专利名称：微细颗粒物热泳式旋风分离器的制作方法
技术领域：
本发明属于除尘技术领域或环境保护技术领域。具体说，是在含微细颗粒物的气固两相流体流过带有冷壁的旋风分离器时，利用在温度差作用下的热泳效应和离心旋转效应，使微细颗粒物沉积于冷壁面，实现脱除较宽粒径范围内的一种微细颗粒物热泳式旋风分离器。
背景技术：
广泛应用的普通旋风分离器对气流中所含的可吸入颗粒物(PM10)脱除效率极低。气流中的微细颗粒物会在较高气流温度与较冷壁面温度差的作用下，向温度较低方向移动，并沉积在冷壁面上，此称之为热泳效应。热泳现象是国际上研究的热门课题，从目前国外的实验和理论研究结果来看，在湍流中单纯由热泳效应造成的热泳沉积效率只有10％～20％。热泳沉积效率较低，是由于热泳力是短程力，只在边界层附近才发挥作用。而且研究表明，当管道长度在2m以上时，热泳沉积效率就停止增长。所以，利用热泳效应制成的除尘器还较少见到报导。较典型的研究是2002年韩国的Byung Uk Lee和Sang Soo Kim在文献“New type ofimpactor with a cooled impaction plate for capturing PM2.5and otheraerosols.Journal of Aerosol Science.(34)957-967.2003))”中，对一种装有冷板的新型俘获冲击器开展了实验研究。他们同时利用了粒子对冷的铜压板的惯性碰撞和热泳沉积的作用，并在铜压板上涂以黄油以粘结颗粒物，才使总沉积效率达到50％以上，但该方法十分复杂，难以应用于工程实际。所以，要解决可吸入颗粒物脱除问题，必须设计新的除尘器。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提出利用热泳原理与离心旋转效应来实现脱除微细颗粒物的一种微细颗粒物热泳式旋风分离器。
本发明的目的通过如下技术方案实现所述微细颗粒物热泳式旋风分离器是一种带有环夹层通以冷却剂的旋风式组合除尘系统。环夹层通入的冷却剂可为冷却水或冷气。环夹层6的内环壁为热交换壁，换热壁围成热泳式旋风分离腔7，环夹层6的内环壁下端连接锥套8，锥套8的细锥口伸入集尘灰斗9内；在旋风分离器腔7的上端固定净气出口管3；进气阀门2通过进气管和分离腔7接通，加热器1接在进气阀门2的进气端，作为产生较高气流温度的辅助加热装置；进冷却剂泵11通过进入阀门10、管道和环夹层6的下部连通，以产生较低壁面温度；冷却剂排出管从环夹层6的外环壁上部接出，并串连排出阀门4和冷却器5。
本发明与现有技术相比，具有以下突出优点及效果本发明提供的微细颗粒物热泳式旋风分离器，是利用热泳原理和离心旋转效应脱除可吸入颗粒物。在离心旋转效应的基础上，再利用热泳效应作用，两种效用的综合使各种粒径的微细颗粒达到较高的总沉积效率。利用本微细颗粒物热泳式旋风分离器多级串联，在气流速度为5～25m/s时，总脱除效率达到90％。且造价和运行费用低廉，实施方便，控制简单。旋风分离器下部就带有积灰桶。也可通过定期采用热水加热分离器内壁，并用压缩空气吹扫分离器内壁(净气出口短管3两边的短管即用来利用压缩空气吹扫分离器内壁)。这种反向热泳清除原理的应用，可使设备常期稳定运行，性能可靠。并且可以在各种环境条件下有效地使用，对治理微细颗粒物环境污染有明显效果。可很容易地进行市场化推广应用。
图1是微细颗粒物热泳式旋风分离器工作系统示意图。
图2为微细颗粒物热泳式旋风分离器的工作段俯视图。
具体实施例方式
本发明是针对现有技术的不足而提供的一种微细颗粒物热泳式旋风分离器。
所述微细颗粒物热泳式旋风分离器是一种利用热泳原理与离心旋转效应开发出的一种结构简单、脱除效率高、性能稳定的脱除细微颗粒物的设备。下面结合附图对本发明的具体结构、工作过程和最佳实施方式作进一步说明。
图1是本发明提供的微细颗粒物热泳式旋风分离器工作系统示意图。图2位旋风分离器工作段俯视图。本发明是一种带有环夹层的通以冷却剂(冷却水或冷气)的旋风式组合除尘系统。图中环夹层6的内环壁为热交换壁，换热壁围成热泳式旋风分离腔7，环夹层6的内环壁下端连接锥套8，锥套8的细锥口伸入集尘灰斗9内；在旋风分离腔7的上端固定净气出口管3，进气阀门2通过进气管和环夹层6的内壁接通，加热器1接在进气阀门2的进气端，作为产生较高气流温度的辅助加热装置；进冷却剂泵11通过进入阀门10、管道和环夹层6下部连通，以产生较低壁面温度；冷却剂排出管从环夹层6的外环壁上部接出，并串连排出阀门4和冷却器5。
上述换热壁围成热泳式旋风分离腔7(工作段)。一般筒体直径在40mm～200mm之间；筒体和锥体总高度为120mm～1500mm，筒体可稍短于锥体高度；排灰口直径10mm～140mm；净气出口管直径为16mm～140mm；入口高度24mm～130mm；入口宽度8mm～60mm。热泳式旋风分离器工作段可参考一般旋风分离器尺寸加以改进制作。该系统可以安装在任何外部自然空间和符合系统要求的尺寸的室内空间。还可以按照室内空间的状况和其它系统的状况，按照本发明的基本原理，可制造出水冷和气冷各类型号大小的微细颗粒物热泳式旋风分离器设备。就图1而言，非高温气粒混合物经过辅助加热器1后，从分离器工作段圆周切线方向，进入热泳式旋风分离器分离腔7(工作段)内，200℃左右的高温气粒混合物在分离腔内离心旋转，其中相对较大粒子在离心旋转效应作用下，会分离接近内壁面；另一方面，较小粒子在水冷壁或气冷(可以用液态的氮、二氧化碳或其它制冷气体)壁面温差作用下，按照热泳规律沉积于管壁面上。
目前旋风分离器等除尘设备对可吸入颗粒物PM10的脱除效率很低，但对于粒径大于10μm的微粒有一定的脱除效率，通常用于分离粒径大于10μm的尘粒，并且随粒径增大而效率增大。国内外实验中，在湍流中单纯由热泳效应造成的热泳沉积效率有10％～20％。考虑到电厂等排出的尘粒中含有粒径范围较宽的各类粒子，考虑到提高细颗粒的总沉积效率，可采用多级别串联。通过多级别串联，在若干个泳式旋风分离器工作段不断产生非充分发展流效应，使总沉积效率不断递进，从而提高。一般水冷壁面温度取自来水温度约20℃左右，气流温度一般需要在100℃以上。
本发明所述的辅助加热器，主要是提高来流温度。对已经具备有较高温度的含尘气流，如锅炉烟气、窑炉烟气等，则可以省略此环节。辅助加热器可以用一般市场上的电加热器来替代。
冷却流与含尘气流按作用方式分顺流和逆流两种形式，以逆流为佳。该装置的两种形式可为不同的使用环境和条件实现高效地脱除较宽粒径范围内的细微颗粒物。
本设备的热泳式旋风分离器主体环套夹层两端面由带孔的钢板制成，与分离器下筒体焊接，使两筒体同心并密封形成环形端面，分离器夹层外体焊接通水孔。冷却水可取自各类常温水源，且可反复循环使用。多级别串联的数目要根据温度差和雷诺数确定，一般以10个左右为宜。管路系统的联接要防止水、气泄漏。
在本设备的热泳式旋风分离器主体上端面装有带阀门12、13的短管(也可考虑4支或多支布置)，在关闭进出两路主阀门，打开两支路阀门12、13后，用以通入压缩空气，定期吹扫沉积的细微颗粒物，并在气流末端排尘口处连接布袋或其它容器，以收集细微颗粒物。若系统有热水供给或利用工作时被加热的冷却水，可以将热水从冷却水孔通入，同时利用较冷的压缩空气通过夹层通道，同样利用热泳的作用，将各类颗粒物高效率吹入布袋收集。当然，系统也可以很方便地用诸如水之类的各类溶剂进行清洗。
权利要求
1.一种微细颗粒物热泳式旋风分离器，其特征在于，所述微细颗粒物热泳式旋风分离器是一种带有通冷却剂的环夹层的旋风式组合除尘系统，且有加热器(1)来加热来流温度，有冷却器(5)来冷却经过换热后的冷却剂，环夹层(6)的内环壁为热交换壁，换热壁围成热泳式旋风分离腔(7)，环夹层(6)的内环壁下端连接锥套(8)，锥套(8)的细锥口伸入集尘灰斗(9)内；在旋风分离腔(7)的上端固定净气出口管(3)，进气阀门(2)通过进气管和环夹层(6)接通，加热器(1)接在进气阀门(2)的进气端，作为产生较高气流温度的辅助加热装置；进冷却剂泵(11)通过进入阀(10)、管道和环夹层(6)下部连通，以产生较低壁面温度；冷却剂排出管从环夹层(6)的外环壁上部接出，并串连排出阀(4)和冷却器(5)。
全文摘要
本发明公开了属于除尘技术领域或环境保护技术领域的一种微细颗粒物热泳式旋风分离器。由环夹层内壁围成热泳式旋风分离腔，环夹层内壁下端连接排尘锥套和集尘灰斗；环夹层的外壁连接采用水冷或气冷的冷却装置，以产生较低壁面温度；加热器通过进气阀门和环夹层的内壁接通，作为产生较高气流温度的辅助加热装置；在环夹层内壁的上端壁上固定净气出口短管。本发明在热泳原理和离心旋转效应等两种效用的综合作用基础上脱除可吸入颗粒物，使各种粒径的微细颗粒达到较高的总沉积效率。本细微颗粒物热泳式旋风分离器可多级串联，在气流速度为5～25m/s时，总脱除效率达到95％。且造价和运行费用低廉，实施方便，控制简单。
文档编号B04C5/20GK1872423SQ20061007808
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者周涛, 张娟花 申请人:华北电力大学(北京)