嘴7，用于雾化除尘除雾介质。图8中气流通道和分离通道为简化后的示意图，气流通道和分离通道实际为螺旋状。本实施例中，分离通道101的上端通过密封塞6封闭，防止气流带出分离后的物质，壳体3的顶部设有出气口33，经过处理的气体从出气口排除。

经过曲面板1除尘后，烟气中的大颗粒物和部分细颗粒物得以脱除，能够有效降低颗粒物对于脱硝装置的磨损，减小脱硝装置上的积灰，提高脱硝装置效率。同时，在板式分离装置的气流通道之前，或者各个气流通道内，布置喷氨喷嘴。氨气和烟气在除尘器内可以得到充分的混合，提高氨气和氮氧化合物的混合均匀性，提高scr装置的脱硝效率，减小氨逃逸。由于烟气和氨气在本发明的板式分离装置的气流通道102内能够充分混合，故氨气喷嘴朝后喷入流道内，喷嘴前可以布置小型遮挡物，避免烟气中的灰尘堵住氨气喷嘴。

第二种应用方式，用于含液滴细颗粒物气体的除雾除尘：

用本发明的板式分离装置可用作除雾除尘器，可以有效提高除雾除尘效率。对于已有的板式除雾器，改造成本非常低廉。当待处理气体中含酸性气体或液滴的情况下，在除雾除尘器前布置碱性溶液雾化喷射装置，向待处理气体中雾化喷入碱性溶液，可以进一步提高深度脱除酸性气体或液滴的能力，雾化喷射装置所喷射的细小液滴可以被除尘除雾器有效捕捉。同样道理，当待处理气体中含碱性气体或液滴的情况下，在除雾除尘器前布置酸性溶液雾化喷射装置，向待处理气体中雾化喷入酸性溶液，可以进一步提高深度脱除酸性气体或液滴的能力。特别是燃煤电厂进行“超低排放”改造之后，脱硫塔除雾器之前的烟气中的含尘量显著下降，加之喷入碱性脱硫剂溶液，基本不会发生除雾器的堵塞问题。

第三种应用方式，用于含液滴蒸汽的气液分离装置：

在核电的蒸发器、蒸汽二次加热器上，在常规汽包锅炉的汽包内，通常采用折板式气液分离装置。采用本发明的板式分离装置进行气液分离，由于分离出的液体通过分离通道排出，不会造成二次携带问题，可以实现更高效的气液分离效果。

本发明的曲面板的具体实施例，曲面板的结构与上述板式分离装置的具体实施例中所述的结构相同，不予赘述。

本发明的板式分离装置及其曲面板的其他实施例中，上述曲面板还可以是波浪形板，上述分离凹槽和气流凹槽在其延长方向上可以呈波浪形；上述气流通道和分离通道之间可以仅通过口沿连通口连通，当然也可以仅通过槽内连通口连通。