一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置

摘要

本发明系用于液化天然气加热气化和天然气加热、除尘、集中空调系统等领域的一种装置结构。一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置，在容器(3)内设置一个与垂直向下的气流进气管(2)连通的锥形喷口(4)，喷口(4)下方为液体(6)，呈倒置伞状的气流旋水子(5)下部浸没于液体(6)，在容器(3)内壁与进气管(2)和喷口(4)外壁间形成的通道上，引出气流出口(1)；所述气流旋水子(5)的中间为向上突起尖顶(5a)，继而为由尖顶向边缘延伸的以某种曲线形状先向下至边缘后再略向上弯曲的弧形曲面(5c)；所述气流旋水子(5)外圈的水平投影与喷口(4)水平截面形状一致，为圆形或多边形。本发明结构简单，无活动部件，适用于多种强化传热，除尘、加湿净化等功能，提高热效率和除尘效率。

说明书

技术领域

本发明系用于液化天然气加热气化和天然气加热领域、除尘领域、集中空调系统领域等的一种装置结构，具体是涉及引导高速气流切向冲击液面形成含湿涡旋气流的方式进行加热、除尘、加湿净化等功能。

背景技术

当今世界节能减排是头等大事，我国也将其作为基本国策而予以高度重视。

一、就节能而言，提高各种换热装置的热效率是关键技术之一。液化天然气加热气化炉和天然气加热炉是天然气工业中应用广泛的加热装置，在天然气作为清洁能源而日益受到重视的今天，提高这类装置的热效率是急待解决的问题。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本，这是其优点，但在使用时，仍需将其先加热气化成工艺所需压力温度下的天然气，才能供工程实际使用，因此液化天然气供气的系统中，必须有加热气化装备，其中的主要装置就是液化天然气加热气化炉。现有的中小型加热气化装置有水加热型气化装置、浸没式燃烧加热型气化装置、空气加热型气化装置、中间载热介质型气化装置、蒸汽加热型气化装置等，以上所述的若干液化天然气气化加热装置，各有特点，各有优缺点，也各自适应于一些场合，但是一般均采用了常规传统观念的加热、传热部件、结构和装置，产生的传热效果均不甚理想，空气加热型气化装置受环境条件的影响较大，在低温气候时，会大大影响气化量；蒸汽加热型气化装置需要蒸汽汽源，增大了运行费用等。在全球提倡追求高效节能的今天，本领域希望有结构简单，投资较低，热效率高的加热气化工作部件和装置问世。

二、就减排而言，工业烟尘及废气是影响我国大气环境质量的主要污染源之一，治理和控制烟尘的排放势在必行。消除排放气流中的固体微粒和有害成分，如油雾、二噁英、苯酚、硫氧化物、氮氧化物等，是治理环境污染的关键技术之一。除尘装置是对锅炉、抄药机、铸造车间、砖窑炉、木材加工、集中空调、油烟机等各种作业排放的废气进行除尘处理的设备，常用的除尘装置有旋风除尘器、袋式除尘器、静电除尘器和挡板水膜除尘器等，这些除尘装置各有特点，各有优缺点，也各自适应于一些场合，但是由于粉尘颗粒的形状和粒径大小不同，如：木材加工中产生的小木块、刨花、木屑等粉尘，其质量重量相差较大，对这种混合粉尘仅用旋风分离器或布袋除尘器是不能很好解决除尘问题的，且除尘效率较低；又如：对锅炉和砖窑炉产生的烟气进行除尘时，由于烟气的温度较高，一般的除尘器不适用，通常采用水膜除尘方法，但由于水膜除尘装置的阻力较大，使引风机的电机功率增加，耗电量大，因除尘装置的除尘效率低、能耗大而影响节能。目前全球都非常重视节能减排和环境保护，因此，本领域希望有各种不同结构、不同除尘技术，且结构紧凑、除尘效率高、投资较低的除尘装置问世。

综合现有液化天然气加热气化、天然气加热、除尘、集中空调系统等领域的技术，能够提出一种新技术、新装置结构以完成加热、除尘、加湿净化等功能是十分需要的，使用该装置结构能控制气流的温度、湿度，对管路中低温液态气体进行加热，能对尘埃进行高效吸附除尘作业，也能对集中空调系统中的循环气流进行净化加湿作业。

发明内容

本发明的目的是要提供一种引导高速气流切向冲击液面形成含湿涡旋气流的装置，在此过程中完成强化传热，除尘、除有害物质，加湿净化等功能，适用于液化天然气和天然气加热等需控制烟温的场合，适用于捕捉较小颗粒尘埃，除尘效率高，能量消耗较小的场合。

本发明的目的是由如下结构来实现的：

一种引导气流切向冲击液面产生含湿气流的装置，其特征在于：在容器内设置一个与垂直向下的气流进气管连通的锥形喷口，喷口的下方为液体，呈倒置伞状的气流旋水子的下部浸没于液体的液面，在容器的内壁与进气管和喷口的外壁间形成的通道上，引出一个气流出口；

所述气流旋水子的中间为向上突起尖顶，继而为由顶尖向边缘延伸的以某种曲线形状先向下至边缘后再略向上弯曲的弧形曲面；

所述气流旋水子外圈的水平投影与喷口水平截面形状一致，为圆形或多边形。

进一步，所述喷口为锥形渐缩喷口。

再进一步，所述喷口为圆锥形渐缩喷口或矩形狭缝式渐缩喷口。

进一步，所述喷口与气流旋水子尖顶之间的距离为喷口至喷口气流的射流核心顶端距离L的±10％以内。

进一步，所述气流旋水子外圈的水平投影和喷口水平截面形状为圆形或多边形。

进一步，所述容器的横截面与气流旋水子外圈的水平投影及喷口水平截面形状一致。

进一步，在所述气流旋水子的曲面最低处开设若干小孔。

进一步，所述气流旋水子曲面所依据的曲线是抛物线、圆弧或双曲线等弧形曲线。

进一步，所述喷口喷出的气流速度应大于20m/s。

进一步，所述的液体是水。

采用本发明技术方案，包括气流旋水子技术的装置，当气流向下冲击气流旋水子时，在弧形曲面的引导下，形成向上翻卷的气流，并卷吸飞溅起的液滴形成气流与水雾(用于高温气流时还有蒸汽)混合翻卷的含湿气流，当用于加热装置时，含湿气流不仅强化了传热提高了装置热效率，而且控制了烟温，保证了液化天然气等低温液体加热气化过程的安全；当用于除尘时，液滴水雾不断与尘粒结合并返回液中，旋水子表面的液膜也不断捕尘，最终将尘粒和有害物质冲洗入水池，洁净气流向上排出，达到除尘目的。

本发明引导高速气流均匀冲击在部分置于液体中的旋水子上，沿旋水子的弧形曲面快速流动切向冲击液面，溅出液滴和水雾，同时，在弧形曲面的引导下，形成向上翻卷的气流并卷吸液滴和水雾成为含湿气流，在该过程中完成强化传热，除尘、除有害气体，加湿净化等功能。

本发明的有益效果：本发明的优点是结构简单紧凑，占地面积小，设备及运行费用低，无活动部件，初投资少，运行维护方便，能有效提高加热装置的热效率，能有效提高除尘效率，若针对各种废气所含成分加入相应的清洁剂后，则能更有效地脱去废气中的有害物质，使排气更清新洁净，达到排放标准。

该装置适用于多种用途，特别适用于液化天然气加热气化炉、天然气加热炉及其它中小型加热气化装置以强化传热，提高热效率；特别适用于烟气除尘净化、油烟气净化，木工除尘等各种废气净化场合，以保证排气达到排放标准；特别适用于改善集中空调系统的空气质量，净化加湿，以创造洁净舒适的工作和生活环境等。

附图说明：

图1为本发明一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置的一种实施方式的总配置结构图；

图2为本发明一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置的一种实施方式，容器截面、气流旋水子和喷口形状为圆形，图1的B-B向视图；

图3为本发明一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置的一种实施方式，容器截面、气流旋水子和喷口形状为圆形，图1的A-A向视图；

图4为喷口至喷口气流的射流核心顶端距离L的示意图；

图5为本发明一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置的一种实施方式，容器截面、气流旋水子和喷口形状为矩形，图1的B-B向视图；

图6为本发明一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置的一种实施方式，容器截面、气流旋水子和喷口形状为矩形，图1的A-A向视图；

图7为本发明的一种实施方式，其中气流旋水子部件的结构示意图。

图中：

1是净化气流出口，2是进气管，3是容器，4是喷口，5是气流旋水子，5a是尖顶，5b是小孔，5c是曲面，6是液体，L是喷口至喷口气流的射流核心顶端距离。

具体实施方式：

以下结合附图进一步详细说明本发明的结构。

一种引导气流切向冲击液面形成含湿气流的装置，在容器3内设置一个与垂直向下的气流进气管2连通的锥形喷口4，喷口4的下方为液体6，呈倒置伞状的气流旋水子5的下部浸没于液体6的液面，在容器3内壁与进气管和喷口4外壁间的通道上，引出一个气流出口1；所述气流旋水子5的中间为向上突起尖顶5a，继而为由尖顶5a向边缘延伸的以某种曲线形状先向下至边缘后再略向上弯曲的弧形曲面5c；所述气流旋水子5外圈的水平投影与喷口4水平截面形状一致，为圆形或多边形。当气流向下冲击气流旋水子5时，在旋水子5曲面5c的弧形表面引导下，形成向上翻卷的气流，并卷吸飞溅起的液滴、雾形成混合翻卷的湿气流，当用于加热装置时，含湿气流不仅强化了传热，提高了装置热效率，而且控制了烟温，保证了液化天然气等低温液体加热气化过程的安全；当用于除尘时，液滴、雾不断与尘粒结合并返回液中，气流旋水子5表面的液膜也不断捕尘，最终将尘粒和有害物质冲洗入水池，洁净气流向上排出，进行除尘。

所述喷口4为锥形渐缩喷口。如此结构可以取得较好的喷射压力和流速，有利于气流喷射在气流旋水子5上后翻卷，并卷吸液滴、雾，形成含湿气流。

所述喷口4为圆锥形渐缩喷口或矩形狭缝式渐缩喷口，较常用的是圆形和矩形喷口形式。

所述喷口4与气流旋水子5的尖顶之间的距离为喷口至喷口气流的射流核心顶端距离L的±10％以内，在此距离范围内，会取得较好的射流冲击性能，提高装置冲击液面溅出并卷吸液滴、雾的能力，进而提高传热效率和除尘效果。

所述气流旋水子5外圈的水平投影和喷口4水平截面形状为矩形，随喷口4的矩形形状，气流旋水子5外圈的水平投影亦为矩形，即由左右两块按某种曲线形状弯曲成的弧形曲面组成，中间是一条尖顶5a，如此结构，同样能取得很好的除尘效果。

所述容器3的水平截面与气流旋水子5外圈的水平投影及喷口4的水平截面形状应一致。为了取得较好的强化传热或除尘效果，容器3的水平截面力求与气流旋水子5外圈的水平投影及喷口4的水平截面形状一致，当然，反之气流旋水子5及喷口4的形状也尽量采用与容器3截面一致的形状。

所述气流旋水子5的弧形曲面最低处开设若干小孔5b，小孔5b可以不断补充曲面上被卷吸走的液体，以保证气流旋水子5下部的曲面始终浸没在液体中，使得沿曲面流动的气流可以始终冲击液面，产生本发明翻滚、卷吸、飞溅、粉碎、回旋液滴和雾，达到充分混合形成含湿气流的效果，而不必完全依靠从气流旋水子5的向上弯曲边缘外侧进水，如此结构，更加容易补充气流旋水子5曲面上的浸没液体量。

所述气流旋水子5的弧形曲面5c依据的曲线是抛物线、圆弧、双曲线等弧形曲线，根据不同工艺要求、含湿量及不同颗粒直径，有害成分含量、不同液体介质以及装置的加工工艺，可选用所述不同曲线。

所述喷口4喷出气流速度应大于20m/s。在如此范围内，可以取得较好的强化传热或除尘效果。

所述的液体6可以是工艺需要的液体，首选水作为介质，既方便、价廉，又具有较好的效果。

本发明的技术方案已在实验室应用于液化天然气加热气化炉，经试验，不仅有效提高了加热气化炉的热效率，达到95％以上，而且很好地控制了进入加热管束的烟气温度，使加热管束内外的介质温差到达工艺要求，而不致损坏管壁，保证了加热炉的安全运行；本发明的技术方案已应用于锅炉烟气除尘、油烟机排烟净化等装置中，经试验，采用本发明技术与常用的机械撞击法、过水湿式吸尘法相比，其吸尘、粘尘的效果更好，除尘效率更高，而且节能，达到节能减排的目标；本发明的技术方案如果用于改善集中空调系统，能提高空气质量，净化加湿，创造洁净舒适的工作和生活环境等。因此，本发明技术有广泛的应用前景。