CN107511009A - 一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统 - Google Patents

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刘传平
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Abstract

本发明提供一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，属于含尘气体过滤净化与余热回收技术领域。目的是提高净化和余热回收效果。系统包括过滤通道、进料通道、出料通道、烟气入口通道、烟气出口通道、一级换热器和/或二级换热器，进料通道连接在过滤通道的上端，出料通道连接在过滤通道的下端，一级换热器设置在过滤通道内部，二级换热器设置在烟气出口通道内部，烟气入口通道、烟气出口通道分别连接在过滤通道的上下两端。本发明提供的系统结构简单、操作方便、颗粒层厚度可调、无档网/挡板/孔板等构件、适合温度范围广、过滤效率高、过滤压降低、余热回收率高、可连续稳定运行。

Description

一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统
技术领域
本发明涉及含尘气体过滤净化与余热回收技术领域，特别是指一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统。
背景技术
冶金、化工、建材、能源等高耗能、高排放工业中高温煤气和烟气净化和余热回收对我国节能减排具有重要作用。高温烟气中含有易凝结/凝固性成分，如焦油气、易凝结碱金属蒸汽等，降低烟气温度使凝结性尘粒凝固并过滤是该类烟气净化的主要方式，包括旋风除尘、湿法除尘、静电除尘、袋式过滤除尘、颗粒层过滤除尘、烧结多孔金属过滤除尘、多孔陶瓷过滤除尘等，但上述方法存在除尘效率相对较低、二次污染严重且无法回收余热余能、一次性投资大、工作温度低、易受凝尘堵塞等问题，且烟气净化与余热回收分离，降温净化释放的热量未得到回收利用。颗粒层过滤除尘技术兼顾了除尘效率与过滤压降的要求，美国、德国、日本、中国等国研究者对其进行了广泛研究，并应用于高温高压非凝结性气体除尘。
工业高温烟气因具有间歇性、高含尘、腐蚀性及余热资源比较分散等特点，使得目前的余热回收技术存在以下几个瓶颈问题：1)缺乏高效的含凝结性尘粒(如易凝结焦油气、碱金属蒸汽、易凝固熔融态金属等)的高温含尘烟气净化及换热技术；2)针对高温高含尘烟气余热回收，换热表面积灰堵塞、磨损腐蚀问题严重，且换热比表面积有限，余能回收率低；3)缺乏有效的针对含亚微米级尘粒的高温烟气深度净化及换热一体化集成技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，能够提高净化和余热回收效果。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案为，高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，包括过滤通道，所述系统还包括进料通道、出料通道、烟气入口通道、烟气出口通道、一级换热器和/或二级换热器，所述进料通道连接在过滤通道的上端，所述出料通道连接在过滤通道的下端，所述一级换热器设置在过滤通道内部，所述二级换热器设置在烟气出口通道内部，所述烟气入口通道、烟气出口通道分别连接在过滤通道的上下两端。
进一步的，所述烟气入口通道连接在过滤通道的下端，所述烟气出口通道连接在过滤通道的上端。
进一步的，所述烟气出口通道连接在过滤通道的下端，所述烟气入口通道连接在过滤通道的上端。
进一步的，所述进料通道顶部设有滤料颗粒入口，所述进料通道底部靠近烟气入口通道或烟气出口通道的一侧设有可上下移动的调节挡板。
进一步的，所述一级换热器及二级换热器均采用水或空气作为换热介质。
进一步的，所述烟气入口通道内设置初级换热器。
进一步的，所述滤料颗粒入口下方设有料钟。
进一步的，所述出料通道底部设有排料阀门。所述出料通道通过滤料再生装置、滤料颗粒输送装置连通进料通道。
进一步的，所述出料通道底部设有排料阀门。所述出料通道通过滤料颗粒输送装置连通进料通道。
进一步的，所述系统使用的滤料选用刚玉、碳化硅、氮化硅、砂粒、石英砂、陶瓷球、玻璃珠、分子筛、煤、金属、绿豆、大豆、树脂，滤料颗粒的尺寸范围为0.1mm～100mm。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，结构简单、操作方便、颗粒层厚度可调、无档网/挡板/孔板等构件、适合温度范围广、过滤效率高、过滤压降低、余热回收率高、连续稳定运行的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统。
附图说明
图1为本发明实施例1的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统结构示意图。
图2为本发明实施例2的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统结构示意图。
[主要元件符号说明]
1、滤料颗粒入口；
2、进料通道；
3、料钟；
4、调节挡板；
5、滤料颗粒；
6、过滤通道；
7、一级换热器；
8、出料通道；
9、排料阀门；
10、烟气入口通道；
11、烟气出口通道；
12、二级换热器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统包括：进料通道2、过滤通道6、出料通道8、烟气入口通道10、烟气出口通道11、一级换热器7和二级换热器12，进料通道2顶部设置有滤料颗粒入口1，进料通道2底部与过滤通道6顶部连接，过滤通道6底部与出料通道8顶部连接；过滤通道6内部设置有一级换热器7；烟气入口通道10、烟气出口通道11设置在水平方向上，进料通道2、出料通道8设置在竖直方向上。
进料通道6底部靠近烟气出口通道11的一侧设置有颗粒厚度调节挡板4，过滤通道6侧壁设置有烟气入口通道10和烟气出口通道11，烟气出口通道11内设置有二级换热器12，出料通道8底部设置有排料阀门9；
进料通道2、过滤通道6和出料通道8内填充有滤料颗粒5。优选的，滤料颗粒入口1下方设置有料钟3。
本实施例中，调节挡板4可以上下移动，用来调控床体中颗粒过滤层的堆积厚度实现不同的过滤效率和床层阻力，以适应不同的应用场合。排料阀门9可无级变速，用来调节滤料颗粒5的移动速度，实现最优的过滤效率和最大的含尘气体处理能力，含尘气体以交叉流和逆流形式或交叉流和顺流形式流过颗粒过滤层实现过滤净化。
采用不同材质的滤料颗粒5以适应不同的工作温度，如刚玉、碳化硅、氮化硅、砂粒、石英砂、陶瓷球、玻璃珠、分子筛、煤、金属、绿豆、大豆、树脂；采用不同尺寸的滤料颗粒5以形成不同的填充率或空隙率，以适应不同的过滤场合，滤料颗粒的尺寸范围为0.1mm～100mm；颗粒过滤层的厚度可通过调节挡板进行调节，以便设计不同的过滤效率和床层阻力，颗粒过滤层厚度范围为1cm～200cm。
滤料颗粒5处于缓慢运动状态，可适当破碎粉尘在滤料颗粒层中形成的滤饼，在保证过滤效果的前提下降低床层阻力和维持系统稳定运行，被处理粉尘类型包括但不限于煤灰、碳粉、煤粉、氧化铁粉、氧化硅粉、无机非金属粉等非凝结性粉尘，树脂粉、焦油蒸汽、碱金属蒸汽、熔融态金属、矿热炉烟尘等凝结性粉尘。
在处理含凝结性尘粒烟气时，在过滤通道6内部埋有一级换热器7来回收烟气余热并降低烟气温度，使凝结性尘粒(例如焦油和碱金属蒸汽)凝结成为液态或固态，使其与非凝结性尘粒相互粘/团聚，并粘附在滤料颗粒表面，提高床层的过滤效率。
滤料颗粒5还可兼作为蓄热颗粒，将烟气余热存储在滤料颗粒5中带出系统，再通过外置换热装置将蓄热颗粒5中的热量释放给换热介质如水或空气。
烟气温度范围为200℃～1500℃，采用一级换热器7回收烟气的中高温余热，采用二级换热器12回收烟气的中低温余热，实现余热梯级利用；换热器中换热管的直径范围为滤料颗粒直径的0.1倍至100倍，换热管之间的间距范围为滤料颗粒直径的0.1倍至100倍；换热介质采用水或空气等为介质，回收余热所产生的热水、水蒸气或高温空气可分别用于供热、发电和燃烧等多种场合。
本发明实施例1的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，从排料阀门9排出的滤料颗粒和净化捕集下来的粉尘排出床外后，通过滤料再生处理方式(如振动筛、滚筒筛、流化床、脉冲气流冲击)对滤料颗粒和净化捕集下来的粉尘进行分离，然后将再生后的滤料颗粒输送返回至上部的进料通道2，实现滤料颗粒的循环使用；对于燃煤系统和煤气化系统，若采用煤块作为滤料颗粒，排出的滤料颗粒和捕集下来的粉尘无需再生处理，可直接循环使用；对于廉价的滤料颗粒或难以再生的滤料颗粒，使用后不再循环利用，进行资源化利用。
本发明实施例1的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，具有结构简单、操作方便、颗粒层厚度可调、无档网/挡板/孔板等构件、适合温度范围广、过滤效率高、过滤压降低、余热回收率高、连续稳定运行等优点。
实施例2
如图2所示，本发明的实施例2提供的一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，在过滤通道中，烟气流动方向与颗粒流动方向相同，而图1中烟气流动方向与颗粒流动方向相反。
下面以示例具体描述本发明提供的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统。
搭建一套高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收一体化实验台，包括进料通道、过滤通道、出料通道、烟气入口通道、烟气出口通道、一级换热器。
进料通道和出料通道截面尺寸均为100mm×100mm方形结构，高度均为200mm；过滤通道中颗粒过滤层的截面尺寸为200mm×200mm方形结构，颗粒过滤层最大厚度为500mm；一级换热器的换热管直径为32mm，换热管间距为32mm，换热介质为自来水；烟气入口通道和烟气出口通道截面尺寸为100mm×100mm方形结构；整套装置材质为不锈钢；滤料颗粒为平均粒径5mm的刚玉球，粉尘为平均粒径40μm的粉煤灰。
操作过程中，含尘空气中粉尘浓度为2600mg/Nm3，含尘空气温度初始温度为400℃，颗粒层中空气过滤速度为0.3m/s，颗粒过滤层厚度为200mm，滤料颗粒移动速度为3mm/min，换热管内冷却水流量为300L/h。
实验开始30min后进入稳定状态，出口空气中含尘浓度为50mg/Nm3，过滤效率达99.5％，床层阻力为300Pa，余热回收率为70％，该过滤净化和余热回收实验持续运行了150min，装置运行稳定，过滤效率、床层阻力和余热回收率基本维持稳定。该实验表明本发明方案结构简单、操作方便、无需档网/多孔板、过滤效率高、过滤压降低、余热回收率高、运行连续稳定，颗粒层不会出现过滤能力饱和以及局部含尘气体短路等现象。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，包括过滤通道，其特征在于，所述系统还包括进料通道、出料通道、烟气入口通道、烟气出口通道、一级换热器和/或二级换热器，所述进料通道连接在过滤通道的上端，所述出料通道连接在过滤通道的下端，所述一级换热器设置在过滤通道内部，所述二级换热器设置在烟气出口通道内部，所述烟气入口通道、烟气出口通道分别连接在过滤通道的上下两端。
2.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述烟气入口通道连接在过滤通道的下端，所述烟气出口通道连接在过滤通道的上端。
3.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述烟气出口通道连接在过滤通道的下端，所述烟气入口通道连接在过滤通道的上端。
4.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述进料通道顶部设有滤料颗粒入口，所述进料通道底部靠近烟气入口通道或烟气出口通道的一侧设有可上下移动的调节挡板。
5.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述一级换热器及二级换热器均采用水或空气作为换热介质。
6.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述烟气入口通道内设置初级换热器。
7.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述滤料颗粒入口下方设有料钟。
8.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述出料通道底部设有排料阀门。所述出料通道通过滤料再生装置、滤料颗粒输送装置连通进料通道。
9.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述出料通道底部设有排料阀门。所述出料通道通过滤料颗粒输送装置连通进料通道。
10.如权利要求1所述的高温含尘烟气移动颗粒床净化与余热回收系统，其特征在于，所述系统使用的滤料选用刚玉、碳化硅、氮化硅、砂粒、石英砂、陶瓷球、玻璃珠、分子筛、煤、金属、绿豆、大豆、树脂，滤料颗粒的尺寸范围为0.1mm～100mm。
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