CN101790588B - 用于鼓风炉炉气的除尘装置 - Google Patents

Abstract

用于鼓风炉炉气的传统除尘装置包含压力容器，其具有气体入口及出口罩(14)、分离腔(16)和下部集尘斗(18)，以及轴向延伸穿过气体入口及出口罩(14)进入分离腔(16)的扩散管道(26)。为了提高该集尘斗(18)的分离效率，提出将其横截面小于分离腔(16)的气流偏转腔(50，50’)设置在分离腔(16)的中央，以使得分离腔(16)的内壁之间留有环形沉积腔(52)。扩散管道(26)与气流偏转腔(50，50’)相通以轴向地将向下气流排出到气流偏转腔(50，50’)的顶端，在那里向下气流被向上偏转。具有导向叶片(60)的环形涡流装置(58)环绕扩散管道(26)的下端设置在气流偏转腔(50，50’)的顶端中并作为流入除尘装置的压力容器中的气流输的出口。导向叶片(60)形成围绕扩散管道(26)上升到气体入口及出口罩(14)中的涡流。

Description

用于鼓风炉炉气的除尘装置

技术领域

本发明通常涉及用于鼓风炉炉气的除尘装置。

背景技术

鼓风炉车间的大多数气体净化系统包含初步净化阶段和精细净化阶段。精细净化阶段一般包括至少一个气体洗涤器或静电分离器。初步净化阶段的目标是在气流进入精细净化阶段之前从气流中去除粗糙(大尺寸)灰尘颗粒。因此，初步净化阶段不仅提高了精细净化阶段的分离效率，而且还使得它的操作更可靠且经济。在2000年之前建造的大多数鼓风炉车间中，初步净化阶段包括所谓的除尘装置。

这样的除尘装置(图1)是大的垂直压力容器，其由上到下包含：气体入口及出口罩、大圆柱形分离腔以及漏斗形的集尘斗。气体入口及出口罩具有以压力容器的竖向轴线为中心的气体入口接头和靠近于罩顶端的侧向气体出口接头。轴向气体入口接头由扩散管道的上端形成，所述扩散管道轴向延伸穿过罩进入分离腔，在分离腔中它在水平平面中形成出口。侧向气体出口接头通向除尘装置罩内的环形空间，该环形空间环绕扩散管道。

这种除尘装置的操作如下所述。未经处理的鼓风炉炉气(就是说，来自鼓风炉的带有大量灰尘的气体)通过大直径气体管道(被称为“下降管”)下降，其从上方连接至除尘装置的气体入口接头。通过扩散管道，未经处理的气流被轴向引入除尘装置的分离腔。进入分离腔的气体在横截面方面的增加导致它的速度大大降低。在分离腔中，气流又进一步地将其流动方向从向下反转为向上，因为除尘装置的唯一气体出口接头位于除尘装置的罩中。由于速度的降低和分离腔中流动方向的180°反转，使得最大尺寸的灰尘颗粒由于重力落下并且被收集到漏斗形的集尘斗中。从这里，灰尘通过连接到漏斗形集尘斗底端的灰尘排出闸从除尘装置中排出。预净化过的气流通过罩中的侧向气体出口接头离开除尘装置。

上文中所述的传统除尘装置具有仅占全部含尘量40-50％的分离效率。该相当低的分离效率对于符合当前环境保护要求的精细净化阶段的高效且经济的操作是不够的。因而在新鼓风炉车间的现代气体净化系统中，初步净化阶段经常是切向或轴向旋流器，其分离效率优于除尘装置。

在WO 00/40763中公开了用于鼓风炉气体净化系统的轴向旋流灰尘分离器。这种现代灰尘分离器包含垂直压力容器，在它的顶端具有用于鼓风炉炉气的轴向送料装置。轴向送料装置包括用于未经处理鼓风炉炉气的两个向上突出的入口连接管和用于预净化的气体的中心出口连接管。在中心出口连接管的侧向上，两个入口连接管通向压力容器的罩。向下扩展的入口钟形物设置在压力容器的罩的下方并将气流引向入口钟形物的底部边缘与压力容器的外壁之间形成的环形间隙。设置在该环形间隙中的具有导向叶片的涡流装置使得鼓风炉炉气关于受压容器的竖向轴线涡旋。离心力使得灰尘颗粒径向向外甩出，它们与外壁相撞进而下滑通过漏斗进入集尘斗。气流在位于前述漏斗的出口前面的偏离锥上反转其向下的盘旋，并以较小的内部盘旋向上运动。中心出口连接管轴向地穿过入口钟形物并且其入口位于入口钟形物的下方。通过该入口，向上运动的气流进入中心出口连接管，气流通过该中心出口连接管沿轴向离开灰尘分离器。应该明白此种类型的轴向旋流灰尘分离器实现了高达全部含尘量85％的分离效率。

因此这种轴向旋流分离器是新的鼓风炉炉气净化车间非常感兴趣的解决方法。如果不得不改建包括传统除尘装置的现有鼓风炉炉气净化车间的话，WO 00/40763建议将没有集尘斗的轴向旋流分离器插入到除尘装置的截平压力容器中，从而由除尘装置的压力容器形成集尘斗。这种解决方式当然比用全新的轴向旋流分离器来完全更换传统除尘装置要便宜，但有时仍太昂贵，如果客户针对环境保护措施仅有有限的预算的话。

在改建包括传统除尘装置的现有鼓风炉炉气净化车间的情况下，特别有利的是，在无需改进其压力容器的情况下就可以提高传统除尘装置的分离效率。确实应当明白在这种情况下，对压力容器进行改进成本相当高，因为它们要求压力容器的新的压力鉴定。

在EP 1557218中公开了在无需改进其压力容器就提高现有除尘装置的分离效率的方法。这种解决方法特点在于在传统除尘装置的未改进压力容器中安装几个相对较小的切向旋流器。这些小切向旋流器中的每个均包括外管、同轴的内管以及切向送料管。后者(切向送料管)在外管的顶端穿入到限定在内、外管之间的环形空间中。除尘装置的轴向扩散管道的下端配备有中心分配室，在其周围布置有小的切向旋流器。鼓风炉炉气通过轴向扩散管道流入该分配室并通过切向送料管进入旋流器。这里，气体经历了盘旋向下的运动。气体中的灰尘颗粒(其在该盘旋向下的运动中经受离心力)从气流中分离并通过旋流器的开口基部排出从而进入到除尘装置的漏斗形端部。预净化的气流通过旋流器的内管进入围绕轴向扩散管的空间中并通过其压力容器的出口接头离开除尘装置。EP 1557218中公开的解决方法的缺点是，例如，灰尘还可能积聚在围绕轴向扩散管道的空间中，除了旋流器的内管外，该空间与除尘装置的集尘斗之间没有连通。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进以在无需改进其压力容器的情况下提高现有传统除尘装置的效率。

此目标通过如权利要求1中要求保护的除尘装置实现。

本发明涉及用于鼓风炉炉气的传统除尘装置，其包括压力容器，该压力容器具有气体入口及出口罩、分离腔和下部集尘斗，其中扩散管道轴向延伸穿过气体入口及出口罩进入分离腔。根据本发明，对传统除尘装置进行如下改进。

其横截面小于分离腔横截面的气流偏转腔被设置在分离腔的中心，因此在分离腔的内壁与气流偏转腔之间仍留有环形沉积腔。扩散管道与该气流偏转腔相连以使向下的气流从轴向排出到气流偏转腔的顶端，在那里该向下的气流被向上偏转。具有导向叶片的环形涡流装置围绕扩散管道的下端设置在气流偏转腔的顶端中，以便于形成围绕扩散管道上升到气体入口及出口罩的涡气流。在该上升的涡气流中，灰尘颗粒经受离心力，该离心力使得至少较大尺寸的颗粒径向向外甩出。这里，也就是围绕着主上升涡气流，下降的次涡气流作用在灰尘颗粒上。由于该下降的次涡气流以及由于重力的作用，至少较大尺寸的灰尘颗粒下沉到环形沉积腔中，并穿过环形沉积腔(在该环形沉积腔中基本没有气流)直接下落到集尘斗中。应该明白上面描述的改进在无需改进其压力容器的情况下大大提高了现有传统除尘装置的分离效率。此外，在压力容器内，分离腔和气体入口及出口罩通过环形沉积腔保持与下部集尘斗直接相通，从气流中分离的灰尘通过该环形沉积腔直接落入集尘斗中。

为保证良好的分离效率，偏转腔的外径D1和分离腔的内径D3应理想地实现如下关系：(0.40×D3)≤D1≤(0.60×D3)。

如果D1是偏转腔的外径，D3是分离腔的内径，并且如果气体入口及出口罩具有其内径D2＜D3的圆柱形主体部分的话，则建议D1应近似等于D2。

气流偏转腔有利地包括锥形偏转器以使向下的气流向上偏转到环形涡流装置中。

如果气流偏转腔中气体速度很高，那么就不太可能有大量的灰尘聚积在那里。因此，气流偏转腔可以具有其中没有灰尘排出口的封闭下端。然而，还可以在气流偏转腔的封闭下端设置清洁装置，用于沉积在气流偏转腔中的灰尘的周期性排出。

可替换地，气流偏转腔可以具有打开的(优选为漏斗形的)延伸到下部漏斗形集尘斗中的下端。在正常操作中，由于集尘斗中的灰尘的积聚，该打开的下端对气体来说是封闭的，因此阻止气流绕过气流偏转腔顶端中的环形涡流装置。

传统集尘斗的气体入口及出口罩通常具有下部锥形过渡部分和上部圆柱形主体部分。这样的罩有利地配备有向下突出的圆柱形轴环，其在气体入口及出口罩的内侧上形成下部锥形过渡部分与上部圆柱形主体部分之间的一种障碍物。此障碍物的目的是阻止具有非常高含尘量的边界气流(其沿着罩的锥形过渡部分的内壁上升)直接进入罩的上部圆柱形主体部分。换言之，障碍物使得沿着锥形过渡部分的内壁形成的边界气/灰尘流向下偏转到环形沉积腔中。应该明白该十分简单的措施依然进一步提高了除尘装置的分离效率。

环形涡流装置的优选实施例包括多个导向叶片，其设置在围绕扩散管道下端的环形空间中，以使其可单独地从环形沉积腔中更换。

附图说明

从以下参照附图对几个实施例的详细但非限制性的描述中可明白本发明的更多细节和优点，其中：

图1是传统除尘装置的垂直截面图；

图2是图1中传统除尘装置的垂直截面图，其根据本发明的第一实施例进行了改进；

图3是图1中传统除尘装置的垂直截面图，其根据本发明的第二实施例进行了改进；以及

图4是沿着图2和图3中确定的剖面4-4’的截面图。

具体实施方式

图1示出了穿过鼓风炉炉气净化车间的传统除尘装置10的垂直截面图。这样的传统除尘装置10主要是大的垂直压力容器，其由上到下包括：气体入口及出口罩14、大圆柱形分离腔16和漏斗形集尘斗18。气体入口及出口罩14由上到下包括：具有截平圆锥形状的头部端20、具有垂直圆柱形状的主体部分22、以及也具有截平圆锥形状的过渡部分24。过渡部分24将罩14连接于圆柱形分离腔16。扩散管道26轴向穿过头部端20进入罩14并轴向延伸穿过罩14进入分离腔16。在这里，扩散管道26形成出口28，其位于水平平面中并以压力容器的竖向轴线30为中心。尽管图1所示的扩散管道26在其整个长度上具有圆柱形形状，但应注意在一些除尘装置中，扩散管道可以具有分支出口部分。扩散管道26的上端形成气体入口接头32，该气体入口接头也以除尘装置的竖向轴线30为中心。侧向气体出口接头34通过罩14的圆柱形主体部分22通向罩14中的环形空间36，该环形空间围绕扩散管道26。

图1除尘装置10的操作如下所述。来自鼓风炉顶部的未经处理的(就是说，带有大量灰尘的)鼓风炉炉气(见箭头38)，通过大直径气体管道(被称为“下降管”)下降，该管道从上部与除尘装置10的轴向气体入口接头32相连。通过扩散管道26，将未经处理的气流轴向地引入除尘装置10的分离腔16中(见箭头40)。进入分离腔16的气体在横截面上增加导致其速度大大降低。此外，在分离腔16中，在气流可以通过气体入口及出口罩14离开除尘装置之前，气流必须将其流动方向从向下反转为向上(见箭头42)。由于速度的降低和流动方向的反转，最大尺寸的灰尘颗粒由于重力而下落并被收集在集尘斗18中(参考标号46指明了被收集在集尘斗18中的灰尘)。被收集在集尘斗18中的灰尘46通过灰尘排出闸48被排出到除尘装置10之外，灰尘排出闸48与漏斗形的集尘斗18的底端相连。预净化的气流通过罩14中的侧向气体出口接头34离开除尘装置10(见箭头44)。

图2示出了根据本发明的改进的图1传统除尘装置10的垂直截面图。参考标号50表示圆柱形气流偏转腔，该偏转腔设置在分离腔16中央并具有比后者小的横截面，因此在分离腔16的内壁54与气流偏转腔50的外壁56之间仍保留有环形沉积腔52，该沉积腔直接与集尘斗18连通。应注意气流偏转腔50的外径D1有利地等于或小于气体入口及出口罩14的圆柱形主体部分22的内径D2。更一般地，气流偏转腔50的外径D1应该在分离腔16内径D3的40％和60％之间。

扩散管道26连接于该气流偏转腔50，以将向下的气流轴向排出到气流偏转腔50(如图中箭头66所指)的顶端，其中该向下的气流被向上偏转(如图中箭头66示意性地指出的)。

环形涡流装置58围绕气流偏转腔50顶端中的扩散管道26的下端。如图4所示，该环形涡流装置58包含多个部分重叠的导向叶片60，其设置在围绕扩散管道26出口的环形空间中。该环形空间的外径基本上等于气流偏转腔50的外径D1，以使环形涡流装置58形成围绕扩散管道26的气流偏转腔50的环形顶面。每个导向叶片60均有利地通过气流偏转腔50的外壁56中的切口从环形沉积腔52侧向插入到涡流装置58中。适合的涡流装置58(其中导向叶片60可单独地更换)例如在WO 00/40763A1中进行更详细的描述。

用于气流偏转腔50中气流的锥形偏转器62与扩散管道26的出口相对地布置。该偏转器62被设计成使得离开扩散管道26的向下气流朝向环形涡流装置58向上偏转。应注意当然应给偏转器62、气流偏转腔50的内壁、导向叶片60和所有经受鼓风炉灰尘的高磨损的其他部件提供磨损衬套(例如由陶瓷材料组成)。

图2中改进的除尘装置的操作如下所述。未经处理的鼓风炉炉气穿过扩散管道26沉降到气流偏转腔50(见指示离开扩散管道26的向下煤气流的箭头64)。偏转器62朝向环形涡流装置58向上偏转该向下气流64(见指示由偏转器62产生的向上气流的箭头66)。向上气流66穿越过环形涡流装置58，其中导向叶片60形成围绕扩散管道26上升到气体入口及出口罩14中的涡气流68。在该涡气流68中，灰尘颗粒经受离心力，其将灰尘颗粒径向向外甩出。这里，即围绕主上升涡气流68，下降的次涡气流作用在灰尘颗粒上。由于该下降的次涡气流以及由于重力的作用，至少较大尺寸的灰尘颗粒沉降到环形沉积腔52中并穿过该环形沉积腔(在其中基本没有气流存在)直接下落到集尘斗18中。上升涡气流68穿越过罩14的锥形过渡部分24并进入环形空间36。箭头44指示了通过除尘装置10的侧向气体出口接头34离开除尘装置10的预净化气流。

仍然参照图2，应该注意，向下突出的圆柱形轴环72在罩14的内侧上形成下部锥形过渡部分24与上部圆柱形主体部分22之间的一种障碍物。该障碍物72的目的是阻止具有高灰尘颗粒含量的边界气流(其沿着罩14的锥形过渡部分24的内壁上升)，直接进入上部圆柱形主体部分22。换言之，障碍物72使得沿着锥形过渡部分24的内壁形成的边界气/灰尘流向下偏转到环形沉积腔52。

图2中所示的除尘装置的气流偏转腔50具有围绕锥形偏转器62的封闭底面74。由于气流偏转腔50中的高气流速度，因此预料在腔50内的底面上不会累积过多的灰尘，至少在正常的操作情况下不会这样。然而，为了防止在不利的操作情况下灰尘累积在气流偏转腔50内，人们可以预见到在锥形偏转腔62下部边缘63周围的气流偏转腔50的封闭底面74中存在净化装置(未示出)。这些净化装置周期性地打开以将灰尘(灰尘可能已累积在气流偏转腔50中)排出到集尘斗18中。

图3示出了根据本发明的替换实施例已被改进的图1传统除尘装置10的垂直截面图。根据该替换实施例，气流偏转腔50’(其上部与气流偏转腔50相同)具有围绕锥形偏转器62的开放底部。此外，气流偏转腔50’的侧向圆柱形壁56’延伸得超出锥形偏转器62的下部边缘63并位于分离腔16的孔高度的上方，以在锥形偏转器62下方提供独立的灰尘收集腔80。具有出口84的漏斗形出口部分82使该分离灰尘收集腔80向下延伸到集尘斗18中。

对于根据图3的改进除尘装置10，沉积在气流偏转腔50’内的灰尘颗粒积聚在位于偏转器62下方的独立灰尘收集腔80中。在除尘装置的正常操作中，由于老式除尘装置的漏斗形集尘斗18中的灰尘积聚和新式独立灰尘收集腔80的漏斗形出口部分82中的灰尘积聚，因而漏斗形出口部分82的出口84对于气流是封闭的。因此，在正常操作中，气体仅可以通过涡流装置58而不能通过漏斗形出口部分82的出口84离开气流偏转腔50’。箭头86指示出被收集在独立灰尘收集腔84中的灰尘可以怎样流经开口84进入集尘斗18的下部，从这里气流可以通过灰尘排出闸48排出到除尘装置10之外。

除了之前提及的结构和操作上的差别以外，对图2的描述(已作必要的修正)可应用到图3。然而仍然应该注意对于图3的实施例，原则上可将气流偏转腔50’和/或偏转器62和/或涡流装置58特意设计成在气流偏转腔50’中沉积特定的灰尘比例。对于图2的实施例，仍然推荐将气流偏转腔50’和偏转器62设计成没有灰尘或仅有少量灰尘沉积在气流偏转腔50’中。

为了根据本发明改进传统的除尘装置，有利地可如下进行改进。将气流偏转腔50或50’、环形涡流装置58和偏转器62设计成使它们由单个部件构成，这些部件足够小从而可以通过现有的修正开口(未示出)被引入除尘装置10的压力容器中。这些单个部件随后通过该修正开口被引入到除尘装置10的分离腔16中，并在那里重新组装以形成气流偏转腔50，50’(其中具有偏转器62)和环形涡流装置58。环形涡流装置58与扩散管道26的下端相通，并且气流偏转腔50，50’被支撑在分离腔16中。如果需要，扩散管道26的下端可以预先截短或甚至可按照要求被由具有较小或较大出口的管道部分替换。

应该明白根据本发明对传统除尘装置10进行改进不需要对它的压力容器和/或现有与下降管的轴向连接进行任何改进。此外，气流偏转腔50，50’具有比分离腔16小的横截面的事实，以及气流偏转腔50，50’被宽敞的环形沉积腔52环绕的事实，极大地方便了本发明在现有除尘装置中的实施并且还使其便于维护。

参考标号：

10除尘装置             7450的封闭底面

14气体入口及出口罩     80独立的灰尘收集腔

16分离腔               8250’的出口部分

18漏斗形集尘斗         8480的出口

2014的头部端           86指示灰尘排出的箭头

2214的主体部分

2414的过渡部分

26扩散管道

2826的出口

30竖向轴

32气体入口接头

34气体出口接头

36环形空间

38指示气流的箭头

40指示气流的箭头

42指示气流的箭头

44指示气流的箭头

46收集在18中的灰尘

48灰尘排出闸

50

50’气流偏转腔

52环形沉积腔

5416的内壁

56

56’50、50’的圆柱形外壁

58环形涡流装置

60导向叶片

6250中的偏转器

6362下部边缘

64指示气流的箭头

66指示气流的箭头

68涡气流

72用作22与24之间的障碍物的轴环

Claims (11)

1.用于鼓风炉炉气的除尘装置，包括压力容器，所述压力容器具有气体入口及出口罩(14)、分离室(16)和下部集尘斗(18)，其中扩散管道(26)轴向延伸穿过所述气体入口及出口罩(14)进入所述分离室(16)；其特征在于，横截面小于所述分离室(16)的气流偏转腔(50，50’)设置在所述分离室(16)的中央，以使所述分离室(16)的内壁与所述气流偏转腔(50，50’)之间留有环形沉积腔(52)；所述扩散管道(26)连接至所述气流偏转腔(50，50’)以轴向地将向下气流排出到所述气流偏转腔(50，50’)的顶端中，在那里所述向下气流被向上偏转，并且

具有导向叶片(60)的环形涡流装置(58)围绕所述扩散管道(26)的下端设置在所述气流偏转腔(50，50’)的顶端中，以形成围绕所述扩散管道向上上升到所述气体入口及出口罩中的涡气流。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述偏转腔(50，50’)具有外径D1，分离室(16)具有内径D3，并且：(0.4×D3)≤D1≤(0.6×D3)。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气流偏转腔(50，50’)具有外径D1，所述分离室(16)具有内径D3，并且所述气体入口及出口罩(14)具有内径D2＜D3的圆柱形主体部分，并且：D1≤D2。

4.根据权利要求1所述的装置，在所述气流偏转腔(50，50’)中包括用于气流的锥形偏转器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气流偏转腔(50，50’)具有封闭下端。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，机动化的排出闸设置在所述气流偏转腔(50，50’)的所述封闭下端。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气流偏转腔(50，50’)具有延伸进入下部漏斗形集尘斗(18)中的打开的下端。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述打开的下端为漏斗形。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中：

所述气体入口及出口罩(14)具有下部锥形过渡部分和上部圆柱形主体部分；并且

向下突出的圆柱形轴环在所述气体入口及出口罩(14)内侧上形成所述下部锥形过渡部分与所述上部圆柱形主体部分之间的障碍物。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述环形涡流装置(58)包括多个导向叶片(60)，它们设置在环绕所述扩散管道(26)下端的环形空间中，以使其可单独地从所述环形沉积腔(52)中更换。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：

所述气体入口及出口罩(14)具有下部锥形过渡部分和上部圆柱形主体部分；并且

向下突出的圆柱形轴环在所述气体入口及出口罩(14)内侧上形成所述下部锥形过渡部分与所述上部圆柱形主体部分之间的障碍物。

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