CN103215400B - 借助温度波动的烟气除尘设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种借助温度波动的烟气除尘设备，用于高炉煤气除尘并延长过滤元件的使用寿命。本发明还公开了一种使用了该设备的烟气除尘系统。该设备用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳、安装在外壳中的过滤元件以及作用于过滤元件的反吹清灰装置，所述外壳与过滤元件通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，所述过滤元件具有由多孔透气支撑体以及附着在多孔透气支撑体表面的过滤薄膜所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径为0.1～0.12μm的粉尘的去除率达99％以上。

Description

借助温度波动的烟气除尘设备及系统

技术领域

本发明涉及烟气除尘设备及系统，具体涉及一种在过滤时借助待过滤气体的温度波动来促进对含尘气体的气固分离净化的烟气除尘设备及系统。

背景技术

本申请的发明人发现，在一些通过过滤来进行烟气除尘的场合，人们往往同时面临以下几方面问题：第一，待过滤气体中含有大量难于沉降的微细粉尘，这些微细粉尘钻入过滤元件的过滤微孔中，致使过滤元件的过滤效率逐渐下降，并难以通过对过滤元件的反吹清灰来恢复；第二，受待过滤气体来源侧工况不稳定等因素影响，过滤元件的表面时常发生结露，导致过滤元件进一步被污染；第三，过滤元件上的微细粉尘与结露的液体接触，使微细粉尘在过滤元件上固结。综合以上三方面原因，导致过滤元件板结堵塞，使其过滤能力不可逆转的丧失。目前，高炉煤气干式滤袋除尘系统即面临这样的问题。

近年来，钢铁企业高炉煤气除尘日益往干式滤袋除尘工艺发展，同时回收净化后高炉煤气压力能和热能的透平发电技术也日益成熟、普及。尽管如此，由于在高炉的开炉、休风、复风操作过程中高炉煤气一定会经历露点，同时，高炉煤气粉尘中又含有极细、轻、粘的氧化锌粉尘（粉尘粒径在0.1～50μm），大量氧化锌粉尘富集在过滤元件（即滤袋）的表面和内部，在酸结露工况下发生化学式为“ZnO+2HCl→ZnCl₂+H₂O”的反应，最终生成碱式氯化锌。碱式氯化锌具有类似水泥的硬化性质，导致过滤元件板结堵塞，有效过滤面积大幅降低。由于此问题一直没能得到有效解决，因此现有的高炉煤气干式滤袋除尘系统只能采取大冗余的设计，整个系统使用了数量庞大的除尘罐和滤袋，导致建设和运行成本偏高。

发明内容

本发明首先要提供一种借助温度波动的烟气除尘设备，用于高炉煤气除尘并延长过滤元件的使用寿命。在此基础上，本发明还将提供一种使用了该设备的烟气除尘系统。

本发明借助温度波动的烟气除尘设备，用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳、安装在外壳中的过滤元件以及作用于过滤元件的反吹清灰装置，所述外壳与过滤元件通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤高炉煤气的传送发生在第一空间，已过滤高炉煤气的传送发生在第二空间；其中，所述过滤元件具有由多孔透气支撑体以及附着在多孔透气支撑体表面的过滤薄膜所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径为0.1～0.12μm的粉尘的去除率达99％以上；所述第一空间内的温度根据高炉煤气来源侧的工况变化和/或在主动式结露触发装置的控制下进行波动，并间隔的降低至待过滤高炉煤气的露点温度之下，以使待过滤高炉煤气中的含锌粉尘垢化于所述的过滤膜面上。

上述过滤元件中，过滤薄膜承担过滤作用，而多孔透气支撑体仅起支撑作用，不参与过滤。这样，在过滤膜面所具有的较高过滤精度下（对粒径为0.1～0.12μm的粉尘的去除率达99％以上），待过滤高炉煤气中的粉尘（包括微细含锌粉尘）几乎完全被阻挡在过滤膜面的外侧，滤后的洁净煤气可以达到接近零粉尘含量，使高炉煤气除尘后续工艺中的透平发电、输送、储存设备等免受粉尘冲刷磨损及结垢影响；当待过滤高炉煤气中的含锌粉尘垢化于所述的过滤膜面上进而导致过滤压差增大到设定的阀值时，启动反吹清灰装置对过滤元件进行反吹清灰处理，由于过滤膜面光滑且具有憎水性，并且粉尘又几乎位于过滤膜面的外侧，因此，在一定的清灰能量下，在过滤膜面上的垢块完全能够从过滤膜面上剥离，并掉落在烟气除尘设备底部，实现对高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘的富集。

由此可见，上述技术方案能够将一直困扰气体除尘领域中的“结露糊袋”现象转化为对本发明有利的技术手段，既有效克服了过滤元件使用寿命短的问题，又有利于含锌粉尘的回收，产生了出人意料的技术效果。另外，在气体除尘领域中，结露现象一直被认为是有害的，然而，本发明非但不回避结露问题，反而依靠甚至促进结露，从而克服了本领域长期以来未能解决的技术问题。

本发明的过滤元件既可以采用内滤式滤袋的结构，也可以采用外滤式滤袋的结构。当然，本发明的过滤元件也可以采用除滤袋以外的其他结构。当采用内滤式滤袋的结构时，通过反吹清灰从过滤膜面上剥离的垢块可能会扎伤滤袋，因此，本发明建议采用外滤式滤袋的结构。当采用外滤式滤袋的结构时，所述过滤元件包括多根一端开口且另一端封闭的滤袋，这些滤袋的开口端位于第二空间一侧，各滤袋包括由多孔透气支撑体所构成的内袋层和附着在所述内袋层外表面上并由所述过滤薄膜所构成的外袋层。

作为过滤薄膜的一种优选材料，所述过滤薄膜由膨体聚四氟乙烯材料制成。当然，过滤薄膜也可以采用其他类似性质的，即表面光滑、表现为憎水性并且具有上述过滤精度的材料来制作。当然，对于材料的“光滑”程度，最好是能接近甚至小于膨体聚四氟乙烯。所述多孔透气支撑体优选由耐高温（即能够适应高炉煤气过滤）的毡类或织布类材料制成，并最好具有良好的抗水解性能，例如玻纤机织布，以保证其较长的使用寿命。此外，所述主动式结露触发装置包括作用于待过滤高炉煤气传送空间内的喷水降温装置和/或喷气降温装置。

本发明进一步所提供的借助温度波动的烟气除尘系统，用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量氧化锌等难于沉降的微细粉尘富集在设备底部，其包括分别带有反吹清灰装置的第一除尘单元和第二除尘单元，在清灰模式下，当第一除尘单元的反吹清灰装置启动时，第二除尘单元的反吹清灰装置呈关闭状态，同时，第一除尘单元的进气口切断而第二除尘单元的进气口打开；当第二除尘单元的反吹清灰装置启动时，第一除尘单元的反吹清灰装置呈关闭状态，同时，第二除尘单元的进气口切断而第一除尘单元的进气口打开，所述的第一除尘单元和第二除尘单元分别采用上述借助温度波动的烟气除尘设备。可以发现，上述的烟气除尘系统能够在确保系统运行同时实现非过滤状态下的反吹清灰，有利于粉尘沉降在烟气除尘设备的底部。

本发明的另一种借助温度波动的烟气除尘设备，用于气体除尘并附带将气体中大量难于沉降的微细粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳、安装在外壳中的过滤元件以及作用于过滤元件的反吹清灰装置，所述外壳与过滤元件通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间；其中，所述过滤元件具有由多孔透气支撑体以及附着在多孔透气支撑体表面的过滤薄膜所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率达99％以上；所述第一空间内的温度根据气体来源侧的工况变化和/或在主动式结露触发装置的控制下进行波动，并间隔的降低至待过滤气体的露点温度之下，以使待过滤气体中的微细粉尘垢化于所述的过滤膜面上。显然，该烟气除尘设备不仅可用于高炉煤气除尘，也可用于其他存在类似情况的烟气除尘场合。注意，此处“类似情况”是指难沉降的微细粉尘与结露的液体接触固结的情况。

基于已陈述的理由，所述过滤元件包括多根一端开口且另一端封闭的滤袋，这些滤袋的开口端位于第二空间一侧，各滤袋包括由多孔透气支撑体所构成的内袋层和附着在所述内袋层外表面上并由所述过滤薄膜所构成的外袋层。

作为过滤薄膜的一种优选材料，所述过滤薄膜由膨体聚四氟乙烯材料制成。当然，过滤薄膜也可以采用其他类似性质的，即表面光滑、表现为憎水性并且具有上述过滤精度的材料来制作。所述多孔透气支撑体优选由耐高温的毡类或织布类材料制成，并最好具有良好的抗水解性能，例如玻纤机织布，以保证较长的使用寿命。此外，所述主动式结露触发装置包括作用于待过滤高炉煤气传送空间内的喷水降温装置和/或喷气降温装置。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明烟气除尘设备的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

具体实施方式

下面以高炉煤气除尘为例，对本发明的借助温度波动的烟气除尘设备进行具体介绍。

如图1、2所示，本发明实施例1的烟气除尘设备，用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳3、安装在外壳3中的过滤元件2以及作用于过滤元件2的反吹清灰装置1，所述外壳3与过滤元件2通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤高炉煤气的传送发生在第一空间，已过滤高炉煤气的传送发生在第二空间，所述过滤元件2具有由多孔透气支撑体201以及附着在多孔透气支撑体201表面的过滤薄膜202所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜202具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径为0.1～0.12μm的粉尘的去除率达99％以上；所述第一空间内的温度根据高炉煤气来源侧的工况变化进行波动，并间隔的降低至待过滤高炉煤气的露点温度之下，以使待过滤高炉煤气中的含锌粉尘垢化于所述的过滤膜面上。

在上述技术方案中，随着结露现象的发生，待过滤高炉煤气中的含锌粉尘会随着设备的运行逐渐在过滤膜面上固结为垢块，导致过滤压差（即过滤元件2两侧的压力差）增大，当过滤压差增大到设定的阀值时（该阀值可根据现有参数设定，最好应综合考虑清灰效果、过滤元件使用寿命等因素来确定），启动反吹清灰装置1，由于过滤膜面光滑且表现为憎水性，因此垢块在过滤膜面上的附着力较小，加之垢块几乎位于过滤膜面的外侧，与过滤元件2的粘连度低，因此，通过反吹清灰足以将过滤膜面上的垢块从过滤膜面上剥离，此后，被剥离下来的垢块掉落在烟气除尘设备底部，实现对高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘的富集。

上述技术方案中并未限定过滤元件2的具体结构，因为，从实现该技术方案的角度讲，过滤元件2的具体结构显然可以是多种多样的。通常来说，过滤元件2最好设计为滤袋的形式，因为这在气体过滤领域应用的最为普遍。滤袋既有内滤式滤袋，也有外滤式滤袋，顾名思义，内滤式滤袋是指待过滤气体从滤袋内向滤袋外运动而受到净化，外滤式滤袋则刚好相反。本发明在将垢块从过滤膜面上剥离的过程中，由于垢块的边缘是比较锋利的，在一定气力推动下，锋利的垢块可能会扎伤滤袋，因此，本发明建议用外滤式滤袋。具体的，如图2所示，过滤元件2包括多根一端开口且另一端封闭的滤袋2a，这些滤袋2a的开口端位于第二空间一侧，各滤袋2a包括由多孔透气支撑体201所构成的内袋层和附着在所述内袋层外表面上并由所述过滤薄膜202所构成的外袋层。由于外滤式滤袋反吹清灰扩散面宽，降低了滤袋被扎伤的风险。

最为优选材料，所述过滤薄膜202由膨体聚四氟乙烯材料制成，同时，所述多孔透气支撑体201由玻纤机织布制成。实践证明，将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜与玻纤机织布多孔透气支撑体进行热覆处理，两者粘接性能优异；同时，膨体聚四氟乙烯无论在光滑性、憎水性以及过滤精度方面均十分理想，完全能够满足本发明的要求；此外，玻纤机织布又是一种较耐高温且防水解的材料，作为支撑体使用寿命长。在本发明的具体实施方式中，特别采用了美国戈尔公司生产的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜，以确保过滤薄膜202的使用性能。

在实际的工业应用中，上述如图1、2所示的借助温度波动的烟气除尘设备最好放置在一烟气除尘系统，该烟气除尘系统包括分别带有反吹清灰装置1的第一除尘单元和第二除尘单元，在清灰模式下，当第一除尘单元的反吹清灰装置1启动时，第二除尘单元的反吹清灰装置1呈关闭状态，同时，第一除尘单元的进气口切断而第二除尘单元的进气口打开；当第二除尘单元的反吹清灰装置1启动时，第一除尘单元的反吹清灰装置1呈关闭状态，同时，第二除尘单元的进气口切断而第一除尘单元的进气口打开，其中，所述的第一除尘单元和第二除尘单元即分别采用上述的借助温度波动的烟气除尘设备。这样，当第一除尘单元或者第二除尘单元处于反吹清灰状态时，对应的烟气除尘设备不进行过滤，有利于粉尘和垢块沉降在烟气除尘设备的底部。

现结合图1对本发明实施例1的烟气除尘设备的工作原理说明如下：高炉煤气4先经过预除尘（主要是机械除尘）后，再进入本发明的烟气除尘设备中，进而通过过滤元件2进行过滤，由于其过滤膜面具有的较高的过滤精度下，因此，待过滤高炉煤气中的粉尘几乎完全被阻挡在过滤膜面的外侧，过滤后的洁净煤气6可以达到接近零粉尘含量，使高炉煤气除尘后续工艺中的透平发电、输送、储存设备等免受粉尘冲刷磨损及结垢影响；随着高炉的运行，进入烟气除尘设备的待过滤高炉煤气的温度不可避免的会发生波动，且必然降低至待过滤高炉煤气的露点温度之下，这时，待过滤高炉煤气中的含锌粉尘将垢化于过滤元件2的过滤膜面上，进而使烟气除尘设备的过滤压差产生突变；本申请的发明人认为，一旦系统检测到过滤压差快速（指高于正常变化速率）增大30～40％时，即表明结垢严重，这时，建议先通过升温使垢块干化（可以利用高炉煤气的温度波动自然升温，或向烟气除尘设备中通入高温氮气等），然后再启动反吹清灰装置1（向设备中注入脉冲反吹气5），这样，就可以用较小的清灰压力实现垢块的剥离；最后，通过外壳3的底部排灰口实现排灰。

如图1所示，本发明实施例2的烟气除尘设备是在实施例1的烟气除尘设备上增加了主动式结露触发装置7。所述主动式结露触发装置7可以是作用于待过滤高炉煤气传送空间内的喷水降温装置，这时，通过喷水降温既能够降低待过滤高炉煤气的露点，同时也能够起到降温作用，因而能够很好的促进结露；所述主动式结露触发装置7也可以是喷气降温装置，比如通过温度较低的氮气进行降温来促进结露。当设置主动式结露触发装置7后，整个设备最好按照这样的程序工作：正常过滤—主动式结露触发装置7启动—主动式结露触发装置7关闭—检测到结垢—启动反吹清灰装置1－返回到正常过滤。

Claims (8)

1.借助温度波动的烟气除尘设备，用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量难于沉降的微细含锌粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳(3)、安装在外壳(3)中的过滤元件(2)以及作用于过滤元件(2)的反吹清灰装置(1)，所述外壳(3)与过滤元件(2)通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤高炉煤气的传送发生在第一空间，已过滤高炉煤气的传送发生在第二空间，其特征在于：所述过滤元件(2)具有由多孔透气支撑体(201)以及附着在多孔透气支撑体(201)表面的过滤薄膜(202)所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜(202)具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径为0.1～0.12μm的粉尘的去除率达99％以上；所述第一空间内的温度根据高炉煤气来源侧的工况变化和/或在主动式结露触发装置(7)的控制下进行波动，并间隔的降低至待过滤高炉煤气的露点温度之下，以使待过滤高炉煤气中的含锌粉尘垢化于所述的过滤膜面上；所述过滤元件(2)包括多根一端开口且另一端封闭的滤袋(2a)，这些滤袋(2a)的开口端位于第二空间一侧，各滤袋(2a)包括由多孔透气支撑体(201)所构成的内袋层和附着在所述内袋层外表面上并由所述过滤薄膜(202)所构成的外袋层。 

2.如权利要求1所述的借助温度波动的烟气除尘设备，其特征在于：所述过滤薄膜(202)由膨体聚四氟乙烯材料制成。 

3.如权利要求1所述的借助温度波动的烟气除尘设备，其特征在于：所述多孔透气支撑体(201)由耐高温的毡类或织布类材料制成。 

4.如权利要求1所述的借助温度波动的烟气除尘设备，其特征在于：所述主动式结露触发装置(7)包括作用于待过滤高炉煤气传送空间内的喷水降温装置和/或喷气降温装置。 

5.借助温度波动的烟气除尘系统，用于高炉煤气除尘并附带将高炉煤气中大量氧化锌等难于沉降的微细粉尘富集在设备底部，其包括分别带有反吹清灰装置(1)的第一除尘单元和第二除尘单元，在清灰模式下，当第一除尘单元的反吹清灰装置(1)启动时，第二除尘单元的反吹清灰装置(1)呈关闭状态，同时，第一除尘单元的进气口切断而第二除尘单元的进气口打开；当第二除尘单元的反吹清灰装置(1)启动时，第一除尘单元的反吹清灰装置(1)呈关闭状态，同时，第二除尘单元的进气口切断而第一除尘单元的进气口打开，其特征在于：所述的第一除尘单元和第二除尘单元分别采用权利要求1至4中任意一项权利要求所述的借助温度波动的烟气除尘设备。 

6.借助温度波动的烟气除尘设备，用于气体除尘并附带将气体中大量难于沉降的微细粉尘富集在设备底部，其包括封闭且设有进气口、排气口和底部排灰口的外壳(3)、安装在外壳(3)中的过滤元件(2)以及作用于过滤元件(2)的反吹清灰装置(1)，所述外壳(3)与过滤元件(2)通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在 第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间，其特征在于：所述过滤元件(2)具有由多孔透气支撑体(201)以及附着在多孔透气支撑体(201)表面的过滤薄膜(202)所构成的过滤材料，其中的过滤薄膜(202)具有光滑、表现为憎水性的过滤膜面，且该过滤膜面对待过滤高炉煤气中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率达99％以上；所述第一空间内的温度根据气体来源侧的工况变化和/或在主动式结露触发装置(7)的控制下进行波动，并间隔的降低至待过滤气体的露点温度之下，以使待过滤气体中的微细粉尘垢化于所述的过滤膜面上；所述过滤元件(2)包括多根一端开口且另一端封闭的滤袋(2a)，这些滤袋(2a)的开口端位于第二空间一侧，各滤袋(2a)包括由多孔透气支撑体(201)所构成的内袋层和附着在所述内袋层外表面上并由所述过滤薄膜(202)所构成的外袋层。 

7.如权利要求6所述的借助温度波动的烟气除尘设备，其特征在于：所述过滤薄膜(202)由膨体聚四氟乙烯材料制成。 

8.如权利要求6所述的借助温度波动的烟气除尘设备，其特征在于：所述主动式结露触发装置(7)包括作用于待过滤高炉煤气传送空间内的喷水降温装置和/或喷气降温装置。