CN104436918A - 一种陶瓷过滤器自动防故障装置 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷过滤器自动防故障装置，包括多孔金属保护管和固定座,多孔金属保护管通过固定座固定在过滤器主管板上部，多孔金属保护管的位置与陶瓷过滤管上下对应，在多孔金属保护管内设有喷吹管，喷吹管的上端由多孔金属保护管顶部探出、并与反吹分布管连通，喷吹管的下端设有螺旋引流器。本发明装置在陶瓷过滤器安全运行时具有较低压降，可使清洁气体顺利透过保护管壁进入净气室；在过滤元件发生故障时，又能对大颗粒粉尘进行快速的封闭，避免了由于少数过滤元件损坏而造成的整体系统停机。本发明装置对破损过滤元件实行自动封闭，不需要安装精密的在线监测设备以及相应探针来对破损元件进行定位，便于操作和安装，也避免了判断失误造成的误停机。

Description

一种陶瓷过滤器自动防故障装置

技术领域

本发明涉及一种陶瓷过滤器附属装置，可在陶瓷过滤管出故障时对过滤器进行自动保护，从而防止泄漏事故的发生。

背景技术

石油、化工、冶金、电力等行业在运行过程中会产生各种高温含尘气体，为了达到国家排放标准，必须对这些高温含尘气体进行除尘处理。高温气体除尘是在高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术。高温气体除尘技术可在高温下直接除尘，不需要换热器等周边设备，能有效提高能源利用率，简化工艺流程，节省设备投资。高温除尘技术中最有应用前景的是陶瓷过滤技术。陶瓷过滤器由多孔陶瓷刚性过滤元件构成，具有良好的抗震性能、机械强度、耐高温(工作温度一般都大于500℃)、耐腐蚀和热冲击性能，同时由于陶瓷过滤器具有较高的过滤精度（对于5μm以上的颗粒物完全封闭）和过滤效率（过滤效率高达99.9％），因此被广泛地用于高温气体除尘与净化领域，可有效保护下游设备，实现工艺分离或达到环保规定。

高温含尘气体进入过滤器后，气流中的粉尘颗粒物被拦截在过滤元件的外表面，形成滤饼层，气体通过过滤元件中的多孔通道进入到后续工艺中，经过滤后的气体为洁净气，粉尘浓度很小。随着过滤时间的进行，过滤元件外表面的粉饼层逐渐增厚，导致过滤元件的压降增大，这时需要采用反吹的方式实现过滤元件的性能再生；反吹气流的方向与过滤气流方向相反，高压反吹气流瞬间进入到过滤元件的内部，依靠产生的瞬态能量将附着于过滤元件表面的粉饼层剥离，使得过滤元件的阻力基本上恢复到最初过滤时的状态，从而实现过滤元件性能的再生。在工业应用中，脉冲反吹喷吹采用高压方式，一般可达2~4MPa，同时反吹时间间隔往往较短。较高的反吹压力和很短的反吹间隔，使得陶瓷过滤管在过滤器运行过程中承受了高频度的应力冲击。同时，清灰过程往往无法使过滤元件外表面滤饼100%剥离，常在外表面上形成残留滤饼层。残留滤饼层的产生，造成了在反吹过程中过滤元件在轴向和径向的应力分布不均。在这两种力量的相互作用下，长期运行的陶瓷过滤器的过滤元件往往会产生不可避免的损坏现象。陶瓷过滤管的破裂和破损将使含尘气体在无处理的情况下直接进入净气室，造成出口粉尘无法达标排放。因而，破损陶瓷过滤管在连续运行中的处理，是陶瓷过滤器大面积商业化推广中的亟待解决的难题之一。

目前，尚没有很好的处理陶瓷元件破损后造成的粉尘泄漏的办法。有人提出可在每个过滤元件中嵌入在线监测探头，并制成一套在线监测报警系统。如果过滤元件中的指数超标，便会通过在线监测系统反馈到报警系统中，并进行及时报警停机。但是，这种在线监测报警系统存在如下几个问题：1、成本很高。在工业应用中，陶瓷过滤器高达数千根过滤元件，如果在每个过滤元件上都加入在线监测探头，将大大提高整个陶瓷过滤器的造价，不利于大面积推广应用。2、监测准确性低。如果对过滤元件的监测采用连续在线压差监测，虽然这种方法对于管内的压差变化有较好的监测。但是，要从连续静态压差监测图上找出故障元件所在是比较困难的。并且，由于在运行中需要进行连续过滤-反吹循环，压差的变化会变得更为复杂。因此，对于故障的监测时常会出现误判、漏判和迟判的现象，难以对破损的过滤元件进行准确定位和精确控制。3、运行稳定性低。由于在线监测系统只对过滤元件内部环境进行监测报警。所以，在故障发生时，即便是单一过滤元件破裂，也会产生报警。只要报警便会实行自动停机，而在实际运行过程中，陶瓷过滤管作为脆性元件，破损率较高，所以如果采用这套在线监测报警系统，将使陶瓷过滤器长时间处于停机更换元件状态，使整个过滤系统的连续性差，运行稳定性低。

发明内容

本发明目的旨在提供一种陶瓷过滤器自动防故障装置，所述装置能够对破损过滤元件泄漏出的大颗粒粉尘进行快速封闭，提高陶瓷过滤器的运行连续性和稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种陶瓷过滤器自动防故障装置，包括多孔金属保护管和固定座,所述多孔金属保护管通过固定座固定在过滤器主管板上部，多孔金属保护管的位置与陶瓷过滤管上下对应，在多孔金属保护管内设有喷吹管，喷吹管的上端由多孔金属保护管顶部探出、并与反吹分布管连通，喷吹管的下端设有螺旋引流器。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，所述多孔金属保护管的平均孔径是陶瓷过滤管表面膜平均孔径的5到8倍，孔隙率在35%到40%之间。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，所述螺旋引流器为上大下小的锥形螺旋，反吹气体通过螺旋引流器产生锥形喷射面，其喷射角a小于30度。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，所述螺旋引流器侧面与水平方向夹角γ为70°到75°，螺旋引流器大端直径D₀为喷吹管外径D的0.88~0.92倍，螺旋引流器壁厚为3到5mm，螺旋引流器下端直径D₁为壁厚+2-4mm。螺旋引流器圈数为3，螺旋引流器导程为的0.68-0.8 D₀。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，所述喷吹管下部端口距多孔金属保护管下部端口的距离为10-20毫米。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，所述多孔金属保护管的上端设有喷吹管入口孔，喷吹管入口孔与喷吹管匹配结合；所述多孔金属保护管下端固接固定座，固定座与过滤器主管板通过定位螺丝定位，固定座下端面与陶瓷过滤管上端面齐平。

上述陶瓷过滤器自动防故障装置，增设耐高温垫片，耐高温垫片位于多孔金属保护管与陶瓷过滤管之间，多孔金属保护管与陶瓷过滤管间经耐高温垫片密合。

本发明所述陶瓷过滤器自动防故障装置与现有在线监测报警系统相比具有以下优点 ：

1、 成本低廉。本发明所述装置以精选的多孔金属保护管为主要元件，不需要安装精密的在线监测设备以及相应探针，便于操作和安装。当处理气量较大，需要安装陶瓷过滤管较多的时，本发明所述自动防故障装置相比现有在线监测报警系统具有明显的经济性。

2、 自动封闭受损过滤元件，不需要人工判断，避免了判断失误造成的误停机。本发明所述装置采用纯物理原理，当泄漏事故发生时，泄漏的大颗粒将被多孔金属保护管的内表面拦截，从而进一步降低多孔金属保护管的孔隙率和孔径，使得泄漏的粉尘在短时间内被封闭。上述过程不需要在线监测仪器和人工判断，减少了操作的复杂性。同时，在无故障发生时，只具有较小的压降损失。而传统方法一般在过滤元件中安装压差变送器探针，在线读取连续静态压差变化数据，此类数据在连续过滤-反吹循环进行的过程中很难准确判断和定位受损元件，使得误停机时常发生，提高了运营费用。

3、 提高陶瓷过滤器运行的稳定性和连续性。现有在线监测报警系统中，当任何一根陶瓷过滤管发生故障时，则会造成报警响应，当报警发生时，便要停机进行维修，而如果陶瓷过滤管破损率较高，那么将大大缩短陶瓷过滤器连续运行的时间，降低陶瓷过滤器的使用效率。而本发明采用物理方法对泄漏粉尘进行封闭，当泄漏发生后，本发明所述装置可自行将泄漏粉尘截留在多孔金属保护管内表面，从而进一步降低孔隙率和孔径，继而对更细小的粉尘实现封闭。在发生泄漏时，如不进行马上停机检修，本发明所述自动防故障装置保护管可形成一种类似实心墙的金属壁，对发生故障的陶瓷过滤管实现完全封闭，从而可使整体陶瓷过滤器依然可以不停机连续运行。当在需要停机进行检修时，可把发生故障的相应过滤元件和安装于其上的多孔金属保护管进行更换，被更换掉的多孔金属保护管可采用机械或超声波清灰的办法进行再生处理，得以重复使用。因而，本发明有利于提高陶瓷过滤器不停机连续运行的时间和连续运行的稳定性。

此外，本发明所述装置还提供一种带有螺旋引流器的喷吹管，所述喷吹管可使脉冲反吹气体形成小角度锥面喷射，减小其对于陶瓷过滤管封闭底端的冲击所造成的二次返流；并且可加强对柱体壁面的冲击压力，提高滤饼剥离率；同时，在泄漏发生时，又可以阻挡粉尘对喷吹管口的冲击，降低喷吹管堵塞的几率。

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，并不限定本发明的专利保护范围。其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是多孔金属保护管及固定座的结构示意图；

图3是喷吹管及螺旋引流器的结构示意图；

图3A是螺旋引流器的结构示意图；

图4是陶瓷过滤管破裂时多孔金属保护管作用示意图；

图5是本发明优选实施例的结构示意图；

图6是本发明使用状态示意图。

附图标记说明：

1、多孔金属保护管，1-1、喷吹管入口孔，2、喷吹管，3、螺旋引流器，4、固定座，5、过滤器主管板，6、陶瓷过滤管，7、耐高温垫片，8、反吹分布管。

具体实施方式

参看图1、图2，本发明装置设有采用多孔金属制作的多孔金属保护管1，多孔金属保护管固定在过滤器主管板5上部，其位置与陶瓷过滤管6上下对应。多孔金属保护管上端设有安装喷吹管2的喷吹管入口孔1-1，喷吹管入口孔与喷吹管匹配结合，所述多孔金属保护管下端为倒锥面，该倒锥面与固定座4焊合，固定座上设有螺钉孔，由定位螺钉将固定座定位在过滤器主管板上，并使固定座下端面与过滤元件上端面齐平。

参看图1、图3，所述喷吹管2的下部位于多孔金属保护管内，喷吹管顶部由多孔金属保护管内探出。喷吹管的下端设有螺旋引流器3，螺旋引流器为上大下小的锥形螺纹，反吹气体在螺旋引流器的作用下形成锥形喷吹面，其喷射角度a小于30度。在对陶瓷过滤管反吹过程中，高压脉冲反吹气体经喷吹管向陶瓷过滤管运动，在途经螺旋引流器3时，喷吹的气流被分散成图1中角a所示的小角度（小于30度）的反吹气流，这种小角度喷吹气流分布，可以提高对于陶瓷过滤管壁面的反吹压力，同时减小对陶瓷过滤管底部封闭端的冲击。在具体实施中，喷吹管下部端口距多孔金属保护管下部端口的距离为10-20毫米。

如图3所示，本发明所述多孔金属保护管1的平均孔径是陶瓷过滤管表面平均孔径的5到8倍，孔隙率在35%到40%之间。在一具体实施例中，当过滤器采用DS 10-20陶瓷过滤管时，所述多孔金属保护管的平均孔径控制在50到60μm，孔隙率为37%。该设计可以保证装置在正常工作时不产生较大的压降；同时当陶瓷过滤管破损时，含尘气体中的大颗粒又可快速封闭金属保护管的微孔。本发明对多孔金属保护管的平均孔径进行了大量的研究，最终采用为陶瓷过滤管表面平均孔径的5到8倍这个数值。这是由于本发明所述装置必须压力损失足够小，才能降低整体设备能耗，故而平均孔径选用不能太小；而又由于需要在故障发生时，对泄漏的大颗粒进行及时封闭，故而平均孔径不能太大。采用倍率是因为在不同工况中采用的过滤元件不同，对于最终净化效果的粒度要求也不同，采用倍率可以让本发明所述陶瓷过滤器自动防故障装置具有更广泛的适用性。

螺旋引流器的具体结构如图3A所示。螺旋引流器侧表面与水平方向夹角γ为70°到75°，螺旋引流器大端直径D₀为喷吹管外径D的0.88~0.92倍，螺旋引流器壁厚为3到5mm，螺旋引流器下端直径D₁为壁厚+2-4mm。螺旋引流器圈数为3，导程为0.68-0.8 D₀。本发明设计的螺旋引流器在泄漏发生时，层层的螺旋结构将对泄漏的大颗粒进行阻拦。较大的反吹口径和螺旋结构的阻拦作用可有效降低反吹时喷口被堵塞现象的发生。

所述装置正常过滤过程如图5所示，过滤时高温含尘气体中的粉尘颗粒物被拦截在陶瓷过滤管的外表面，过滤后的洁净气体由多孔金属保护管的微孔中排出。

当故障发生时，本发明所述自动防故障装置的工作原理如图4所示。当陶瓷过滤管6发生破裂时，大量含尘气体会从破损处进入陶瓷过滤管内部，如果按照未设置多孔金属保护管的原有结构，那么这部分含尘烟气会没有经过处理直接排放，造成泄漏事故。而使用本发明所述陶瓷过滤器自动防故障装置的陶瓷过滤器，这部分泄漏的含尘气体将会被多孔金属保护管1所阻截。截留的含尘气体中的大颗粒粉尘会滞留在多孔金属保护管的内表面，如图4所示。由于通常工况中的含尘浓度较大，大颗粒粉尘会在多孔金属保护管1中内表面会迅速富集，而使得多孔金属保护管的孔隙和孔径进一步减少，从而对泄漏气体中细颗粒也实现快速封闭。泄漏的粉尘被堵截在多孔金属保护管的内壁后，部分清洁空气由多孔金属保护管排出，从而防止了泄漏事故的发生。同时，本发明所述喷吹管的下端设置有螺旋引流器，能部分阻拦进入喷吹管2的大颗粒粉尘，从而降低喷吹管在泄漏发生时被堵塞的机会。

综上所述，使用本发明所述装置可在部分陶瓷过滤管破损时，可仍然不停机检修而继续工作。

参看图5，增设耐高温垫片7，耐高温垫片位于多孔金属保护管与陶瓷过滤管之间，多孔金属保护管与陶瓷过滤管间经耐高温垫片严格密合。

参看图6，本发明所述装置现场使用时，一组喷吹管2上端与反吹分布管8相通，各多孔金属保护管套装在喷吹管外。当反吹开始时，由反吹发生系统产生的脉冲反吹气流途经反吹分布管8进入喷吹管2中，并通过喷吹管下部的螺旋引流器进入陶瓷过滤管，进而透过陶瓷过滤管的内壁，产生足够大的压力使附于陶瓷过滤管外表面的滤饼脱离，使得过滤元件得以清灰再生。 

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做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于：包括多孔金属保护管（1）和固定座（4）,所述多孔金属保护管通过固定座固定在过滤器主管板（5）上部，多孔金属保护管的位置与陶瓷过滤管（6）上下对应，在多孔金属保护管内设有喷吹管（2），喷吹管的上端由多孔金属保护管顶部探出、并与反吹分布管（8）连通，喷吹管的下端设有螺旋引流器（3）。

2.根据权利要求1所述的陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，所述多孔金属保护管（1）的平均孔径是陶瓷过滤管表面膜平均孔径的5到8倍，孔隙率在35%到40%之间。

3.根据权利要求2所述的陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，所述螺旋引流器（3）为上大下小的锥形螺旋，反吹气体通过螺旋引流器产生锥形喷射面，其喷射角a小于30度。

4.根据权利要求3所述陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，所述螺旋引流器侧面与水平方向夹角γ为70°到75°，螺旋引流器大端直径D₀为喷吹管外径D的0.88~0.92倍，螺旋引流器壁厚为3到5mm，螺旋引流器下端直径D₁为壁厚+2-4mm，螺旋引流器圈数为3，螺旋引流器导程为的0.68-0.8 D₀。

5.根据权利要求4所述的陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，所述喷吹管下部端口距多孔金属保护管下部端口的距离为10-20毫米。

6.根据权利要求5所述的陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，所述多孔金属保护管（1）的上端设有喷吹管入口孔（1-1），喷吹管入口孔与喷吹管匹配结合；所述多孔金属保护管下端固接固定座（4），固定座与过滤器主管板通过定位螺丝定位，固定座下端面与陶瓷过滤管上端面齐平。

7.根据权利要求6所述的陶瓷过滤器自动防故障装置，其特征在于，增设耐高温垫片（7），耐高温垫片位于多孔金属保护管与陶瓷过滤管之间，多孔金属保护管与陶瓷过滤管间经耐高温垫片密合。