CN211836914U - 电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统 - Google Patents

Abstract

电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统。用于对电弧、激光焊接和切割产生的烟尘进行超纯净处理。励磁线圈包围中的主管内装有一堆软磁球，含微尘烟气通过被磁化了的软磁球堆时被磁化或碰撞，发生凝并，形成较大颗粒，有利于后续的中空纤维膜滤芯做进一步过滤，减少了微小颗粒物对膜丝表面的嵌入和阻塞。

Description

电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统

技术领域

一种电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统，适用于烟尘处理，特别是一种用于电弧、等离子、激光加工所产生烟尘的净化处理。

背景技术

使用电弧、等离子、激光焊接和切割加时，由于加工温度高达3000---6000度，会产生大量的烟尘和有毒气体，钢铁材料焊接烟尘中的主要有成分为Fe、Si、Mn、Ni等，其中含量最多的为Fe2O3和Fe3O4。塑料和其他材料会产生极为复杂的气溶胶，这些烟气统称为“焊烟”。这些焊烟的粒径普遍分布在0.01——0.5um，是所有粉尘污染物中平均粒径最小的，危害极大,特别难以拦截过滤。

目前常用的焊烟处理装置采用滤筒作为主要的过滤元件，处理精度只有3---10mg/m³。直到郭绍华提出了“一种采用中空纤维膜滤芯的工业吸尘器(申请号2019107318361)”的焊烟净化方案，处理精度达到了1---10ug/m³，过滤材料实现免更换，有很大进步。但是，由于过滤精度提高了3000倍以上，风阻较高就成为突出问题。

研究表明，在实验室里，用从现场收集到的焊烟粉尘作为试验粉，中空纤维膜组件的风阻为600---800pa，而且可以长期稳定工作在这个状态，效果理想。但是，在现场，面对直接从焊接工位抽取到的焊烟烟尘，中空纤维膜组件的风阻从600pa开始，以每小时50pa左右的速率持续上升，直到2000—3000pa才趋于稳定，风阻增加太多。

这提示，实验室所使用的从现场收集到的焊烟粉尘与现场刚刚生成的焊烟烟尘的结构是不同的。

分析认为，由于气溶胶刚产生出来时，粒径极小，在0.01----0.5um范围，且相互分离，对中空纤维膜的膜孔侵入、嵌入能力很强。但是，在沉积之后，颗粒物之间产生接触和摩擦，同时，在外界磁场作用下，产生磁化、凝聚、沉积等现象，就会凝结成了0.1—3um范围的较大颗粒，当被用作试验粉时，对中空纤维膜膜孔的侵、嵌能力明显减弱。

根据上述发现，解决在线的细小颗粒对膜丝表面微孔入侵和嵌入问题的路径应该是：在焊烟刚刚生成到接触过滤材料之前这段时间里，先行对焊烟中的颗粒物进行凝并处理，促使其相互吸引，结成更大的颗粒，从而减弱其对过滤材料表面的侵入、嵌入能力。

根据这个判断，2019年11月26日，发明人郭绍华提出了“磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的焊烟除尘器（申请号2019111695789）”的专利申请。其原理是，在原有的中空纤维膜滤芯除尘结构之前加装一个前置的磁化凝并装置，在烟气达到中空纤维膜滤芯之前，除捕捉大部分磁性颗粒之外，还将烟气中的Fe3O4磁化，使其凝并成为较大的具有剩磁的颗粒，利用Fe3O4颗粒的剩磁将更细小的Fe3O4、Fe2O3、Mn、Ni颗粒凝并成更大的颗粒，从而减低烟气颗粒对中空纤维膜表面微孔的侵入和嵌入。其采用的磁凝并装置是一个磁柱阵列。

实验表明，上述方案的优点是显著的，大幅度提高了焊烟粉尘的颗粒尺度，减少了膜丝表面的微颗粒嵌入。但是，由于为了剥离被磁柱吸引的磁性粉尘，需要有机械运动部件，致使机构复杂，可靠性降低。需要探寻新的磁凝并技术。另一方面，对于非磁性的焊烟物质，凝并效应较差。

为解决这个问题，在此，发明人提出磁稳流化床与中空纤维膜滤芯组合的焊烟除尘器方案。

自1979年Rosensweig提出磁稳流化床用于粉尘处理原理以来，相关的研究报道很多，但是专利申请罕见，更没有见到达到实用化的产品。资料报道的磁稳流床除尘器都有一个稳定的均衡磁场， 0.2—0.8mm铁磁球体在磁场中悬浮，球体之间的间隙只有0.001---0.05mm，这些微间隙形成了一个动态的滤网，可以拦截烟气中的粉尘颗粒。据报道，在适当的工况下，磁稳流化床除尘器的过滤效率可以达到95%。另一方面，焊烟中0.1微米以下的气溶胶颗粒，通过这些间隙时与其他颗粒接触的机会更高，会被磁化或接触、碰撞、俘获，产生凝并，形成更大的颗粒物。这些性能作为一般除尘足够了，但对于处理向室内排放的焊烟还差的很远。

除了过滤效率和精度较低之外，传统的用于粉尘磁稳流化床，分离污染物与颗粒床中的方法是，将先减弱或关闭电磁场，之后将铁珠抽出；过筛；再将铁珠装回的方法，结构较为复杂。

发明内容

本发明要处理的问题是，解决永磁凝并器的种种缺陷，完善凝并器的性能，以便与中空纤维膜滤芯组成更好的焊烟除尘器。

解决的技术路线是，对永磁磁柱式磁凝并器进行改进，用电磁场替代永磁体，用软磁小铁球替代大块永磁体，利用软磁小球之间微小、曲折迂回的孔隙大幅减少焊烟与磁场的接触距离，延长接触时间，得以更充分的磁化凝并。

说明：

本发明本质上是对“磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的焊烟除尘器(申请号2019111695789)”所述方案的一种具体化和升级，用电磁凝并器取代硬磁体凝并器。也是磁稳流化床除尘器的改性运用，主要目的是实现对于焊烟烟气中的微小气溶胶颗粒的凝并处理，并不指望电磁凝并器的过滤精度和效率，所以要对传统意义上的磁稳流化床进行两点改造，也是不同于传统磁稳流化床除尘器之处。1、将传统磁稳流化床除尘器所选用的铁磁珠的0.2---0.8mm，陡然扩大到0.5---5mm,中心值是2mm。这个改变的意义是，当铁珠的直径达到2mm以上时，通常的磁场强度已经不足以使其进入悬浮状态，这时的床体已经不是原来意义上的流化床，而是半固定床，磁场的意义更多在于磁化铁珠。2、改变原来离线筛出粉尘的传统脱尘方法，采用在线反吹或正吹的方式，使已经磁化、凝并的粉尘与软磁小球分离。

本方案由电磁凝并器实现对焊烟中粉尘凝并，之后再由中空纤维膜滤芯对凝并后的粉尘进行拦截。由此形成如下新的电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统。

电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统，包括电磁凝并器部分、中空纤维膜滤芯除尘器部分；

其中，所述电磁凝并器部分包括箱体、主管、励磁线圈、上球网、下球网、软磁球、软磁球堆、清灰管阵列、高压阀、进气管、灰斗、单向阀、程控器、联通管；

其特征在于：所述主管是用非金属材料制成的管状体，长度300mm----1000mm,直径50mm---500mm，其内部装有所述上球网和下球网；上球网和下球网之间堆放所述软磁球，所述软磁球是用软磁材料或钢铁制成的球体，球体直径为0.5mm----5mm，软磁球堆的堆积厚度为10mm----200mm；所述主管的外壁装有励磁线圈；所述主管下端部装有清灰管阵列；主管的下部连接所述箱体；所述箱体侧面装有单向阀和进气管，箱体下部装有灰斗；所述联通管将所述中空纤维膜滤芯除尘器部分与所述电磁凝并器部分连接起来，共同组成所述电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统；

电磁凝并器部分处于凝并工况时，励磁线圈通电，含尘烟气经由进气管推开单向阀进入箱体，之后通过下球网进入软磁球堆，烟气穿过软磁球相互之间的缝隙，细微粉尘中的铁磁物质被磁化，发生凝并，被凝并后的烟气穿过联通管进入中空纤维膜滤芯除尘器部分，被中空纤维膜滤芯过滤，成为洁净空气；处于反吹工况时，励磁线圈失电，高压气阀打开，高压气流通过清灰管阵列喷向软磁球堆，将沉积在软磁球上的粉尘吹起吹，随工作气流经联通管进入所述中空纤维膜滤芯除尘器部分；

说明，所述中空纤维膜滤芯除尘器部分是用中空纤维膜膜丝集束而成的膜组件，膜头端部装有一个盒体，盒体上布有高压反吹进气口和低压出气口，有一个驱动装置打开或关闭低压出气口，当正常过滤状态时，低压出气口处于打开状态，从膜丝出来的洁净空气顺向通过。当进入反吹状态时，驱动装置将低压出气口关闭，高压反吹进气口打开，在盒体中生成高压，高压气流逆向进入中空纤维膜膜丝内腔，将嵌在膜丝上的微小颗粒吹出，以恢复膜丝的通透性。

进一步的，所述电磁凝并器部分和所述中空纤维膜滤芯除尘器部分装在同一个箱体里；或分别装在两个不同的箱体里，之间用联通管连接，这样做的技术特点是，两部分可以相对独立安装使用，增强了中空纤维膜滤芯除尘器的通用性。

附图说明

附图【1】是本发明——电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统的某一个实例的原理图。图中（0）箱体；（1）灰斗;（2）单向阀;（3）进气管;（4）高压气管;（5）高压阀;（6）清灰管阵列;（7）下球网;（8）软磁球和软磁球堆;（9）励磁线圈;（10）上球网；（11）主管;（12凝并器出风口;（13）中空纤维膜滤芯除尘器;（14）洁净出风口；(15)联通管。

具体实施

根据本发明原理制作的实验性应用装置，设计风量250m³/h，初始工作压力1500pa，安装在压缩机端盖焊接自动生产线，连续工作12小时后，风量不变，压力上升至1680pa，之后两个月，风量不变，压力稳定在1700pa正负100pa范围内处理精度pm2.5小于2微克，0.3um以上颗粒物1300粒/L，直接排入车间室内环境。

Claims (2)

1.电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统;

包括电磁凝并器部分、中空纤维膜滤芯除尘器部分；

其中，所述电磁凝并器部分包括箱体、主管、励磁线圈、上球网、下球网、软磁球、软磁球堆、清灰管阵列、高压阀、进气管、灰斗、单向阀、程控器、联通管；

其特征在于：所述主管是用非金属材料制成的管状体，长度300mm----1000mm,直径50mm---500mm，其内部装有所述上球网和下球网；上球网和下球网之间堆放所述软磁球，所述软磁球是用软磁材料或钢铁制成的球体，球体直径为0.5mm----5mm，软磁球堆的堆积厚度为10mm----200mm；所述主管的外壁装有励磁线圈；所述主管下端部装有清灰管阵列；主管的下部连接所述箱体；所述箱体侧面装有单向阀和进气管，箱体下部装有灰斗；所述联通管将所述中空纤维膜滤芯除尘器部分与所述电磁凝并器部分连接起来，共同组成所述电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统。

2.根据权利要求1所述的电磁凝并器与中空纤维膜滤芯组合的除尘系统，其特征在于：所述电磁凝并器部分和所述中空纤维膜滤芯除尘器部分装在同一个箱体里，或分别装在两个不同的箱体里，之间用联通管连接。

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