一種可現場清除的火花捕集器的製作方法

2023-05-26 22:06:01

專利名稱：一種可現場清除的火花捕集器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種粉塵收集系統，具體涉及一種包括了在火花源與可燃物質之間的可清除火花捕集器(諸如一種粉塵收集袋濾器或袋濾捕塵室或集塵室(bag house))的系統。
背景技術：
火花捕集器是一個通用術語，其用來描述一種旨在用來防止可燃物質(例如火花)逸散到會引起點火和火焰燃燒的區域內的裝置。最受認可的火花捕集器是用作房屋和建築物中壁爐和燃木火爐的排氣管或煙囪上的煙囪罩的那些金屬絲網裝置。相比之下，火焰捕集器，諸如作為「非公路(off the road)」交通工具的消聲器組件的一種集成部件的那些裝置，被用來防止火焰從消聲器逸出和從而引起火災。在許多行業實行更嚴格的空氣汙染控制要求下，包含有纖維過濾器的袋濾器典型地是用於捕捉顆粒物的可選設備。然而，產生空中浮遊火花/空氣承載火花以及粉塵和顆粒的工業應用不能使用袋濾器，或者由於沒有使用一種有效的火花捕集設備導致存在著纖維過濾材料有燃燒起火的可能而不能使用纖維過濾材料。已經使用火花捕集器取得了有限成功，根據氣體的流動量和顆粒大小，該火花捕集器已包括脫離盒(drop out box)、擋板、 金屬絲網、淹沒浸管(submerged dip tubes)、旋風分離器、多旋風分離器、和用於啟動噴水的傳感器。然而，傳感器和噴水系統不是百分百地有效，且往往由於包括未對準、汙垢積聚、 腐蝕或其它原因等多種因素而失效。儘管目前有各種各樣的設備可以使用，但仍然需要這樣一種火花捕集器其能有效地滿足那些不允許發生火災和爆炸的工業應用、以及那些必須有火花捕集器和粉塵收集系統的最小停機時間的工業應用的某些關鍵設計標準。可能產生可引起火災或爆炸的火花的工業包括但不限於進行金屬回收和加工的金屬鑄造業，包括高溫熔融生產線、金屬切割、金屬研磨、金屬焊接、以及對金屬部件的拋光；纖維和碎料板(particleboard)工業，包括對纖維和碎料板的加工以及對成品板的鋸切和打磨；使用噴霧乾燥器的化工行業和各種粉塵和粉末的氣動輸送；食品加工業，諸如咖啡、巧克力、菸草的烘乾，香料和調味品的研磨，和氣動輸送粉狀食品。此外，還包括所有類型的工業燃燒源。

發明內容
鑑於上述情況，本發明提供一種能有效地基本上排除掉粉塵收集袋濾器燃燒的火花捕集器、粉塵收集系統和汙染控制系統。該火花捕集器包括外殼，和多個附接於一種安置在外殼的氣體流動區域中的細長支撐構件上的間隔開的細長楔形構件。相鄰楔形構件之間的最小間隙在約50到約400微米的範圍內。在另一個實施例中，本發明提供了一種用於減少纖維過濾粉塵收集系統中發生的燃燒的系統。該系統包括一種細長外殼，該細長外殼具有一種第一端和一種遠離該第一端的第二端。一種氣流入口設置為與外殼的內部成流體連通，用於使氣體和顆粒從源流入外殼。一種氣流出口設置為與外殼成流體連通，用於使氣體和顆粒從外殼流出、然後進入粉塵收集系統。一種細長的火花捕集器安置在外殼內在第一端與第二端之間。該火花捕集器具有多個間隔開的楔形構件，相鄰楔形構件之間的間隙足以阻斷可燃顆粒從源流到粉塵收集系統。本發明的另一個實施例中提供了一種用於煉焦爐裝料過程的汙染控制系統。該系統包括一種安置於煉焦爐門上方的罩，其用於在給爐裝煤時收集來自於煉焦爐中的粉塵、 火花和煙霧。一種細長的外殼附接於該罩的出風口。該外殼具有一種第一端和一種遠離該第一端的第二端、一種與外殼的內部成流體連通的氣流入口以用於使氣體和顆粒從罩流入外殼，一種與外殼成流體連通的氣流出口以用於使氣體和顆粒從外殼流出然後進入粉塵收集系統，以及一種安置在外殼內在第一端和第二端之間的細長火花捕集器。該火花捕集器具有多個間隔開的楔形構件，相鄰楔形構件之間的最小間隙足以阻斷可燃顆粒從源流到粉塵收集系統。一種粉塵收集系統設置成與外殼的氣流出口成流體連通。本文所述的火花捕集器的優點包括可基本上100%地排除特定最小尺寸的火花；在基本上沒有用戶維護的停機時間的情況下可以實質上連續地操作火花捕集器；以約 140至約1400立方米/每分鐘的流量流過火花捕集器的氣流的壓降最小化；火花捕集器能處理高至約550°C的相對較高的波動溫度；以及還提供適合各種工業應用的機械方面魯棒的火花捕集器。


本發明的另外優勢將會從通過結合附圖考慮詳細描述的優選實施方案變得顯而易見，附圖中並未按比例進行繪製，其中在所有這些若干附圖中相應的附圖標記表示相同或相應的部分和特徵圖1是根據本發明的的粉塵收集系統的火花捕集器和罩的一部分的俯視圖，非比例繪製；圖2是圖1中火花捕集器和罩的一部分的截面圖，非比例繪製；圖3是火花捕集器的一部分的透視圖，示出根據本發明的火花捕集器的楔形構件，非比例繪製；圖4是包括根據本發明的火花捕集器的粉塵收集系統和罩的示意圖；和圖5是一種包括根據本發明的火花捕集器和粉塵收集系統的煉焦爐裝料系統的示意圖。
具體實施例方式為了提供一種適用於工業應用的火花捕集器，希望提供一種適於滿足一定數目的關鍵設計參數的設備和系統。最關注的是提供一種能基本上消除可能引起起火和/或爆炸的運行失敗的可能性的設備和系統。火花捕集器的有效設計直接與火花粒子的粒徑或粒度相關。然而，當設計一種火花捕集器時，也應考慮一些其他獨立變量。例如，火花粒子溫度、火花粒子比熱、收集在下遊粉塵收集系統中的粉塵的可燃性、和下遊粉塵收集系統所使用的粉塵收集材料的可燃性， 這些都是在提供一種有效的火花捕集器系統時應當考慮的重要因素。上述獨立變量中，火花粒徑或粒度、火花粒子溫度、火花粒子比熱變量有可能會結合成一種稱作「點火能量」的
單變量。火花粒子的點火能量、所收集粉塵的可燃性和粉塵收集材料的可燃性之間的關係可以用來確定「所允許的最大火花直徑」。在大多數現有技術系統中，諸如上面所述的，火花粒子的慣性分離可用於大部分情況。然而，慣性分離通常僅對最大火花粒子的排除具有高效率，但並不能基本上消除掉所有的比所允許的最大火花直徑更小的火花粒子。例如，如下表格示出了一種典型的高效率的旋風分離器的粒子去除效率相對於粒子粒徑/粒子粒度的關係。表 1
斯託克斯當量直徑粒度(μ m)按重量計算的去除效率百分比1.505. 242.5013. 343.5021. 964.5030. 085.5037.416.5043. 897.5049. 588.5054. 5710. 060. 9411. 5066. 1913. 5071. 8417. 0079. 0821. 0084. 7627. 0090. 0832. 0092. 8142. 0095. 9362. 0098.40
6
正如前述表格所示，在使用高效率旋風分離器時，只有接近62微米大小的微粒被清除的機率較高。因此，對於每分鐘850立方米的氣體流率而言，上述的高效旋風分離器可具有13. 2釐米的水的壓降，這可能需要大約40馬力(hp)的風扇。這樣的旋風分離器可能有約11米的整體高度和2米的主體直徑。因此，高效率旋風分離器不僅對小於約25微米的微粒具有相對較低的去除效率，而且該設備體積相對較大、可能需要相對較多的能量來運行。現參考圖1至3，圖示出根據本發明的火花捕集器裝置和系統。圖1是火花捕集器和罩系統10的俯視圖，並且其不是成比例繪製的。系統10的火花捕集器12包括細長的外殼14，其具有第一端16和與第一端16遠離的第二端18。一種設置於外殼14中的氣流入口 20 (圖2)用於與外殼的內部22成氣流連通。設置了與外殼14的第一端16鄰近的至少一個氣流出口 26，用於使氣體和顆粒流出外殼14、然後進入與出口沈相聯接的粉塵收集系統30(圖4)。根據通過系統10的氣體流率，也可設置與外殼14的第二端相鄰的第二氣流出口 28。在外殼14內，安置了一種細長的火花捕集器部件32，將其安置於外殼14的第一端 16和第二端18之間。該火花捕集器部件32包括多個間隔開的固定地附接於細長支撐構件 36的楔形構件34，以提供一種基本上剛性的火花捕集器部件32。該火花捕集器部件32具有介於多個相鄰楔形構件34之間的最小間距38且該間距足以阻斷火花顆粒從源流入粉塵收集系統30。根據特定的應用和流率要求，間距38的範圍可以是從約50至約500微米之間，從而能清除幾乎所有比前面所限定的所允許最大火花直徑更小的火花顆粒。特別涉及到火花捕集器部件32，該部件32的所有部分可以由耐腐蝕材料製成，例如鍍鋅鋼、鈦或不鏽鋼。火花捕集器部件32可具有約0. 3米至約1. 5米的高度H、以及約1 米至約5米的長度L，用於約7500m3/hr到約170，OOOmVhr的氣體流率。部件32的每個構件34具有範圍在約0. 5毫米至約5. 0毫米之間的寬度W和範圍在約0. 9毫米至約9. 0毫米之間的高度h。如圖3所示，由於在楔形構件34處在箭頭40的方向上的通過火花捕集器部件32 的流動，所以火花捕集器部件32本質上能防止顆粒所造成的堵塞。通過合適地選擇間距 38，火花捕集器32可以提供一種針對於任何其所具有粒徑/粒度比介於相鄰楔形構件34 之間的間距38更大的火花或熱碎片的絕對屏障。火花捕集器12可以包括一種蓋42，用於在維護和修理火花捕集器12的部件時提供進入到火花捕集器12的內部22的通路。為了引導包含有火花微粒的氣體流進入火花捕集器12，可使用一種有溝槽的細長罩50。該罩50具有一種遮篷52，用於捕集從源排出的排放物、並引導其該排放物如箭頭M 所指示地進入火花捕集器12的氣流入口 20。正如火花捕集器的情況一樣，罩50可以由多種材料製成，包括但不限於鍍鋅鋼、鈦、不鏽鋼及類似材料。對於上面給出的氣體流速，罩50 的整體長度Lh可介於約1米到約10米之間，且其溝槽的開口寬度、在約18毫米到約37 毫米之間。罩50中的溝槽56使得氣流基本均勻地分布流入火花捕集器中，從而使得對於較寬範圍地波動的氣體流率而言能夠維持微粒去除效率。火花捕集器12的另一個重要部件是噴淋清洗系統60。噴淋清洗系統60包括一種流體入口管道62，其使流體流到安置於火花捕集器12的兩個相對著的側面上的流體聯箱 (fluid header) 64和66。該流體聯箱64和66向安置在外殼14內部22的多個噴霧噴嘴68提供流體。該噴霧噴嘴68可提供一種具有介於約100至約130度之間的錐角的錐形噴霧器70，用於清潔可能積聚在火花捕集器部件32的構件34上的微粒和碎片。該噴嘴68可由能用於高溫應用中的不鏽鋼或其它耐腐蝕材料製成，而且可在約3. 4個大氣壓至約6. 8 大氣壓的壓力環境下提供約4升/分鐘(LPM)至約20LPM的流體流量。期望的是，錐形噴霧器70重疊以覆蓋火花捕集器部件32的整個長度L。還期望的是，火花捕集器部件32的構件34的方位在一種大體垂直的位置中，從而使得從構件34洗刷下的碎片和微粒可通過罩50上的溝槽56而下落回。是否需要清洗火花捕集器部件32可以視具體個案情況而確定，且可能取決於排放物中是否包含有粘性微粒物質。因此，噴霧噴嘴68可自動地或手動地操作，用以間歇地清潔火花捕集器部件32。根據本發明的火花捕集器系統10的一個應用可以是煉焦爐裝料，其中火花捕集器系統10鄰近於打開的爐體80和裝料機82，如圖5示意性地圖示的。隨著將熾熱的焦炭裝填入該煉焦爐80中，煙霧84便從煉焦爐80中釋放出。由於煉焦爐80用焦炭86進行裝填/填料，所以大量的氣體、煙霧和火花微粒84便從煉焦爐80中排出。煙霧和火花微粒夾帶在由帶溝槽的罩50產生的氣體84中，以流經火花捕集器12中來去除火花微粒，然後進入到粉塵收集系統30。清潔後的氣體從粉塵收集系統30的出口 90排出。因為火花捕集器 12基本上消除了所有的火花微粒，則可使用包含有袋式過濾器92的粉塵收集系統30。袋式過濾粉塵收集系統30可以比其他粉塵收集系統更有效地去除掉煉焦爐裝料過程中產生的氣流中的微粒。前述實施方案在其實踐中很容易發生相當大的變化。因此，上述實施例並不旨在受限於上文中所具體闡述的特定實施例。相反，上述實施例是在所附的權利要求的精神和範圍內，包括法律上認同的其等同物。本專利權人不打算向公眾奉獻任何所披露的實施例，在一定程度上，任何所披露的修改或變更並非是在字面上落入權利要求的範圍內，它們被認為是按照等同原則下的一部分。
權利要求
1.一種用於減少織物過濾式粉塵收集系統中起火發生的系統，包括具有第一端和與第一端遠離的第二端的細長外殼；氣流入口，其與外殼的內部成流體連通，用於使氣體和微粒從源流入外殼；氣流出口，其與外殼成流體連通，用於使氣體和微粒從外殼流出、並進入所述粉塵收集系統；以及細長的火花捕集器，安置於所述外殼中在第一端和第二端之間，該火花捕集器包括多個間隔開的楔形構件，相鄰楔形構件之間具有最小間距足以阻斷可燃微粒的從所述源到所述粉塵收集系統的流動。
2.如權利要求1所述的系統，還包括附接至所述外殼的火花捕集器清洗系統，用於清除來自火花捕集器的微粒。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述多個楔形構件沿基本垂直的方向安置於所述外殼內。
4.如權利要求1所述的系統，其中所述相鄰楔形構件之間的最小間距在50微米到約 400微米之間。
5.如權利要求1所述的系統，其中所述火花捕集器包含不鏽鋼材料。
6.如權利要求1所述的系統，其中所述粉塵收集系統包括具有織物過濾袋的集塵室。
7.如權利要求1所述的系統，還包括所述外殼內的多個水霧噴嘴，用於清洗所述火花捕集器。
8.如權利要求1所述的系統，還包括用於收集包含火花和微粒物質的氣體的罩，用於引導氣體流入所述外殼、並且流動穿過所述火花捕集器。
9.一種用於煉焦爐裝料過程的汙染控制系統，包括安置於打開的煉焦爐門上方的罩，其用於收集來自向煉焦爐內裝填煤過程中的粉塵、 火花和煙霧；附接至該罩的出風口處的細長外殼，該外殼具有第一端和與第一端遠離的第二端；氣流入口，其與外殼的內部成流體連通，用於使氣體和微粒從所述罩流入該外殼內；和氣流出口，其與外殼成流體連通，用於使氣體和微粒從外殼流出然後進入粉塵收集系統；和細長的火花捕集器，安置於該外殼中在第一端和第二端之間，該火花捕集器包括多個間隔開的楔形構件，相鄰楔形構件之間具有最小間距足以阻斷可燃微粒從源到粉塵收集系統的流動；以及粉塵收集系統，與該外殼的氣流出口成流體連通。
10.如權利要求9所述的系統，還包括附接於所述外殼的火花捕集器清洗系統，用於移除來自火花捕集器的微粒。
11.如權利要求9所述的系統，其中所述多個楔形構件沿基本垂直的方向安置於所述外殼內。
12.如權利要求9所述的系統，其中所述相鄰楔形構件之間的最小間距在50微米到約 400微米之間。
13.如權利要求9所述的系統，其中所述火花捕集器包含不鏽鋼材料。
14.如權利要求9所述的系統，其中所述粉塵收集系統包括具有織物過濾袋的集塵室。
15.如權利要求9所述的系統，還包括所述外殼內的多個水霧噴嘴，用於清洗所述火花捕集器。
16.一種用於防止粉塵收集系統內起火的火花捕集器，所述火花捕集器包括外殼、和附接於細長支持件上的多個相互間隔開的細長楔形構件，該細長支撐構件安置在所述外殼的氣體流動區域中，所述相鄰楔形構件之間具有最小間距範圍在約50微米到約400微米之間。
17.如權利要求16所述的火花捕集器，其中所述多個楔形構件沿基本垂直的方向安置於所述外殼內。
18.如權利要求16所述的火花捕集器，其中所述火花捕集器包含不鏽鋼材料。
19.如權利要求16所述的火花捕集器，還包括安置於所述外殼內的多個水霧噴嘴，用於清洗所述火花捕集器。
20.如權利要求19所述的火花捕集器，其中所述噴嘴可提供錐角度為120度的錐形噴霧器。
全文摘要
一種用於減少織物過濾式粉塵收集系統中發生起火的系統。該系統包括具有第一端和與第一端遠離的第二端的細長外殼。氣流入口，其與外殼的內部成流體連通，用於使氣體和微粒從源流入外殼。氣流出口，其與外殼成流體連通，用於使氣體和微粒從外殼流出冰進入所述粉塵收集系統。細長的火花捕集器，設置於所述外殼中在第一端和第二端之間。該火花捕集器包括多個間隔開的楔形構件，相鄰楔形構件之間具有的一種最小間距足以阻斷可燃微粒從所述源到所述粉塵收集系統的流動。
文檔編號F01N3/02GK102439266SQ201080011878
公開日2012年5月2日 申請日期2010年1月15日 優先權日2009年3月13日
發明者M·P·巴克多爾 申請人:太陽焦炭科技和發展有限責任公司