專利名稱：具有低壓降的間歇混合器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及間歇地混合兩種或多種氣體流，具體來說，涉及一種新穎和有用的裝置，在熱氣體超過織物過濾器的安全操作溫度之上時的時間過程中，其用來在相對熱和冷的廢氣供應到一織物過濾器之前將它們彼此混合。
背景技術：
干法滌氣是對從電站鍋爐釋放的廢氣中去除SO2的濕法滌氣的最主要的更替。有時干法滌氣也稱之為噴霧吸收、噴霧干法或半濕法滌氣。它包括將一高度霧化的堿性試劑的漿液或水溶液噴霧到熱廢氣中，由此，吸收SO2并絕熱地冷卻廢氣。與濕法滌氣裝置不同，一干法滌氣器，或噴霧干燥器吸收器定位在一諸如靜電聚塵器或織物過濾器之類的集塵器前。一織物過濾器，或袋式集塵室在冷卻的廢氣通過過濾器材料時收集干的顆粒物質。
由Babcock&Wilcox出版的STEAM/其產生和應用(第40期)中，在32-9，33-7至33-93和35-11至35-15頁，揭示各種涉及織物過濾器和干法滌氣器的細節，本文援引在此以作充分的闡述。
噴霧干燥器吸收器的應用一般地限制在從大致200MWe的電廠排放的廢氣量。較大的電廠要求使用若干個功能塊來處理全部的廢氣流。在一個SDA脫機取出作維護保養其間的過程中，由兩個或多個SDA(噴霧干燥器吸收器)輸送的袋式集塵室可暴露在超過袋的材料最大允許溫度的溫度下的氣體中。噴霧吸收器必須定期地(例如，兩個月)關機，以對必須移去的或至少還可繼續工作的霧化器作維護保養。干燥器吸收器也會發生故障。在此異常時間的過程中，通過退役的SDA的廢氣將不能充分地得到冷卻來通過下面的織物過濾器結構，以求取出顆粒，因為氣體的高溫會損壞織物。
這樣的異常時期不應造成整個鍋爐或爐子或其它的重要措施的關閉。本發明尋求解決這樣的問題。
為了將進入袋式集塵室的高溫氣體的量減到最小，本發明提出—可調整的熱混合、阻尼翼的裝置和方法。
在正常運行過程中，兩種廢氣流相同，裝置中的混合阻尼器完全打開，且不變化流動的方向。在一個SDA運行中斷的過程中，其中，廢氣溫度遠高于正常過程，阻尼器移至促進兩種氣體流混合的一種結構。
在現有技術中，利用水噴霧，空氣誘導，或利用廢氣旁路來進行織物過濾器的熱保護。
2002年6月27日出版的授予DeSellem的美國專利申請2002/0079374，公開一用于廢氣溫度控制的鍋爐內部廢氣旁路阻尼器，其允許調整最后一排熱交換器表面的熱傳遞效率，以便控制流過廢氣通道和從廢氣通道退出以及傳輸到具有最低運行溫度的下游裝置的廢氣的溫度。在起動的過程中利用一旁路的模式來防止對織物過濾器的損壞，已公開在授予Roth的美國專利4,322,224中。授予Miller等人的美國專利4,523,931也公開一用于氣體旁路的模式。授予Gude等人的美國專利4,372,926公開用來加熱供應給袋式集塵室的混合氣體的氣體的混合。授予Dryden的美國專利5,953,898公開一位于用來控制溫度的陶瓷過濾器上游的專用的熱交換器。對于其它的廢氣處理方案可參見授予Peterson等人的美國專利4,452,765，授予Martinelli的美國專利5,599,508和授予Myers等人的美國專利5,651,948，對于用于廢氣的弧形葉片旁路結構，可參見授予Greene的美國專利6,257,155。
其它對織物過濾器提供熱保護的更為通用的方法是使用較高溫度等級的袋子。然而，這些袋子比較昂貴且可能不能起到很好的作用。因此，一種能使用廉價的低溫度要求的袋子同時將壓降降到最低的方法和裝置在工業界內是受歡迎的。
發明內容
本發明的目的是提供一呈混合器形式的裝置，其減小供應給織物過濾器的廢氣的溫度。操作兩個或多個噴霧干燥器吸收器來冷卻廢氣。混合器的外殼具有用于從吸收器出來的氣體的第一和第二入口通道，用于到織物過濾器的氣體的出口通道，以及一混合通道。一組阻尼翼片沿混合通道延伸，并對混合從入口通道出來的廢氣具有一混合的位置，如果其中一個吸收器不在工作，其以相對高的壓降但低的溫度將混合的氣體供應到出口通道。當兩個吸收器在工作時，它們對不混合氣體的通道具有一非混合的位置，并以低的壓降供應氣體。
本發明的另一目的是提供一種方法，當其中一個吸收器不在運行冷卻通過其中的氣體時，該方法用來減小從兩個噴霧干燥器吸收器供應到一織物過濾器的廢氣的溫度。
本發明的另一目的是提供一種方法，其混合兩種氣體流，使合成的氣體流的氣體成分更加均勻。
本發明的另一目的是提供一種方法，其混合載有顆粒的氣體和其它的氣體，以便獲得一具有更加均勻截面顆粒載荷的合成的氣體流。
表征本發明新穎性的各種特征在附后的和構成本說明書一部分的權利要求書中特別地予以指出。為了更好地理解本發明，參照附圖和其中闡述本發明的優選實施例的描述性的文字，通過本發明的應用達到其運行的諸多優點和特定的目的。
附圖的簡要說明在形成本說明書一部分的附圖中，全部附圖中所示的相同標號表示相同的或對應的零件，其中
圖1是一呈非混合的、低壓降結構的根據本發明的混合器的示意的俯視平面圖；圖2是一類似于圖1的呈混合的、高壓降結構的混合器的視圖；圖3是一呈非混合結構的本發明的一實施例的示意的立體圖；圖4是一呈混合結構的本發明的另一實施例的放大的立體圖；圖5是一呈混合結構的圖2的實施例的一變體的放大的立體圖；以及圖6是一也呈混合結構的圖2的實施例的另一變體的放大的立體圖。
具體實施例方式
現參照諸附圖，其中，使用相同的標號來表示相同的或類似的元件，本發明是圖1中的一用來混合兩種氣體流的混合器10，例如，其用來降低供應到一諸如袋式集塵室12的織物過濾器的廢氣的總的溫度。包含有織物的這樣的過濾器具有一最大的溫度容限，例如，對于低成本的袋子，約為250華氏度。
廢氣來自于至少兩個噴霧干燥器吸收器14和16，它們各自以已知的方式運行來冷卻通過其間的廢氣。
混合器10包括一外殼，它具有一用于來自第一噴霧干燥器吸收器14的廢氣的第一入口通道18，一用于來自第二噴霧干燥器吸收器16的廢氣的第二入口通道20，一用來將來自第一和第二噴霧干燥器吸收器的廢氣供應到織物過濾器或袋式集塵室12的出口通道22，以及一介于入口通道18、20和出口通道22之間的混合通道24。
多個阻尼翼片26至少部分地橫貫混合通道而延伸，并具有如圖2和4-6所示的一混合位置，以便在混合通道內以相對高的壓降將來自于第一和第二入口通道18、20的廢氣混合在一起，并將混合氣體供應給出口通道22。翼片26還具有如圖1和3所示的非混合位置，以便不經混合通過來自于第一和第二入口通道18、20的廢氣，并以相對低的壓降將未混合的氣體供應給出口通道22。
至少一個致動器30連接到翼片26上，當其中一個噴霧干燥器吸收器不在運行冷卻通過其間的廢氣時，致動器用來將翼片26移動到混合位置，這樣，混合的廢氣的溫度是已經冷卻的氣體和尚未冷卻的氣體的溫度的中間值。當第一和第二入口通道18、20均接收冷卻的廢氣時，致動器30還將翼片26移動到非混合的位置。
如所有附圖明顯地所示，混合通道具有一縱向軸線，而每個入口通道18、20以與混合通道的縱向軸線相交一銳角的角度延伸，例如，10至90度，但較佳地是45度。
例如，混合通道24的軸線可在如圖3所示的入口通道18、20和出口通道22之間垂直地傾斜。一個或多個弧形的折流翼片32也可設置在各個入口通道18、20內，以便將廢氣轉向朝向翼片26，并將壓降降到最小。
在非混合位置上的翼片26互相平行和間隔開，例如，在如圖3所示的非混合位置中，各翼片位于一平行于混合通道軸線的平面內。在本發明的優選實施例中，諸翼片26從混合通道的底部延伸到頂部，且諸翼片橫貫混合通道彼此水平地間隔開。
如圖2、4、5和6所示，處于混合位置的翼片26與混合通道的軸線相交一銳角的角度。在圖5和6的實施例中，處于混合位置的翼片26設置在至少兩個垂直地間隔的水平上，位于一個水平上的翼片的夾角不同于位于另一水平上的翼片夾角。在圖5中，翼片26位于兩個水平126和226，而在圖6中，翼片26位于四個水平126、226、326和426。
在圖2中，處于混合位置的翼片26分叉成至少兩個交成不同銳角的部分，這樣，在垂直的平面圖中，成對的翼片形成一X形。
可使用已知設計的致動器來實現混合的位置。例如，各個翼片或翼片部分可安裝在一帶有伺服電機的垂直軸上，或連接到各軸上，以便轉動該軸。
在圖4中，諸翼片26沿著混合通道的軸線彼此分隔開地設置成至少兩組。然而，當根據數學模型實施試驗來驗證本發明的有效性時，本發明的該實施例不如其它實施例那樣成功。
根據對新的運行單元(Tucson Electric’s Springerville單元#3)提出的SDA-袋式集塵室的廢氣運行的計算流體動力模型，被開發來評估本發明的有效性。各個模型包括一個在160華氏度的SDA流和另一個在270華氏度的SDA流，廢氣流量(～6.23Mlb/hr)，特性取自KCP&L Hawthorne Station的數據。袋式集塵室的壓降假定為6英寸水柱高，并在模型中用一損失因子近似(雖然實際的袋式集塵室結構并未呈現)。為了確定如上所述的混合裝置是否可行，檢查了十種不同阻尼翼片的混合結構，圖3-6是代表性的翼片結構。
對于每個考慮的混合裝置，檢查廢氣流的混合和熱力曲線。在袋式集塵室入口處，重要的參數是最大廢氣溫度、平均溫度(所有情形均約為215華氏度)的標準偏差，以及進入到250華氏度(對于低成本袋子的最大允許溫度)以上的袋式集塵室的流量百分比。
根據氣體溫度用彩色顯示的廢氣的流線，以及在袋式集塵室入口平面處的氣體等溫線顯示出各實施例的有效性。其中一個這樣的繪圖(未示出)清楚地證實，在阻尼翼片完全打開的情形中(非混合的位置—基本上等同于無阻尼翼片)冷和熱流為層流，且混合非常微乎其微。在袋式集塵室入口平面處的最大溫度是267華氏度。溫度分布的標準偏差是43華氏度，進入袋式集塵室的大的百分比的氣體流(35％)處于大于250華氏度的溫度。
圖4的實施例的另一溫度等溫線圖顯示該兩級阻尼翼片結構不是非常有效。流動從一側推向另一側，并未很好地混合。在袋式集塵室入口平面處的最大溫度是263華氏度。溫度分布的標準偏差是40華氏度，進入袋式集塵室的大于27％的氣體流處于大于250華氏度的溫度。在此結構上的壓力損失是1.8英寸水柱，大于在完全打開的結構上的壓力損失。
圖5中的帶有兩個水平的單級阻尼翼片顯示更為有效。各翼片分裂而允許頂部226傾斜成一方向(45度，完全打開)，底部126傾斜成偏離頂部226為90度。當氣體的頂層朝向右(從上觀看)時，這形成一低壓區域，其在朝向左之后允許氣體的底層向上運動。以相同的方式，氣體的頂層在其朝向右側運動之后可向下運動。這種類型的結構產生廢氣的漩渦運動，因此，提供基本上更徹底的混合。在袋式集塵室入口平面處的最大溫度是261華氏度。其比上述結構略有改進。在袋式集塵室入口處的溫度的標準偏差僅為18華氏度，其表明在該平面內有一更為均勻的溫度分布。進入袋式集塵室的僅有5％的氣體流處于大于250華氏度的溫度，它是得自于上述結構的一根本的改進。此外，壓力損失減小到0.65英寸水柱，大于在完全打開的結構上的壓力損失。
圖6中的帶有四個水平的垂直單級阻尼翼片的結構也提供非常良好的混合。在袋式集塵室入口平面處的最大溫度已減小到256華氏度。在袋式集塵室入口處的溫度的標準偏差是19華氏度，近似與上述情形中相同。處于大于250華氏度溫度的進入袋式集塵室的氣體流的百分比是6％，它也近似與上述情形中相同。壓力損失是0.69英寸水柱，大于在完全打開的結構上的壓力損失。
盡管以上已經顯示和描述了本發明的特定的實施例和/或細節，以此來說明本發明的原理的應用，但應該理解的是，本發明可體現為如權利要求書中更為完整地描述的，或者，在不脫離這些原理的前提下，如本技術領域內的技術人員所熟知的其它的形式(包括任何的和所有的等價物)。例如，除了提供在不同溫度處的氣體流的熱混合之外，本發明也可用來提供對具有不同化學成分或顆粒載荷的氣體流的改進的混合。盡管它們在許多混合應用中是重要的特征，但它們在用一退役的滌氣器以使去除袋式集塵室中的附加的SO2的可能性達到最大的操作中，顯現尤其重要。
權利要求
1.一用來混合兩種氣體流的混合器，其包括一外殼，其具有一對于第一氣體的第一入口通道，一對于第二氣體的第二入口通道，一對于混合的第一和第二氣體的出口通道，以及一介于諸入口通道和出口通道之間的混合通道，混合通道具有一軸線；多個阻尼翼片，其至少部分地橫貫混合通道延伸，并具有一將從第一和第二入口通道出來的廢氣混合在一起的混合的位置，以便將在混合通道內相對高壓降的混合的氣體供應給出口通道，翼片具有一非混合的位置，以便使來自第一和第二入口通道的氣體未經混合地通過，將相對低壓降的未混合的氣體供應給出口通道；以及連接到翼片的致動器裝置，當需要混合時，該裝置移動翼片到混合的位置，當不需要混合時，致動器裝置移動翼片到非混合的位置。
2.如權利要求1所述的混合器，其特征在于，混合通道具有一軸線，各個入口通道與混合通道的軸線相交成一銳角延伸。
3.如權利要求2所述的混合器，其特征在于，混合通道的軸線在入口通道和出口通道之間垂直地傾斜。
4.如權利要求2所述的混合器，其特征在于，在各個入口通道內包括至少一個弧形的折流翼片，用來朝向翼片轉向廢氣。
5.如權利要求1所述的混合器，其特征在于，在非混合位置的諸翼片互相平行并彼此間隔，各翼片在非混合位置位于平行于混合通道的軸線的平面內。
6.如權利要求5所述的混合器，其特征在于，各翼片從混合通道的底部到頂部延伸，諸翼片水平地橫貫混合通道彼此間隔。
7.如權利要求5所述的混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片與混合通道的軸線相交成銳角。
8.如權利要求7所述的混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置在至少兩個水平上，一個水平上的翼片相比另一水平上的翼片處于不同的銳角。
9.如權利要求8所述的混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片僅設置成兩個水平高度。
10.如權利要求8所述的混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置成四個水平高度。
11.如權利要求7所述的混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片分叉成至少兩個部分，它們處于不同的銳角。
12.如權利要求7所述的混合器，其特征在于，諸翼片設置成至少兩組，它們沿著混合通道的軸線彼此間隔。
13.一用來降低供應到包含具有一最大溫度容限的織物的織物過濾器的廢氣的總溫度的熱混合器，廢氣由至少兩個噴霧干燥吸收器供應，吸收器各自運行冷卻通過其中的廢氣，該混合器包括一外殼，它具有一用于來自第一噴霧干燥器吸收器的廢氣的第一入口通道，一用于來自第二噴霧干燥器吸收器的廢氣的第二入口通道，一用來將來自第一和第二噴霧干燥器吸收器的廢氣供應到一織物過濾器的出口通道，以及一介于諸入口通道和出口通道之間的混合通道，混合通道具有一軸線；多個阻尼翼片，它們至少部分地橫貫混合通道延伸，并具有一混合位置，以便將來自于第一和第二入口通道的廢氣混合在一起，并將在混合通道內的相對高壓降的混合氣體供應給出口通道，翼片具有一非混合位置，以便不經混合通過來自于第一和第二入口通道的廢氣，并以相對低的壓降將未混合的氣體供應給出口通道；以及致動器裝置，它連接到翼片上，當其中一個噴霧干燥器吸收器不在運行冷卻通過其間的廢氣時，致動器用來將翼片移動到混合位置，這樣，混合的廢氣的溫度是已經冷卻的廢氣和尚未冷卻的廢氣的溫度的中間值，當第一和第二入口通道接收冷卻的廢氣時，致動器裝置將翼片移動到非混合的位置。
14.如權利要求13所述的熱混合器，其特征在于，混合通道具有一軸線，各入口通道與混合通道的軸線相交成一銳角延伸。
15.如權利要求14所述的熱混合器，其特征在于，混合通道的軸線在入口通道和出口通道之間垂直地傾斜。
16.如權利要求14所述的熱混合器，其特征在于，在各個入口通道內包括至少一個弧形的折流翼片，用來朝向翼片轉向廢氣。
17.如權利要求13所述的熱混合器，其特征在于，在非混合位置的諸翼片互相平行并彼此間隔，各翼片在非混合位置位于平行于混合通道的軸線的平面內。
18.如權利要求17所述的熱混合器，其特征在于，各翼片從混合通道的底部到頂部延伸，諸翼片水平地橫貫混合通道彼此間隔。
19.如權利要求17所述的熱混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片與混合通道的軸線相交成銳角。
20.如權利要求19所述的熱混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置在至少兩個水平上，一個水平上的翼片相比另一水平上的翼片處于不同的銳角。
21.如權利要求20所述的熱混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片僅設置成兩個水平高度。
22.如權利要求21所述的熱混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置成四個水平高度。
23.如權利要求19所述的熱混合器，其特征在于，在混合位置的諸翼片分叉成至少兩個部分，它們相交成不同的銳角。
24.如權利要求19所述的熱混合器，其特征在于，諸翼片設置成至少兩組，它們沿著混合通道的軸線彼此間隔。
25.一用來降低供應到包含具有一最大溫度容限的織物的織物過濾器的廢氣的總溫度的熱混合方法，廢氣由至少兩個噴霧干燥吸收器供應，吸收器各自運行冷卻通過其中的廢氣，該方法包括提供一外殼，它具有一用于來自第一噴霧干燥器吸收器的廢氣的第一入口通道，一用于來自第二噴霧干燥器吸收器的廢氣的第二入口通道，一用來將來自第一和第二噴霧干燥器吸收器的廢氣供應到一織物過濾器的出口通道，以及一介于入口通道和出口通道之間的混合通道；提供多個阻尼翼片，它們至少部分地橫貫混合通道延伸，并具有一混合位置，以便將來自于第一和第二入口通道的廢氣混合在一起，并將在混合通道內的相對高壓降的混合氣體供應給出口通道，翼片具有一非混合位置，以便不經混合通過來自于第一和第二入口通道的廢氣，并以相對低的壓降將未混合的氣體供應給出口通道；當其中一個噴霧干燥器吸收器不在運行冷卻通過其間的廢氣時，將翼片移動到混合位置，這樣，混合的廢氣的溫度是已經冷卻的廢氣和尚未冷卻的廢氣的溫度的中間值；以及當第一和第二入口通道接收冷卻的廢氣時，將翼片移動到非混合的位置。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，混合通道具有一軸線，各入口通道與混合通道的軸線相交成一銳角延伸。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，混合通道的軸線在入口通道和出口通道之間垂直地傾斜。
28.如權利要求26所述的方法，其特征在于，在各個入口通道內包括朝向翼片折流的廢氣。
29.如權利要求25所述的方法，其特征在于，在非混合位置的諸翼片互相平行并彼此間隔，各翼片在非混合位置位于平行于混合通道的軸線的平面內。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于，各翼片從混合通道的底部到頂部延伸，諸翼片水平地橫貫混合通道彼此間隔。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，在混合位置的諸翼片與混合通道的軸線相交成銳角。
32.如權利要求30所述的方法，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置在至少兩個水平上，一個水平上的翼片相比另一水平上的翼片處于不同的銳角。
33.如權利要求31所述的方法，其特征在于，在混合位置的諸翼片僅設置成兩個水平高度。
34.如權利要求32所述的方法，其特征在于，在混合位置的諸翼片設置成四個水平高度。
35.如權利要求32所述的方法，其特征在于，在混合位置的諸翼片分叉成至少兩個部分，它們相交成不同的銳角。
36.如權利要求32所述的方法，其特征在于，諸翼片設置成至少兩組，它們沿著混合通道的軸線彼此間隔。
全文摘要
一熱混合器降低供應到織物過濾器的廢氣的溫度。兩個噴霧干燥吸收器運行來冷卻廢氣。一混合器的外殼具有一用于來自吸收器的廢氣的第一和第二入口通道，一用來將廢氣供應到織物過濾器的出口通道，以及一混合通道。一組阻尼翼片在混合通道內延伸，并具有一混合位置，如果其中一個吸收器不在運行，以便以相對高的壓降但低的溫度混合來自于入口通道的廢氣，并將混合氣體供應給出口通道。翼片具有一非混合位置，當兩個吸收器都在運行時，以便不經混合以低的壓降通過廢氣。本發明也可用來改進起初具有不同的化學成分或顆粒承載量的組合氣體流的混合。
文檔編號B01D53/50GK1530166SQ200410028688
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月12日 優先權日2003年3月18日
發明者R·E·斯尼德, R E 斯尼德 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司