CN104606966B - 主动螺旋旋风除尘装置 - Google Patents

Abstract

一种主动螺旋旋风除尘装置，在其壳管(1)内从上至下设有依次相连接的出风筒(2)、上风筒(3)和锥形筒(4)，上风筒具有进风口(5)，锥形筒内壁上设有不等长的变螺距螺旋槽。壳管外设有用于驱动锥形筒旋转的驱动装置、与锥形筒下端连通的集灰斗(7)以及容置集灰斗的储液罐(8)。壳管外还设有风机(9)和喷淋系统(10)，喷淋系统通过管道连接至锥形筒的上部以用液体冲刷锥形筒内壁，并在内壁形成液膜，液膜加快了气流中尘粒的吸收。尘粒在锥形筒旋转作用下汇入螺旋槽中，最后流入集灰斗。该主动螺旋旋风除尘装置可以高效捕获0.15微米以上的尘粒，尤其是危害人体健康的PM2.5以上尘粒，提高了空气净化效果和除尘效率，而且含尘浓度适应面广，采用低流速除尘则噪音大幅降低。

Description

主动螺旋旋风除尘装置

技术领域

本发明涉及一种空气净化装置，具体是一种主动螺旋旋风除尘装置，可以应用于去除空气中的微小尘粒、可溶性化学物质等影响空气质量的有害物质，以得到干净的空气。

背景技术

空气质量与人们的身体健康密切相关。自1886年摩尔斯(Morse)的第一台圆锥形旋风除尘器申请专利并投入使用以来，旋风除尘器在工业上的应用已有一百多年的历史。

旋风除尘器的工作过程是：当含尘气流从进气口以较高的切向速度(一般为12～25m/s)进入旋风除尘器圆筒部分后，气流将由直线运动变为圆周运动，并沿内外圆筒间的环路空间和锥体部位做自上而下的螺旋线运动，称外旋流；含尘气流在旋转过程中产生很大的离心力，由于尘粒的惯性远大于空气，因而将密度大于空气的尘粒甩向器壁；尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，与气体分离，最后经锥体底部排入集灰箱内，当气流到达圆锥体某一位置时，便以同样的旋转方向形成一股由下转上的螺旋线运动，称内旋流；最后净化的气体经排气管排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。

为了提高旋风除尘器的除尘效率，专利号为90225829.X、申请号为201210172136.1、申请号为201210171637.8、公告号为CN203695239U等的中国专利或专利申请，采用了在圆筒部分的内壁面或外壁面铸制28-32度的螺旋导流槽，或通过焊接或其它固定措施得到连续的螺旋筋条或导流条，达到增加摩擦阻力，减少风阻，同时增加尘气离心力，减少串流或抑制二次反灰，提高除尘效果。中国专利申请201210556116.4所公开的“旋风除尘器”采用入口螺旋导向的技术措施，达到强制形成螺旋风，最终达到提高除尘效率的目的。中国专利ZL200820211174.2则采用中心轴上带螺旋片的方式去除积留在筒壁的尘粒，公告号为CN202666628U的中国专利采用了卧式中心轴上带螺旋、加水膜的方式来除去空气中和停留在筒壁的尘粒。但是，上述技术措施均是在已有旋风除尘原理的基础上，通过改进筒体结构来达到提高除尘效率的目的的，然而分析和实践表明，由该旋风除尘器的工作原理，能有效处理0.5微米以上的尘粒，但对PM5以下的不同粉尘不能有效地去除或收集。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种主动螺旋旋风除尘装置，其能够有效去除空气中大于0.15微米的尘粒，尤其是危害人体健康的PM2.5尘粒，提高空气净化的效果。

本发明的具体技术方案如下：

一种主动螺旋旋风除尘装置，包括壳管，在所述壳管内从上至下设有依次相连接的出风筒、上风筒和锥形筒，其中所述上风筒具有进风口；其特征在于，在所述壳管外设有用于驱动所述锥形筒旋转的驱动装置、与所述锥形筒下端连通的集灰斗、以及容置该集灰斗的储液罐；在所述壳管外还设有风机和喷淋系统，其中，所述风机的出风口与所述上风筒的所述进风口连通，所述喷淋系统通过管道连接至所述锥形筒的上部以用液体冲刷锥形筒的内壁。

进一步地，所述锥形筒的内壁上设有不等长、变螺距的螺旋槽，所述螺旋槽与液体的冲刷位置匹配，所述螺旋槽的螺旋角与所述进风口的角度匹配。

进一步地，所述锥形筒内壁螺旋槽的变化规律是，锥形筒大头螺旋槽的螺旋角为5～20度，锥形筒小头螺旋槽的螺旋角至少2倍于大头螺旋槽的螺旋角。

进一步地，所述螺旋槽的螺旋线头数为偶数，其中有一半头数的螺旋线的长度为锥形筒锥体高度的1/2～2/3，螺旋起点是从锥形筒的大头端。

进一步地，所述锥形筒的转动速度小于240转/分，锥形筒的锥体长度为1.5～2.5倍于外筒直径。

进一步地，所述锥形筒与所述上风筒、所述集灰斗之间均设有密封装置。

进一步地，所述上风筒采用对称双进风口结构。

进一步地，所述上风筒的进风口采用螺旋风道。

进一步地，所述风机是贯流风机或普通风机。

可见，本发明改变了现有旋风除尘器的由含尘气流从进气口以较高的切向速度、由风的直线运动变为螺旋旋转运动的工作原理，其通过锥形筒的主动旋转，控制气流旋向、速度等，改变了含尘气流与锥形壁的相对风速和近壁面的局部流场，“接”住了气流中的尘粒；带液膜的锥形筒壁能够提高捕集效果；锥形筒内壁所设的不等长、变螺距螺旋槽，便于尘粒或液膜在此汇集，更易使已清除的尘粒进入集灰斗，避免了二次返灰。

通过实验，本发明的主动螺旋旋风除尘装置能够有效地去除空气中大于0.15微米的尘粒，尤其是危害人体健康的PM2.5尘粒，显著地提高了空气净化的效果，而且除尘效率高，含尘浓度适应面广，同时可以低速除尘，噪音大幅降低。

附图说明

图1为本发明主动螺旋旋风除尘装置的主视示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的锥形筒的结构示意图；

图4为本发明进一步改进结构的主视示意图，其中采用分离风管进风。

图中：1-壳管，2-出风筒，3-上风筒，4-锥形筒，5-进风口，6-皮带轮，7-集灰斗，8-储液罐，9-风机，10-喷淋系统。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述和说明。

图1为本发明主动螺旋旋风除尘装置的主视示意图。如图1所示，该主动螺旋旋风除尘装置包括壳管1，在壳管1内从上至下设有依次相连接的出风筒2、上风筒3和锥形筒4，其中上风筒3设有进风口5，而且锥形筒4与上风筒3同轴。在壳管1外，设有用于驱动锥形筒4旋转的皮带轮6和电机、与锥形筒4的下端连通的集灰斗7、以及容置该集灰斗7的储液罐8，其中集灰斗7的下端与储液罐8连通并浸没在储液罐8内的液体中。如图1所示，在壳管1与锥形筒4之间形成了用于导风的环形风道。

本发明的主动螺旋旋风除尘装置还包括设在壳管1外的风机9和喷淋系统10，其中，风机9的出风口与上风筒3的进风口5连通，如图2所示。喷淋系统10的喷淋头安装在上风筒3内部，喷淋系统10将储液罐8中的液体通过泵经由管道可输送至锥形筒4的上部，喷淋液体从而在锥形筒4的内表面形成液膜。图1示出了其中壳管进风连接的具体结构。风机9可以是贯流风机或者普通风机。

如图3所示，在锥形筒4的内壁上还设有不等长、变螺距的螺旋槽。

当含尘气流通过风机9由进风口5进入上风筒3后，形成螺旋向下的气流，气流在经过锥形筒4的内表面时，由于旋转的锥形筒4的壁面效应，其内表面附近流场改变，使尘粒快速失去动力而留在壁面，带有液膜的锥形筒4内表面则更易吸收气流中的尘粒，在锥形筒4的主动旋转作用下，尘粒汇入锥形筒4锥体上的螺旋槽中，进一步流入集灰斗7中。

本发明根据重力下的最快下降曲线实验，所采用的锥形筒内壁上的螺旋线为变距螺旋线。

本发明在锥形筒4与上风筒3、集灰斗7之间均设有密封装置，因而含尘气流不会从这些连接部位流出。集灰斗7与储液罐8连接，由于储液罐8中液体的阻隔作用，因而气流也不会从集灰斗7逸出或流出。因此，被吸收掉尘粒的气流只能从中间向出风筒2的上端流出，从而达到洁净空气的目的。

本发明中的喷淋系统10是为了保证锥形筒内壁带有液膜而设置，可以根据需要喷淋雾膜或溶液。而且，当锥形筒的内壁有更多附着物时，则加大喷液量，形成液柱冲刷清洗除尘器的内部表面。因此，喷淋系统10的喷嘴所喷出的液体可以喷淋或冲刷到锥形筒4的大头位置。

锥形筒4可以独立转动，锥形筒4的转速可以根据除尘粒径要求而改变转速或旋向。经过分析和实验，如果独立转动的锥形筒4速度过高，将扰乱内部流场，因此设定转动速度小于240转/分；锥形筒4的锥体长度为1.5～2.5倍外筒直径，锥形筒4的内壁设有不等长的变螺距螺旋槽，其变化规律为：锥形筒大头螺旋槽的螺旋角为5～20度，锥形筒小头螺旋槽的螺旋角至少2倍于大头螺旋槽的螺旋角，按比例变化。而且，螺旋线的头数为偶数(例如，图3中的螺旋线头数为6)，其中有一半头数的螺旋线的长度为锥形筒锥体高度的1/2～2/3，螺旋起点是从锥形筒的大头端，这种几何条件下的除尘效果较好。

本发明的上风筒3采用对称双入口结构，即在上风筒3上设有对称的双进风口5，这样有利于内部风场的稳定，进风口5可采用风管或壳管连接，便于使用狭长形出风口的风机，当然也可以采用各自独立的进风方法。

根据含尘气流中的尘粒特性，锥形筒4的转速可以根据除尘粒径要求改变转速或旋向，锥形筒4上的螺旋槽和液体冲刷位置匹配，螺旋角和和进风口角度匹配，以使得锥形筒4的整个内壁能够带有液膜。

作为一个具体实例，对于上风筒直径为148mm的旋风除尘器，采用直径为60mm、长300mm、转速为1500转/分的贯流风机，确定了的旋风除尘器相关参数，锥形筒部分设定为不旋转或以60转/分旋转，对含尘气流进行CFD仿真，采用雷诺压力模型(RSM)，设置DPM粒子为沙粒，直径以0.25微米为中心正态分布。计算结果表明，贯流风机的出口风速平均为5.32m/s，在锥形筒不旋转时，除尘效果与现有旋风除尘器相同，对小于0.5微米的颗粒捕集率仅约5％；而当锥形筒旋转时，对0.15微米以上尘粒，捕集效率超过50％，当设置壁面为带液膜捕集时，其对0.15微米以上尘粒捕集率能够超过90％。

图4为本发明主动螺旋旋风除尘装置进一步改进结构的主视示意图，其中采用分离风管进风。如图4所示，这里的风道为螺旋风道。含尘气流通过进风口进入螺旋风道，更有利于在锥形筒内形成螺旋气流。

需要说明的是，本发明的主动螺旋旋风除尘装置整体可以竖立或倾斜放置，不局限于图1和图4所示的直立状态。也可以采用不同的喷淋溶液，以去除空气中的特定物质。

可见，本发明的主动螺旋旋风除尘装置，改变了原有旋风除尘器需要较高的切向速度的含尘气流，从进气口以直线运动变为螺旋旋转运动，靠尘粒失去动力下降的工作原理，通过旋转的锥体改变局部流场，主动收集，“接”住气流中的尘粒，降低了含尘气流的速度要求，使停止运动的尘粒通过螺旋槽进入集灰斗，避免了二次返灰，能有效去除空气大于0.15微米的尘粒，尤其是危害人体健康的PM2.5微粒，提高空气净化的效果，且除尘效率高，气流含尘粒径、含尘浓度适应面更广。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了详细的描述和说明，但是本发明并不局限于此。应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和原理的条件下进行多种修改和变化，而不脱离其由权利要求书所限定的本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种主动螺旋旋风除尘装置，包括壳管(1)，在所述壳管(1)内从上至下设有依次相连接的出风筒(2)、上风筒(3)和可旋转的锥形筒(4)，其中所述上风筒(3)具有进风口(5)；其特征在于：在所述壳管(1)外设有用于驱动所述锥形筒(4)旋转的驱动装置、与所述锥形筒(4)下端连通的集灰斗(7)、以及容置该集灰斗(7)的储液罐(8)；在所述壳管(1)外还设有风机(9)和喷淋系统(10)，其中，所述风机(9)的出风口与所述上风筒(3)的所述进风口(5)连通，所述喷淋系统(10)通过管道连接至所述锥形筒(4)的上部以用液体冲刷所述锥形筒(4)的内壁；所述锥形筒(4)的内壁上设有不等长、变螺距的螺旋槽，所述螺旋槽与液体的冲刷位置匹配，所述螺旋槽的螺旋角与所述进风口(5)的角度匹配；所述螺旋槽的螺旋线头数为偶数，其中一半头数的螺旋线的长度为所述锥形筒(4)锥体高度的1/2～2/3，螺旋起点是从所述锥形筒(4)的大头端；所述上风筒(3)采用对称双进风口结构。

2.根据权利要求1所述的主动螺旋旋风除尘装置，其特征在于：所述锥形筒(4)内壁螺旋槽的变化规律是，锥形筒大头螺旋槽的螺旋角为5～20度，锥形筒小头螺旋槽的螺旋角至少2倍于大头螺旋槽的螺旋角。

3.根据权利要求1或2所述的主动螺旋旋风除尘装置，其特征在于：所述锥形筒(4)的转动速度小于240转/分，所述锥形筒(4)的锥体长度为1.5～2.5倍于外筒直径。

4.根据权利要求3所述的主动螺旋旋风除尘装置，其特征在于：所述锥形筒(4)与所述上风筒(3)、所述集灰斗(7)之间均设有密封装置。

5.根据权利要求4所述的主动螺旋旋风除尘装置，其特征在于：所述上风筒(3)的进风口(5)采用螺旋风道。

6.根据权利要求5所述的主动螺旋旋风除尘装置，其特征在于：所述风机(9)是贯流风机或普通风机。