专利名称：一种步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可吸入颗粒物脱除设备，具体说，是涉及一种在短套管环夹层中通以冷却水的短管组合除尘系统，即在含可吸入颗粒物的气固两相流体流过短管时，利用可吸入颗粒物在温度差作用下的热泳效应，使颗粒物沉积于冷壁面，实现脱除可吸入颗粒物的一种新型除尘器，属于除尘或环境保护技术领域。
背景技术：
气流中所含的可吸入颗粒物(PM2.5)会在较高气流温度与较冷壁面温度差的作用下，向温度降低方向移动，并沉积在冷壁面，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，单纯由热泳效应造成的热泳沉积效率只有20％～30％。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鲜见报导。唯一见到的是2002年韩国的Byung Uk Lee和Sang Soo Kim对一种装有冷的压板的新型俘获冲击器开展了实验研究(Byung UK Lee，Sang Soo Kim.(2003).New type ofimpactor with a cooled impaction plate for capturing PM2.5 and other aerosols.Journalof Aerosol Science.(34)957-967.)。他们同时利用粒子对冷的铜压板的惯性碰撞和热泳沉积、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，必须发明和设计新的除尘器。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的利用热泳原理来实现工业应用的脱除可吸入颗粒物的装置，旨在开发出一种结构简单、脱除效率高、性能稳定的脱除可吸入颗粒物的设备。
本发明的目的是通过如下技术方案实现一种步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于该热泳脱除器包括热泳工作段，过渡流动段，进口阀门，出口阀门以及设置在进口阀门和出口阀门之间的清灰旁路系统；所述的热泳工作段和过渡流动段相间布置，两者之间用法兰连接；所述的热泳工作段采用带有水冷系统的环形套管；该环形套管的长度为0.1～2m，其内管的内径为1～10cm；所述的过渡流动段采用单管；所述的清灰旁路系统由空压机、旁路阀门及相应的管道组成。
本发明的技术特征还在于所述的热泳工作段长度最佳为0.5～1.2m，其环形套管的内管的最佳内径为1～5cm。本发明还包括一个用来提高来流温度的辅助加热装置，所述的辅助加热装置与进口阀门相连。该热泳脱除器采用直通道组合结构或方盘通道组合结构；所述的热泳工作段和过渡流动段个数的总和为6～20个。
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步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除设备，是利用热泳原理脱除可吸入颗粒物。即利用了短管和非充分发展流动效应，在热泳效应作用下，使热泳沉积效率在各环节中不断递进，最后达到较高的总沉积效率。不同长度和直径的短管组合，是实现热泳沉积效率不断递进的关键环节。目前静电除尘器对可吸入颗粒物的脱除效率不高，其它诸如旋风分离器等除尘设备对可吸入颗粒物的脱除效率则更低。目前国外实验中，单纯由热泳效应的造成的热泳沉积效率只有20％～30％，而通过本发明提供的步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除设备，在气流速度为0.4～1.6m/s时，热泳脱除效率为94％～80％。且造价和运行费用低廉，实施方便，控制简单。通过定期采用热水加热管壁，并用压缩空气吹扫管路，这种首次应用的反向热泳清除原理，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，对治理可吸入颗粒物环境污染有突出效果。可很容易地进行市场化推广应用。
图1为直通道步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器的结构示意图。
图2为方盘通道步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除的结构示意图。
图3为热泳工作段的结构示意图(剖视图)。
图4为图3的A-A剖视图。
具体实施例方式
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为直通道步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器的结构示意图，其外形为一直管，包括热泳工作段3，过渡流动段5，进口阀门2，出口阀门13以及设置在进口阀门和出口阀门之间的清灰旁路系统；热泳工作段和过渡流动段相间布置，两者之间用法兰4连接；所述的热泳工作段采用带有进水孔11和出水孔12的水冷系统的环形套管，环形套管由内管9和外套管10构成(如图3、4所示)，环形套管长度一般为0.1～2.0m，优选长度为0.5～1.2m，环形套管的内管9的内径一般为1～10cm，优选内径为1～5cm。所述的过渡流动段5采用单管，其长度一般为0.01～1.0m。过渡段和热泳段的总数目一般要根据温度差和雷诺数确定，宜采用6～20个。所述的清灰旁路系统由空压机、旁路阀门7、8及相应的管道组成。图2为方盘通道步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除的结构示意图，方形组合时，需要在三个转弯角以短弯管6相连接，该装置的两种形式可在不同的使用环境和条件实现高效地脱除可吸入颗粒物。
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。直通道组合结构适用于狭长的室内空间，总长度一般在3米左右为宜；方盘通道结构适用于小面积室内空间，一般要求空间为1.5×0.5m2。还可以按照室内空间的状况和诸如汽车等其它系统的状况，按照本发明的基本原理，制造出各类形状的可吸入颗粒物热泳脱除设备。
可吸入颗粒物热泳脱除器运行时，事先关闭清灰旁路阀门7和8，这样，较低温度的气粒混合物可以经过辅助加热器1，加热温度到200℃左右，通过阀门2进入第一个热泳工作段3，同时，在进水孔11通入冷水，在水冷壁面温差作用下，气流中可吸入颗粒物按照热泳规律沉积于管壁面；未沉积的细颗粒随气流进入过渡段5，同时，被加热的冷水从出水孔12流出；随后气粒混合物进入第二个热泳工作段3，继续按照热泳规律沉积于管壁面；依此类推。通过利用若干个过渡段在若干个热泳工作段不断产生短管非充分发展流效应，使热泳沉积效率不断递进得到提高。清洁的气体通过阀门13排出。
该热泳脱除器运行一定时期后，可开启本发明设置在进口阀门2和出口阀门13之间的清灰旁路系统。首先关闭进出两路主阀门2和13，然后打开两支路阀门7和8，设其一阀门7为进气口，并通入压缩空气，定期吹扫沉积的可吸入颗粒物，并以另一阀门8处为气流末端连接布袋或其它容器，以收集可吸入颗粒物。若系统有热水供给或可利用工作时被加热的冷却水，可同时将热水从冷却水孔11通入，同时利用较冷的压缩空气进行清灰。同样利用热泳的作用，将可吸入颗粒物高效率吹入布袋收集。当然，系统内部也可以很方便地用诸如水之类的各类清洁剂进行清洗。
本发明所述的辅助加热器1，主要是用来提高来流温度。对已经具备有较高温度的含尘气流，如锅炉烟气、窑炉烟气、汽车尾气等，则可以省略此环节。辅助加热器可以用一般市场电加热器来替代。
本发明的热泳环形套管的外套管10两端口由带孔的环形钢板密封，并把环形钢片焊接在内管9的外壁上，使两钢管同心并密封环形端面，外管焊接通水孔11和12。冷却水可取自各类常温水源，且可反复循环使用。若干个过渡流动段5的端面与内管9端面采用带垫圈的圆法兰4紧密连接。管路系统的联接要防止水、气泄漏。
权利要求
1.一种步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于该热泳脱除器包括热泳工作段(3)，过渡流动段(5)，进口阀门(2)，出口阀门(13)以及设置在进口阀门和出口阀门之间的清灰旁路系统；所述的热泳工作段和过渡流动段相间布置，两者之间用法兰(4)连接；所述的热泳工作段采用带水冷系统的环形套管，该环形套管的长度为0.1～2m，其内管(9)的内径为1～10cm；所述的过渡流动段采用单管；所述的清灰旁路系统由空压机，旁路阀门(7、8)及相应的管道组成。
2.按照权利要求1所述的步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于所述的热泳工作段(3)的长度为0.5～1.2m，其环形套管的内管(9)的内径为1～5cm。
3.按照权利要求1或2所述的步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于该热泳脱除器还包括一个用来提高来流温度的辅助加热装置(1)，所述的辅助加热装置与进口阀门(2)相连。
4.按照权利要求3所述的步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于该热泳脱除器采用直通道组合结构或方盘通道组合结构。
5.按照权利要求4所述的步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，其特征在于所述的热泳工作段(3)和过渡流动段(5)的个数的总和为6～20个。
全文摘要
一种步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器，涉及一种在短套管环夹层中通以冷却水的短管组合除尘系统，属于除尘或环境保护技术领域。该热泳脱除器包括热泳工作段，过渡流动段，进口阀门，出口阀门以及清灰旁路系统。热泳工作段采用带水冷系统的环形短套管，过渡流动段采用单短管，热泳工作段和过渡流动段相间布置，两者之间用法兰连接。本发明利用了短管和非充分发展流动效应，在热泳效应作用下，使热泳沉积效率在各环节中不断递进，最后达到较高的总沉积效率，具有造价和运行费用低廉，实施方便，控制简单的优点。该脱除器分直通道组合和方形组合两种基本类型，两种形式可在不同的使用环境和条件下实现高效地脱除可吸入颗粒物。
文档编号B01D49/00GK1663667SQ20041010181
公开日2005年9月7日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者周涛, 杨瑞昌, 赵磊, 刘若雷 申请人:清华大学