CN101254381A - 采用管道沉降的除尘方法及除尘设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用管道沉降的除尘方法，属除尘技术。先利用水平沉降管道对随气流运动的粉尘进行前进过程中的动态水平沉降，使大部分粉尘沿水平沉降管道底部前行，并随气流送入分离箱体，粉尘在分离箱体中靠自重和惯性力与气流分离后通过分离箱体下面的出灰口送出，气流则穿过分离箱体上方的隔料板后排放。本发明的主要优点是：1.采用管道沉降的除尘的方法，除尘效率高可达99％以上。2.除尘器压力损失小，一般可以控制在300Pa以下，因此，除尘器能耗低，约为传统除尘器的25％。3.除尘器结构简单、故障率低、并且粉尘对设备的磨损小，使用寿命长。

Description

采用管道沉降的除尘方法及除尘设备

技术领域

本发明涉及一种除尘的技术方法，具体说是涉及一种采用管道沉降的除尘方法。

背景技术

除尘技术或者称为气固分离技术是常用技术，在各工业生产领域及日常生活中广泛使用，如发锅炉烟气除尘、家用吸尘器等。

除尘技术种类繁多，目前国内外成熟使用的除尘技术主要有两大类：离心除尘技术和滤材除尘技术，离心除尘技术的典型代表是旋风除尘器，滤材除尘技术的典型代表是布袋除尘器和滤筒除尘器，上述除尘器在各领域广泛应用。此外静电除尘技术和湿式除尘技术在许多场合也有广泛应用。

但是，传统除尘技术存在明显缺陷，如旋风除尘器除尘效率低，除尘效率一般不超过95％，而且在粉尘的长时间高速冲刷下管壁容易被磨穿，使除尘器失效。布袋除尘器和滤筒除尘器除尘效率高，一般可达99％以上，使用广泛，但布袋除尘器和滤筒除尘器除尘结构复杂，体积庞大；而且在工作过程中需要经常清刷滤材，例如定时利用反吹风将滤材上面粘附的灰尘清除，否则除尘器压力损失逐步增大，导致除尘器失效；布袋除尘器和滤筒除尘器的滤材易破损，而且破损之后不易被发现，大大影响了除尘器的使用效果，并且更换布袋或滤筒劳动强度大，工作条件恶劣，尤其对于大型除尘器，布袋或滤筒的数量往往有数千之多；布袋除尘器和滤筒除尘器一般对进口粉尘浓度有要求，进口粉尘浓度不宜过大，因为进口粉尘浓度大，除尘器的滤材工作压力大，清理不及时，除尘器工作性能大大降低。

现有离心除尘技术和滤材除尘技术存在的另一个主要缺陷是除尘设备的压力损失大，可达数千Pa，压力损失大意味着除尘系统能耗大，而且离心除尘技术存在着除尘效率越高，压力损失越大的特点。

随着经济发展，社会进步，对环境保护提出了越来越高的要求，原有除尘技术的不足之处越来越明显。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有除尘技术中所存在的不足之处而提供的一种采用管道沉降的除尘方法及设备。

本发明的技术方案是：一种采用管道沉降的除尘方法，先利用水平沉降管道对随气流运动的粉尘进行前进过程中的动态水平沉降，使大部分粉尘沿水平沉降管道底部前行，并随气流送入分离箱体，粉尘在分离箱体中靠自重和惯性力与气流分离后通过分离箱体下面的出灰口送出，气流则穿过分离箱体上方的隔料板后排放。

一种管道沉降除尘设备，它包括水平沉降管、位于水平沉降管一端下方并和水平沉降管连通的分离箱体，在分离箱体上口有一与分离箱体紧密结合的排气罩，在排气罩入口处设置与入口大小相配合的隔尘板，在分离箱体的下面有出灰口；所属的隔灰板是阶梯状板，在每个阶梯的后端设有气流通道。

水平沉降管的长度L1不低于水平沉降管高度B的5-15倍；分离箱体的高度B1不低于水平沉降管高度B的5倍，分离箱体的宽度A1大于或等于水平沉降管的宽度A。

本发明的主要优点是：

1、采用管道沉降的除尘的方法，除尘效率高，除尘效率可达99％以上。

2、采用管道沉降的除尘的方法，除尘器压力损失小，一般可以控制在300Pa以下，因此，除尘器能耗低，约为传统除尘器的25％。

3、采用管道沉降的除尘的方法，除尘器结构简单、故障率低、并且粉尘对设备的磨损小，使用寿命长。

附图说明

下面结合附图及实施例进一步祥述本发明。

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明中水平沉降管的横断面图；

图3是本发明中隔灰板的工作原理示意图；

图4是本发明一个除尘系统实施例的示意图；

图5是本发明另一个除尘系统实施例的示意图；

图6是本发明又一个除尘系统实施例的示意图；

图7是本发明一个改进的管道沉降除尘器的示意图。

具体实施方式

除尘系统的核心技术是如何实现粉尘与气流的分离。

如图1所示，本发明是采用这样的方法实现粉尘与气流的分离：当气流携带粉尘在粉尘输送管道1内高速运动时，形成气流与粉尘的混合气体，当该混合气体沿粉尘输送管道1进入水平沉降管2后减速运行，首先，利用水平沉降管2在低速下对粉尘进行动态的水平沉降，通过水平沉降，使大部分粉尘沿水平沉降管道底部前行，这样在水平沉降管2的断面上，粉尘不是均匀分布的，下部多，越往上越少，然后粉尘随气流进入分离箱体3，粉尘在分离箱体3依靠自重和惯性力与气流分离，通过出灰气锁5送出系统，分离后的气流则通过隔板4经由上部排气罩6、排空管道7排放。

含粉尘的气流在水平沉降管2内的前进速度根据粉尘的不同由实验获得，以粉尘能边沉降边前行但又不在水平沉降管2内堆积为宜。

图1同时又是本发明的管道沉降除尘设备的一个实施例的示意图。下面结合实施例对本发明设备做进一步详细描述。

如图1所示的管道沉降除尘设备由水平沉降管2、分离箱体3、隔灰板4、出灰气锁5、上部排气罩6组成。

在本实施例中，水平沉降管2为具有一定长度的、内壁光滑的矩形截面管道。为降低含粉尘气流在水平沉降管2的速度，水平沉降管2的截面大于输送管道1的截面积。如图2所示，水平沉降管2的宽度为A，高度为B。水平沉降管2一端通过进口连接法兰1与粉尘输送管道1相连，另一端与分离箱体3相连。分离箱体3的断面尺寸远大于水平沉降管2，形成容积突变；分离箱体3是一个密闭容器，一端与水平沉降管2连接，分离箱体3的顶部是排气罩6，在排气罩6的入口处设置一隔灰板4，分离箱体3的下部装有出灰气锁5，出灰气锁5使粉尘可以通过，而气流不能通过。上部排气罩6与排空管道7相连。

如图3所示，隔灰板4的结构与生活中常用的百页窗相似，是阶梯状，在阶梯的背面即逆气流前进方向有规律地排布众多的气流通道4-1，隔灰板4的大小与分离箱体3或排气罩6内入口相配合。即宽度与分离箱体3的内部宽度相同，长度与分离箱体3和上部排气罩6的交汇处的长度相同，全部气流必须通过隔板4的气流通道，才能从分离箱体3进入上部排气罩6。

其水平沉降原理是：携带粉尘的气流沿粉尘输送管道1输送，进入水平沉降管2。气流携带粉尘进入水平沉降管2后，因水平沉降管2较粉尘输送管道1粗，所以含粉尘气流进入水平沉降管2后速度降低并逐步稳定，这时粉尘主要受到气流向前的推力，而失去了向上的浮力，因此粉尘在自身重力的作用下逐步向水平沉降管2的底部汇集，而且随着粉尘逐步向水平沉降管2的底部汇集，气流更加稳定，大部分粉尘尤其是体积大、质量大的粉尘，在气流的带动下，沿水平沉降管2的底部前进，在水平沉降管2内完成了粉尘的水平沉降过程。其在水平沉降管2内的速度根据粉尘的质量大小进行调整。获得良好的沉降效果是除尘效果的重要保证。

水平沉降管2的长度和内壁光滑程度，对粉尘沉降效果影响十分明显。为了便于粉尘沉降，水平沉降管2的长度L1一般不低于水平沉降管2的高度B的5倍，而且，水平沉降管2的内壁必须十分光滑。水平沉降管2的长度不宜过长，当水平沉降管2的长度L1大于水平沉降管2的高度B的15倍以上时，沉降效果已没有明显变化。

水平沉降管2宽度A和高度B一般由除尘风量和风速决定。

水平沉降管2内的风速随粉尘的特性而定，一般在2～10米/秒。水平沉降管2内的风速越低除尘效果越好，但是风速过低，粉尘会在水平沉降管2内形成沉积，使除尘设备失效，针对特定的场合，恰当地风速需要通过实验获得。

水平沉降管2的前方是分离箱体3，粉尘经过水平沉降管2完成沉降过程后沿水平沉降管2的底部直接进入分离箱体3，分离箱体3的断面尺寸远大于水平沉降管2，气流进入分离箱体3后经过一个减速过程，一部分气流转变前进方向，直接穿过隔板4，进入上部排气罩6，经排空管道7排空，另一部分气流继续前进，随着越来越多的气流转变前进方向穿过隔料板4，继续前进的气流量越来越小，速度也越来越低，最后形成图1中箭头所示的气流涡旋。

粉尘沿水平沉降管2的底部进入分离箱体3后，随气流继续水平前行，上部的气流靠近隔板4，必定首先穿过隔板4，隔板4沿气流方向有规律地排布众多的气流通道4-1，每次只是一小部分最靠近隔板4的气流能够穿过隔板4，这些气流转变前进方向时，对粉尘形成的向上的托力很小，不足以改变粉尘的前进方向，并且粉尘虽然质量很小，但在高速运动时同样存在惯性力。粉尘随水平前行的气流继续前进，随着越来越多的气流穿过隔板4，气流速度的越来越慢，粉尘逐步失去了气流的推力，同时又失去了水平沉降管2底板的托力，离隔板4的距离越来越远，粉尘在自身重力和惯性力的作用下沿抛物线落下，完成与气流的分离，通过分离箱体3下部的出灰气锁5送出。

气流和粉尘沿水平沉降管2前行时可以认为二者的速度是相同的，气流携带粉尘进入分离箱体3后，气流速度减慢要快于粉尘速度减慢，这样粉尘自身惯性在粉尘的运动过程中起主要作用，而气流的影响越来越小。

气流从水平沉降管2进入分离箱体3时由于截面积变化而发生的扩散现象也有助于粉尘与气流的分离。

分离箱体3的长度L2一般不低于水平沉降管2的高度B的5倍，以保证隔灰板4有足够的通流面积，从而降低风速，避免粉尘被气流带走。

在分离箱体3内形成理想的气流涡旋状态对粉尘与气流的分离效果影响很大，分离箱体3内部的气体始终在流动，而粉尘质量很小，流动的气体会将粉尘带起，粉尘不易落下。气流涡旋状态应该是稳定的，始终保持图1中箭头所示的形状和旋转方向，这样分离箱体3内部靠近水平沉降管2的一侧始终保持向上的气流，另一侧始终保持向下的气流，没有落下的粉尘在靠近水平沉降管2的一侧被气流带起向上运动，与水平沉降管2输出的气流相遇，而水平沉降管2输出的气流速度远大于气流涡旋上升的速度，粉尘不可能穿越水平沉降管2输出的气流，并且进一步穿越隔板4，逸出分离箱体3，粉尘会被气流带动再次向下运动，在分离箱体3内没有落下的粉尘会随气流涡旋不停地旋转，每旋转一次，都会有一部分粉尘在自重和离心力的作用下落下，周而复始。对于不同的使用场合理想的气流涡旋状态需要通过实验得出。

在常用除尘器的使用过程中，粉尘粒度对除尘效果影响很大，每种除尘器都有一个相应的粒度范围，粉尘颗粒小于这个范围，除尘效果明显下降，本发明提供的管道沉降除尘对于微小粉尘颗粒也具备良好除尘效果。

一般可以认为分离箱体3的高度B1不低于分离箱体3的高度B的5倍，以保证能够在分离箱体3内部形成易于微小粉尘分离的气流涡旋状态。

分离箱体3的宽度可以与水平沉降管2的宽度A相同，也可以大于水平沉降管2的宽度A，但不宜小于水平沉降管2的宽度A。

如图3所示，箭头标明了气流方向，隔板4上的气流通道4-1在隔板4的背风面上，以箭头所示方向前行的气流，进入隔板4上的气流通道4-1，必须改变方向，气流改变方向的同时，为实现除尘提供了条件，因为相对与空气粉尘的惯性力是不可忽视的。

隔板4起到了均匀气流的作用，因为隔板4的气流通道相当于风阻，而分离箱体3与上部排气罩6的压差是稳定的，因此通过每个气流通道的风量是相同的，在分离箱体3与上部排气罩6相交接的整个断面上，各处的风量是均匀的，这是确保良好除尘效果的必要条件。

另一方面，隔板4起到了提高除尘效率的作用。微小粉尘在水平沉降管2不易沉降，部分微小粉尘在水平沉降管2没有沉降，进入分离箱体3后与隔板4的距离很近，由于隔板4的迎风面是向下的斜面，微小粉尘撞击在隔板4的迎风斜面上会向下运动，再次进入分离箱体3的水平气流，减少了微小粉尘穿过隔板4逸出分离箱体3的可能性，从而提高了除尘效率和精度。

由水平沉降管2、分离箱体3、隔板4、出灰气锁5、上部排气罩6组成的管道沉降除尘设备，出灰气锁5不产生压力损失，分离箱体3及上部排气罩6具有足够大的通流面积，压力损失极小，水平沉降管2的风速远低于粉尘输送管道1，水平沉降管2的压力损失也非常小，压力损失主要集中在隔板4，而隔板4的压力损失产生于有规律排布的气流通道的风阻，而该风阻是可以控制的，而且风阻变化对除尘效果的影响不大，这样本发明提供的管道沉降除尘器的整体能耗可以控制在一个相当低的水平上，而传统除尘器往往精度越高，压力损失越大、能耗越大，因此本发明提供的管道沉降除尘装置压力损失远远低于传统除尘装置，节能效果极为明显。

本发明由水平沉降管2、分离箱体3、隔板4、出灰气锁5、上部排气罩6组成的管道沉降除尘装置，除出灰气锁5外，水平沉降管2、分离箱体3、上部排气罩6均为简单的箱体结构，隔板4形似常用的百页窗，因此，本发明提供的管道沉降除尘装置具有结构简单的显著特点。

在通常情况下，水平沉降管2、分离箱体3、隔板4、上部排气罩6可以采用普通钢材制作，对于腐蚀性强的场合也可以采用不锈钢制作，在特殊情况下水平沉降管2、分离箱体3、上部排气罩6也可以采用非金属材料制作。

图4是本发明一个除尘系统实施例的示意图。

如图4所示，该实施例除尘系统由粉尘输送管道1、水平沉降管2、分离箱体3，连接管道8、风机9、排空管道7组成沉降除尘系统。

风机9按规定的排气量提供气流，气流携带粉尘在粉尘输送管道1内高速运动，形成气流与粉尘的混合气体，当该混合气体沿粉尘输送管道1进入水平沉降管2后，首先，利用水平沉降管2对粉尘进行动态的水平沉降，通过水平沉降，使大部分粉尘沿水平沉降管道2的底部前行，然后气流将经过水平沉降的粉尘送入分离箱体3，粉尘在分离箱体3内依靠自重和惯性力与气流分离，粉尘通过分离箱体3底部的出灰气锁送出系统，干净的气流则通过分离箱体3上部的隔板经由上部排气罩，并经由连接管道8、风机9、排空管道7排空，完成了除尘处理。

该实施例描述的沉降除尘系统是一个典型的工业除尘系统，可以广泛应用于各种工业生产场合。

该实施例描述的沉降除尘系统除了完成一般意义上的工业除尘外，由于体积小，结构简单，效率高，还可以用于作业场所的室内空气净化，如对于一个高粉尘含量的作业场所，采用沉降除尘系统，对作业场所内的空气进行循环除尘，可以大大降低作业场所内的粉尘浓度，改善工作环境，可以有效地预防职业病的发生。

进一步举例说明，家用吸尘器一般是小型化的布袋除尘器，采用本发明提供的沉降除尘方法对家用吸尘器进行改进，可以大大提高家用吸尘器的工作效率，更加有效地净化室内空气。

图5是本发明另一个除尘系统的实施例的示意图。

如图5所示，该实施例由粉尘输送管道1、水平沉降管2、分离箱体3，连接管道8、风机9、排空管道7以及变径管10、二次水平沉降管11、二次分离箱体12组成除尘系统。对于一些成分复杂的粉尘，可以采用两级除尘的方法提高除尘效率和精度。如图5所示，气流经过第一级由水平沉降管2和分离箱体3组成的管道沉降除尘装置完成除尘处理后，进入由变径管10、二次水平沉降管11、二次分离箱体12组成的第二级管道沉降除尘装置进行二次除尘处理。第一级除尘处理时水平沉降管2内的风速可以高一些，如8米/秒，颗粒大的粉尘在分离箱体3内实现与气流分离，部分颗粒小的粉尘则有可能从分离箱体3逸出，继续混杂在气流内。第二级除尘处理时二次水平沉降管11内的风速可以低一些，由于大颗粒的粉尘已经在分离箱体3内分离，而小颗粒的粉尘不易沉积，因此可以采用更加低的沉降风速，以提高除尘效率和精度，如2米/秒，经过二次分离箱体12的二次除尘，可以得到理想的除尘效果。

在气流量稳定的情况下，水平沉降管2和二次水平沉降管11内的风速由各自的截面积决定，截面积小则风速大，因此在该实施例中二次水平沉降管11的截面积应该4倍于水平沉降管2的截面积，使用变径管10可以完成截面积的变化和调整。

在图4和图5所描述的实施例中，粉尘输送管道1、水平沉降管2、分离箱体3、二次水平沉降管11、二次分离箱体12均在风机9的进风侧，上述各部分始终处于负压状态，因此，除尘系统在负压状态下工作。

图6是本发明又一个除尘系统的实施例的示意图。

如图6所示，该实施例采用二次除尘的方法。在该实施例中由粉尘输送管道1、水平沉降管2、分离箱体3组成的第一级除尘装置，位于风机9的进风侧，在负压状态下工作，由二次水平沉降管11、二次分离箱体12组成的第二级除尘装置，位于风机9的出风侧，在正压状态下工作。

本发明的沉降除尘方法在正压状态也可以正常工作。

图7是本发明一个改进的管道沉降除尘器的示意图，该实施例用于卷烟厂生产线除尘系统。

如图7所示，该实施例由水平沉降管2、分离箱体3、隔板4、出灰气锁5组成管道沉降除尘器，粉尘输送管道1与水平沉降管2相连，排空管道7通过风机将净化后的空气排空，该实施例的管道沉降除尘器在负压状态下工作。

在该实施例中，粉尘的主要成分是烟草碎片，相对颗粒比较大，水平沉降管2内风速设定为4.5米/秒。

在该实施例中水平沉降管2的高度设定为450毫米，长度设定为4500毫米，长度为水平沉降管2高度的10倍，根据除尘风量及水平沉降管2的风速要求，水平沉降管2的宽度设定为650毫米。

分离箱体3的宽度与水平沉降管2的宽度相同，设定位650毫米，分离箱体3的长度设定为2250毫米，为水平沉降管2高度的倍，分离箱体3的高度设定为2100毫米，为水平沉降管2高度的倍。

由于在该实施例中粉尘的主要成分是相对颗粒比较大烟草碎片，因此对除尘器的精度相对要求较低，为了节省空间，分离箱体3没有采用图1所示实施例中上部排气罩6，分离箱体3的一端与水平沉降管2相连，另一端直接与排空管道7相连。隔板4位于分离箱体3的上部，一端与水平沉降管2的底部相接，另一端直接与排空管道7的底部相接，倾斜放置，全部气流必须通过隔板4的气流通道，才能从分离箱体3进入排空管道7。

当气流携带烟草粉尘沿粉尘输送管道1进入水平沉降管2后，首先，利用水平沉降管2对烟草粉尘进行动态的水平沉降，通过水平沉降，使大部分烟草粉尘沿水平沉降管道底部前行，然后气流将经过水平沉降的烟草粉尘送入分离箱体3，烟草粉尘在分离箱体3依靠自重和惯性力与气流分离，通过出灰气锁5送出系统，净化后的气流则通过隔板4经由上部排气罩6、排空管道7排空。

本发明提供的管道沉降除尘装置也可以与布袋除尘器或滤筒除尘器联合使用，组成多极除尘系统，一般情况下管道沉降除尘装置可以做为布袋除尘器或滤筒除尘器的前级除尘器，该方法可以大大改善布袋除尘器或滤筒除尘器的工作条件，降低故障率，提高使用寿命。

本发明提供的管道沉降除尘装置也可以与旋风除尘器联合使用，组成多极除尘系统，一般情况下管道沉降除尘装置可以做为旋风除尘器的后级除尘器，该方法可以大大提高旋风除尘器的除尘效率和精度。

本发明所述的出灰气锁是常用装置，也称为排灰阀，是市售产品。

本发明所述的风机是市售产品。

本发明所述的粉尘输送管道、连接管道、排空管道7、变径管与通常除尘系统中使用的各种管道相同。

Claims (7)

1. 一种采用管道沉降的除尘方法，其特征是：先利用水平沉降管道对随气流运动的粉尘进行前进过程中的动态水平沉降，使大部分粉尘沿水平沉降管道底部前行，并随气流送入分离箱体，粉尘在分离箱体中靠自重和惯性力与气流分离后通过分离箱体下面的出灰口送出，气流则穿过分离箱体上方的隔料板后排放。

2. 根据权利要求1所述的管道沉降的除尘方法，其特征是：含粉尘的气流在水平沉降管2内的前进速度是使粉尘能边沉降边前行但又不在水平沉降管2内堆积。

3. 一种管道沉降除尘设备，其特征是：它包括水平沉降管(2)、位于水平沉降管(2)一端下方并和水平沉降管(2)连通的分离箱体(3)，在分离箱体(3)上口有一与分离箱体(3)紧密结合的排气罩(6)，在排气罩(6)入口处设置与入口大小相配合的隔尘板(4)，在分离箱体(3)的下面有出灰口；所属的隔灰板(4)是阶梯状板，在每个阶梯的后端设有气流通道(4-1)。

4. 根据权利要求2所述的管道沉降除尘设备，其特征是：水平沉降管(2)是内壁光滑的矩形筒管或底部是平面的筒管。

5. 根据权利要求2所述的管道沉降除尘设备，其特征是：在出灰口处设有出料气锁5。

6. 根据权利要求2所述的管道沉降除尘设备，其特征是：水平沉降管(2)的长度L1不低于水平沉降管(2)高度B的5-15倍，且分离箱体3的高度B1不低于水平沉降管高度B的5倍。

7. 根据权利要求2所述的管道沉降除尘设备，其特征是：分离箱体(3)的宽度A1大于或等于水平沉降管的宽度A。

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