折流板式除沫器技术分析与应用_魏化中

折流板式除沫器技术分析与应用

魏化中　郭丽华(武汉化工学院机械工程系,武汉430074)

摘　要　对一种新型除污设备折流板除沫器结构性能及压力降、分离率、除垢等技术问题进行分析,并对其应

用与开发进行了探讨。

关键词　折流板式除沫器　再分离　压力降

近年来,国外一种新型除污设备折流板式除沫器广泛应用工业生产中,该设备能有效地从气流中分离出所携带的微小液滴和固体颗粒,从而改善生产工艺条件或减少环境的污染。由于分离器的材料、尺寸和结构多种多样,并具有高效节能、工作稳定性好,能适于高气速、高液载及各种粘性液体,坚固耐久的结构和常规设计等特点,广泛应用于冶金、化工、炼油等许多工业领域,如吸收器、精馏塔、蒸发器、除尘器、蒸汽锅炉等工艺设备中。1　结构

折流板式除沫器是由大量平行的V 型折流板组成的一种气沫分离装置。除沫器中V 型折流板组成的弯道引起流体流动方向急剧变化,使具有较大惯性的液滴和固体颗粒与折流板壁碰撞而从流动的气体中分离出来,而气体由于折流板之间构成的流道宽敞而畅通,因而能顺畅通过。这种结构不易结垢,并能无限制的排污,体现出优越的性能。对于特定的工艺要求,折流板的空间、通道的数量、通道拐角的大小和结构、排污沟的个数都是重要的设计参数。

折流板式除沫器有两种基本的分离流动方式:平行逆向流动和垂直流动。垂直流动的结构中一般在折流板凸起部,与流道垂直方向设有导流沟装置使分离的液体沿其流至装置底部,这种方式能允许更大的工作容量,大量的液滴、固体在第一次撞击时就被排出,接下来的撞击可使它们全部消除,从而提高了工作效率,其工作原理示意图见图1

。

图1　工作原理流动方式示意图

2　主要技术问题

2.1　压力降

折流板式分离器的压力降较小,一般随着折流板间距的减少,折流板方向变化的增多气体速度和密度的增大以及折流板厚度的增加,压力降将增大。

△P =K ·d g ·U 2

g

式中:K 结构系数,与折流板的形态和结构有关; d g 气体密度; U g

气流速度。

压力降与气速的特性曲线如图2所示

。

图2　压力降与气速的特性曲线

2.2　再分离现象及控制

折流板式除沫器的能力是由再分离现象控制的,当折流板中的气体流速过低,惯性分离过程难以开始;当气体流速在工作设定范围,在折流板进口附近处形成的液滴一般在它们达到出口之前被分离排出;当气体流速较高并超出某一临界值时,已积聚在折流板出口区域的液滴在排出前会发生再分离现象。这时拉力、重力对液体的表面张力一起作用于液滴,使之与折流板分离并随高速气流一起流动,使分离器失效。考虑到液滴分离时各种不同力的平衡以及极限速度,一般用一个无因次的再分离系数来控制再分离现象。

R n =F 4

s

e d l g

式中:F S =U g d

g 与气速有关的因子;

g

重力加速度;

34湖北化工1999年第2期

d

l 液体密度; e

液体表面张力; U g

气体速度;

d g 气体密度。

当R n 大于某一极限值时,再分离现象发生。R n 的极限值能通过测量室温下空气-水体系中折流板的临界速度来确定。由产生再分离的临界速度及空气-水体系中的已知物性,可以确定(R n )临和(F n )临,这个临界再分离数可应用于其它体系和工作环境中来确定折流板的最大工作能力。液滴大小与分离率的特性曲线见图3

。

图3　液滴大小与分离率的特性曲线

2.3　折流板的除垢问题

当分离器用于某些工况时(如燃气去硫系统)会出现结垢现象。污垢使折流板的流通面积减小,导致

局部速度的增大,使流体阻力随气体速度的平方成正比地增大,并且导致再分离现象的发生,从而降低分离器的效果。设备运行中采用适当的技术除垢或避免产生结垢是必要的,因此有无结垢设计。在实际应用中,折流板装置常采用喷嘴清洗等方法除垢。2.4　折流板形状与结构设计

折流板的形状和结构直接影响分离效率和压力降的大小等。对于气、液、固物体不同的工艺条件,应采用不同的结构形式,以达到性能的最优化。折流板的结构设计理论上涉及到两相流体动力学、流体边界层理论和试验测试数据。目前不同结构分离器的实际性能和工艺参数范围需实验装置进行测

定,因此一个工艺参数域广、综合测试手段齐全、测试精度较高的实验室及相应的测试技术是非常必要的。3　应用与开发

作为一种新型的除污设备,折流板式除沫器在气体流动状态变化较大的情况下分离效果仍能保持稳定,可进行无结垢设计,与其它分离器兼容,形状系列多,可选择多种不同材料制造设备,因此它有较宽的适应范围和应用领域。该分离器最适宜以下几种情况:

(1)控制大气中的烟气;

(2)消除或减少对设备造成腐蚀或阻塞的液滴;(3)回收有用液体;

(4)为下一步工艺操作提高气体的纯度;(5)从反应气体中分离出有害液滴,确保操作安全。

折流板式除沫器由于结构较复杂,加工制造技术要求较高,其流场复杂,液滴的大小分布测试较困难,

相关的技术参数从理论上精确计算较困难等因素,该

设备在我国至今尚未较好开发应用。因此,我们进一步研究和推广应用折流板式除沫器技术具有十分重要的意义。以下几方面值得研究:

(1)折流板式除沫器流道中流场的基本规律;

(2)折流板结构和性能的优化设计及方法;(3)相关测试技术和测试方法。

参考文献

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7　刘天宝主编.流体力学及叶栅理论.北京:机械工业出版社,19838　戴昌晖编著.流体流动测量.北京:航空工业出版社,1992

(收稿日期:1999-03-09)

Technical Analysis and Application of Flexichevron Mist Eliminator

W ei Huazhong Guo Lihua

Abstract :Technical analysis and applica tion of flexichev ro n mist eliminator is discussed in the paper in de-tail .

Keywords :flexichev ron mist elimina to r reentrainment pressure drop

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1999年第2期

魏化中等:折流板式除沫器技术分析与应用