CN104107603A - 用于高温气体净化的过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于高温气体净化的过滤装置，该过滤装置的管板上设有过滤单元，过滤单元中至少包括一个过滤管；管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口，洁净气体腔室设有气体出口；过滤单元上部罩设一顶置装置；顶置装置包括有一底端固定罩设在过滤单元上方的筒形外罩，该筒形外罩的顶端固定设有一多孔过滤元件，该多孔过滤元件上设有一通孔，脉冲反吹管路穿过该通孔延伸到该筒形外罩的内部且位于过滤单元上方。该过滤装置能够在过滤管发生破损断裂时，起到安全保护的作用，含尘气体不会进入洁净气体侧，可以保护下游设备，进而不影响后续生产工艺，同时克服现有技术中存在的“回流”现象。

Description

用于高温气体净化的过滤装置

技术领域

本发明是关于高温气固分离技术，尤其涉及一种用于高温气体净化的过滤装置。

背景技术

在化工、石油、冶金、电力等行业中，常产生高温含尘气体；由于不同工艺需要回收能量和达到环保排放标准，都需对这些高温含尘气体进行除尘净化。高温气体除尘是高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术，它可以最大程度地利用气体的物理显热，化学潜热和动力能，提高能源利用率，同时简化工艺过程，节省设备投资。

高温气体过滤技术被公认为最具发展潜力的高温气固分离技术，该技术通常可除去5μm以上的颗粒，出口工艺气含尘浓度小于5mg/Nm³，分离效率达99.9％。能够满足后续工艺要求。以烧结金属过滤管和陶瓷过滤管为代表的微孔刚性过滤元件，具有耐高温、抗酸碱腐蚀、抗热震性好、过滤精度高等众多优点，因此成为高温气体过滤器的核心元件。

微孔刚性过滤管工作时，含尘气体由过滤管的外侧表面通过过滤材料的微孔进入过滤管内，气体中的固体颗粒被截留在过滤管的外壁上，形成粉尘层，洁净的气体由过滤管的开口端排出进入洁净气体侧，经气体出口排出进入后续工艺。随着过滤操作的进行，过滤管外表面的粉饼层逐渐增厚，导致过滤管的压降增大，这时需要采用反吹的方式实现过滤管的性能再生，反吹的气流与过滤的气流方向相反，反吹气体利用瞬态的能量将过滤管外表面的粉尘层剥落，使得过滤管的阻力基本上恢复到初始状态，从而实现过滤管的性能再生。目前工业应用的过滤管形状多为圆筒状，长度1m～2.5m，一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰。以陶瓷过滤管为例说明，陶瓷过滤管的管体采用双层结构，内层为平均孔径较大的支撑体层，用来保证过滤管的强度，支撑体层的外径一般为60mm，支撑体层的厚度为10～15mm，支撑体层的颗粒粒径通常为200～350微米，而在支撑体层的外表面加上一层平均孔径较小的过滤膜层，用来拦截粉尘颗粒物，以实现对粉尘颗粒的表面过滤，过滤膜层厚度约为150～200μm，构成过滤膜层的颗粒的粒径约为15～30μm，过滤膜层的气孔平均孔径约10～15μm。

但是，作为高温气体过滤器的核心元件，刚性过滤管运行过程中常常存在如下问题：

(1)由于操作工况波动、脉冲反吹气流冲击及过滤管本身材料特性等原因，过滤管运行过程中常常出现破损和断裂等现象，当过滤管发生破损或断裂时，含尘工艺气将直接通过破损或断裂的过滤管通道进入洁净气体侧，对过滤器下游的设备造成损害，严重影响后续工艺。

(2)研究表明，在脉冲反吹接近结束时，反吹气体速度逐渐减小，在这个过程中，过滤管内部的压力要小于其外面的压力，过滤管外壁附近的气体会出现由管外侧通过管壁向管内侧流动的“回流”现象，使己经从过滤管的管外壁吹掉的固体颗粒重新沉降在其外壁上，甚至穿嵌至过滤管内部的多孔通道，这种“回流”现象会加速堵塞过滤管的多孔通道，减少过滤管的使用寿命，不利于过滤器的稳定运行。

(3)由于工业含尘工艺气中的粉尘浓度较高，过滤气流的速度也较高，过滤管的运行负荷较大，这种高负荷的运行会加快过滤管的热疲劳，过滤管的压降上升也较快，使得脉冲清灰频率增加，过滤管承受较多的热冲击，容易过早失效。

(4)由于过滤操作时靠近过滤管开口端的气流曳力较大，使得沿过滤管轴向，由顶端向下，过滤气速呈梯度递减的趋势，而脉冲反吹过程，脉冲气流进入过滤管内部时，沿过滤管顶端向过滤管底端的脉冲气流轴向速度不断减小，动能转化为压力能，沿过滤管的轴线，顶端向底端，脉冲气流由过滤管内部向外部流动的过程中气速呈梯度递增的趋势。这种现象导致粉尘层沿过滤管的轴向分布不均匀，也使得脉冲反吹过程的清灰效果沿过滤过滤管的轴向存在较大的差异，不利于过滤管的长周期稳定运行。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于高温气体净化的过滤装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高温气体净化的过滤装置，能够在过滤管发生破损断裂时，起到安全保护的作用，含尘气体不会进入洁净气体侧，可以保护下游设备，进而不影响后续生产工艺，同时克服现有技术中存在的“回流”现象。

本发明的另一目的在于提供一种用于高温气体净化的过滤装置，可以对进入过滤器的含尘气体进行预分离，降低过滤管的运行负荷。

本发明的又一目的在于提供一种用于高温气体净化的过滤装置，能够改善过滤管运行过程中存在过滤和脉冲反吹过程的不均匀现象，延长过滤管的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种用于高温气体净化的过滤装置，所述过滤装置由过滤器构成，过滤器的管板上设有过滤单元，所述过滤单元中至少包括一个过滤管；所述管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口，洁净气体腔室设有气体出口；过滤单元上部罩设一顶置装置；所述顶置装置包括有一底端固定罩设在过滤单元上方的筒形外罩，该筒形外罩的顶端固定设有一多孔过滤元件，该多孔过滤元件上设有一通孔，脉冲反吹管路穿过该通孔延伸到该筒形外罩的内部且位于过滤单元上方。

在本发明的一较佳实施方式中，所述含尘气体腔室与顶置装置之间连接有差压变送器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述过滤管为烧结金属过滤管或陶瓷过滤管；所述多孔过滤元件由烧结金属粉末、烧结金属丝网、烧结金属纤维或多孔陶瓷材料制成。

在本发明的一较佳实施方式中，所述多孔过滤元件的气孔率为过滤管气孔率的3～8倍。

在本发明的一较佳实施方式中，所述多孔过滤元件为与筒形外罩内径相同的圆形部件；邻近筒形外罩顶端的内壁设有支撑环，该多孔过滤元件放置在该支撑环上，多孔过滤元件上方设置一压环，压环固定连接于筒形外罩的顶端外缘。

在本发明的一较佳实施方式中，脉冲反吹管路与多孔过滤元件的通孔之间设有密封圈。

在本发明的一较佳实施方式中，所述含尘气体腔室底部设有第一灰斗；第一灰斗下方设有排灰阀，排灰阀下方设有第二灰斗。

在本发明的一较佳实施方式中，脉冲反吹管路通过脉冲反吹阀连通于反吹储气罐。

在本发明的一较佳实施方式中，所述含尘气体腔室由一圆形外筒构成，在圆形外筒内部固定设有一上大下小的锥形筒；所述锥形筒的上端外壁与圆形外筒的上端内壁密封固定连接，所述过滤单元位于锥形筒内侧；所述气体入口包括第一气体进口管路和第二气体进口管路；所述第一气体进口管路连接于圆形外筒筒壁，所述第二气体进口管路穿过圆形外筒连接于锥形筒筒壁；所述第一气体进口管路和第二气体进口管路以旋向相同的切向进气方式连接于相应的筒壁上；所述锥形筒的筒壁上沿其周向设有两组斜槽缝，每组斜槽缝均由多条沿锥形筒纵向设置的长斜槽构成；第一斜槽缝组中的长斜槽沿锥形筒筒壁由外向内的切口方向与锥形筒外部的旋转气流方向相同；第二斜槽缝组中的长斜槽沿锥形筒筒壁由内向外的切口方向与锥形筒内部的旋转气流方向相同；所述第一斜槽缝组中的长斜槽与第二斜槽缝组中的长斜槽分别间隔设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锥形筒的底端设有渐扩的锥形防返混罩。

由上所述，本发明用于高温气体净化的过滤装置，能够在过滤管发生破损断裂时，起到安全保护的作用，含尘气体不会进入洁净气体侧，可以保护下游设备，进而不影响后续生产工艺，同时克服现有技术中存在的“回流”现象；同时，可以对进入过滤器的含尘气体进行预分离，降低过滤管的运行负荷；能够改善过滤管运行过程中存在过滤和脉冲反吹过程的不均匀现象，延长过滤管的使用寿命。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明用于高温气体净化的过滤装置的结构示意图。

图2：为本发明中顶置装置的结构示意图。

图3：为图1中A-A剖视结构示意图。

图4：为本发明中锥形筒的结构示意图。

图5：为图4中B-B剖视结构示意图。

图6：为本发明中过滤管在过滤过程中的气流方向示意图。

图7：为本发明中过滤管在脉冲反吹过程中的气流方向示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明提出一种用于高温气体净化的过滤装置，所述过滤装置由过滤器100构成，过滤器100的管板1上设有过滤单元2，所述过滤单元2中至少包括一个过滤管21(可包括多个过滤管，本实施例中以一个过滤管为例进行说明)；所述管板1将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室a和下部的含尘气体腔室b，含尘气体腔室b设有气体入口3，洁净气体腔室a设有气体出口4；过滤单元2上部罩设一顶置装置5；如图2所示，所述顶置装置5包括有一底端固定罩设在过滤单元2上方的筒形外罩51，该筒形外罩51的顶端固定设有一多孔过滤元件52，该多孔过滤元件52上设有一通孔，脉冲反吹管路53穿过该通孔延伸到该筒形外罩51的内部且位于过滤单元2上方。

本发明用于高温气体净化的过滤装置在使用时，

含尘工艺气体由气体入口3进入到过滤器的下部含尘气体腔室b，过滤操作过程中，粉尘粘附在过滤管21的外表面，随着运行时间的增加，粉尘层的厚度逐渐增加，使得陶瓷过滤管的压降增大，这时候需要采用脉冲反吹的方式实现过滤管的性能再生，脉冲反吹气流与过滤的气流方向相反，反吹气体经脉冲阀和脉冲反吹管路53进入到过滤管的内部腔体，利用瞬态的能量将过滤管外壁面的粉尘层剥离，从而实现其性能再生。当过滤管由于热冲击疲劳或工况波动负荷增大或自身性能等原因，出现热疲劳破损断裂时，由位于过滤管顶端的顶置装置5(即：多孔过滤元件52)实现保护，含尘气体不会进入洁净气体腔室a，由此，可以保护下游设备，进而不影响后续生产工艺。

在本实施方式中，所述过滤管21为烧结金属过滤管或陶瓷过滤管；所述多孔过滤元件52根据操作工艺，可以选择由烧结金属粉末、烧结金属丝网、烧结金属纤维或多孔陶瓷材料制成。该多孔过滤元件的特点是压降阻力小，气孔率大(多孔过滤元件52的气孔率大于过滤管21的气孔率，较佳的选择范围是多孔过滤元件的气孔率为过滤管气孔率的3～8倍)，这样就不会额外过多的增加过滤管21的过滤操作过程中的阻力；该多孔过滤元件52不同于过滤管的表面过滤性能，当过滤管发生断裂后，含尘气流进入断裂的过滤管内部后，进入该多孔过滤元件52中多孔通道内部时，粉尘会逐渐的沉积在该多孔过滤元件52的内部，进而将其多孔通道堵塞，沉积在该多孔过滤元件内部的粉尘也不会被反吹气流从其内部吹出，能够达到自密封的作用，由此达到了安全保护的目的，可以有效防止含尘气体进入洁净气体腔室而影响后续工艺；停车检修时，将该多孔过滤元件置换，可节约成本。

在本实施方式中，所述含尘气体腔室b与顶置装置的筒形外罩51之间连接有差压变送器6，即：差压变送器6的两端引压管分别导通于含尘气体腔室b和筒形外罩51，通过差压变送器来监控过滤管运行过程中的压降变化。

所述多孔过滤元件52为与筒形外罩51内径相同的圆形部件；邻近筒形外罩51顶端的内壁设有支撑环54，该多孔过滤元件52放置在该支撑环54上，多孔过滤元件52上方设置一压环55，压环55固定连接于筒形外罩的顶端外缘56；脉冲反吹管路53与多孔过滤元件的通孔之间设有密封圈57。脉冲反吹管路53通过脉冲反吹阀连通于反吹储气罐(图中未示出)。

在本实施方式中，脉冲反吹管路53通过通孔深入到该筒形外罩的内部，这样的位置设定十分重要，在清灰过程，脉冲反吹气体能量将全部集中在该过滤管中，进而提高反吹清灰效率；同时，当脉冲反吹结束后，过滤管21外壁附近的气体出现回流时，这种回流的速度很高，该多孔过滤元件52会明显的增加气体的过流阻力，阻碍气体的回流过程，从而避免了在清灰即将结束时，因回流作用导致过滤管外小颗粒重新沉降到过滤管21外壁面或穿嵌到过滤管21内部。在此需要说明的是，在实际的过滤过程中，过滤的气速较低，约为3～7m/s，由于过滤速度低，所以本发明中的多孔过滤元件52造成的过滤阻力影响几乎可以忽略；而回流的速度很高，约70～150m/s，所以回流现象会明显得到抑制。

进一步，在本实施方式中，如图1所示，所述含尘气体腔室b由一圆形外筒7构成，在圆形外筒7内部固定设有一上大下小的锥形筒8；所述锥形筒8的上端外壁与圆形外筒7的上端内壁密封固定连接，所述过滤单元2位于锥形筒8内侧；圆形外筒7底部连接有第一灰斗71；第一灰斗71下方设有排灰阀73，排灰阀73下方设有第二灰斗72。

如图1所示，所述气体入口3包括第一气体进口管路31和第二气体进口管路32；所述第一气体进口管路31连接于圆形外筒7的筒壁(即：第一气体进口管路31与圆形外筒7和锥形筒8之间的环形空间导通)，所述第二气体进口管路32穿过圆形外筒7连接于锥形筒8筒壁(即：第二气体进口管路32与锥形筒8内部空间导通)；如图3所示，所述第一气体进口管路31和第二气体进口管路32以导入的气体旋向相同的切向进气方式连接于相应的筒壁上；这种切向进气的方式，是以旋转的气流流向进入过滤器的内部，不会直接对过滤管21造成气流冲击，有利于保护过滤管；当含尘工艺气体分别同时由第一气体进口管路31和第二气体进口管路32采用切向进气的方式进入到过滤器内部时，气流的运动方向按照图3中所示的箭头方向流动；图3中c是由第一气体进口管路31流入的气体旋向，d是由第二气体进口管路32流入的气体旋向；两个气流方向均为相同的流动方向(即：同时为逆时针方向，或者同时为顺时针方向)，图3中以同为逆时针方向为例进行说明。其中，由第一气体进口管路31进入的含尘气体，进入到过滤器的圆形外筒7与锥形筒8之间的环形空间，由第二气体进口管路32进入的含尘气体进入到该锥形筒8的内部空间；

如图4、图5所示，所述锥形筒8的筒壁上沿其周向设有第一斜槽缝组81和第二斜槽缝组82，第一斜槽缝组81由多条沿锥形筒8纵向设置的第一长斜槽811构成，第二斜槽缝组82由多条沿锥形筒8纵向设置的第二长斜槽821构成；第一长斜槽811沿锥形筒8筒壁由外向内的倾斜切口方向与锥形筒外部的旋转气流方向相同(即：与第一气体进口管路31中的气体旋向c相同)；第二长斜槽821沿锥形筒8筒壁由内向外的倾斜切口方向与锥形筒内部的旋转气流方向相同(即：与第二气体进口管路32中的气体旋向d相同)；所述第一长斜槽811与第二长斜槽821呈间隔设置。

当由第一气体进口管路31流入的气体c按照图5中的逆时针方向运动时，由于存在开缝方向与c方向相同的多条第一长斜槽811，那么，当含尘气流高速旋转时，在离心力的作用下，一部分粉尘将会从第一长斜槽811的缝中被离心力“甩”进锥形筒8的内部而实现分离；同理，由第二气体进口管路32流入的气体中的粉尘将会从第二长斜槽821的缝中被“甩”至锥形筒8外部，这样就实现了预分离作用。

由第二气体进口管路32进入到锥形筒8内部的含尘气流中被分离的粉尘“甩”至过滤器的圆形外筒7与锥形筒8之间的环形空间，由第一气体进口管路31进入过滤器圆形外筒7与锥形筒8之间的含尘气流中被分离的粉尘则被“甩”至锥形筒8内部空间，分离下来的粉尘在重力的作用下沉降到过滤器的第一灰斗71中储存，在通过排灰阀73定期排放到第二灰斗72后移除；在本实施方式中，所述锥形筒8的底端还设有渐扩的锥形防返混罩83，用于隔离上述两部分被分离的粉尘，防止相互窜气和干扰，通过上述方式实现了降低过滤管的运行负荷，减少脉冲反吹清灰的频率，进而达到延长其使用寿命的目的。

此外，在本实施方式中，由于在过滤管外部设有锥形筒8，且该锥形筒8由上到下其截面积不断减少，因此，当进入锥形筒内部的气流不断旋转向下运动时，其气流速度会不断加速，这样就在一定程度上平衡了过滤过程中过滤管的轴向气流不均匀性(如图6所示)，也就改善了过滤管过滤时的气流分布。同理，由于脉冲反吹气流从过滤管内部向外流动时，该锥形筒8底部对于脉冲气流的阻力要高于顶部，这样就一定程度上平衡了脉冲气流沿过滤管轴向分布不均性(如图7所示)，有利于实现均匀清灰，进而能够达到延长过滤管的使用寿命。

采用本发明用于高温气体净化的过滤装置能够达到如下有益效果：

(1)当过滤管发生破损断裂时，位于过滤管顶端的顶置装置能够阻止含尘气体进入到洁净气体腔室中，可以保护下游设备，进而不影响后续生产工艺，同时该顶置装置能够有利于集中反吹气体的能量，进而提高清灰效率；该顶置装置能够克服现有技术中存在的“回流”现象，减少由于高速回流气体造成的微细颗粒在过滤管壁面及内部的穿嵌或沉积，从而延长过滤管的使用寿命。

(2)可以对进入过滤器的含尘气体进行预分离，降低过滤管的运行负荷，减少脉冲反吹清灰频率，改善过滤管受到的热冲击而带来的热疲劳破损和断裂的可能，进而延长其使用寿命。

(3)能够改善过滤管运行过程中存在过滤和脉冲反吹过程的不均匀现象，使得过滤管轴向的粉尘层厚度分布较均匀，实现较为均匀的过滤操作和脉冲反吹清灰，有利于过滤器的长周期稳定运行。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于高温气体净化的过滤装置，所述过滤装置由过滤器构成，过滤器的管板上设有过滤单元，所述过滤单元中至少包括一个过滤管；所述管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口，洁净气体腔室设有气体出口；其特征在于：过滤单元上部罩设一顶置装置；所述顶置装置包括有一底端固定罩设在过滤单元上方的筒形外罩，该筒形外罩的顶端固定设有一多孔过滤元件，该多孔过滤元件上设有一通孔，脉冲反吹管路穿过该通孔延伸到该筒形外罩的内部且位于过滤单元上方。

2.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述含尘气体腔室与顶置装置之间连接有差压变送器。

3.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述过滤管为烧结金属过滤管或陶瓷过滤管；所述多孔过滤元件由烧结金属粉末、烧结金属丝网、烧结金属纤维或多孔陶瓷材料制成。

4.如权利要求3所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述多孔过滤元件的气孔率为过滤管气孔率的3～8倍。

5.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述多孔过滤元件为与筒形外罩内径相同的圆形部件；邻近筒形外罩顶端的内壁设有支撑环，该多孔过滤元件放置在该支撑环上，多孔过滤元件上方设置一压环，压环固定连接于筒形外罩的顶端外缘。

6.如权利要求5所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：脉冲反吹管路与多孔过滤元件的通孔之间设有密封圈。

7.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述含尘气体腔室底部设有第一灰斗；第一灰斗下方设有排灰阀，排灰阀下方设有第二灰斗。

8.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：脉冲反吹管路通过脉冲反吹阀连通于反吹储气罐。

9.如权利要求1所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述含尘气体腔室由一圆形外筒构成，在圆形外筒内部固定设有一上大下小的锥形筒；所述锥形筒的上端外壁与圆形外筒的上端内壁密封固定连接，所述过滤单元位于锥形筒内侧；所述气体入口包括第一气体进口管路和第二气体进口管路；所述第一气体进口管路连接于圆形外筒筒壁，所述第二气体进口管路穿过圆形外筒连接于锥形筒筒壁；所述第一气体进口管路和第二气体进口管路以旋向相同的切向进气方式连接于相应的筒壁上；所述锥形筒的筒壁上沿其周向设有两组斜槽缝，每组斜槽缝均由多条沿锥形筒纵向设置的长斜槽构成；第一斜槽缝组中的长斜槽沿锥形筒筒壁由外向内的切口方向与锥形筒外部的旋转气流方向相同；第二斜槽缝组中的长斜槽沿锥形筒筒壁由内向外的切口方向与锥形筒内部的旋转气流方向相同；所述第一斜槽缝组中的长斜槽与第二斜槽缝组中的长斜槽分别间隔设置。

10.如权利要求9所述的用于高温气体净化的过滤装置，其特征在于：所述锥形筒的底端设有渐扩的锥形防返混罩。