1.本实用新型是关于高炉煤气处理领域,尤其涉及一种高炉煤气脱硫塔。
背景技术:
2.高炉煤气是炼铁工艺中产生的副产品,无色、无味、可燃;另外,其具有热值低、产气量大、有机硫含量高等特点。高炉煤气脱硫,既需要去除无机硫(如:h2s),又需要去除有机硫(如:cos、cs2等),其中脱除硫化氢比较容易,而有机硫难以脱除。
3.高炉煤气经回收压力能和热能后,作为燃料进行燃烧,所排放的烟气中主要为so2,一般含量为45mg/m3至185mg/m3之间,需要净化后达标排放。随着环保要求的严格,烟气中so2的排放限值为35mg/m3。传统脱硫方法主要是末端治理,在每个用户点后设置烟气脱硫,造成脱硫设施多、占地面积大、管理困难、脱硫副产物多、产生二次污染、投资大、耗水量大等缺点;而高炉煤气源头治理一般是采用先水解,将有机硫转化为无机硫,再采用湿法脱除硫化氢,具有阻损大、耗水量大、副盐难以处理等缺陷。
4.针对相关技术中对高炉煤气中的硫化物脱除所需成本高、设备占地面积大、使用效果不佳的问题,目前尚未给出有效的解决方案。
5.由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种高炉煤气脱硫塔,以克服现有技术的缺陷。
技术实现要素:
6.本实用新型的目的在于提供一种高炉煤气脱硫塔,采用多层结构设置,布局紧凑、灵活,大大减小占地面积,而且既可脱除高炉煤气中的无机硫又可脱除有机硫,提高对高炉煤气的处理效率,减低对高炉煤气的处理成本,避免二次污染。
7.本实用新型的目的可采用下列技术方案来实现:
8.本实用新型提供了一种高炉煤气脱硫塔,所述高炉煤气脱硫塔包括塔体,所述塔体在竖直方向上形成有可独立对高炉煤气进行脱硫处理的多个脱硫段,各所述脱硫段上分别设置有进气口和出气口,在各所述脱硫段的内部由对应的脱硫段上的所述进气口至其所述出气口之间设置有多个填料层,各所述填料层上分别填装具有吸附能力且加热后会脱附再生的吸附材料。
9.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述填料层包括填料支撑结构,所述填料支撑结构与所述塔体的内壁连接,所述吸附材料填装于所述填料支撑结构的顶部。
10.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述填料支撑结构为隔板或者筛网。
11.在本实用新型的一较佳实施方式中,各所述填料层的高度均大于或者等于300mm,且小于或者等于2500mm;各所述填料层中填装的所述吸附材料呈球状、条状和/或蜂窝状。
12.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述脱硫段包括上脱硫段和下脱硫段,所述上脱硫段的底部与所述下脱硫段的顶部之间通过外接筒体连接,所述下脱硫段的底部设置有裙座,所述裙座上设置有裙座检查孔。
13.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述外接筒体为沿竖直方向设置两端开口的筒状结构,所述外接筒体的顶端与所述上脱硫段的底部外壁连接,所述外接筒体的底端与所述下脱硫段的顶部外壁连接,所述外接筒体上设置有检查人孔。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述上脱硫段包括上筒体、第一上筒封头和第二上筒封头,所述上筒体为沿竖直方向设置两端开口的筒状结构,所述第一上筒封头的横截面呈向上凸起的弧形或者尖角形,所述第二上筒封头的横截面呈向下凸起的弧形或者尖角形,所述第一上筒封头和所述第二上筒封头分别封堵于所述上筒体的顶端开口处和底端开口处,多个所述填料层沿竖直方向由下至上依次间隔排布于所述上筒体内,所述第一上筒封头的顶部中间位置设置有上筒出气口,所述上筒体的底部侧壁上设置有上筒进气口。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述上筒进气口处设置有沿水平方向延伸的上筒进气管,所述上筒进气管的一端位于所述上筒体的外部,所述上筒进气管的另一端伸入至所述上筒体的内部且其横截面为由上至下逐渐向所述上筒体内壁方向倾斜的斜向开口,所述上筒进气管伸入至所述上筒体内的长度小于所述上筒体的半径。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述第二上筒封头的底部中间位置设有排污口,所述排污口处连接有上筒排污管。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述上筒体的侧壁上位于对应所述填料层上方的位置和所述第一上筒封头的顶部分别设置有上筒装料口。
18.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述上筒体的侧壁上位于对应所述填料层上方的位置和所述第一上筒封头的顶部分别设置有上筒测温测压口,各所述上筒测温测压口处分别设置有测温测压装置。
19.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述下脱硫段包括下筒体、隔板和下筒封头,所述下筒体为沿竖直方向设置两端开口的筒状结构,所述下筒封头的横截面呈向下凸起的弧形或者尖角形,所述隔板和所述下筒封头分别封堵于所述下筒体的顶端开口处和底端开口处,多个所述填料层沿竖直方向由下至上依次间隔排布于所述下筒体内,所述下筒体的顶部侧壁和底部侧壁上分别设置有下筒出气口和下筒进气口。
20.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述下筒进气口处设置有沿水平方向延伸的下筒进气管,所述下筒进气管的一端位于所述下筒体的外部,所述下筒进气管的另一端伸入至所述下筒体的内部且其横截面为由上至下逐渐向所述下筒体内壁方向倾斜的斜向开口,所述下筒进气管伸入至所述下筒体内的长度小于所述下筒体的半径。
21.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述下筒封头的底部中间位置设有排污口,所述排污口处连接有下筒排污管。
22.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述下筒体的侧壁上位于对应所述填料层上方的位置分别设置有下筒装料口。
23.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述下筒体的侧壁上位于对应所述填料层上方的位置分别设置有下筒测温测压口,各所述下筒测温测压口处分别设置有测温测压装置。
24.在本实用新型的一较佳实施方式中,所述塔体采用碳钢制成,且所述塔体的内壁上涂覆有耐高温防腐层,所述塔体的外壁上设置有保温层。
25.由上所述,本实用新型的高炉煤气脱硫塔的特点及优点是:塔体上形成有多个脱硫段,在各脱硫段的内部分别设置有多个填料层,在工作过程中,各脱硫段均可独立对通入其中的高炉煤气进行脱硫处理,不仅达到脱硫的目的,而且分层布局,结构紧凑、灵活,有效减小占地面积;另外,各填料层上分别通过吸附材料对高炉煤气中的硫化物进行吸附脱除,既可脱除高炉煤气中的无机硫又可脱除有机硫,提高对高炉煤气的处理效率,减低对高炉煤气的处理成本,避免二次污染,而且该吸附材料具有加热后脱附再生的能力,可通过加热将其吸附的硫化物以及其他杂质脱附至解吸气中,从而满足重复使用的需求,有效降低使用成本,适于推广使用。
附图说明
26.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释,并不限定本实用新型的范围。其中:
27.图1:为本实用新型高炉煤气脱硫塔的结构示意图。
28.图2:为本实用新型高炉煤气脱硫塔中上脱硫段的结构示意图。
29.图3:为本实用新型高炉煤气脱硫塔中下脱硫段的结构示意图。
30.本实用新型中的附图标号为:
31.1、塔体;
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101、上脱硫段;
32.1011、上筒体;
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1012、第一上筒封头;
33.1013、第二上筒封头;
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1014、上筒进气口;
34.1015、上筒出气口;
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1016、上筒排污管;
35.1017、上筒装料口;
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1018、上筒测温测压口;
36.1019、上筒进气管;
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102、下脱硫段;
37.1021、下筒体;
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1022、隔板;
38.1023、下筒封头;
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1024、下筒进气口;
39.1025、下筒出气口;
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1026、下筒排污管;
40.1027、下筒装料口;
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1028、下筒测温测压口;
41.1029、下筒进气管;
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103、外接筒体;
42.1031、检查人孔;
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2、填料层;
43.201、填料支撑结构;
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3、裙座;
44.301、裙座检查孔。
具体实施方式
45.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
46.如图1所示,本实用新型提供了一种高炉煤气脱硫塔,该高炉煤气脱硫塔包括塔体1,塔体1在竖直方向上形成有可独立对高炉煤气进行脱硫处理的多个脱硫段,各脱硫段上分别设置有与塔体1内部相连通的进气口和出气口,在各脱硫段的内部由对应的脱硫段上的进气口至其出气口之间设置有多个填料层2,各填料层上分别填装具有吸附能力且加热后会脱附再生的吸附材料,各填料层2中的吸附材料用于脱除通入各脱硫段内的高炉煤气
中硫化物(包括有机硫和无机硫)。
47.本实用新型在塔体1上形成有多个脱硫段,在各脱硫段的内部分别设置有多个填料层2,在工作过程中,各脱硫段均可独立对通入其中的高炉煤气进行脱硫处理,不仅达到脱硫的目的,而且分层布局,结构紧凑、灵活,有效减小占地面积。另外,在各填料层2上分别通过吸附材料对高炉煤气中的硫化物进行吸附脱除,既可脱除高炉煤气中的无机硫又可脱除有机硫,提高对高炉煤气的处理效率,减低对高炉煤气的处理成本,避免二次污染,而且该吸附材料具有加热后脱附再生的能力,可通过加热将其吸附的硫化物以及其他杂质脱附至解吸气中,从而满足重复使用的需求,有效降低使用成本,适于推广使用。
48.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1至图3所示,填料层2包括填料支撑结构201,填料支撑结构201与塔体1的内壁连接,吸附材料填装于填料支撑结构201的顶部。其中,填料支撑结构201可为但不限于隔板或者筛网。
49.进一步的,塔体1可采用但不限于碳钢制成,且塔体1的内壁上涂覆有防腐涂料形成的耐高温防腐层,从而有效保证塔体1的强度和耐腐蚀性,延长塔体1的使用周期。塔体1的外壁上设置有保温层,以提高塔体1的保温能力。
50.在本实用新型的一个可选实施例中,各填料层2的高度均大于或者等于300mm,且小于或者等于2500mm(即:300mm≤高度≤2500mm),使得相邻两填料层2之间预留有空间,以确保对高炉煤气中的硫化物进行充分吸附。
51.进一步的,各填料层2中填装的吸附材料呈球状、条状和/或蜂窝状。蜂窝状的吸附材料具有阻损低、停留时间短的特点;球状和条状的吸附材料具有比表面积大、停留时间长、阻损大的特点。本实用新型中位于最下方的填料层2中填装的吸附材料为球状或条状,其他各填料层2中填装的吸附材料为球状、条状和/或蜂窝状任意形状,通过最下方的填料层2中的吸附材料首先对高炉煤气中的硫化物进行充分吸附脱除,再通过其他各填料层2中的吸附材料对高炉煤气中剩余的硫化物进行吸附脱除,以确保良好的脱硫效果。当然,也可根据实际需要对各填料层2中吸附材料的形状进行调整,确保对高炉煤气中的硫化物充分吸附即可。
52.本实用新型中,吸附材料可由含有镁、钙、锶、钇、镧、铈、铕、铁、钴、镍、铜、银和锌等元素中的至少一种元素的材料制成。
53.进一步的,该吸附材料为疏水型微晶材料,其选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、mcm型分子筛和sapo型分子筛中的至少一种。其中,用于将有机硫转化为无机硫的催化剂包括铁钴锰钼镍系催化剂、co-k-al2o3和zro2/tio2系催化剂中的至少一种。
54.具体的,吸附材料可采用铜改性的zsm-5分子筛材料或者锌改性的zsm-5分子筛材料,该分子筛材料的硅铝比为150,以及zsm型分子筛吸附剂等,其中含有钴钼镍系催化剂。该吸附材料在20℃至80℃的温度范围内具有吸附有机硫和无机硫的能力,且在160℃至350℃的温度范围内具有脱附再生的能力。吸附材料具有疏水性,不吸收水分。
55.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1所示,脱硫段包括上脱硫段101和下脱硫段102,上脱硫段101的底部与下脱硫段102的顶部之间通过外接筒体103连接,下脱硫段102的底部设置有裙座3,裙座3上设置有裙座检查孔301,以便工作人员进行检查维护。
56.具体的,如图1所示,外接筒体103为沿竖直方向设置两端开口的圆筒状结构,外接
筒体103的顶端与上脱硫段101的底部外壁焊接,外接筒体103的底端与下脱硫段102的顶部外壁焊接连接,外接筒体103上设置有检查人孔1031,便于工作人员检查维护。另外,下脱硫段102与裙座3的顶部之间焊接固定,裙座3的底部平稳放置于安装平面上。
57.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,上脱硫段101包括上筒体1011、第一上筒封头1012和第二上筒封头1013,上筒体1011为沿竖直方向设置两端开口的圆筒状结构,第一上筒封头1012封堵于上筒体1011的顶端开口处,第二上筒封头1013封堵于上筒体1011的底端开口处,第一上筒封头1012的顶部中间位置设置有上筒出气口1015(即:出气口),上筒体1011的底部侧壁上设置有上筒进气口1014(即:进气口),多个填料层2沿竖直方向由下至上依次间隔排布于上筒体1011内。
58.进一步的,上筒体1011与第一上筒封头1012以及第二上筒封头1013之间均通过焊接固定,有效提高塔体1的稳定性。
59.进一步的,如图1、图2所示,第一上筒封头1012的横截面呈向上凸起的弧形或者尖角形,第二上筒封头1013的横截面呈向下凸起的弧形或者尖角形(当第二上筒封头1013的横截面呈向下凸起的尖角形时,第二上筒封头1013与水平方向之间的夹角为25
°
),通过第一上筒封头1012对高炉煤气具有引流的作用,便于气体的顺利排出,通过第二上筒封头1013便于对外排污。
60.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,上筒进气口1014处固定设置有沿水平方向延伸的上筒进气管1019,上筒进气管1019的一端位于上筒体1011的外部,上筒进气管1019的另一端伸入至上筒体1011的内部且上筒进气管1019该端部的横截面为由上至下逐渐向上筒体1011内壁方向倾斜的斜向开口,在高炉煤气进入上筒体1011的过程中,通过上筒进气管1019的斜向开口增加对气体的扰动能力,从而使高炉煤气在进入上筒体1011后分散均匀,以提高对高炉煤气的处理效果。由于需要通过吸附材料对高炉煤气中的硫化物进行吸附以达到脱硫的目的,因此,需要保证高炉煤气与吸附材料均匀且充分接触才能达到最佳的吸附效果,本实用新型中将上筒进气管1019伸入至上筒体1011的一端设置为斜向开口,才能达到该效果,实现吸附脱硫塔1的充分脱硫。
61.进一步的,如图1、图2所示,上筒进气管1019伸入至上筒体1011内的长度小于上筒体1011的半径,使得高炉煤气在进入上筒体1011后能够沿着自身的流向分散于上筒体1011内,提高高炉煤气在上筒体1011内分散的均匀度。
62.进一步的,上筒进气管1019的斜向开口的倾斜角度可为但不限于60℃。
63.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,第二上筒封头1013的底部中间位置设有排污口,排污口处连接有上筒排污管1016,上筒排污管1016上安装有三通阀,不仅能够排出上筒体1011内的污水,而且能够去除上筒排污管1016内的杂质,保证上筒排污管1016的长期导通状态。
64.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,上筒体1011的侧壁上位于对应填料层2上方的位置分别设置有沿水平方向与上筒体1011的内部相连通的上筒装料口1017,第一上筒封头1012的顶部设置有沿竖直方向与上筒体1011的内部相连通的上筒装料口1017,各上筒装料口1017的直径均大于或者等于600mm(即:直径dn≥600mm),确保装填吸附材料时能够顺利进入上筒体1011内,而且各上筒装料口1017也可作为人孔使用,便于工作人员检查维护。
65.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,上筒体1011的侧壁上位于对应填料层2上方的位置和第一上筒封头1012的顶部分别设置有上筒测温测压口1018,各上筒测温测压口1018处分别设置有测温测压装置。通过各测温测压装置分别对上筒体1011内不同填料层2所在位置的温度和压力进行实时检测,且各测温测压装置具有远传和在线显示的功能。其中,温度范围需要控制在-10℃至500℃之间,压力范围需要控制在0至0.1mpa之间,从而根据温度和压力参数调整上筒体1011内吸附材料的吸附和脱附再生操作。
66.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图3所示,下脱硫段102包括下筒体1021、隔板1022和下筒封头1023,下筒体1021为沿竖直方向设置两端开口的圆筒状结构,隔板1022沿水平方向封堵于下筒体1021的顶端开口处,下筒封头1023封堵于下筒体1021的底端开口处,下筒体1021的顶部侧壁上设置有下筒出气口1025(即:出气口),下筒体1021的底部侧壁上设置有下筒进气口1024(即:进气口),多个填料层2沿竖直方向由下至上依次间隔排布于下筒体1021内。
67.进一步的,下筒体1021与隔板1022以及下筒封头1023之间均通过焊接固定,有效提高塔体1的稳定性。
68.进一步的,如图1、图3所示,隔板1022为沿水平方向设置的平板状结构,下筒封头1023的横截面呈向下凸起的弧形或者尖角形,通过下筒封头1023便于对外排污。
69.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图2所示,下筒进气口1024处固定设置有沿水平方向延伸的下筒进气管1029,下筒进气管1029的一端位于下筒体1021的外部,下筒进气管1029的另一端伸入至下筒体1021的内部且下筒进气管1029该端部的横截面为由上至下逐渐向下筒体1021内壁方向倾斜的斜向开口,在高炉煤气进入下筒体1021的过程中,通过下筒进气管1029的斜向开口增加对气体的扰动能力,从而使高炉煤气在进入下筒体1021后分散均匀,以提高对高炉煤气的处理效果。由于需要通过吸附材料对高炉煤气中的硫化物进行吸附以达到脱硫的目的,因此,需要保证高炉煤气与吸附材料均匀且充分接触才能达到最佳的吸附效果,本实用新型中将下筒进气管1029伸入至下筒体1021的一端设置为斜向开口,才能达到该效果,实现吸附脱硫塔1的充分脱硫。
70.进一步的,如图1、图3所示,下筒进气管1029伸入至下筒体1021内的长度小于下筒体1021的半径,使得高炉煤气在进入下筒体1021后能够沿着自身的流向分散于下筒体1021内,提高高炉煤气在下筒体1021内分散的均匀度。
71.进一步的,下筒进气管1029的斜向开口的倾斜角度可为但不限于60℃。
72.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图3所示,下筒封头1023的底部中间位置设有排污口,排污口处连接有下筒排污管1026,下筒排污管1026上安装有三通阀,不仅能够排出下筒体1021内的污水,而且能够去除下筒排污管1026内的杂质,保证下筒排污管1026的长期导通状态。
73.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图3所示,下筒体1021的侧壁上位于对应填料层2上方的位置分别设置有沿水平方向与下筒体1021的内部相连通的下筒装料口1027,各下筒装料口1027的直径均大于或者等于600mm(即:直径dn≥600mm),确保装填吸附材料时能够顺利进入下筒体1021内,而且各下筒装料口1027也可作为人孔使用,便于工作人员检查维护。
74.在本实用新型的一个可选实施例中,如图1、图3所示,下筒体1021的侧壁上位于对
应填料层2上方的位置分别设置有下筒测温测压口1028,各下筒测温测压口1028处分别设置有测温测压装置。通过各测温测压装置分别对下筒体1021内不同填料层2所在位置的温度和压力进行实时检测,且各测温测压装置具有远传和在线显示的功能。其中,温度范围需要控制在-10℃至500℃之间,压力范围需要控制在0至0.1mpa之间,从而根据温度和压力参数调整下筒体1021内吸附材料的吸附和脱附再生操作。
75.进一步的,测温测压装置可为但不限于配合使用的温度传感器和压力传感器。
76.本实用新型的高炉煤气脱硫塔的工作过程为:由于正常状态下,trt进气口的温度一般在150℃至210℃之间,其出气口的温度在80℃至120℃之间(大部分在100℃左右,最高温度可达150℃),而吸附材料的最佳活性吸附温度为50℃至80℃之间,因此,温度高于80℃的高炉煤气在进入塔体1之前需要通过喷雾降温装置对高炉煤气进行降温处理,使高炉煤气的温度降低至80℃以下,之后高炉煤气分别通过上筒进气口1014和下筒进气口1024分别进入上筒体1011内和下筒体1021内。高炉煤气中的水分在塔体1内形成冷凝水,并分别通过上筒排污管1016和下筒排污管1026对外排出,以减少终端用户煤气中的含水量。进入上筒体1011和下筒体1021内的高炉煤气分别由下至上经过各填料层2,在此过程中各填料层2中的吸附材料对高炉煤气中的h2s、有机硫、cl-以及粉尘等杂质进行吸附,净化后的高炉煤气分别从上筒出气口1015和下筒出气口1025排出并送至终端用户使用。当需要对吸附材料进行脱附再生时,始终保证仅对一个脱硫段内的吸附材料进行脱附再生,其他各脱硫段内的吸附材料处于正常吸附状态,在此过程中,需要抽取少量的净高炉煤气(约为2000m3/h至6000m3/h之间),并经加热至160℃至350℃后从该脱硫段上的出气口通入至需要进行脱附再生的脱硫段内,通过该部分净高炉煤气对各填料层2中的吸附材料进行加热,并实时通过各测温测压装置实时检测脱硫段内对应位置上的温度和压力,检测到温度达到设定温度时,进行保温,高温的净高炉煤气将吸附材料中所吸附的杂质带出,使得吸附材料能够脱附再生,脱附后高炉煤气和有害气体从脱硫段的进气口对外排出,并送至烧结工段进行后续燃烧等处理。其中:进行脱附再生过程中,对吸附材料加热后需要保温1天左右,之后对吸附材料进行冷却,冷却后即再生完毕,可重复使用。
77.本实用新型的高炉煤气脱硫塔的特点及优点是:
78.一、该高炉煤气脱硫塔内各脱硫段分层分局,不仅达到脱硫的目的,而且结构紧凑、灵活,有效减小占地面积。
79.二、该高炉煤气脱硫塔中,采用吸附材料(尤其是疏水型吸附材料)对高炉煤气中的硫化物进行吸附,既可以脱除无机硫又可以脱除有机硫,操作简单、避免二次污染,适于推广使用。
80.三、该高炉煤气脱硫塔中,各填料层2中的吸附材料的具体形状可灵活搭配,具有阻损小、效率高的优点。
81.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本实用新型保护的范围。