一种耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器

技术领域

本发明属于除尘设备技术领域，涉及一种耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，尤其涉及一种高温条件下能够促进烟气中颗粒团聚的耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器。

背景技术

当前锅炉的主流燃料为煤炭，煤炭燃烧后会产生大量烟气，烟气中的飞灰会造成锅炉炉腔积灰结渣等问题，影响锅炉正常运行。而工业中常见的除尘手段是使用旋风除尘器。旋风除尘器通过机械除尘的方式，在重力和惯性力的共同作用下将粉尘从烟气中分离出来。含尘气体通过旋风除尘器的进风口，沿着切线的方向进入到除尘器筒内，外壁开始向下做旋转运动，当气流达到底部位置后，会沿着轴心力向上旋转，最后从排气口出来。而气流在旋转的过程中，粉尘会通过离心力的作用下，向外壁甩动，抵达外壁的粉尘在惯性力和重力的共同作用向下运动，沿着锥体壁面进入盛灰斗中。

现有技术中旋风除尘器的缺点是，对捕集粒径小于5um的微细粉尘和尘粒密度小的粉尘效率较低。而且随着粒径的变小，除尘器去除效率逐渐变低，当低于某一粒径时，无法进行分离。

为了提高旋风除尘器对烟气的分离效率，许多研究者提出了自己的解决思路。如申请号为CN201820672618.6的中国专利公开了一种锅炉烟气用旋风除尘器。该专利通过外设托板，对集尘桶起到支撑作用，防止集尘桶重量过大引起锥形筒形变；增添过滤桶，通过过滤桶中的滤芯，对锅炉烟气进行二次过滤，使得锅炉烟气的过滤效果更好；采用减震块，使旋风除尘器具有减震功能，从而降低旋风除尘器产生的噪音，营造更加良好的工作环境。该专利提高分离效率是通过添设滤芯对分离后的烟气再过滤，但是在更换滤袋时会影响工作效率以及增加除尘器的运转风险。而本专利是在无添设外置设备的情况下，提高烟气在旋风除尘器的分离效率，与该专利有明显区别。

又如，申请号为CN202011211421.0的中国专利公开了一种旋风除尘器。该专利是通过连通两个旋风除尘器实现了对含尘空气进行三级除尘处理。首先在风机的作用下，将含尘空气通过进风管输入至第一旋风除尘器主体内部进行一级除尘处理，空气气流再由第一连通管进入至第二旋风除尘器主体内部进行二级除尘处理，随后，再由第二连通管进入至净化箱内进行三级除尘处理，最后经过除尘处理后的空气由出风管排出，粉尘和气流分离效率高，除尘彻底。该专利提高除尘效率的方法是多个除尘器重复除尘，对提高小微粒径颗粒的去除能力极为有限，而本专利则可以有效的分离小微颗粒。

又如，公开号为CN202110782432.2的中国专利公开了一种团聚剂精准布料器以及旋风除尘器，团聚剂精准布料器包括多个喷射孔、密封罩、团聚剂进口和喷射孔疏通机构，喷射孔疏通机构设置于密封罩内，喷射孔设置于除尘器圆筒段侧壁呈螺旋设置，中心线与螺旋流的切线方向呈0-30°夹角。旋风除尘器设置团聚剂精准布料器和隔离锥，其圆锥面通过流通管与灰斗圆直筒段连接，流通管连通密封罩和隔离锥内腔；隔离锥最下部圆周面上均布有多个隔离锥通孔，隔离锥通孔的中心线与螺旋流的切线方向呈0-30°夹角；隔离锥中心轴线方向设有隔离锥中心孔。团聚剂精准布料器将团聚剂适量、精准、均匀地投放在除尘器内使超细颗粒粉尘团聚成大颗粒。旋风除尘器设置团聚剂精准布料器和隔离锥可以提高其分离效率。该专利提高除尘效率的方法是通过布料器将团聚剂适量、精准、均匀地投放在气固分离系统中使超细颗粒粉尘团聚成大颗粒，同时可以对喷射孔进行疏通，保证喷射孔长时间稳定可靠地工作，而本专利是通过切向撞击流反应器调整碰撞区烟气颗粒的团聚效应。

综上可知，现有的旋风除尘器在提高分离效率的方法分为以下几点。第一点是通过对旋风除尘器主体添设额外的装置以提高烟气的分离效率；第二点是调整旋风除尘器的数量以达到提高分离效率的目的；第三点是通过喷洒团聚剂使得颗粒粉尘团聚成大颗粒。这些方法无一例外都是在最初除尘器的构型基础上增添部件，这会使得整体旋风除尘器的构造显得臃肿，而且并未解决去除粒径低于5um颗粒的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决传统旋风除尘器随着粉尘粒径的变小，无法高效率分离低于5um粒径颗粒，导致除尘器去除效率低的问题，提供一种耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，适合大多数烟气分离，具有良好的推广价值。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，包括从上到下依次相互连接的圆筒、锥形筒和盛灰斗，圆筒、锥形筒形成的倒锥形筒体作为切向撞击流的反应器主体，圆筒顶部设有便于净化后气体排出的排气管作为出气口，圆筒的外侧切向连通有相互平行的左侧进气口和右侧进气口，左侧进气口和右侧进气口下方均连接有分流管，其中一侧分流管尾端连通于另一侧分流管后与反应器主体的腔体相连，两侧分流管水平位置均固定安装有一电磁阀，每个电磁阀上连接有对应控制该电磁阀的控制器，两个控制器以周期波绝对值和0两个周期信号周期相同且交替进行的形式交替输出信号，使得与电磁阀连通的左侧进气口和右侧进气口的分流量时刻发生改变。

本基础方案的有益效果在于：烟气从两个对称的进气口进入切向撞击流反应器，进入圆筒后会沿着壁面在另一侧发生撞击，其中飞灰颗粒撞击导致该区域即撞击面的颗粒浓度急剧升高。在撞击过程中颗粒会有团聚行为，而撞击面的高颗粒浓度同时强化颗粒之间的团聚能力，最终使得颗粒粒径变大的现象更加明显。控制分流管流量的电磁阀上连接控制器，控制器以正弦波绝对值和0两种形式交替输出信号，该操作使得电磁阀所在进气口分流到分流管的烟气量时刻发生改变，导致进入圆筒的两侧烟气的流量差也时刻变化。因此在撞击过程中就会出现撞击面来回移动的现象，从而增加了颗粒在烟气中停留时间，提高了颗粒碰撞进而团聚的能力。

进一步，位于圆筒内的排气管外壁上固定安装有若干旋流叶片，旋流叶片安装位置高于分流管的水平段，旋流叶片的倾斜角度为60～90°。有益效果：旋流叶片能够改变烟气的流动方向。当撞击后的烟气向下流动进入旋流叶片后，在旋流叶片的引导下发生旋转。该部分烟气从旋流叶片出来，而后并入从分流管排出的另一部分烟气中，一起沿着圆筒内壁共同切向进入圆筒部，向下做旋转运动，在离心力的作用下对飞灰颗粒进行分离。

进一步，旋流叶片的倾斜角度为75°。

进一步，左侧进气口和右侧进气口沿着圆筒径向呈对称结构，且切向安装于圆筒顶部。有益效果：左侧进气口和右侧进气口切向设计在圆筒的顶部，使得烟气沿着圆筒顶部的壁体撞击后自此向下形成形状更紧凑，颗粒浓度更高的撞击面，提高颗粒团聚的效果。

进一步，电磁阀安装在对应分流管的水平段处。有益效果：添加电磁阀是为了控制进入分流管气流量的多少，可以规律性调节进气口的流量，使得两侧烟气撞击时烟气流量时刻不同而导致撞击面反复移动，增加颗粒停留时间，强化颗粒团聚能力。

进一步的，电磁阀上控制器输出正弦波的绝对值和0两种周期波信号。有益效果：因为该信号以非负值的正弦波连续输出，可以方便的进行频域分析与调制，使得信号输出效果更加灵活、高效；同时，因为该信号输出的正弦波更加简洁，因此在传输过程中可以降低信号的偏移现象，保证了输出信号的准确性和可靠性。

进一步的，电磁阀上控制器的输出信号为方波信号、三角波信号或者锯齿波信号。有益效果：为了符合不同场景的需求，电磁阀上控制器输出的信号可以是其他的周期信号，比如方波信号、三角波信号、锯齿波信号等。

进一步，电磁阀与分流管通过螺纹连接。有益效果：这种连接方式价格低廉，且方便安装与拆卸。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，与主流旋风除尘器直接对气体内的颗粒进行分离不同，本专利提出的旋风除尘器创造性的运用了撞击流理念进行烟气除尘。将高温环境下的烟气从进气口通入，在腔体另一侧发生撞击，使烟气中的颗粒相互碰撞，在碰撞集中的区域即撞击面处快速聚集，颗粒浓度急剧升高，促使小颗粒团聚成更大粒径的颗粒，因团聚后的颗粒粒径增加显著，更容易从烟气中分离出来，籍此提高旋风除尘器对细颗粒的去除效率；

2、本发明所公开的耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，通过电磁阀去控制两侧进气口分流的量，时刻改变两侧进气口撞击形成的撞击面，延长颗粒在撞击过程中的停留时间，提高颗粒间的团聚几率，进而提高除尘效率。

其中电磁阀采用的控制器输出的信号分两个周期，一个周期为正弦波绝对值形式，与之衔接的一个周期信号为0，两个周期信号周期相同且交替进行。两个分流管的电磁阀控制器输出的信号和周期一致，区别在于开始的周期信号不同：一侧分流管的控制器开始时输出信号为正弦波绝对值，另一侧开始时输出的信号为0。

当左侧分流管上控制器输出为正弦波绝对值形式时，左侧进气口的烟气随着电磁阀开口的大小而分流出多少不等的烟气，这些烟气进入左侧分流管后，沿着与右侧分流管连通的管道进入反应器腔体内。而未被分流的烟气在腔体顶部进行撞击；同一过程，右侧分流管上控制器输出为0的信号，右侧电磁阀始终关闭，右侧进气口的烟气无分流行为，全部进入腔体顶部进行撞击。接着，当左侧分流管上控制器输出为0时，无分流行为；同一过程，右侧分流管控制器输出信号为正弦波绝对值，右侧分流管开始分流。

因此当左侧分流管分流，而右侧分流管不分流时，则左侧进气口的烟气量少于右侧进气口；而当右侧分流管分流，左侧分流管不分流时，右侧进气口的烟气量又会少于左侧进气口。因为两侧进气口的烟气量时刻保持着一多一少的动态规律变化，在两股烟气进行撞击时形成的撞击面会出现来回偏移的现象。而撞击的烟气规律性变化同时强化了这一现象的显现性和持续性，使得颗粒在撞击过程中的停留时间延长，撞击面范围扩大，进一步提高了颗粒团聚的概率，从而有助于细颗粒的脱除；

3、本发明所公开的耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，在圆筒中排气管上添设旋流叶片，用于改变撞击后烟气的流动方向，增强其旋转运动的能力，强化其气固的分离能力，进而提高旋风除尘器的除尘能力；

4、本发明所公开的耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，由电磁阀控制的烟气通过分流管切向通入圆筒部，与上游而来的旋流烟气进一步混合，一起带动撞击后已经团聚颗粒的烟气进行旋流运动，而混合过程也会强化颗粒之间的碰撞，因此能增强颗粒间的团聚。而由小颗粒团聚形成的大颗粒在离心力的作用下沿着圆筒的壁面落入下方的盛灰斗中，而后分离后的烟气上升，通过除尘器的出气口排出。该分离方式结合了轴流式旋风除尘器和切向旋风除尘器的特点，进一步强化了旋风除尘器的分离功能。相比传统的单一类型旋风除尘器，该高温环境下耦合颗粒团聚和气固分离功能的新型旋风除尘器，显著增加了其对细颗粒的脱除能力。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器的结构示意图一；

图2为本发明耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器的结构示意图二；

图3为本发明耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器去除控制器的结构示意图；

图4为本发明图1中左侧分流管和右侧分流管的位置关系图；

图5为本发明图1中旋流叶片的结构示意图；

图6为本发明图1中电磁阀控制流量的变化形式示意图，其中图6(a)为左侧电磁阀控制流量的变化形式示意图，图6(b)为与图6(a)中左侧电磁阀控制流量相对应的右侧电磁阀控制流量的变化形式示意图；

图7为本发明图1中旋风除尘器俯视图中非对称撞击流的撞击区域变化示意图；

图8为本发明图1中旋风除尘器中烟气的运动过程示意图。

附图标记：出气口1、左侧进气口2、右侧进气口3、左侧分流管4、左侧电磁阀5、左侧控制器6、锥形筒7、盛灰斗8、圆筒9、旋流叶片10、排气管外壁11、圆筒部内壁12、撞击面13、右侧分流管14、右侧电磁阀15、右侧控制器16。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-8所示的一种耦合颗粒团聚和气固分离功能的旋风除尘器，包括从上到下依次相互连接的圆筒9、锥形筒7和盛灰斗8，圆筒9、锥形筒7形成的倒锥形筒体作为切向撞击流反应器主体，圆筒9顶部设有便于净化后气体排出的排气管作为出气口1，圆筒9的外侧切向连通有相互平行的左侧进气口2和右侧进气口3，左侧进气口2和右侧进气口3下方均连接有分流管，其中一侧分流管尾端连通于另一侧分流管后与反应器主体的腔体相连。本实施例以左侧分流管4尾端连通于右侧分流管14后与反应器圆筒9的腔体相连通为例，左侧分流管4水平位置固定安装左侧电磁阀5，左侧电磁阀5上连接有左侧控制器6，右侧分流管14水平位置固定安装右侧电磁阀15，右侧电磁阀15上连接有右侧控制器16，左侧控制器6、右侧控制器16的输出信号不固定，按实际需求选择，左侧控制器6、右侧控制器16以正弦波绝对值的形式输出信号。电磁阀与对应的分流管通过螺纹连接，方便安装与拆卸。

左侧分流管4尾端连通于右侧分流管4与圆筒9的腔体相连通。

图6(a)为左侧电磁阀控制流量的变化形式示意图，图6(b)为与图6(a)中左侧电磁阀控制流量相对应的右侧电磁阀控制流量的变化形式示意图。当左侧分流管4上的左侧控制器6输出为正弦波绝对值形式时，左侧进气口2的烟气随着左侧电磁阀5开口的大小而分流出多少不等的烟气，这些烟气进入左侧分流管4后，沿着与右侧分流管14连通的管道进入反应器腔体内。而未被分流的烟气在腔体顶部进行撞击；同一过程，右侧分流管14的右侧控制器16输出为0的信号，右侧电磁阀15始终关闭，右侧进气口3的烟气无分流行为，全部进入腔体顶部进行撞击。接着，当左侧分流管4上的左侧控制器6输出为0时，无分流行为；同一过程，右侧分流管14的右侧控制器16输出信号为正弦波绝对值，右侧分流管14开始分流。

因此当左侧分流管4分流，而右侧分流管14不分流时，则左侧进气口2的烟气量少于右侧进气口3；而当右侧分流管14分流，左侧分流管4不分流时，右侧进气口3的烟气量又会少于左侧进气口2。因为两侧进气口的烟气量时刻保持着一多一少的动态规律变化，所以在两股烟气沿着圆筒部内壁12的壁面和排气管外壁11的壁面形成的区域(即撞击区)进行撞击时形成的撞击面会出现来回偏移的现象。撞击的烟气规律性变化同时强化了这一现象的显现性和持续性，使得颗粒在撞击过程中的停留时间延长，撞击面范围扩大，进一步增加了颗粒团聚的概率，从而有助于细颗粒的脱除。

位于圆筒9内的排气管外壁11上固定安装有若干旋流叶片10，旋流叶片10的倾斜角度为60～90°，优选为75°，旋流叶片10安装位置略高于分流管4的水平段，旋流叶片10能够改变烟气的流动方向。当撞击后的烟气向下流动进入旋流叶片10后，在旋流叶片10的引导下发生旋转，从旋流叶片10出来后并入从右侧进气口3进入分流管4的烟气中，沿着圆筒9内壁共同切向进入圆筒部，向下做旋转运动，在离心力的作用下对飞灰颗粒进行分离。

添加电磁阀是为了控制进入对应分流管气量的多少，进而规律性减少对应进气口的流量，使撞击面13反复移动，增加颗粒停留时间，强化颗粒团聚能力。

控制器控制对应电磁阀开口大小一直变化，使得对应进气口的分流量时刻发生改变，导致进入圆筒9两侧烟气的流量差时刻变化，因此撞击过程中出现撞击面13来回移动的现象。颗粒团聚的同时烟气沿着圆筒9顶部向下流动，当撞击后的烟气抵达下方旋流叶片10时，会随着叶片的旋转形状进行旋流运动。而从进气口分流进入分流管的另一部分烟气正切向进入圆筒，此时从旋流叶片10出来的烟气会并入该部分烟气中，一起沿着圆筒9内壁开始向下做旋转运动，待到达锥形筒7的某个位置，烟气反向上升通过出气口1排出，分离出来的颗粒通过锥形筒7出口掉落进盛灰斗8中。

各进气管流量具体分配关系如下：

Q＝Q

Q

Q

Q

其中：总烟气量为Q(m

旋流叶片的旋转角度的选择如下：

θ＝arctan((2*h)/(b-d))

其中：θ为最大流量角度，h为叶片高度，b为叶片宽度，d为叶片厚度。

本实施例设计旋流叶片时，h＝20cm，b＝11.5cm，d＝1cm，计算出来的叶片旋转角度是75°。

左侧进气口2和右侧进气口3沿着圆筒9径向呈对称结构，且切向安装于圆筒9顶部，左侧进气口2和右侧进气口3切向设计在圆筒9的顶部，使得烟气沿着圆筒9顶部的壁体撞击后自此向下形成更大，颗粒浓度更高的撞击面13，提高颗粒团聚的效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。