& & 旋流板是广泛应用于化工、 动力等多种行业的 机械构件， 通常由位于装置中心的盲板、 旋流叶片 和与装置连接的圆环形结构组成。其主要作用是 将直线流动的流体旋转起来以加强过程反应或实 现流体与固体的分离。旋流板的旋流效果主要取 决于几何结构， 即叶片形状、 扭曲角、 仰角、 叶片长 宽比等。此外， 空塔速度和流体物理性质也是重要 的影响参数。 根据旋流板的一贯设计思想， 同一工况下， 液 滴在内向板上的停留时间和运动路程均比外向板 长。因而内向板通常用来增强传质， 外向板通常用 来使两相分离。本文研究目的是为了增强烟气和 脱硫剂的反应， 因此选用内向板。文中研究了旋流 叶片与烟气脱硫过程的匹配， 讨论气体流动的动 量、 流量和几何结构的关系， 建立了几何结构、 气体 动量、 流量之间的关联， 提出了双程旋流结构和相 关的设计准则。采用计算机数值模拟方法， 模拟了 文中给定条件下的气体流场分布， 对双程旋流结构 在烟气脱硫中应用提供了理论支持。
>? 双程旋流叶片重要参变量
单、 双程旋流板俯视简图见图 % 。叶片中心线 上速度方向几何关系见图 ! 。
图 !& 叶片中心线上速度方向几何关系
双程旋流器由内外两圈按一定结构参数布置的 叶片组成。为保证流体通过内外两组叶片间通道时 流体所受阻力平衡， 本文推导过程中假定内外圈叶
收稿日期： !""# $ "% $ "#& 修回日期： !""# $ "’ $ %" 作者简介： 张曼玲 （ %()* $ ） ， 女， 河北石家庄人， 硕士研究生。
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轴向动量： 内层 /# ( # !&! &# ’" !.! ( # !&& （ ! * ! ） 0# （/） 旋流强度， 特征长度 1" 选用环形面特征尺度， 即环 形的当量直径 # （ !" * !! ） # # -" &（ " !" ) !! ) !" !! ） ( $ （0） "" ( # # 1" / " - & ’（ " !" * !! ） ! , $" 旋流强度分析 将速度表达式 （-） 代入 （0） 式得到： # # !" ) !! ) !" !! %12! 3 "" ( # # # （ ! ) !# ） *. （ ! ! %&’#） 当 %&’# 取最大绝对值 " 时， 此时 ’" ’" 为最大值： # # （ !" ) !! ) !" !! ） %12! 3 （4） ( # -3 （ !# " * !! ） %12! 同理， 可推出最大外层旋流强度 ’# ( # # " ) !" ) "!" 3 （5） " # * !# " 3 ( !" 0 !! ， " 6 3 6 2。令 为计算方便， 定义变量 2 ( " 0 !! ， . 内外层旋流强度相等 "" ( "# 可得： #3 ) （ ! ) "） 3* （ !# ) ! ） 3 * # !# ( ! ， 得到 3 的唯一合理解为 2" 0 # 。 %12! ! ) " ) ! ! （7） ! *" 此时 当 %&’# 取最小绝对值 ! 时， " 取最小值， %12! 3 %12! !3 （" ) # ） 8 "# ( （" ) # # ） （ "! ） "" ( 3 )" ! )3 最大旋流强度为： "" ( "# ( 结论仍是 3 ( ! 为保证内外层流动稳定 "" ( "# ， !。 可得 !" ( 3!! ( ! "!! 。最小旋流强度为 "" ! !! ( ! ( "# ( %12! ! 3 （" ) ! ） ) ! " （ "" ）
（ 左侧条码表示对应速度 2 -・3 ! " ） 图 +) 流场速度模拟
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图 + 中可见， 在叶片迎向流体的面， 流体受阻， 速度减小； 在叶片背流面和叶片之间的通道内， 速 度很大； 内层的两叶片影响到了整个内层的速度， 外层的两叶片只影响到了部分区域； 能看到塔内流 体边界层处流速很小。 通 过 叶 片 的 飞 灰 颗 粒 的 流 线 见 图/ 。 对图分
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脱硫塔双程旋流板结构及其设计方法探讨) 张曼玲 ! !" （ ! # "） ! ! ! 因此内外层叶片是成几何相似关系的。 （$） 将 ! 代入动量矩公式， 令 "" % "$ ， 令外层叶片 有： 数 #$ 与内层叶片数 #" 之比为 $ ， %$ #" & ! （! ! $ ! ! #" !! ! !） %!# %" ! #" & ! !’（ ! !! ! #" & ! ! "） 由 （ "’ ） 式可得到图 ’ 和图 ( 。 （ "’ ）
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$" 设计计算实例
双程旋流板内外层倾角 ! 为 ./ 4 ， 内外层叶片 对应 # 角均为 0! 4 ， 内外层间隔板厚度不计。 2 ( " 0 !! ， 3 ( !" 0 !! 。由式 （4） 、 （5） 可得 " "" ( 3 "# ( " 3 !" ) !! ) !" !! ! ( # !# " ) !! * !" !! !
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环境保护科学" 第 $! 卷" 第 % 期" !&&% 年 #! 月 片的倾角相等， 倾角用 ! 表示， 径向角用 " 表示。旋 内外程间隔板半径 !" ， 外圈半 流板中心盲板半径 !! ， 径 "层流量 ## ： 叶片厚度 $； 叶片数用 % 表示， 内层叶片数 %" ， 外 层叶片数 %# ， 叶片长 （从根部到顶端） 对应圆心角 #， 计算过程中忽略内外层间隔板的厚度。 速度参数。流体沿叶片平行方向从流道间流 出， 通过叶片通道时的平均速度 &， 内外层分别用 &" ， &# 表示。内外层速度在竖直方向分速度为轴 向速度 & ’" ， & ’# ， 在水平方向投影为水平速度， 水平 速度又可 以 分 解 为 径 向 速 度 & !" ， & !# 和 切 向 速 度 & $" ， & $# 。 ( # !&& ’" & $"
摘要& 提出了双程旋流板设计的基本准则、 主要几何结构之间的关系、 气体流量分布， 同时研究了该结构的盲板半径、 内程气体与外程气体间隔板半径以及旋流板外圈最大半径之间的关系， 给出了内外程流量与相关影响因素之间的关系曲 线。 关键词& 脱硫塔& 双程旋流板& 旋转动量矩& 轴向动量& 旋流强度 7*."#-%"& ,-./ 0120 .34.5601/ 6 76/.5 89:1 ;< 4;97:1 =6//.3> 5?5:;31 41/.>3， 0-1 81:60.;3/-.= ;< .0/ @6.3 >1;@108?， 634 <:92 4./A 08.790.3> ;< =6//.3> >6/B C0 /094.1/ 0-1 81:60.;3/-.= ;< 0-1 864.9/ ;< 7:.34 <:63>1 634 0-1 864.9/ ;< 5:6=7;684 710D113 .301836: 634 12018A 36: =6//.3> 634 0-1 864.9/ ;< ;90@;/0 /9==;80.3> 7;684B C0 6:/; >.E1/ 81:60.;3 598E1/ ;3 .301836: 634 1201836: <:921/ 634 81:60.E1 .3<:9A 135.3> <650;8/B 8&3 9’#5.& )&.$+($#/4&#& )’$*+& ,-../01 23%+’0&& :’"-"/’0-+ ;’<&0"$<& 7=/-+ ;’<&0"$<& :’"-"/’0 60"&0./"3
析可以得到， 飞灰颗粒甩向外壁的效率并不高， 表 明该内向板除尘效率一般。
!" 结语
旋流板是气固分离、 烟气脱硫等领域的重要构 件， 直接影响气固分离效率、 脱硫效率等技术指标。 本文通过对旋流过程分析和主要物理量的推导， 得 到了主要几何结构之间的关系， 给出了盲板半径、 内外层流量比、 内外层旋流叶片数量的重要关系， 即： 在保证通过内外层叶片的流体旋流强度相等的 前提下， 旋流板内外层叶片的几何结构相似； 内外 层间隔板的半径为外圈半径与盲板半径的乘积的 平方根简单关系。同时得到了流量比与盲板半径， 外圈半径， 叶片数， 叶片数比值之间的关系曲线图。 对双程旋流板的设计具有参考价值。 参) 考) 文) 献