CN102439266A - 一种可现场清除的火花捕集器 - Google Patents
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Abstract
一种用于减少织物过滤式粉尘收集系统中发生起火的系统。该系统包括具有第一端和与第一端远离的第二端的细长外壳。气流入口，其与外壳的内部成流体连通，用于使气体和微粒从源流入外壳。气流出口，其与外壳成流体连通，用于使气体和微粒从外壳流出冰进入所述粉尘收集系统。细长的火花捕集器，设置于所述外壳中在第一端和第二端之间。该火花捕集器包括多个间隔开的楔形构件，相邻楔形构件之间具有的一种最小间距足以阻断可燃微粒从所述源到所述粉尘收集系统的流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉尘收集系统，具体涉及一种包括了在火花源与可燃物质之间的可清除火花捕集器(诸如一种粉尘收集袋滤器或袋滤捕尘室或集尘室(bag house))的系统。
背景技术
火花捕集器是一个通用术语，其用来描述一种旨在用来防止可燃物质(例如火花)逸散到会引起点火和火焰燃烧的区域内的装置。最受认可的火花捕集器是用作房屋和建筑物中壁炉和燃木火炉的排气管或烟囱上的烟囱罩的那些金属丝网装置。相比之下，火焰捕集器，诸如作为“非公路(off the road)”交通工具的消声器组件的一种集成部件的那些装置，被用来防止火焰从消声器逸出和从而引起火灾。
在许多行业实行更严格的空气污染控制要求下，包含有纤维过滤器的袋滤器典型地是用于捕捉颗粒物的可选设备。然而，产生空中浮游火花/空气承载火花以及粉尘和颗粒的工业应用不能使用袋滤器，或者由于没有使用一种有效的火花捕集设备导致存在着纤维过滤材料有燃烧起火的可能而不能使用纤维过滤材料。已经使用火花捕集器取得了有限成功，根据气体的流动量和颗粒大小，该火花捕集器已包括脱离盒(drop out box)、挡板、金属丝网、淹没浸管(submerged dip tubes)、旋风分离器、多旋风分离器、和用于启动喷水的传感器。然而，传感器和喷水系统不是百分百地有效，且往往由于包括未对准、污垢积聚、腐蚀或其它原因等多种因素而失效。
尽管目前有各种各样的设备可以使用，但仍然需要这样一种火花捕集器：其能有效地满足那些不允许发生火灾和爆炸的工业应用、以及那些必须有火花捕集器和粉尘收集系统的最小停机时间的工业应用的某些关键设计标准。可能产生可引起火灾或爆炸的火花的工业包括但不限于：进行金属回收和加工的金属铸造业，包括高温熔融生产线、金属切割、金属研磨、金属焊接、以及对金属部件的抛光；纤维和碎料板(particleboard)工业，包括对纤维和碎料板的加工以及对成品板的锯切和打磨；使用喷雾干燥器的化工行业和各种粉尘和粉末的气动输送；食品加工业，诸如咖啡、巧克力、烟草的烘干，香料和调味品的研磨，和气动输送粉状食品。此外，还包括所有类型的工业燃烧源。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种能有效地基本上排除掉粉尘收集袋滤器燃烧的火花捕集器、粉尘收集系统和污染控制系统。该火花捕集器包括外壳，和多个附接于一种安置在外壳的气体流动区域中的细长支撑构件上的间隔开的细长楔形构件。相邻楔形构件之间的最小间隙在约50到约400微米的范围内。
在另一个实施例中，本发明提供了一种用于减少纤维过滤粉尘收集系统中发生的燃烧的系统。该系统包括一种细长外壳，该细长外壳具有一种第一端和一种远离该第一端的第二端。一种气流入口设置为与外壳的内部成流体连通，用于使气体和颗粒从源流入外壳。一种气流出口设置为与外壳成流体连通，用于使气体和颗粒从外壳流出、然后进入粉尘收集系统。一种细长的火花捕集器安置在外壳内在第一端与第二端之间。该火花捕集器具有多个间隔开的楔形构件，相邻楔形构件之间的间隙足以阻断可燃颗粒从源流到粉尘收集系统。
本发明的另一个实施例中提供了一种用于炼焦炉装料过程的污染控制系统。该系统包括一种安置于炼焦炉门上方的罩，其用于在给炉装煤时收集来自于炼焦炉中的粉尘、火花和烟雾。一种细长的外壳附接于该罩的出风口。该外壳具有一种第一端和一种远离该第一端的第二端、一种与外壳的内部成流体连通的气流入口以用于使气体和颗粒从罩流入外壳，一种与外壳成流体连通的气流出口以用于使气体和颗粒从外壳流出然后进入粉尘收集系统，以及一种安置在外壳内在第一端和第二端之间的细长火花捕集器。该火花捕集器具有多个间隔开的楔形构件，相邻楔形构件之间的最小间隙足以阻断可燃颗粒从源流到粉尘收集系统。一种粉尘收集系统设置成与外壳的气流出口成流体连通。
本文所述的火花捕集器的优点包括：可基本上100％地排除特定最小尺寸的火花；在基本上没有用户维护的停机时间的情况下可以实质上连续地操作火花捕集器；以约140至约1400立方米/每分钟的流量流过火花捕集器的气流的压降最小化；火花捕集器能处理高至约550℃的相对较高的波动温度；以及还提供适合各种工业应用的机械方面鲁棒的火花捕集器。
附图说明
本发明的另外优势将会从通过结合附图考虑详细描述的优选实施方案变得显而易见，附图中并未按比例进行绘制，其中在所有这些若干附图中相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征：
图1是根据本发明的的粉尘收集系统的火花捕集器和罩的一部分的俯视图，非比例绘制；
图2是图1中火花捕集器和罩的一部分的截面图，非比例绘制；
图3是火花捕集器的一部分的透视图，示出根据本发明的火花捕集器的楔形构件，非比例绘制；
图4是包括根据本发明的火花捕集器的粉尘收集系统和罩的示意图；和
图5是一种包括根据本发明的火花捕集器和粉尘收集系统的炼焦炉装料系统的示意图。
具体实施方式
为了提供一种适用于工业应用的火花捕集器，希望提供一种适于满足一定数目的关键设计参数的设备和系统。最关注的是提供一种能基本上消除可能引起起火和/或爆炸的运行失败的可能性的设备和系统。
火花捕集器的有效设计直接与火花粒子的粒径或粒度相关。然而，当设计一种火花捕集器时，也应考虑一些其他独立变量。例如，火花粒子温度、火花粒子比热、收集在下游粉尘收集系统中的粉尘的可燃性、和下游粉尘收集系统所使用的粉尘收集材料的可燃性，这些都是在提供一种有效的火花捕集器系统时应当考虑的重要因素。上述独立变量中，火花粒径或粒度、火花粒子温度、火花粒子比热变量有可能会结合成一种称作“点火能量”的单变量。
火花粒子的点火能量、所收集粉尘的可燃性和粉尘收集材料的可燃性之间的关系可以用来确定“所允许的最大火花直径”。在大多数现有技术系统中，诸如上面所述的，火花粒子的惯性分离可用于大部分情况。然而，惯性分离通常仅对最大火花粒子的排除具有高效率，但并不能基本上消除掉所有的比所允许的最大火花直径更小的火花粒子。例如，如下表格示出了一种典型的高效率的旋风分离器的粒子去除效率相对于粒子粒径/粒子粒度的关系。
表1
| 斯托克斯当量直径粒度(μm) | 按重量计算的去除效率百分比 |
| 1.50 | 5.24 |
| 2.50 | 13.34 |
| 3.50 | 21.96 |
| 4.50 | 30.08 |
| 5.50 | 37.41 |
| 6.50 | 43.89 |
| 7.50 | 49.58 |
| 8.50 | 54.57 |
| 10.0 | 60.94 |
| 11.50 | 66.19 |
| 13.50 | 71.84 |
| 17.00 | 79.08 |
| 21.00 | 84.76 |
| 27.00 | 90.08 |
| 32.00 | 92.81 |
| 42.00 | 95.93 |
| 62.00 | 98.40 |
正如前述表格所示，在使用高效率旋风分离器时，只有接近62微米大小的微粒被清除的几率较高。因此，对于每分钟850立方米的气体流率而言，上述的高效旋风分离器可具有13.2厘米的水的压降，这可能需要大约40马力(hp)的风扇。这样的旋风分离器可能有约11米的整体高度和2米的主体直径。因此，高效率旋风分离器不仅对小于约25微米的微粒具有相对较低的去除效率，而且该设备体积相对较大、可能需要相对较多的能量来运行。
现参考图1至3，图示出根据本发明的火花捕集器装置和系统。图1是火花捕集器和罩系统10的俯视图，并且其不是成比例绘制的。系统10的火花捕集器12包括细长的外壳14，其具有第一端16和与第一端16远离的第二端18。一种设置于外壳14中的气流入口20(图2)用于与外壳的内部22成气流连通。设置了与外壳14的第一端16邻近的至少一个气流出口26，用于使气体和颗粒流出外壳14、然后进入与出口26相联接的粉尘收集系统30(图4)。根据通过系统10的气体流率，也可设置与外壳14的第二端相邻的第二气流出口28。
在外壳14内，安置了一种细长的火花捕集器部件32，将其安置于外壳14的第一端16和第二端18之间。该火花捕集器部件32包括多个间隔开的固定地附接于细长支撑构件36的楔形构件34，以提供一种基本上刚性的火花捕集器部件32。该火花捕集器部件32具有介于多个相邻楔形构件34之间的最小间距38且该间距足以阻断火花颗粒从源流入粉尘收集系统30。根据特定的应用和流率要求，间距38的范围可以是从约50至约500微米之间，从而能清除几乎所有比前面所限定的所允许最大火花直径更小的火花颗粒。
特别涉及到火花捕集器部件32，该部件32的所有部分可以由耐腐蚀材料制成，例如镀锌钢、钛或不锈钢。火花捕集器部件32可具有约0.3米至约1.5米的高度H、以及约1米至约5米的长度L，用于约7500m3/hr到约170,000m3/hr的气体流率。部件32的每个构件34具有范围在约0.5毫米至约5.0毫米之间的宽度W和范围在约0.9毫米至约9.0毫米之间的高度h。
如图3所示，由于在楔形构件34处在箭头40的方向上的通过火花捕集器部件32的流动，所以火花捕集器部件32本质上能防止颗粒所造成的堵塞。通过合适地选择间距38，火花捕集器32可以提供一种针对于任何其所具有粒径/粒度比介于相邻楔形构件34之间的间距38更大的火花或热碎片的绝对屏障。火花捕集器12可以包括一种盖42，用于在维护和修理火花捕集器12的部件时提供进入到火花捕集器12的内部22的通路。
为了引导包含有火花微粒的气体流进入火花捕集器12，可使用一种有沟槽的细长罩50。该罩50具有一种遮篷52，用于捕集从源排出的排放物、并引导其该排放物如箭头54所指示地进入火花捕集器12的气流入口20。正如火花捕集器的情况一样，罩50可以由多种材料制成，包括但不限于镀锌钢、钛、不锈钢及类似材料。对于上面给出的气体流速，罩50的整体长度LH可介于约1米到约10米之间，且其沟槽的开口宽度SW在约18毫米到约37毫米之间。罩50中的沟槽56使得气流基本均匀地分布流入火花捕集器中，从而使得对于较宽范围地波动的气体流率而言能够维持微粒去除效率。
火花捕集器12的另一个重要部件是喷淋清洗系统60。喷淋清洗系统60包括一种流体入口管道62，其使流体流到安置于火花捕集器12的两个相对着的侧面上的流体联箱(fluid header)64和66。该流体联箱64和66向安置在外壳14内部22的多个喷雾喷嘴68提供流体。该喷雾喷嘴68可提供一种具有介于约100至约130度之间的锥角的锥形喷雾器70，用于清洁可能积聚在火花捕集器部件32的构件34上的微粒和碎片。该喷嘴68可由能用于高温应用中的不锈钢或其它耐腐蚀材料制成，而且可在约3.4个大气压至约6.8大气压的压力环境下提供约4升/分钟(LPM)至约20LPM的流体流量。期望的是，锥形喷雾器70重叠以覆盖火花捕集器部件32的整个长度L。还期望的是，火花捕集器部件32的构件34的方位在一种大体垂直的位置中，从而使得从构件34洗刷下的碎片和微粒可通过罩50上的沟槽56而下落回。
是否需要清洗火花捕集器部件32可以视具体个案情况而确定，且可能取决于排放物中是否包含有粘性微粒物质。因此，喷雾喷嘴68可自动地或手动地操作，用以间歇地清洁火花捕集器部件32。
根据本发明的火花捕集器系统10的一个应用可以是炼焦炉装料，其中火花捕集器系统10邻近于打开的炉体80和装料机82，如图5示意性地图示的。随着将炽热的焦炭装填入该炼焦炉80中，烟雾84便从炼焦炉80中释放出。由于炼焦炉80用焦炭86进行装填/填料，所以大量的气体、烟雾和火花微粒84便从炼焦炉80中排出。烟雾和火花微粒夹带在由带沟槽的罩50产生的气体84中，以流经火花捕集器12中来去除火花微粒，然后进入到粉尘收集系统30。清洁后的气体从粉尘收集系统30的出口90排出。因为火花捕集器12基本上消除了所有的火花微粒，则可使用包含有袋式过滤器92的粉尘收集系统30。袋式过滤粉尘收集系统30可以比其他粉尘收集系统更有效地去除掉炼焦炉装料过程中产生的气流中的微粒。
前述实施方案在其实践中很容易发生相当大的变化。因此，上述实施例并不旨在受限于上文中所具体阐述的特定实施例。相反，上述实施例是在所附的权利要求的精神和范围内，包括法律上认同的其等同物。
本专利权人不打算向公众奉献任何所披露的实施例，在一定程度上，任何所披露的修改或变更并非是在字面上落入权利要求的范围内，它们被认为是按照等同原则下的一部分。
Claims (20)
1.一种用于减少织物过滤式粉尘收集系统中起火发生的系统，包括：
具有第一端和与第一端远离的第二端的细长外壳；
气流入口，其与外壳的内部成流体连通，用于使气体和微粒从源流入外壳；
气流出口，其与外壳成流体连通，用于使气体和微粒从外壳流出、并进入所述粉尘收集系统；以及
细长的火花捕集器，安置于所述外壳中在第一端和第二端之间，该火花捕集器包括多个间隔开的楔形构件，相邻楔形构件之间具有最小间距足以阻断可燃微粒的从所述源到所述粉尘收集系统的流动。
2.如权利要求1所述的系统，还包括附接至所述外壳的火花捕集器清洗系统，用于清除来自火花捕集器的微粒。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个楔形构件沿基本垂直的方向安置于所述外壳内。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述相邻楔形构件之间的最小间距在50微米到约400微米之间。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述火花捕集器包含不锈钢材料。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述粉尘收集系统包括具有织物过滤袋的集尘室。
7.如权利要求1所述的系统，还包括所述外壳内的多个水雾喷嘴，用于清洗所述火花捕集器。
8.如权利要求1所述的系统，还包括用于收集包含火花和微粒物质的气体的罩，用于引导气体流入所述外壳、并且流动穿过所述火花捕集器。
9.一种用于炼焦炉装料过程的污染控制系统，包括：
安置于打开的炼焦炉门上方的罩，其用于收集来自向炼焦炉内装填煤过程中的粉尘、火花和烟雾；
附接至该罩的出风口处的细长外壳，该外壳具有第一端和与第一端远离的第二端；
气流入口，其与外壳的内部成流体连通，用于使气体和微粒从所述罩流入该外壳内；和气流出口，其与外壳成流体连通，用于使气体和微粒从外壳流出然后进入粉尘收集系统；和
细长的火花捕集器，安置于该外壳中在第一端和第二端之间，该火花捕集器包括多个间隔开的楔形构件，相邻楔形构件之间具有最小间距足以阻断可燃微粒从源到粉尘收集系统的流动；以及
粉尘收集系统，与该外壳的气流出口成流体连通。
10.如权利要求9所述的系统，还包括附接于所述外壳的火花捕集器清洗系统，用于移除来自火花捕集器的微粒。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述多个楔形构件沿基本垂直的方向安置于所述外壳内。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述相邻楔形构件之间的最小间距在50微米到约400微米之间。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述火花捕集器包含不锈钢材料。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述粉尘收集系统包括具有织物过滤袋的集尘室。
15.如权利要求9所述的系统，还包括所述外壳内的多个水雾喷嘴，用于清洗所述火花捕集器。
16.一种用于防止粉尘收集系统内起火的火花捕集器，所述火花捕集器包括：外壳、和附接于细长支持件上的多个相互间隔开的细长楔形构件，该细长支撑构件安置在所述外壳的气体流动区域中，所述相邻楔形构件之间具有最小间距范围在约50微米到约400微米之间。
17.如权利要求16所述的火花捕集器，其中所述多个楔形构件沿基本垂直的方向安置于所述外壳内。
18.如权利要求16所述的火花捕集器，其中所述火花捕集器包含不锈钢材料。
19.如权利要求16所述的火花捕集器，还包括安置于所述外壳内的多个水雾喷嘴，用于清洗所述火花捕集器。
20.如权利要求19所述的火花捕集器，其中所述喷嘴可提供锥角度为120度的锥形喷雾器。
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