CN106807198B - 一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业排放处理技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统。该系统包括粉尘清理子系统、废气净化子系统、电气控制子系统以及气源控制子系统，其中所述粉尘清理子系统包括布袋除尘器，所述布袋除尘器的进口和出口分别连接第一气体输送管道和第二气体输送管道，所述废气净化子系统包括支撑底座，所述支撑底座上设有溶液池，在所述支撑底座的一侧安装有加料梯，所述溶液池的入口连接所述第二气体输送管道，所述溶液池的出口连接排气管道。该系统能够去除烟气中的粉尘颗粒和有毒气体，使得最终排放到空气中的气体达到排放标准，具有排出气体处理效果好，处理流程可控性高，成本低的优点。

Description

一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统

技术领域

本发明涉及工业排放处理技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统。

背景技术

碳纤维增强高分子复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composites，简称CFRP)具有密度小、比强度和比模量高、耐疲劳强度高、破损安全特性好等特点，被广泛应用于航空航天、汽车工业、风电产业、体育用品等行业。在废弃的碳纤维复合材料中，热塑性树脂基碳纤维复合材料可通过制成切片再利用，而对热固性树脂回收的传统方法主要是深埋和焚烧，但热固性树脂基复合材料深埋后50～100年不能降解，对环境破坏严重。若对其进行焚烧处理则会产生大量烟尘、有害气体，污染环境。

目前回收CFRP的方法主要包括物理法、溶剂法和热解法。近年来，由美国波音公司立项，开展光热热解CFRP的工艺技术。因飞机尺寸较大，热解过程中在户外进行，热解过程中产生大量烟尘和有毒有害气体。如果不加以处理而直接排放，会引起严重的粉尘和大气污染。

因此，亟待发明一套烟气除尘净化系统，用于满足热解碳纤维工艺过程中有毒烟气的排放问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，解决现有热解碳纤维工艺过程中对产生的烟尘和有毒有害气体无法有效处理的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，包括粉尘清理子系统、废气净化子系统、电气控制子系统以及气源控制子系统，其中所述的废气净化子系统、电气控制子系统、气源控制子系统分别与所述粉尘清理子系统相连；

所述粉尘清理子系统包括布袋除尘器，所述布袋除尘器的进口连接第一气体输送管道，所述布袋除尘器的出口连接第二气体输送管道，在所述第一气体输送管道上设有变频防爆风机，在所述第二气体输送管道上分别设有温度变送器和压力变送器；

所述废气净化子系统包括支撑底座，所述支撑底座上设有溶液池，在所述支撑底座的一侧安装有加料梯，所述溶液池的入口连接所述第二气体输送管道，所述溶液池的出口连接排气管道；

所述电气控制子系统包括PLC变频控制器以及分别与所述PLC变频控制器连接的液晶控制屏、温度传感器、压力传感器和风量传感器，其中所述温度传感器、压力传感器和风量传感器分别安装在所述第二气体输送管道上；所述的温度变送器和压力变送器分别与所述PLC变频控制器相连；

所述气源控制子系统包括空压机，所述空压机安装在所述第二气体输送管道上，且所述空压机与所述PLC变频控制器相连。

进一步地，所述溶液池中设有进气装置，所述进气装置包括主管道以及与所述主管道连通的四条出气支管，四条出气支管呈X型连接在所述主管道的外周壁上；所述主管道的一端设置有进气口，所述进气口与所述第二气体输送管道相连通，所述主管道的另一端密封设置；各所述出气支管分别垂直于所述主管道设置，所述出气支管的一端与所述主管道密封连接并连通，所述出气支管的另一端密封设置，在所述出气支管的管壁上设置有多个出气孔。

具体地，每根出气支管与相邻的其中一条出气支管形成的夹角为60度，与相邻的另一条出气支管形成的夹角为120度。

具体地，所述出气支管上沿其周向上设置有若干出气孔排，每排出气孔排包括沿所述出气支管的长度方向等间距设置的多个出气孔。

具体地，所述主管道的密封端通过第一堵板密封；所述出气支管远离所述主管道的一端通过第二堵板密封。

进一步地，在所述布袋除尘器的底部设有电动粉尘收集器。

具体地，所述第一气体输送管道为波纹软管，其中所述波纹软管的一端与上级操作平台的吸尘罩通过卡箍连接，在所述波纹软管的另一端连接直管，所述直管与所述布袋除尘器的入口通过第一法兰连接。

具体地，所述第二气体输送管道与所述排气管道均采用304不锈钢制成，所述第二气体输送管道与所述溶液池的入口通过第二法兰连接，所述排气管道与所述溶液池的出口通过第三法兰连接，在所述第二法兰与所述第三法兰上分别设有密封垫圈。

具体地，所述支撑底座采用箱式结构，在所述支撑底座的内部设有与所述溶液池连接的阀门，所述阀门上连接有软管。

具体地，所述支撑底座采用304不锈钢制成，所述溶液池采用PP材料制成，所述加料梯采用热镀锌材料制成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，采用粉尘清理子系统、废气净化子系统、气源控制子系统以及电气控制子系统这四个子系统协同工作，克服了现有烟气净化技术中存在的排出气体处理效果差，处理流程可控性低，成本高的问题。

本发明提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，通过在溶液池内部的设置进气装置，该进气装置通过主管道分出四条出气支管组成X形状，使经过除尘处理后的气体由四条出气支管管壁上均布的出气孔进入溶液池，与溶液均布接触，保证溶液池内反应的均匀性，使得整个系统既提高了烟气处理效率，又保证了处理效果。

本发明提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，通过粉尘清理子系统去除烟气中的粉尘颗粒物，通过废气净化子系统去除烟气中的有毒气体，经处理后的气体主要成份为CO₂和少量水蒸气，使得最终排放到空气中的气体达到排放标准，该系统具有排出气体处理效果好，处理流程可控性高，成本低，对环境影响小的优点。

附图说明

图1是本发明实施例用于碳纤维热解的空气除尘净化系统结构示意图；

图2是本发明实施例用于碳纤维热解的空气除尘净化系统的废气净化子系统结构示意图；

图3是本发明实施例用于碳纤维热解的空气除尘净化系统的支撑底座与溶液池结构示意图；

图4是本发明实施例用于碳纤维热解的空气除尘净化系统的进气装置结构示意图；

图5是本发明实施例用于碳纤维热解的空气除尘净化系统的图4的俯视图。

图中：1：粉尘清理子系统；2：废气净化子系统；3：电气控制子系统；4：气源控制子系统；5：上级操作平台；6：第一气体输送管道；7：；8：支撑底座；9：溶液池；10：加料梯；11：排气管道；12：主管道；13：出气支管；14：出气孔；15：第一堵板；16：第二堵板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明实施例提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，包括粉尘清理子系统1、废气净化子系统2、电气控制子系统3以及气源控制子系统4，其中所述粉尘清理子系统1与上级操作平台5相连，所述的废气净化子系统2、电气控制子系统3、气源控制子系统4分别与所述粉尘清理子系统1相连。

所述粉尘清理子系统1包括布袋除尘器，所述布袋除尘器为单机脉冲布袋除尘器，所述布袋除尘器的进口连接第一气体输送管道6，所述布袋除尘器的出口连接第二气体输送管道7，在所述第一气体输送管道6上设有变频防爆风机，在所述第二气体输送管道7上分别设有温度变送器和压力变送器。

所述废气净化子系统2包括支撑底座8，所述支撑底座8上设有溶液池9，在所述支撑底座8的一侧安装有加料梯10，所述溶液池9的入口连接所述第二气体输送管道7，所述溶液池9的出口连接排气管道11。

所述电气控制子系统3包括PLC变频控制器以及分别与所述PLC变频控制器连接的液晶控制屏、温度传感器、压力传感器和风量传感器，其中所述温度传感器、压力传感器和风量传感器分别安装在所述第二气体输送管道上。所述的温度变送器和压力变送器分别与所述PLC变频控制器相连。

所述气源控制子系统4包括空压机，所述空压机安装在所述第二气体输送管道7上，且所述空压机与所述PLC变频控制器相连。

使用时，碳纤维材料先在上级操作平台5上进行热解处理，在热解处理过程中产生的烟气通过第一气体输送管道6输送至布袋除尘器，用于过滤烟气中的固体颗粒物，其中通过变频防爆风机提供气体从上级操作平台5至布袋除尘器的传输动力。经过除尘处理后的烟气通过第二气体输送管道7输送至溶液池9，用于将烟气中的有害成份经化学反应后排放，其中通过空压机提供气体从布袋除尘器至溶液池9的空气动力，同时通过温度传感器、压力传感器和风量传感器实时监测除尘后烟气的温度、压力以及风量信息，并将检测数据传输至PLC变频控制器，温度、压力、风速等参数通过液晶控制屏进行显示，根据显示的温度、压力、风速参数，通过液晶控制屏输入相应的风机转速、温度和压力等数据，通过PLC变频控制器控制温度变送器和压力变送器调整空气传输过程中的温度和压力，以及变频防爆风机和空压机的工作状态。

进一步来说，所述溶液池9中设有进气装置，所述进气装置包括主管道12以及与所述主管道12连通的四条出气支管13，四条出气支管13呈X型连接在所述主管道12的外周壁上。所述主管道13的一端设置有进气口，所述进气口与所述第二气体输送管道7相连通，所述主管道12的另一端密封设置。各所述出气支管13分别垂直于所述主管道12设置，所述出气支管13的一端与所述主管道12密封连接并连通，所述出气支管13的另一端密封设置，在所述出气支管13的管壁上设置有多个出气孔14。

其中，每根出气支管13与相邻的其中一条出气支管形成的夹角α优选设置为60度，与相邻的另一条出气支管形成的夹角β优选设置为120度。

其中，所述出气支管13上沿其周向上设置有若干出气孔排，每排出气孔排包括沿所述出气支管13的长度方向等间距设置的多个出气孔14。

其中，所述主管道12的密封端通过第一堵板15密封，所述出气支，13远离所述主管道12的一端通过第二堵板16密封。

本发明通过在溶液池9中设置与第二气体输送管道7相连通的进气装置，该进气装置通过主管道12分出四条出气支管13组成X形状，使经过除尘处理后的气体由四条出气支管13管壁上均布的出气孔14进入溶液池9，与溶液均布接触，保证溶液池9内反应的均匀性与充分性，不仅提高了整个系统的烟气处理效率，而且保证了处理效果。

进一步来说，在所述布袋除尘器的底部还设有电动粉尘收集器，可自动收集除去的粉尘，减少人工操作。

具体来说，所述第一气体输送管道为波纹软管，其中所述波纹软管的一端与上级操作平台5的吸尘罩通过卡箍连接，在所述波纹软管的另一端连接直管，所述直管与所述布袋除尘器的入口通过第一法兰连接。通过设置直管，便于将波纹软管与布袋除尘器入口处的第一法兰进行连接，便于装配以及维修。而该直管的长度尺寸能够随吸尘罩及上级操作平台5进行调整。

具体来说，所述第二气体输送管道7与所述排气管道11均采用304不锈钢制成，从而避免管道被烟气腐蚀，所述第二气体输送管道7与所述溶液池9的入口通过第二法兰连接，所述排气管道11与所述溶液池9的出口通过第三法兰连接，在所述第二法兰与所述第三法兰上分别设有密封垫圈进行密封连接。

此外，所述支撑底座8采用箱式结构，所述支撑底座采用304不锈钢制成，在所述支撑底座8的内部设有与所述溶液池9连接的阀门，所述阀门上连接有软管。释放溶液时，将支撑底座的两合页门打开，拿出软管放入收集器皿，打开阀门进行溶液回收。

溶液池9由溶液池主体和顶部密封盖组成，所述的溶液池主体和顶部密封盖均采用PP材料制成，所述溶液池主体和顶部密封盖之间通过密封压条进行密封，需要添加溶液时，只需要打开一端，将溶液倒入即可。

所述加料梯采用热镀锌材料制成，在加料梯的表面设有防滑及防磨损的花纹。

下面通过三种实施例对采用本系统进行烟气处理的操作过程进行具体说明。

第一实施例

在进行光热热解复合碳纤维材料前，开启本系统电源，在溶液池9中加入1.5L碱性溶液。热解1500g复合碳纤维板，当其表面温度达到370℃时产生少量白色烟气，气味为刺鼻燃烧禽类羽毛气味。此时通过变频防爆风机经经波纹软管将白色烟气抽入粉尘清理子系统1的布袋除尘器，烟气经布袋除尘器进行除尘处理，将烟气中的颗粒全部过滤。控制变频防爆风机转速为1450r/min，此时在电气控制子系统3的液晶控制屏上所得风量为1346m³/h，气体温度为60℃，压力为120kPa，经过滤后的气体进入废气净化子系统2的进气装置，通过进气装置的主管道后分出四条分支管路，使废气由四条分支路管壁上均布的出气孔进入溶液池9中，此时气体流速降为1m/s,气体在溶液池9中经充分化学反应后通过排气管道11排出，经检测，排出气体的成份为40％CO₂和60％水蒸气，符合烟气排放标准，完成整个烟气除尘净化过程。

第二实施例

热解2060g复合碳纤维板时，在溶液池9中加入2L碱性溶液，当复合碳纤维板表面温度达到470℃时产生大量白色烟气，控制变频防爆风机转速为2000r/min，此时电气控制子系统3的液晶控制屏上显示所得风量为2060m³/h，气体温度为60℃，压力为160kPa，经布袋除尘器除尘过滤后的气体进入废气净化子系统2的进气装置，通过进气装置的主管道后分出四条分支管路，使废气由四条分支路管壁上均布的出气孔进入溶液池9中，此时气体流速降为1.2m/s,气体在溶液池9中经充分化学反应后通过排气管道11排出，经检测，排出气体的成份为42％CO₂和58％水蒸气，符合烟气排放标准，完成整个烟气除尘净化过程。

第三实施例

热解2060g复合碳纤维板时，在溶液池中加入2L碱性溶液，当复合碳纤维板表面温度达到550℃时产生浓烈略带黄色烟气，控制变频防爆风机转速为3000r/min，此时电气控制子系统3的液晶控制屏上显示所得风量为2060m³/h，气体温度为62℃，压力为180kPa，经布袋除尘器除尘过滤后的气体进入废气净化子系统2的进气装置，通过进气装置的主管道后分出四条分支管路，使废气由四条分支路管壁上均布的出气孔进入溶液池9中，此时气体流速降为1.5m/s,气体在溶液池中经充分化学反应后通过排气管道11排出，经检测，排出气体的成份为43％CO₂和57％水蒸气，符合烟气排放标准，完成整个烟气除尘净化过程。

综上所述，本发明提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，采用粉尘清理子系统、废气净化子系统、气源控制子系统以及电气控制子系统这四个子系统协同工作，克服了现有烟气净化技术中存在的排出气体处理效果差，处理流程可控性低，成本高的问题。本发明提供的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，通过粉尘清理子系统去除烟气中的粉尘颗粒物，通过废气净化子系统去除烟气中的有毒气体，使得最终排放到空气中的气体达到排放标准，该系统具有排出气体处理效果好，处理流程可控性高，成本低，对环境影响小的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，其特征在于：包括粉尘清理子系统、废气净化子系统、电气控制子系统以及气源控制子系统，其中所述的废气净化子系统、电气控制子系统、气源控制子系统分别与所述粉尘清理子系统相连；

所述粉尘清理子系统包括布袋除尘器，所述布袋除尘器的进口连接第一气体输送管道，所述布袋除尘器的出口连接第二气体输送管道，在所述第一气体输送管道上设有变频防爆风机，在所述第二气体输送管道上分别设有温度变送器和压力变送器；

所述废气净化子系统包括支撑底座，所述支撑底座上设有溶液池，在所述支撑底座的一侧安装有加料梯，所述溶液池的入口连接所述第二气体输送管道，所述溶液池的出口连接排气管道；

所述电气控制子系统包括PLC变频控制器以及分别与所述PLC变频控制器连接的液晶控制屏、温度传感器、压力传感器和风量传感器，其中所述温度传感器、压力传感器和风量传感器分别安装在所述第二气体输送管道上；所述的温度变送器和压力变送器分别与所述PLC变频控制器相连；

所述气源控制子系统包括空压机，所述空压机安装在所述第二气体输送管道上，且所述空压机与所述PLC变频控制器相连；

所述溶液池中设有进气装置，所述进气装置包括主管道以及与所述主管道连通的四条出气支管，四条出气支管呈X型连接在所述主管道的外周壁上；所述主管道的一端设置有进气口，所述进气口与所述第二气体输送管道相连通，所述主管道的另一端密封设置；各所述出气支管分别垂直于所述主管道设置，所述出气支管的一端与所述主管道密封连接并连通，所述出气支管的另一端密封设置，在所述出气支管的管壁上设置有多个出气孔；

每根出气支管与相邻的其中一条出气支管形成的夹角为60度，与相邻的另一条出气支管形成的夹角为120度；

所述出气支管上沿其周向上设置有若干出气孔排，每排出气孔排包括沿所述出气支管的长度方向等间距设置的多个出气孔；

所述主管道的密封端通过第一堵板密封；所述出气支管远离所述主管道的一端通过第二堵板密封；

所述第一气体输送管道为波纹软管，其中所述波纹软管的一端与上级操作平台的吸尘罩通过卡箍连接，在所述波纹软管的另一端连接直管，所述直管与所述布袋除尘器的入口通过第一法兰连接；

所述支撑底座采用箱式结构，在所述支撑底座的内部设有与所述溶液池连接的阀门，所述阀门上连接有软管。

2.根据权利要求1所述的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，其特征在于：在所述布袋除尘器的底部设有电动粉尘收集器。

3.根据权利要求1所述的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，其特征在于：所述第二气体输送管道与所述排气管道均采用304不锈钢制成，所述第二气体输送管道与所述溶液池的入口通过第二法兰连接，所述排气管道与所述溶液池的出口通过第三法兰连接，在所述第二法兰与所述第三法兰上分别设有密封垫圈。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于碳纤维热解的空气除尘净化系统，其特征在于：所述支撑底座采用304不锈钢制成，所述溶液池采用PP材料制成，所述加料梯采用热镀锌材料制成。