CN112076579A - 一种农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境工程烟气处理技术领域，尤其涉及一种农居烟道气旋风‑水幕两级净化小型设备及方法。所述设备包括中空外筒体、水幕除尘单元、排渣单元、进气管道和出气管道，所述水幕除尘单元包括中空外筒体、嵌套在中空外筒体内部的中空内筒体和喷淋装置；所述进气管道与中空外筒体相连通，穿过中空外筒体的出气管道的一端与中空内筒体连通，另一端与外界连通；所述排渣单元与中空外筒体底部相连接，所述中空内筒体包括上下两部分，所述上部分和下部分之间留有一定距离的空隙。本发明将旋风除尘和水幕除尘两种除尘方式结合在一起，能够实现细颗粒物和粗颗粒物同步的高效去除率。

Description

一种农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备及方法

技术领域

本发明涉及环境工程烟气处理技术领域，尤其涉及一种农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备及方法。

背景技术

尽管我国的能源结构在不断改善，农村地区仍然存在以秸秆、薪柴等生物质作为厨房燃料的情况。据报道，生物质目前在农村生活用能结构中约占40％的比例。生物质燃料燃烧产生的颗粒物会由烟囱释放到大气中，有研究表明，生物质燃烧对山东某农村地区大气中的PM2.5的贡献率高达18.4％，是农村地区PM2.5排放的主要来源之一，烟囱烟气排放引起的PM2.5浓度的上升对人群健康造成了一定的威胁。因此，有效去除烟囱烟气颗粒物对改善农村大气环境有着极其重要的作用。

目前常用的几种烟囱除尘方法包括旋风除尘、布袋除尘、静电除尘、水幕除尘等。其中，旋风除尘是使含尘气流做旋转运动，利用离心力的作用将颗粒从气流中分离的除尘装置。进入旋风除尘器的含尘气流沿筒体内壁由上向下作旋转运动，同时少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经出气管道排出。在这一过程中，气流中所含的颗粒物受离心力作用沉降到外壁上，到达外壁的颗粒物在气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。旋风除尘通常被用来除去粗大颗粒物，对细颗粒物的去除效果较差。水幕除尘属于湿式除尘的方法之一，水幕除尘使含尘气体与水幕充分接触，通过颗粒物与液滴之间的惯性碰撞、拦截和凝聚等作用将颗粒物洗涤下来，使气体得到净化。因此，水幕除尘常用来去除细颗粒物。

当前市场上已经研发出了一些烟囱烟气除尘装置，但仍存在水量过大、装置复杂、去除效果不佳、运行成本过高等诸多问题。

如公开号CN 205627425 U的实用新型专利，公开了一种老式灶台专用的烟气除尘烟囱，包括吸收罐、喷淋罐、废渣存储罐、蒸馏装置、喷头、排风机、活性碳吸附柱、倾斜板、过滤板和出水口。该烟囱的吸收罐顶部是喷淋罐，底部是废渣存储罐，喷淋罐内安装有喷头，吸收罐内安装有排风机。该烟囱利用排风机将烟气送至喷淋罐，喷淋罐内的喷头可以将烟气中的尘粒从烟气中分离出来，再通过倾斜板，将废水排至出水口，再通过活性碳吸附柱进一步过滤烟气中的有毒有害物质。该实用新型专利采用湿法去除颗粒物，去除效果较好，但是装置的运行需要消耗大量水资源，且装置复杂，不便于安装使用。

又如公开号CN 102261665 A的发明专利，公开了一种具除味功能的环保烟囱，其主体为一个中空的塔体，塔体的顶部内侧设有圆柱形过滤层，过滤层包括滤网和滤网中填充的滤料；塔体的顶缘通过排气栅与一伞形烟囱帽闭合连接，烟囱帽的下方设有雾化除味装置，通过沿塔体布设的进料管与装有具除味功能的植物提取物的除味剂箱连接，该除味剂箱上设有向进料管驱动供料的雾化控制器。该发明既能通过滤网结构消除大颗粒的烟尘，又能通过喷洒雾化的除味剂除去具有刺激气味的小分子物质，但是该发明在应用时需要对原本的烟囱做较大的改造，改造难度较大；且装置滤网结构只适用于去除大颗粒物，对细颗粒物的去除效果不理想。

再如公开号CN 104548811 A的发明专利，公开了一种旋风式水幕除尘空气净化器，包括壳体和风机，该发明通过在壳体内壁上设置吸水的吸水层，使在风机作用下进入壳体内的灰尘在离心力的作用下直接撞击到吸水层上，从而被吸水层表面的水溶液捕获。该装置能够去除空气中的细颗粒物，且结构简单，除尘效率高。但该装置吸水层需保持适当的水分含量，而在自然条件下水分蒸发是不可避免的，所以需要经常向吸水层补充水，而装置未设计补水模块。因此装置使用一段时间后，装置需要更换吸水层，而吸水层覆盖在整个壳体上，更换不便；另外，该装置适用于净化颗粒物浓度较低的空气，而烟囱烟气中的颗粒物浓度较高，不适用于净化烟囱烟气。

基于现有技术的缺陷，亟需发明一种新的高效的设备及方法。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对烟气的处理技术中，采用旋风除尘通常用于除去粗颗粒物，对细颗粒物的去除效果较差，而水幕除尘的除尘效果较好，但对水的需求量较大的缺陷，本发明通过简单的设备构造将旋风除尘和水幕除尘两种除尘方式结合在一起，首先通过旋风除尘的方式除去大部分粗颗粒物，再通过内部的水幕除尘单元除去大部分细颗粒物，将细颗粒物和粗颗粒物分别采用不同方式处理，能够实现细颗粒物和粗颗粒物同步的高效去除率。

2.技术方案

本发明提供了一种农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，包括中空外筒体、水幕除尘单元、排渣单元、进气管道和出气管道，所述水幕除尘单元包括嵌套在中空外筒体内部的中空内筒体和喷淋装置；所述进气管道与中空外筒体相连通，穿过中空外筒体的出气管道其一端与中空内筒体连通，另一端与外界连通；所述排渣单元分别与中空外筒体和中空内筒体底部相连接，所述中空内筒体包括上下两部分，所述上部分和下部分之间留有一定距离的空隙，便于烟气进入中空内筒体内。

优选的，中空外筒体开有两个半径相同的孔洞，分别与进气管道和出气管道相连接；所述出气管道与中空内、外筒体上半部分侧面的孔洞相连接，在中空内筒体侧壁开一个孔洞，孔洞半径与中空外筒体上的孔洞半径相等，且位于同一水平面上，以便于安装出气管道。

优选的，所述设备包括水回用单元，所述中空内筒体底部与水回用单元之间设有过滤层，所述水回用单元与喷淋装置通过输水管相连通。

优选的，所述中空内筒体的上部分和下部分为底面半径相同的圆柱体。

优选的，所述中空外筒体包括上下两部分，上部分为圆柱，下部分为圆台，圆柱的底面半径和圆台的顶面半径相同，所述圆台的顶面半径大于底面半径。上下两部分通过位于侧面的螺丝孔用螺丝加以连接，所述中空外筒体主要用于除去烟气中的粗颗粒物，所述中空内筒体上部分和中空外筒体上部分通过位于顶部的螺丝孔用螺丝加以连接。

优选的，所述水回用单元包括水箱，所述水箱顶端开口直径与中空内筒体的直径相同，中空内筒体的下部分底端穿过水箱顶端，过滤后的水进入并储存在水箱中。

优选的，所述水回用单元还包括水泵，所述喷淋装置包括喷头固定器和喷淋头，所述水泵用于将水箱内的水体通过输水管输送至顶部喷淋装置，所述输水管一端与水箱侧面相连接，另一端与喷头固定器相连接，输水管与水泵连接，将水箱内的水输送至喷头固定器内部。

优选的，所述喷头固定器位于中空外筒体上部分的上表面；顶部开有一个小孔，与输水管的一端相连接；底部开有若干个小孔，每个小孔固定一个喷淋头。

优选的，所述排渣单元顶端侧壁设置若干个螺丝孔，与中空外筒体下半部分相连接；中部侧壁同样设置若干个螺丝孔，与中空内筒体下部分相连接；排渣单元外侧壁设置外螺纹，排渣盖通过外螺纹与排渣单元的主体相连，用于收集和排出尘渣。

优选地，中空内外筒体、喷头固定器、排渣单元、进出气管道、水箱、输水管均采用铝合金材料。

优选的，所述进气管道内部安装有烟气浓度传感器，所述出气管道内安装有风机，当烟气浓度超过设定的数值时，将启动装置使其运行。

优选的，所述过滤层材料包括PP棉。

优选的，本发明提供了一种农居烟道气旋风-水幕两级净化方法，采用所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备进行烟气净化，包括以下步骤：

A、烟气进入设备内部，大颗粒物沿中空外筒体的筒壁螺旋下降落入排渣单元，烟气进入中空内筒体，在水幕的作用下，细颗粒物沉降至中空内筒体底部，而污水经过滤层过滤后进入水回用单元，洁净的气体由出气管道排出；

B、所述水回用单元的水体通过输水管回流至顶部喷淋装置循环使用。

优选的，包括以下步骤：

S1、按照以上所述，构造所述的用于处理农村烟囱烟气的旋风-水幕两级烟气过滤装置，将进气管和烟囱出气口直接相连，将整个装置固定于墙壁上；

S2、所述进气管道内部安装有烟气浓度传感器，当烟气浓度未超过设定的限值时，整个装置将处于低功耗状态，水泵、风机、喷淋头处于关闭状态；

S3、当烟气浓度超过设定的限值时，装置将处于运行状态，水泵、风机、喷淋头开启，烟气沿切线进入装置内部，大颗粒物沿中空外筒体的筒壁螺旋下降落入排渣单元；烟气由中空内筒体上部分和下部分之间的空隙进入中空内筒体，在水幕的作用下，细颗粒物沉降至中空内筒体下部分底部；而污水经中空内筒体下部分底部上的PP棉过滤后进入水箱，洁净的气体由出气管道排出；

S4、当烟气浓度下降至设定的限值后，装置停止运行，恢复至低功耗状态，水泵、风机、喷淋头关闭；

S5、装置运行一段时间后，可拧开排渣盖清除颗粒物，并定期更换用于过滤污水的PP棉。

3.有益效果

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备，将旋风除尘和水幕除尘两种除尘方式结合在一起，利用外筒体主要通过旋风除尘方式除去大部分粗颗粒物，再通过内部的水幕除尘单元除去大部分细颗粒物，因此对粗颗粒物和细颗粒物可以针对性处理，不仅实现了高效的同步处理，而且避免细颗粒和粗颗粒物混合导致处理困难，需要耗费大量水体的缺陷，本发明具有较好的烟气过滤效果的同时大幅减少了水的使用。

(2)本发明的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备，内筒体设置为上下两部分的结构，可以使在水幕处理单元处理的过程中使烟气更有利于进入内筒体，从而实现高效的处理；外筒体设置为上下两部分的结构，上部分设为圆柱，下部分设为圆台的结构更利于粗颗粒沿着筒壁进入排渣单元，不仅使粗颗粒物的收集更加高效，而且方便拆卸。

(3)本发明的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备，在中空内筒体下部分的底部装有过滤材料，使污水净化，并设置水回用单元，通过水回用系统将水再次利用，减少了水的浪费，进一步有效降低了成本。

(4)本发明的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备，底部设置有排渣单元，使用结束后只需要拧开盖子即可排出灰尘，清理方便；装置由各个组件拼接组成，拆卸方便，便于维护。

(5)本发明的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型方法，当烟气浓度超过设定的数值时，系统才会开启风机、水泵、喷淋头，未超过预设浓度时则处于关闭状态，从而减少了电能与水资源的损失，降低运行成本。

附图说明

图1为本发明设备的主视图；

图2为本发明设备的立体结构示意图；

图3为排渣单元的立体结构示意图；

图中，1、进气管道；2、出气管道；3、喷头固定器；4、中空外筒体上部；5、中空内筒体上部；6、中空外筒体下部；7、排渣单元；8、中空内筒体下部；9、水箱；10、输水管；11、水泵；12、风机；13、喷淋头。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。

如本文所使用，术语“......中的至少一个”旨在与“......中的一个或多个”同义。例如，“A、B和C中的至少一个”明确包括仅A、仅B、仅C以及它们各自的组合。

浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。

任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可以以任何顺序执行，并且不限于权利要求中提出的顺序。

实施例1

本实施例为用于处理中国某地农村烟囱烟气的旋风-水幕两级净化设备，结合图1和图2，设备包括中空外筒体、水幕除尘单元、排渣单元、进气管道1和出气管道2、水回用单元，所述水幕除尘单元包括嵌套在中空外筒体内部的中空内筒体和喷淋装置；所述进气管道1与中空外筒体相连通，穿过中空外筒体的出气管道的一端与中空内筒体连通，另一端与外界连通；所述排渣单元分别与中空外筒体和中空外内筒体底部相连接。

所述中空内筒体包括上下两部分，所述中空内筒体上部5和中空内筒体下部8之间留有20mm的空隙，便于烟气进入中空内筒体内。所述中空内筒体上部5和中空内筒体下部8为底面半径相同的圆柱体，底面直径均为80mm，中空内筒体上部5高190mm，中空内筒体下部8高240mm。

中空外筒体由中空外筒体上部4和中空外筒体下部6组成，中空外筒体上部4为圆柱状，高200mm，中空外筒体下部6为圆台状，高220mm，圆柱的底面直径为200mm，圆台的顶面直径均为200mm，圆台的底面直径为100mm；两者通过位于侧面的螺丝孔用螺丝加以连接，用于除去烟气中的粗颗粒物。

所述中空内筒体上部5和中空外筒体上部4通过位于顶部的螺丝孔并用螺丝加以连接，中空内筒体下部分8的底部设置20mm厚的过滤层，过滤材料为PP棉，用于过滤除尘后的污水。

所述中空外筒体上部4设有两个直径均为40mm的孔洞A和B，分别与进气管道1和出气管道2相连。中空内筒体上部分5开有一个直径为40mm的孔洞C，出气管道2的一端利用孔洞C与中空内筒体连通，所述孔洞C与中空外筒体上部4的孔洞B位于同一水平面上，出气管道可以通过孔洞C和孔洞B穿过中空外筒体内部，出气管道2另一端与外界连通。本实施例中进气管道1和出气管道2直径均为40mm。

气体通过进气管道1进入外筒体后，由外筒体进入内筒体，处理后气体从出气管道2排出。

本实施例中，喷淋装置包括喷头固定器3和喷淋头13，所述喷头固定器3位于中空外筒体上部4的上表面，其顶部开有一个直径为20mm的小孔，与输水管10的一端相连接，其底部开有三个小孔，用来固定三个喷淋头13，由喷头固定器3、喷淋头13及中空内筒体共同组成的水幕除尘单元主要用于除去烟气中的细颗粒物。

所述水回用单元包括水箱9、水泵11，水箱9顶端开口直径与中空内筒体8的直径相同，中空内筒体下部8最底端穿过水箱顶部20mm，水幕除尘单元过滤后的水储存在水箱9中；输水管10的一端与水箱9侧壁相连，另一端与喷头固定器3相连，输水管10与水泵11连接，通过水泵11将水箱9中的水提升至喷头固定器3。

图3展示了排渣单元7的构造，其通过上部的四个螺丝孔与中空外筒体下部分6相连接，通过下部的四个螺丝孔与中空内筒体下部分8相连接，排渣盖通过排渣单元侧壁外螺纹与排渣单元7的主体部分相连接，需要排渣时，只需要拧开排渣盖进行排渣。

所述中空内外筒体、喷头固定器、排渣单元、进出气管道、水箱、输水管均采用铝合金材料。

所述出气管道2的内部安装有风机12，使过滤后的烟气排出烟气过滤系统。进气管内部安装有烟气浓度传感器，当烟气浓度超过设定的数值时，将自动开启风机12、水泵11、喷淋头13。

本实施例中，装置的使用方法步骤如下：

A、如上所述，搭建一套用于处理农村烟囱烟气的旋风-水幕两级烟气过滤装置，将进气管1和烟囱直接相连，并将整个装置固定于墙壁上；

B、当烟气浓度未超过设定的限值时，整个装置将处于低功耗状态，水泵11、风机12、喷淋头13处于关闭状态；

C、当烟气浓度超过设定的限值时，装置将处于运行状态，水泵11、风机12、喷淋头13开启，喷淋头13流出的水的流速为0.75L/min，风机12使烟气的流速为10L/min，烟气沿切线进入装置内部，大颗粒物沿中空外筒体的筒壁螺旋下降落入排渣单元7，然后，烟气由中空内筒体上部分5和中空内筒体下部分8之间的空隙进入中空内筒体，在水幕的作用下，细颗粒物沉降至中空内筒体下部分8底部，而污水经中空内筒体下部分8底部上的PP棉过滤后进入水箱，洁净的气体由出气管道2排出；

D、当烟气浓度下降至设定的限值后，装置回复为低功耗状态，水泵11、风机12、喷淋头13关闭；

E、运行一段时间后，可拧开排渣单元7的排渣盖，排出颗粒物，并定期更换用于过滤污水的PP棉。

本实施例中，处理当烟气浓度为3-5mg/m³时，本发明对烟气的去除效率均达到了90％以上。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，本领域的技术人员受其启示，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及其实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：包括水幕除尘单元、排渣单元、进气管道(1)和出气管道(2)，所述水幕除尘单元包括中空外筒体、嵌套在中空外筒体内部的中空内筒体和喷淋装置；所述进气管道(1)与中空外筒体相连通，穿过中空外筒体的出气管道(2)的一端与中空内筒体连通，另一端与外界连通；所述排渣单元(7)分别与中空外筒体和中空内筒体连接，所述中空内筒体包括上下两部分，所述上部分和下部分之间留有一定距离的空隙。

2.根据权利要求1所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述设备包括水回用单元，所述中空内筒体底部与水回用单元之间设有过滤层，所述水回用单元与喷淋装置通过输水管(10)相连通。

3.根据权利要求1或2所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述中空外筒体包括上下两部分，上部分为圆柱，下部分为圆台，所述圆柱的底面半径和圆台的顶面半径相同，所述圆台的顶面半径大于底面半径。

4.根据权利要求3所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述中空内筒体的上部分和下部分为底面半径相同的圆柱体。

5.根据权利要求4所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述水回用单元包括水箱(9)，所述水箱(9)顶端开口直径与中空内筒体(8)的直径相同，中空内筒体(8)的下部分底端穿过水箱(9)顶端。

6.根据权利要求5所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述水回用单元还包括水泵(11)，所述水泵(11)用于将水箱(9)内的水体通过输水管(10)输送至顶部喷淋装置。

7.根据权利要求6所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述进气管道(1)内部安装有烟气浓度传感器，所述出气管道(2)内安装有风机(12)。

8.根据权利要求7所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化设备，其特征在于：所述排渣单元的顶端侧壁通过设置若干个螺丝孔与中空外筒体下部分相连接；所述排渣单元的中部侧壁同样通过设置若干个螺丝孔与中空内筒体下部分相连接。

9.一种农居烟道气旋风-水幕两级净化方法，其特征在于：采用权利要求2～8任意一项所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化小型设备进行烟气净化，包括以下步骤：

A、烟气进入设备内部，大颗粒物沿中空外筒体的筒壁螺旋下降落入排渣单元，烟气进入中空内筒体，在水幕的作用下，细颗粒物沉降至中空内筒体底部，而污水经过滤层过滤后进入水回用单元，洁净的气体由出气管道(2)排出；

B、所述水回用单元的水体通过输水管(10)回流至顶部喷淋装置循环使用。

10.根据权利要求9所述的农居烟道气旋风-水幕两级净化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1)、将进气管道(1)和烟囱出气口直接相连；当烟气浓度未超过设定的限值时，整个设备处于关闭状态，水泵(11)、风机(12)和喷淋装置关闭；

S2)、烟气浓度超过设定的限值，水泵(11)、风机(12)、喷淋装置开启，烟气进入设备内部，按照所述步骤A中的方式进行烟气处理；

S3)、当烟气浓度下降至设定的限值后，装置停止运行，恢复至低功耗状态，水泵(11)、风机(12)和喷淋装置关闭。

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