CN105861077B - 一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法 - Google Patents

一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法，包括过滤装置；用于容纳过滤器的壳体装置；用于对过滤器上粉尘进行清理的反吹装置；其中，还包括高温气体循环装置，所述高温气体循环装置包括用于对从过滤器出来的净化气体进行加热的循环气体加热装置，循环气体加热装置入口端与过滤器的出口相连通，循环气体加热装置出口端与壳体装置相连通，所述的循环气体加热装置设置有用于补充含氧气体的补气装置。本发明的装置通过设置反吹和燃烧的方式结合，可以有效的清除过滤器上的粉尘和焦油污染，有效的提高过滤器的使用寿命和过滤的效率，将过滤器再生的时间由60h，降低到10h，将过滤器的使用寿命提高了50％以上。

Description

一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法，属于煤气净化领域。
背景技术
近几年随着低碳经济的兴起，由生物质替代煤炭、天然气和石油等化石能源已成为新能源领域的研究热点，具有重要的战略意义，世界各国都给予足够的重视。在众多生物质能利用新技术中，生物质气化技术是当下发展较快且较为成熟的工程技术之一。生物质气化是将一次能源转化为清洁二次能源的重要途径之一，其产品主要可燃气体，也可经过深度处理为合成气和氢气等高品质气体。生物质气化技术在供热、电力和合成液体燃料等方面有着广泛的应用前景。但是，目前普遍存在的问题是气化过程总会产生一定量的焦油和携带较多的细灰颗粒，造成燃气净化困难，堵塞和腐蚀管道，并会严重影响相关燃烧设备的稳定运转。
文献中报道的生物质粗燃气净化技术主要报告旋风分离除尘、水洗净化、填料式过滤、热裂解和催化裂解等方法。旋风分离除尘技术最为简单，但由于生物质气化炉运行过程中产气量的波动较大，因而很难达到理想的除尘效果。目前最常用的方法是采用简单的水洗处理净化燃气，然而由于生物质燃气中大量焦油的存在，水洗排放的污水中含有较多的酚类和苯类等有害物质，会给环境带来较为严重的污染问题。国外多采取催化裂解或高温热裂解技术来降低燃气中的焦油含量，催化裂解虽可除去90％以上的焦油，但由于生物质粗燃气中的焦油主要为组成十分复杂的稠环化合物，催化裂解过程容易造成镍基催化剂积炭失活，且催化剂的应用会使生物质燃气生产成本大幅增加。
公布号CN 103614167A，发明名称：一种生物质粗燃气高温除尘除焦一体化净化工艺，包括高温燃气换热器、高温燃气净化器、文氏管脉冲反吹系统、燃气预热器和电加热保温系统；五套设备相互配合运行形成一套完整的高温燃气一体化净化装置；高温燃气净化器中的过滤介质为改性陶瓷膜除尘管。当改性除尘管外表面的滤饼堆积到一定厚度后，可以通过文氏管脉冲反吹系统脉冲反吹积灰至排灰斗箱中收集。该发明实现了生物质燃气中的灰分与焦油组分的高效分离和一体化处理；除尘温度低，有利于降低设备制造成本和提高使用寿命；在实现生物质粗燃气高效净化的同时生产出具有商业价值的生物质灰副产物；工艺流程简便且灵活，操作简单，净化成本较低，适合工业化生产。但是该发明采用的改性陶瓷膜除尘管制作复杂，并且通过催化剂高效裂解的方式除去焦油，焦油高温裂解会造成催化剂失活，使的陶瓷膜除尘管寿命很低，整体运行成本高。
公开号CN1267562A，发明名称：用于过滤合成气体的方法和设备，采用了一对棒形过滤器，每个过滤器有一用于接收需过滤的热的未过滤合成气体的入口侧、以及一用于排出滤过的合成气体的出口侧。可以用一个壳体容纳两个过滤器，或者为每个过滤器提供一单独的壳体。对每个棒形过滤器交替地供应燃烧空气，以便在燃烧掉沉积在一个过滤器上的可氧化颗粒的同时让另一个过滤器过滤热的未过滤合成气体。一个或多个切换阀连接于所述燃烧空气供给装置，用于在两个棒形过滤器之间交替地供应燃烧空气。该专利通过燃烧过滤器表面的焦油达到过滤器再生的目的。但是它的过滤器只有一对棒形过滤器，整体过滤效果不好，并且燃烧后产生的粉尘依然附着在过滤器上，没有解决粉尘污染的问题。另外它燃烧后的气体直接排放或者与未过滤合成气体，一方面它仅仅通入空气，燃烧效率低，导致过滤器再生慢，另一方面燃烧后的气体含有氧气与未过滤合成气体会氧化消耗合成气体，造成过滤系统不稳定。
发明内容
本发明提供了一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置及其方法，解决了现有过滤器再生过程中效率地、时间长以及过滤器寿命短等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置，包括过滤装置，所述过滤装置包括一用于高焦油高粉尘的高温气体的入口，以及一用于排出滤过的净化气体的出口；
用于容纳过滤器的壳体装置，所述壳体装置具有用于接纳并将热的未过滤高焦油高粉尘的高温气体供给至过滤器入口侧的入口装置，所述过滤器的出口通过管道与气体存储装置相连接；
用于对过滤器上粉尘进行清理的反吹装置，所述反吹装置包括喷吹气体输送管、喷吹阀和高温增压气体气源，喷吹阀一端与高温增压气体气源连通，另一端与喷吹气体输送管连通，喷吹气体输送管的出口端与过滤器的出口连通；
其中，还包括高温气体循环装置，所述高温气体循环装置包括用于对从过滤器出来的净化气体进行加热的循环气体加热装置，循环气体加热装置入口端与过滤器的出口相连通，循环气体加热装置出口端与壳体装置相连通，所述的循环气体加热装置设置有用于补充含氧气体的补气装置。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的壳体装置包括两个用于容纳过滤装置的单独壳体，所述高温增压气体气源通过三通阀分别与两个喷吹阀相连通，所述循环气体加热装置出口端通过三通阀分别与两个壳体装置相连通。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的过滤装置由若干过滤器组成，过滤器通过支撑板固定在壳体装置内部，过滤器分为若干过滤区，所述的喷吹气体输送管包括若干个文氏管，每个文氏管对应一个过滤区。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的过滤装置由若干过滤器组成，过滤器通过支撑板固定在壳体装置内部上，所述的喷吹气体输送管包括输送主管和输送支管，每个过滤器对应一根输送支管，所述的输送支管伸入过滤器内部。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的过文氏管、高温增压气体气源、加热装置入口端和净化气体出口通过四通阀相连通。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的加热装置为热风炉。
本发明也提供了一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，包括以下步骤：
(1)首先通入热的净化气体或者利用其它加热装置将过滤装置热到工作状态的温度；
(2)高焦油高粉尘的高温气体通过入口装置进入过滤器，高温气体通过过滤作用除去粉尘和焦油；
(3)当过滤器达到清洗标准的时候，关闭入口装置，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部；
(4)开启加热装置，并往加热装置中通过含氧气体，将含氧气体加热420-470度，得到高温循环气体，然后进入壳体装置，对过滤器上的焦油进行氧化燃烧，将焦油变为粉尘，氧化燃烧的气体通过过滤器净化，一部分回收利用或排放，一部分进入循环气体加热装置，加热后进入壳体装置循环；
(5)氧化燃烧结束后，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部，
(6)重复4和5的步骤，直到过滤器符合再生标准，然后把粉尘排出，完成过滤器再生。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的过滤器的工作温度为300-700℃，优选380-500℃，更优选420-430℃。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的高温循环气体的温度为400-480℃，优选430-450℃。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的高温增压气体的温度为360-500℃，优选450℃。
本发明的有益效果：
本发明的装置通过设置反吹和燃烧的方式结合，可以有效的清除过滤器上的粉尘和焦油污染，有效的提高过滤器的使用寿命和过滤的效率，将过滤器再生的时间由60h，降低到10h，将过滤器的使用寿命提高了50％以上。
本发明通过设置两个过滤装置，循环利用，可以有效的提高过滤效率，避免过滤器再生时间过长。
本发明通过增氧和净化热风循环的方式进行燃烧，一方面有效避免了燃烧空气排放污染空气的问题，另一方面可以有效的提高燃烧效率，降低再生的时间。
本发明的再生方法充分考虑焦油成分和过滤器组成，优化过滤温度、反吹温度和循环气体温度，使得过滤和过滤器再生的条件都处于最优，一方面保证焦油成分最大限度的除去，另一方面，不会对设备造成危害，降低设备使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为图1的A-A向结构示意图；
图3为本发明的实施例2的结构示意图；
图4为本发明的实施例3的结构示意图。
图中，1 为高温增压气体气源，2 为反吹加热装置，3 为净化气体出口，4 为四通阀，5 为反吹气体温度测定装置，6 为流量计，7 为补气装置，8 为循环气体加热装置，9 为循环气体温度测定装置，10 为支撑板，11 为锥形底，12 为过滤器，13 为入口装置，14 为压力传感器，15 为圆柱形壳体，16 为保温隔热层，17 为文氏管，18 为三通阀，19 为喷吹阀，20 为输送主管，21 为输送支管。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。
实施例1
如图1所示，一种高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦装置，包括过滤装置，所述过滤装置包括一用于高焦油高粉尘的高温气体的入口，以及一用于排出滤过的高温气体的出口。本实施例中的过滤装置由若干过滤器12组成，过滤器12通过支撑板10固定在壳体装置上，过滤器12分为若干过滤区。本实施例中过滤器12为28个，均匀的分为四个过滤区。过滤器12为陶瓷除尘管。过滤器也可以采用其它适用于含粉尘焦油等气体过滤的过滤装置。过滤器的个数可以根据实际需要设置，可以从几个到几百个。每个过滤区过滤器的根数也可以根据实际情况设置为多个。如图2所示，用于容纳过滤器12的壳体装置，所述壳体装置具有用于接纳并将热的未过滤高焦油高粉尘的高温气体供给至过滤器12入口侧的入口装置13。本实施例的壳体装置包括圆柱形壳体15和锥形底11，在圆柱形壳体15和锥形底11的内表面设置有保温隔热层16。入口装置13为带有法兰盘的管道，在管道上设置有阀门，壳体装置通过法兰盘与高温气体供应装置相连通，为除尘除焦装置提供高温气体。
用于对过滤器上粉尘进行清理的反吹装置，所述反吹装置包括喷吹气体输送管、喷吹阀和高温增压气体气源1，喷吹阀一端与高温增压气体气源1连通，另一端与喷吹气体输送管连通，喷吹气体输送管的出口端与过滤器12的出口连通。本实施例中的喷吹气体输送管包括若干个文氏管17，文氏管17的一端覆盖在过滤区，一个文氏管17对应一个过滤区，文氏管17的另一端与喷吹阀相连接。在高温增压气体气源1上设置反吹加热装置2，用于对喷吹气体进行加热，使其达到要求的反吹温度。在文氏管17的进口端设置有反吹气体温度测定装置5，用于对反吹气体温度的监测。反吹气体温度测定装置5采用温度传感器。在文氏管的出口端和支撑板10上设置有压力传感器14，用于测定过滤器12过滤过程中的压力变化，用于判断过滤器12是否需要再生。
高温气体循环装置，所述高温气体循环装置包括用于对从过滤器12出来的净化气体进行加热的循环气体加热装置8，循环气体加热装置8入口端与过滤器12的出口相连通，循环气体加热装置8出口端与壳体装置相连通，所述的加热装置设置有用于补充含氧气体的补气装置7。本实施例中在加热装置为热风炉，在热风炉的入口端设置补气装置7，在补气装置7上设置流量计6。在热风炉出门口端与壳体装置连接的管道上设置有循环气体温度测定装置9和流量计6。文氏管17、高温增压气体气源1、循环气体加热装置8入口端和净化气体出口3通过四通阀4相连通。本实施例中的喷吹阀为四通阀的一个通道。
本实施例的除尘除焦装置的运行过程：关闭与高温增压气体气源1和高温气体循环装置，预热系统到工作温度，然后通入高焦油高粉尘的高温气体，高温气体通过过滤器12的入口进入，在过滤作用下，将其携带的粉尘和焦油等粘稠物质过滤截留，过滤后的净化气体通过过滤器12出口、文氏管17和净化气体出口3输送存储。
随着过滤的进行，过滤器12的压力达到过滤器12再生的时候，关闭高温气体进气阀门、高温气体循环装置和净化气体出口3，先用经过加热的高温气体反吹，然后关闭高温增压气体气源1，打开高温气体循环装置，通过循环气体加热装置，通过加热后的含氧气体和循环净化气体，燃烧焦油等粘稠物质。燃烧结束，关闭高温气体循环装置，打开高温增压气体气源1，反吹。反吹的粉尘通过锥形底11的阀门把粉尘排出，完成过滤器12再生。
实施例2
如图3所示，与实施例1基本相同，不同之处在于，所述的过滤装置由若干过滤器12组成，过滤器12通过支撑板10固定在壳体装置上，所述的喷吹气体输送管包括输送主管20和输送支管21，每个过滤器12对应一根输送支管21，所述的输送支管21伸入过滤器12内部，在输送主管20上设置喷吹阀19。采用上述装置，输送支管伸入过滤器内部，反吹更彻底。在本实施例的结构中，一个存储有助于焦油燃烧催化的物质的存贮装置，存储装置与输送主管连接。可以再反吹的时候加入存贮装置里面的物质，使其在高压反吹的过程中，焦油燃烧催化的物质粘接在过滤器内部，在高温循环气体的作用下，有助于焦油物质的催化燃烧，使其再生时间缩短，再生效果提交，进一步提高过滤器的使用寿命。
壳体装置的顶部设置净化气体出口3，经过气体出口通过三通阀18与高温气体循环装置连接。
实施例3
如图1和4所示，与实施例1基本相同，不同指出在于，本实施例中设置两个过滤装置和壳体装置，两套装置共用高温气体循环装置和高温增压气体气源1。采用两套装置可以一套装置过滤净化，另一套装置再生，避免停机造成无法过滤净化的问题。
实施例4
一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，采用实施例1的装置，进行净化过滤，具体工艺条件如下：
(1)首先通入热的净化气体或者其它加热装置将过滤装置热到工作状态的温度；
(2)高焦油高粉尘的高温气体通过入口装置进入过滤器，高温气体通过过滤作用除去粉尘和焦油；
(3)当过滤器达到清洗标准的时候，关闭入口装置，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部，
(4)开启加热装置，并往加热装置中通过含氧气体，将含氧气体加热420-470度，得到高温循环气体，然后进入壳体装置，对过滤器上的焦油进行氧化燃烧，将焦油变为粉尘，氧化燃烧的气体通过过滤器一部分回收利用或排放，一部分进入加热装置，加热后进入壳体循环；
(5)氧化燃烧结束后，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部，
(6)重复4和5的步骤，直到过滤器符合再生标准，然后把粉尘排出，完成过滤器再生。
实施例5
采用实施例2的装置进行净化过滤，具体工艺条件与实施例4相同。
对比例1
一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，采用实施例1的装置，进行净化过滤，具体工艺条件如下：
(1)首先通入热的净化气体或者其它加热装置将过滤装置热到工作状态的温度；
(2)高焦油高粉尘的高温气体通过入口装置进入过滤器，高温气体通过过滤作用除去粉尘和焦油；
(3)当过滤器达到清洗标准的时候，关闭入口装置，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部，然后把粉尘排出，完成过滤器再生。
对比例2
一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，采用实施例1的装置，进行净化过滤，具体工艺条件如下：
(1)首先通入热的净化气体或者其它加热装置将过滤装置热到工作状态的温度；
(2)高焦油高粉尘的高温气体通过入口装置进入过滤器，高温气体通过过滤作用除去粉尘和焦油；
(3)当过滤器达到清洗标准的时候，开启循环气体加热装置，并往循环气体加热装置中通过含氧气体，将含氧气体加热420-470度，得到高温循环气体，然后进入壳体装置，对过滤器上的焦油进行氧化燃烧，将焦油变为粉尘，氧化燃烧的气体通过过滤器一部分回收利用或排放，一部分进入循环气体加热装置，加热后进入壳体装置循环；
(5)氧化燃烧结束后，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部，
(6)重复4和5的步骤，直到过滤器符合再生标准，然后把粉尘排出，完成过滤器再生。
对比例3
与实施例4工艺相同，不同点在于，高温循环气体只通入加热后的空气，焦油燃烧后的气体经过滤器净化后排放。
采用粉尘含量为2.8g/Nm3以，焦油含量为0.6g/Nm3的高温气体进行实验，操作压力为3000Pa，过滤速率0.5cm/s。当陶瓷膜除尘管的阻力增加500Pa以上时，进行过滤器再生。反吹高温气体压力0.30MPa，反吹时间每次3-5s。含氧气体采用空气，流量为3m3/h。循环高温气体流量为15m3/h。
采用实施例4的方法，考察不同过滤器工作温度为过滤效果的影响，具体结果见表1。
表1 不同过滤器工作温度对过滤的影响
由此可见，不同工作温度影响过滤后煤气的粉尘含量、焦油含量、过滤器再生时间和过滤器使用寿命。温度过低过影响过滤器的再生时间和过滤效果，温度过高会影响过滤器的寿命，尤其是影响焦油的过滤效果。可见选择一个合适的过滤温度，对过滤效果和过滤器的寿命具有重要影响。过滤器的温度在优选380-500度的时候，过滤效果和使用寿命较好，尤其是温度420-430度时，过滤器的效果达到最优。
采用实施例4的方法，考察不同高温循环气体温度对过滤效果的影响，具体结果见表2。
表2 不同高温循环气体温度对过滤效果的影响
由表2可知，高温循环气体温度对过滤器的再生时间和过滤器的寿命影响很到，温度400℃时候过滤器再生时间比450℃多了50％。温度过高影响过滤器使用寿命，500℃时候过滤器的寿命比430℃的时候降低了50％。循环温度在的430-450度时候过滤器的寿命和再生时间达到最优。
采用实施例4的方法，考察不同高温增压气体的温度对过滤效果的影响，具体结果见表3。
表3 不同高温增压气体的温度对过滤效果的影响
由表3可知，不同高温增压气体的温度对过滤器的影响不是太大，主要温度低影响再生时间，温度高影响过滤器使用寿命，温度在450度是为最优。
采用不同实施例的技术方案，进行过滤效果对比，具体结果见表4。
表4 不同实施例的技术方案对过滤效果的影响
由表4可知，不同结构和工艺对过滤器的再生和使用寿命影响很大。采用本发明的装置，过滤器的使用寿命提高了一倍以上，过滤器再生时间降到原料的五分之一。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先通入热的净化气体或者利用其它加热装置将过滤装置预热到工作状态的温度；
(2)高焦油高粉尘的高温气体通过入口装置进入过滤器，高温气体通过过滤器的过滤作用除去粉尘和焦油；
(3)当过滤器达到清洗标准的时候，关闭入口装置，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部；
(4)开启加热装置，并往加热装置中通过含氧气体，将含氧气体加热420-470℃，得到高温循环气体，然后进入壳体装置，对过滤器上的焦油进行氧化燃烧，将焦油变为粉尘，氧化燃烧的气体通过过滤器净化，一部分回收利用或排放，一部分进入循环气体加热装置，加热后进入壳体装置循环；
(5)氧化燃烧结束后，利用高温增压气体对过滤器进行反吹，过滤器上的粉尘落到壳体底部；
(6)重复4和5的步骤，直到过滤器符合再生标准，然后把粉尘排出，完成过滤器再生；
所述的过滤器的工作温度为300-700℃；
所述的高温循环气体的温度为400-480℃；
所述的高温增压气体的温度为360-500℃；
上述高焦油高粉尘的高温气体的除尘除焦方法所采用的装置，包括过滤装置，所述过滤装置包括一用于高焦油高粉尘的高温气体的入口，以及一用于排出滤过的净化气体的出口；
用于容纳过滤器的壳体装置，所述壳体装置具有用于接纳并将热的未过滤高焦油高粉尘的高温气体供给至过滤器入口侧的入口装置，所述过滤器的出口通过管道与气体存储装置相连接；
用于对过滤器上粉尘进行清理的反吹装置，所述反吹装置包括喷吹气体输送管、喷吹阀和高温增压气体气源，喷吹阀一端与高温增压气体气源连通，另一端与喷吹气体输送管连通，喷吹气体输送管的出口端与过滤器的出口连通；
还包括高温气体循环装置，所述高温气体循环装置包括用于对从过滤器出来的净化气体进行加热的循环气体加热装置，循环气体加热装置入口端与过滤器的出口相连通，循环气体加热装置出口端与壳体装置相连通，所述的循环气体加热装置设置有用于补充含氧气体的补气装置。
2.根据权利要求1所述的一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于：所述的壳体装置包括两个用于容纳过滤装置的单独壳体，所述高温增压气体气源通过三通阀分别与两个喷吹阀相连通，所述循环气体加热装置出口端通过三通阀分别与两个壳体装置相连通。
3.根据权利要求1所述的一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于：所述的过滤装置由若干过滤器组成，过滤器通过支撑板固定在壳体装置内部，过滤器分为若干过滤区，所述的喷吹气体输送管包括若干个文氏管，每个文氏管对应一个过滤区。
4.根据权利要求3所述的一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于：所述的文氏管、高温增压气体气源、加热装置入口端和净化气体出口通过四通阀相连通。
5.根据权利要求1所述的一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于：所述的过滤装置由若干过滤器组成，过滤器通过支撑板固定在壳体装置内部上，所述的喷吹气体输送管包括输送主管和输送支管，每个过滤器对应一根输送支管，所述的输送支管伸入过滤器内部。
6.根据权利要求1所述的一种高焦油高粉尘的高温气体除尘除焦的方法，其特征在于：所述的加热装置为热风炉。
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