[发明专利]用于分离多组分流体的装置

说明书

本发明涉及用于分离多组分流体的装置，特别涉及用于分离和清除气体中的固体颗粒，如泥沙、尘埃、泡沫、烟雾及其它机械杂质等的装置。

现有技术中，各式各样的用于分离和清除气流中的固体颗粒(如灰尘)的装置已为人们所知。例如，沉降室，利用重力作用使最大的固体颗粒(泥沙)在其中沉降；旋风分离器和惯性集尘器，其利用改变气体流向而产生的离心和惯性效应；工业过滤器(也叫囊式收尘器)，使带尘埃的气体通过其中的棉布、纸层、玻璃纤维、金属丝网等；静电沉淀器(电过滤器)，先让颗粒在高压电场中带电，然后漂移并沉积到一个电极上。还有其它装置，如湿洗器，尘埃颗粒在其中先与液体接触，然后将其除去。

当某一特定系统不能提供所需的清除程度时，可采用多于一种以上的上述方法的设备操作(例如，旋风分离器可与纤维过滤器相结合)。

除尘器的主要特性之一是其重量清除效率η，通常定义为相同时间间隔情况下收集到的尘埃的重量与进入的尘埃的重量之比。清除率可用一个η≤1的数(在大多数下，下面将采用此法)来表示，或乘以100，以百分数表示。

分级效率表示重量效率随颗粒大小d的变化函数，提供了除尘器装置更详细的表征。分级效率可用一个表达式表达，或表示为粒度范围内一系列连续的狭窄粒度范围的重量效率曲线η(d)(W.Strauss，“Industrial Gas Cleaning”，Pergamon Press，1966)  。

通常，颗粒越小，其分离越难。对应地，在粒度范围内的分级效率曲线η(d)就不是常数，而是倾向于随颗粒粒度的减小而迅速下降。当粒度趋于零时，清除效率也趋于零。因此，在表征各种除尘装置时，重要的问题是哪种粒度大小分级效率开始明显下降。例如，对于典型的重力沉降室，分级效率曲线在80～100μm范围内开始下降，在50μm粒度附近时效率可能达到η＝0.8(80％)(Strauss，supra)。

如果把清除效率80％作为区分有用装置(η＞80％)和非有用装置(η＜80％)的合理标准(有点任意性)，发现只有电过滤器、布过滤器、一些湿洗器及特殊的小径旋风分离器可以以≥80％的效率分离小于10μm大小的颗粒(Strauss，supra；“High-Efficiency Air Filtration”，edited by P.A.F.White and S.E.Smith，Butterworths，London，1964)  。

另一个可影响装置清除效率的参数是装置入口处气体中的尘埃浓度或尘埃密度，以g/m³计。

再一个与除尘装置的操作有关的、并且对清除效率有重大影响的重要参数是通过装置的平均气体速度。现有的尘埃分离装置是依据其操作原理在不同的气体流速下操作的。例如，电过滤器在极少超过2m/s的相对较低的气体流速下操作，而惯性尘埃分离器却在速度在10至30m/s的范围内工作。较高的流速通常是所需求的，因为它隐示着较大的装置通量(气体流速和气体流过装置的截面积的积)；对于一个给定的需求通量，允许通过的气速越高，其装置的尺寸就越小。

然而，当气体流速超过某种优化值时(根据所用装置的形式而定)，清除效率开始下降，有时甚至很厉害。例如，惯性分离器中，当气体流速大于30m/s时，由于存在强涡流，就会发生这种清除效率下降现象。在实际应用的这种装置中，有用的气速范围通常很窄，例如，在η为最大值的优化速度值的±20％范围内。

当两种或多种(通常情况，n)、各自的清除效率分别为η₁，η₂，…，η_n的装置串联操作，上游装置净化过的气体进入邻接的下游装置时，n个装置的总清除效率可直接地表示为：

E＝η₁+(1-η₁)η₂+(1-η₁)(1-η₂)η₃+…+(1-η₁)(1-η₂)…(1-η_n-1)η_n      (1)

η采用比单位1小的数，而不是采用百分数。例如，对于以串联形式相联的、各自效率分别为η₁和η₂的两个分离器，

E＝η₁+(1-η₁)η₂    (2)