[0001] 本发明涉及气体处理装置，具体涉及一种基于多场协同作用的气体杂质脱除装置。

[0002] 煤气、烟气等气体在排放或进入下一步工艺环节前需对气体中的杂质进行脱除。

[0003] 以高炉煤气为例，目前高炉煤气精脱硫的工艺路线以干法为主导，在煤气发电机组后采用固体催化剂实现煤气中的有机硫水解转化和无机硫的吸附脱除，然而高炉煤气含水量较高且存在粉尘、可溶性氯盐、酸性气体等杂质，易造成催化剂板结堵塞中毒，严重影响催化效果及系统的稳定运行，因此，在脱硫前需要对煤气进行预处理，主要是将煤气中的杂质深度脱除，为催化剂创造良好的工作环境。

[0004] 目前煤气精脱硫预处理措施主要分为干法吸附与湿式凝聚，其中：

[0005] 干法采用固定填料床对HCl气体进行吸附，其存在吸附剂寿命短，对高炉变工况运行适应性差，易堵塞等问题；而湿式冷凝捕集是通过对煤气降温使其中水蒸气发生相变凝结，析出大量水分，从而捕集煤气中的粉尘、可溶性氯盐、酸性气体等有害成分，但由于为了保障换热能力，煤气流速较高，使得煤气对冷凝液滴的二次夹带现象严重，且除雾器对亚微米粒径液滴脱除能力较弱，使得预处理效果大大被削弱。

[0024] 除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。

[0025] 本文所述相关部件的轴向、径向等方向或方位性术语与说明书附图中的相应方向或方位一致，需要说明的是，说明书附图旨在解释本发明，本领域技术人员在本文公开基础通过方向旋转、调换等同等变换得到的方案均在本发明保护范围之内。

[0026] 本发明所述气体指含有杂质的气体，例如高炉煤气、烟气等。

[0027] 遵循本发明的技术方案，本发明给出了实施例，下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定。

[0028] 实施例1：

[0029] 参见图1所示，本发明的气体杂质脱除装置包括壳体，该壳体的一端设有气体出口，另一端设有至少一组气体进口，每组气体进口包括两个气体入口，分别为气体入口A和气体入口B,两个气体入口的设置位置和开口方向使得进入壳体的气体可以在壳体内发生撞击；或者，壳体的另一端设有至少三个气体入口，经各气体入口进入壳体内的气体在撞击流聚并区发生对撞；例如，图1所示装置，设有一组气体进口，气体入口A、B设置在壳体的一直径两端，进入的气体撞击角度为180°；

[0030] 壳体内沿设有气体入口的一端至气体出口所在端为气路，沿气路气流方向，壳体内依次设有撞击流聚并区2、湍流聚并区3和除雾区；通过同组或不同气体入口进入壳体内的多路气体撞击发生在撞击流聚并区；

[0031] 在湍流聚并区安装有多个扰流体9，各扰流体的长度方向沿壳体内的径向，即各扰流体的一端安装于壳体内壁，另一端延伸穿过气路至相对侧的壳体内壁(可选择固定在该相对侧的内壁上，图1所示各扰流体长度方向或轴向垂直于纸面)，从而扰流体的延伸方向即长度方向与气流方向垂直；

[0032] 除雾区安装有除雾器13。

[0033] 工作时，待处理气体分成多路如两路经与各气体入口连接的气体对撞进口管路(7，8)经相应气体入口进入撞击流聚并区2，多路气体发生对撞聚并，掺混后流入湍流聚并区3在扰流体的作用发生湍流聚并，在对撞流及湍流的作用下，气体中的杂质(如液滴及粉尘)不断聚并长大，最终通过除雾区的除雾器对气体中的液滴及粉尘进行捕集实现脱除杂质的目的。具体方案中，可通过合理控制对撞气体流速(如流速为9～11m/s)增强气体掺混及湍流脉动程度，提高杂质碰撞聚并概率。

[0034] 具体方案中，可根据实际场地情况选择壳体的设置方向，常见如与安装工作面(地面)平行或垂直。

[0035] 本发明方案中对扰流体的横截面形状不做特殊要求，具体方案中，可选择圆形、三角形、C型、Z型或Y型。优选方案中，还可对各扰流体在壳体内的分布方式进行优化，如图1所示，如沿气流方向，分布有多列扰流体(如6‑8列，位于同一竖向方向上的多个扰流体成一列)，每列扰流体有至少两个扰流体；且相邻列的扰流体交错布置。进一步的方案中，还可对气流方向上相邻扰流体的间距a、同列扰流体中相邻扰流体的间距b、及扰流体横截面的最大径向尺寸r进行优化，如：，b＝(3～3.5)a，a＝(2～2.5)r。具体方案中，通过合理选取扰流钝体间的横纵向间距，使得涡街充分发展并不断卷吸且长距离携带液滴及粉尘，实现了液滴及粉尘的局部富集，有效促进气体中夹带的微细液滴及粉尘发生碰撞聚并不断长大，大幅提高除雾器13对气体中液滴及粉尘的脱除效果。

[0036] 为了验证本发明的效果，发明人通过建立与本发明方案结构相同的全尺寸三维验证模型，采用计算流体力学软件ANSYS Fluent，采取欧拉‑拉格朗日方法耦合碰撞核函数模拟微细液滴在撞击流聚并区和湍流聚并区内聚并长大的过程。

[0037] 验证模型设置：各气体入口流速为10m/s，撞击流聚并区域2长宽高为3000×2000×2000mm，各气体入口直径为1200mm；湍流聚并区域3长宽高为5000×2000×2000mm，三棱柱扰流件横截面边长为100mm，横向间距为200mm，纵向间距为600mm，交错排布共设置5列扰流件。

[0038] 计算过程中，假设待处理气体为连续介质，用欧拉坐标系描述气体的流动，将液滴看作离散相，液滴碰撞后发生聚并，形成的大液滴的体积与质量为相互碰撞的两个液滴之和；入口气体中的液滴初始粒径设定为0.1μm～2.5μm，采取典型单分散特性设定进口液滴5 3
数量浓度N粒径分布，总数量浓度设定为2×10个/cm；定义杂质脱除效率作为评价撞击流聚并以及湍流聚并效果的依据，脱除效率＝(装置进口数量浓度Nin‑装置出口数量浓度Nout)/装置进口数量浓度Nin，模拟计算得到上述工况下系统对液滴的脱除效率为
89.75％。

[0039] 同时设置三组对比模型，其中一组对比模型与上述验证模型不同的是，在相变凝并器后仅设置撞击流聚并区，不设置湍流聚并区，通过上述数值模型进行计算，得到仅设置撞击流聚并区时系统对液滴的脱除效率为64.74％。

[0040] 另一组对比模型与上述验证模型不同的是，在相变凝并器后仅设置湍流聚并区，不设置撞击流聚并区，通过上述数值模型进行计算，得到仅设置湍流聚并区时系统对液滴的脱除效率为75.91％。

[0041] 第三组对比模型与上述验证模型不同的是，未设置撞击流聚并区和湍流聚并区，改组除雾器脱除效率仅为52.22％。

[0042] 对比验证模型和各对比模型，可以看出撞击流聚并区和湍流聚并区对高炉气体中的粒径在2.5μm以下微细液滴有良好的聚并效果，从而促使常规难以脱除的小粒径液滴有效脱除。

[0043] 实施例2：

[0044] 在上述实施例方案基础上，该实施例方案中，湍流聚并区与除雾区之间的壳体侧壁上设有气体循环出口，撞击流聚并区与湍流聚并区之间的壳体侧壁上设有循环气体入口，所述循环气体出口与循环气体入口之间通过气体回流管10(有些方案中还有防爆风机11)连通；同时，壳体内设有多根气体分布管12，参见图2所示，各气体分布管包括管体，该管体侧壁上分布有多个通气孔14；多根气体分布管位于撞击流聚并区与湍流聚并区之间，多根气体分布管均与气体回流管连通，各气体分布管的管体轴向与壳体内气流方向垂直，多根气体分布管沿壳体内径向分布。

[0045] 通过控制回流气体量占气体总量的百分比，如30％‑50％，实现部分气体回流，当气体流速高时，尽管流场湍流程度增强，但停留时间大大降低，该回流结构可以增加气体在湍流聚并区的停留时间并兼顾流场湍流强度，保障了微细液滴的聚并长大效果。

[0046] 进一步的方案中，通过调节气体分布管与扰流体之间的夹角，可增加气体的湍流，例如各气体分布管的管体轴向与扰流体的延伸方向垂直。

[0047] 在上述方案基础上，还可进一步增加结构优化和设计的方案是，选择合适的气体分布管的数量，例如设置五根气体分布管。

[0048] 为了验证回流管路对装置聚并液滴能力的增强作用，采用上述验证模型及相同的数值计算方法，设置五根气体分布管，且各气体分布管的轴向与扰流体的延伸方向垂直，计算得到当装置设置回流管路抽取30％气体总量进行回流时，聚并效率可达到94.58％，可以看出回流管路可进一步增强装置的聚并能力。

[0049] 除此之外，气体分布管的管径随其内部气体流动方向逐渐减小。还可采用设置三级管径，参见图3所示，沿管内气流方向逐级减小，例如内径尺寸比例为4：3：2.5；相应具体方案中，气体分布管的管体由管体A、管体B和管体C沿轴向依次连接而成，所述管体A、管体B和管体C的侧壁上均分布有若干通气孔；且从与气体回流管连通的一端至另一轴向端，依次为管体A、管体B和管体C，且管体A内径大于管体B的内径，管体B的内径大于管体C的内径。采用内径沿气流方向逐渐减小的结构，能够使得回流气体在湍流聚并器进口良好均布，增强出口气体大液滴对进口气体小液滴的捕捉效果。

[0050] 实施例3：

[0051] 还有些方案中，待处理气体经相变冷凝器1处理后进入本发明的杂质脱除装置。相变凝并器1用于对待处理气体进行降温使得气体中水蒸气大量析出，从而对气体中的杂质进行捕集。在该方案中，为了克服气体对冷凝液滴的二次夹带带来的不利影响，增强除雾器13对液滴的拦截效果，在相变凝并器1后设置了撞击流聚并区2和湍流聚并区3。

[0052] 具体方案中，参见图1所示，相变凝并器1设有冷却介质进口4、冷却介质出口5和排水口6。

[0053] 待处理气体进入相变凝并器1内，温度降低发生均相凝结与异相凝结，产生的液滴对气体中的粉尘、酸性气体、可溶性盐进行捕集后进入杂质脱除装置，在对撞流及湍流的作用下，气体中的液滴及粉尘不断聚并长大，最终通过除雾器对气体中的液滴及粉尘进行捕集。

[0054] 以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。