具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器及叶片的制备方法转让专利
申请号 : CN201911096455.7
文献号 : CN110772925B
文献日 : 2021-08-13
发明人 : 齐宝金 , 魏进家 , 崔晨乙 , 袁甲 , 王雅
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器,其特征在于,包括框架,所述框架包括上框架(2)和下框架(3),所述上框架(2)和下框架(3)之间固定有多个冷凝除雾叶片(1),所述框架上固定有冷却水出口管道(4)和冷却水进口管道(5),所述冷却水出口管道(4)通过框架和冷凝除雾叶片(1)一端连通,所述冷却水进口管道(5)通过框架和冷凝除雾叶片(1)的另一端连通;所述冷凝除雾叶片(1)为中空结构,所述冷凝除雾叶片(1)外表面分布有亲水区(100)和疏水区(200);亲水区(100)和疏水区(200)交错布置,所述亲水区(100)形成主排液通道(9)和亲水流道(8),多个所述亲水流道(8)连通至主排液通道(9),所述主排液通道(9)竖直设置;
所述亲水流道(8)具有倾角,所述倾角为亲水区上表面与水平面之间向下的夹角;
所述下框架(3)内部设有液体均布器。
2.根据权利要求1所述的一种具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器,其特征在于,所述亲水区(100)和疏水区(200)的面积比为1:(1 3)。
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3.根据权利要求1所述的一种具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器,其特征在于,所述冷凝除雾叶片(1)为折板式叶片。
4.根据权利要求1所述的一种具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器,其特征在于,所述冷凝除雾叶片(1)内部设置有用于强化换热效果的翅片。
5.一种权利要求1所述的冷凝式除雾器的具有非均匀润湿性叶片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将预制成型的叶片清洗干净后干燥;
步骤2、将预先设计好图案的掩膜板覆盖在预制成型的叶片上,在预制成型的叶片未被掩膜板覆盖的暴露表面制造粗糙结构;
步骤3、将低表面能物质枝接到粗糙结构的表面上,固化后取下掩膜板即可得非均匀润湿性叶片。
6.根据权利要求5所述的具有非均匀润湿性叶片的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,采用电化学阳极氧化、激光烧蚀加工、浓度合适的酸性溶液或碱性溶液或盐溶液进行化学腐蚀的方法制造粗糙结构。
7.根据权利要求5所述的具有非均匀润湿性叶片的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,采用磁控溅射、浸渍提拉或喷涂法将低表面能物质枝接到粗糙结构的表面。
说明书 :
具有非均匀润湿性叶片的冷凝式除雾器及叶片的制备方法
技术领域
备方法。
背景技术
可靠、脱硫效率高、治理成本低等优势,成为我国应用最广泛、最长久的烟气治理技术。
出烟囱后遇冷空气会冷凝形成小液滴,对光线产生折射、散射,从而使烟囱的出口处出现大
量的白烟,造成环境和视觉污染。同时,饱和蒸汽冷凝过程中,液滴会裹挟烟气中的含硫浆
液和其他微小颗粒降落在地面,形成石膏雨,造成电厂周围土地污染,甚至会腐蚀设备。尤
其是在大多数企业取消GGH再热装置和烟气抬高装置的现今,白烟和石膏雨污染问题更加
突出。
发明内容
气对细微颗粒物的二次携带、实现细微颗粒物的超净排放和烟气除白非常重要,同时还能
回收部分热能。
定有冷却水出口管道和冷却水进口管道,冷却水出口管道通过框架和冷凝除雾叶片一端连
通,冷却水进口管道通过框架和冷凝除雾叶片的另一端连通;冷凝除雾叶片为中空结构,冷
凝除雾叶片外表面分布有亲水区和疏水区。
始冷凝液滴为核团聚起来,起到放大细小液滴和微尘尺寸的作用,然后再将其除去。因此可
以将传统折板除雾器、丝网除雾器和屋脊式除雾器难以除去的介微米液滴及水蒸气除去。
加快微液滴和微尘的团聚,加快烟气处理的效率。而叶片上的亲水区域可以更好的捕获烟
气中的界微米液滴和水蒸气,加快初始凝结核的形成。
向上脱离,进而将叶片表面空置出来,为后续的冷凝和微尘的团聚提供场所,最终表现为对
烟气的处理量增大。
资源;相比于耗能巨大的电除雾器,本发明消耗电能较少,仅需提供冷却水循环所需要的电
能;同时叶片中的冷却水会将烟气中水蒸气冷凝释放的热量吸收,温度升高的冷却水可以
用于工业生产的其他工序,回收了烟气中的热能,减少了热能的耗散。由此可见,本发明节
能优势显著,能产生巨大的经济效益。
润湿性叶片作为冷凝式除雾器的叶片,工作时将高温蒸汽中带有的细小液滴或微尘以初始
冷凝液滴为核团聚起来,起到放大细小液滴和微尘尺寸的作用,然后再将其除去。
附图说明
具体实施方式
限定本发明。
基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对
本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对
重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明
示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含
义是两个或两个以上。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术
语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或
一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间
接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解
上述术语在本发明中的具体含义。
口和焊于上框架的冷却水出口;所述叶片为中空波纹结构,且叶片上下方分别开有与冷却
水出、进水管相连的通孔;所述叶片为金属或金属合金叶片,通过在叶片表面覆盖掩膜板,
在暴露表面构造粗糙结构后修饰低表面能物质处理,使暴露表面具有超疏水特性,而被掩
盖部分具有亲水特性,因而使叶片具有亲疏水结合的非均匀润湿性特性。本发明所述的除
雾器增加了冷凝叶片,同时叶片表面具有非均匀润湿性,亲水部分由于粘附力较大能更好
捕捉液滴,疏水部分能避免形成液膜,亲疏水结合更能加快液滴的排除,因而使得冷凝传热
效率显著提高,能更高效地将过热、过快的雾气冷凝成液滴,顺带除去较小的微尘。在兼顾
烟气降温、冷凝和除雾、消白烟的效率的同时,还能将能耗充分降低,且制备成本低、易于规
模化生产,在除雾除白领域有广阔的应用前景。
的冷却水进口管道5和焊于上框架的冷却水出口管道4。所述叶片上下方分别开有用于与冷
却水出管连通的第一通孔6和用于与冷却水进水管5相连通的的第二7。框架与冷却水进口
管道相连的边是中空结构,且框架内部设有液体均布器8,使冷却水从进口管道流入后能均
匀地进入冷凝除雾叶片;上框架与冷却水出口管道相连的边也是中空结构,冷却水出口处
设有用于调节冷却水流量的电磁阀,上框架设有用于采集出口处烟气温度的温度传感器,
传感器将冷凝后的烟气温度采集并传入控制器,当烟气温度高于设定值时,控制器发送信
号调节电磁阀开度增大,增加冷却水的流量,使冷凝后的烟气温度符合要求。冷凝除雾叶片
1为中空结构,冷凝除雾叶片1具有非均匀润湿性。
位置的弦长进行设计。
时,加工方便。
有不同润湿性能,从而具有非均匀润湿特性。超疏水性能获得方式为首先在叶片表面构造
粗糙结构,然后枝接低表面能物质。
将叶片放入95℃的热水池中浸泡2小时,取出干燥。
具有非均匀润湿性的叶片。
及合并长大过程,待合并过程释放表面能使液滴在重力作用下向下微移接触到亲疏水界
线,或者液滴长大到一定尺寸接触到亲疏水界线时,液滴会在界线处润湿梯度的拉普拉斯
(Laplace)作用下产生迁移力进入亲水区,疏水区的表面会重新空置出来进行下一个周期
冷凝。亲水区液滴接触到亲疏水界线时,因为润湿梯度相反,液滴不易克服能垒进入疏水
区,保证了不会形成覆盖整个表面的液膜。由于亲水区存在倾角α,在重力和亲疏水界线的
Laplace力的共同作用下,液体源源不断沿着亲水流道8进入中间竖直方向的主排液通道9
排出。通过这种方式,增大了冷凝过程的换热系数,使液体凝结及排出速率更快,凝结效率
更高,而且那些不易被传统除雾器排除的小液滴也能被凝结合并过程放大为大液滴进而排
除。亲疏水混合图案的测试结果如图6b所示,图6b中图例的比例为亲水区与疏水区的面积
比,角度为亲水区倾角。具有图案的表面的换热系数更大,因此能加快液体凝结和排出速
率。作为优选,亲水区与疏水区的面积比在1:3~1:1为宜,亲水区宽度则应根据烟气的温
度、压力,冷却水的温度等进行选择,但是应该在1mm~5mm,亲水区倾角α在10°~20°为宜。
从图中可以看到表面产生了很多微纳米复合结构,这些结构分布均匀,为实现超疏水性质
提供了基础。
工方式为菱形网格直线加工,加工间距为120μm。
乙醇、去离子水清洗吹干,取下掩膜板,放在80℃环境中固化1h后取出即可制得所需的具有
非均匀润湿性的叶片。
区为主排液通道。与图6所示图案类似,疏水区冷凝形式为滴状冷凝,液滴通过生长或合并
长大,接触到亲疏水界线时在润湿梯度的Laplace作用下进入亲水区,疏水区的表面会重新
空置出来进行下一个周期冷凝。亲水区冷凝的液体在接触到亲疏水界线时同样难以克服能
垒进入疏水区,保证了不会形成覆盖整个表面的液膜。同时亲水区为楔形结构,亲疏水区界
线产生的Laplace压差力会使液体顺着亲水流道8向开口增大的方向移动,液体源源不断的
进入中间竖直的主排液通道9排出。此图案的测试结果如图7b所示,与全亲水表面和全疏水
表面相比,亲疏水混合表面的热通量更大,冷凝过程的换热系数更大,同时液体凝结及排出
速率更快,凝结效率更高,而那些不易被传统除雾器排除的小液滴也能被凝结合并过程放
大为大液滴进而排除。作为优选,亲水区与疏水区的面积比在1:3~1:1为宜,亲水区宽度则
应根据烟气的温度、压力,冷却水的温度等进行选择,但是楔形开口最大处宽度应该在1mm
~10mm范围,亲水区楔形角度β在2°~5°为宜。
间,制备微纳结构。
为70W。溅射完成后取下掩膜板,用乙醇冲洗后吹干,即可制得所需的具有非均匀润湿性的
叶片。
发生的滴状冷凝的液滴能及时接触到亲疏水界线,在Laplace压差力的作用下进入亲水区,
借此来限制液滴的直径,并使疏水区的表面重新空置。亲水区的液体接触到亲疏水界线时
难以克服能垒进入疏水区,因此调整亲水区宽度也能限制亲水区液体的宽度,避免形成覆
盖整个表面的液膜。亲水区冷凝的液体与疏水区移动过来的液体会加速亲水区液体的累
积,达到临界厚度时在重力的作用下排出。此图案的测试结果如图8b所示,与全亲水表面相
比,亲疏水混合表面的热通量更大,冷凝过程的换热系数更大,同时液体凝结及排出速率更
快,凝结效率更高,而那些不易被传统除雾器排除的小液滴也能被凝结合并过程放大为大
液滴进而排除。与全疏水表面相比,在亲水区宽度过小时亲水区液体累积过快,排液力不
足,液膜厚度过大反而影响了表面的冷凝效率,因此亲水区的宽度不宜过小。亲水区宽度则
应根据烟气的温度、压力,冷却水的温度等进行选择,不宜过大也不宜过小,作为优选在
0.8mm~1.2mm为宜。
可根据实际情况或加工难度选用。
去。进而减少排出烟气中的污染物,同时消除“白烟”现象。非均匀润湿性叶片的原理是:使
表面疏水区域的冷凝形式为滴状冷凝,滴状冷凝具有换热性能好、换热效率高的特点,能在
加快烟气处理效率的同时,减少冷却水能源的消耗。同时折板上的亲水区会更好的使随烟
气运动的液滴撞击在叶片上留下,对减少烟气含湿量起辅助效果。超疏水表面对液滴的粘
附性能较低,会加快液滴的脱落,将叶片表面空置出来进行新的冷凝过程,同样能加快冷凝
效率,也即加快了烟气除雾效率。
冷却水的流量进行调节。
离功能除去,使排放的烟气含污染物更少。本发明结构简单,设计合理,除雾除尘效率高,投
资与使用成本低,适应性强,同时还能有效的节约能源。提高了经济效益。
这些改进和改动都应属于本发明所附权利要求范围。