CN109692534A - 带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床及工作方法 - Google Patents

带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床及工作方法，该颗粒床由工业高温含尘烟气入口、均匀布风挡板、过滤颗粒床本体、上部大粒径过滤颗粒球、第一层冷却盘管、冷却工质出口、中部中等粒径过滤颗粒球、竖直连接管、第二层冷却盘管、冷却工质入口、下部小粒径过滤颗粒球、支撑板和洁净低温烟气出口组成；本发明将沿着烟气的流动方向上，基于粒径与温度的双重调控：颗粒球粒径依次减小；不同粒径的颗粒球之间设置有冷却盘管，冷却盘管内部设有冷却工质，两层冷却盘管用竖直连接管相连；本发明既可以有效提高颗粒床的过滤效率、降低阻力损失，又可以提高颗粒床的容尘量、延长清洁周期，而且可以同步实现高品质余热回收。

Description

带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床 及工作方法
技术领域
本发明涉及工业高温含尘烟气净化及工业余热回收技术领域，特别涉及带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床及工作方法。
背景技术
在许多工业领域，如化工、建材、冶金等工艺流程中会产生大量的高温工业烟气，该高温工业烟气余热品位高、回收潜力大。由于高温工业烟气往往具有含尘量高、成分复杂(比如：含有凝结性、凝固性成分，腐蚀性成分等)等特点，使得输送管道及换热设备表面容易积灰堵塞、结垢、磨损、腐蚀，这不仅降低了换热设备的使用寿命，使得系统的余热回收效率急剧降低，回收成本显著增加，造成大量的能量浪费；另外未经净化的工业高温含尘烟气排放到大气中的灰尘颗粒也造成了严重的环境污染，引发众多呼吸道疾病，危害人类的健康。
颗粒床过滤技术具有耐高温、高压，成本低，耐腐蚀，耐磨损，运行维护方便，过滤效率高等优点，使得其在高温、高含尘、成分复杂的工业烟气的净化过程中具有广泛的应用前景。然而，传统颗粒床具有容尘量低、局部灰尘沉积量大、阻力损失大、清洁周期短、热量损失严重等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统颗粒床的设计缺陷，提供带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床及工作方法，有效实现了工业高温含尘烟气净化与余热回收；实现了高过滤效率、低过滤阻力的工业高温含尘烟气净化，并且有效回收工业高温含尘烟气中的热量，实现余热回收利用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床，包括过滤颗粒床本体3，所述过滤颗粒床本体3顶部和底部分别开有工业高温含尘烟气入口1和洁净低温烟气出口10；所述过滤颗粒床本体3内顶部设置均匀布风挡板2，过滤颗粒床本体3内均匀布风挡板2底部的空腔内从上至下沿着烟气流动方向依次在上部放置多层大粒径过滤颗粒球4、中部放置多层中等粒径过滤颗粒球6和下部放置多层小粒径过滤颗粒球8；所述小粒径过滤颗粒球8与中等粒径过滤颗粒球6间以及中等粒径过滤颗粒球6与大粒径过滤颗粒球4间分别设置有第一层冷却盘管7和第二层冷却盘管13；所述第一层冷却盘管7相邻管的距离小于中等粒径过滤颗粒球6的直径，第二层冷却盘管13相邻管间的距离小于小粒径过滤颗粒球8的直径；所述过滤颗粒床本体3内底部设置支撑板9；所述支撑板9的孔径小于小粒径过滤颗粒球8的直径；所述第一层冷却盘管7和第二层冷却盘管13通过竖直连接管13连通；冷却工质由第一层冷却盘管7一端的冷却工质入口11进入第一层冷却盘管7，然后经过竖直连接管12进入第二层冷却盘管13，最后从第二层冷却盘管13另一端的冷却工质出口5流出。
所述带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床的工作方法，在进行工业高温烟气过滤时，工业高温含尘烟气由位于过滤颗粒床本体3顶部的工业高温含尘烟气入口1进入，经过均匀布风挡板2在流动方向上速度分布均匀，随后工业高温含尘烟气中的灰尘颗粒与位于过滤颗粒床本体3上部的大粒径过滤颗粒球4碰撞，大粒径灰尘颗粒通过碰撞效应和惯性效应被大粒径过滤颗粒球4捕获，发生粘附和沉积，工业高温含尘烟气灰尘浓度有所降低；经过大粒径过滤颗粒球4过滤之后的浓度降低的工业高温含尘烟气与第二层冷却盘管13内部流过的冷却工质进行换热，烟气温度降低，流速也降低；随后降温、降速之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体3中部的中等粒径过滤颗粒球6，中等粒径的灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被中等粒径过滤颗粒球6捕获，继续发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度进一步降低；随后浓度进一步降低的工业高温含尘烟气与第一层冷却盘管7内部流过的冷却工质进行换热，温度和流速进一步降低；随后降温之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体3下部的小粒径过滤颗粒球8，小粒径的灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被小粒径过滤颗粒球8捕获，再次发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度显著降低而成为洁净低温烟气，最后洁净低温烟气由位于过滤颗粒床底部的支撑板9、洁净低温烟气出口10流出；同时，冷却工质从冷却工质入口11进入第一层冷却盘管7，与经过第二次冷却盘管冷却后的中低温烟气换热后，经过竖直连接管12进入第二层冷却盘管13，与入口高温烟气进行二次换热，最后从冷却工质出口5离开颗粒床，完成工业高温烟气净化与余热回收的工作周期；经过一段时间运行后，对颗粒床进行清洁，再经上述过程实现工业高温含尘烟气的净化与余热回收功能；由于颗粒床的上部即工业高温含尘烟气的入口采用的大粒径过滤颗粒球，随后在颗粒床的中部及下部采用粒径尺寸逐级递减的过滤颗粒球，有效提高容尘量，延长颗粒床过滤系统的运行周期，同时打破烟尘颗粒局部高沉积区域，提高过滤效率；由于工业高温含尘烟气的温度沿着流动方向逐层降低，使得烟气流速降低，显著降低过滤阻力，减少系统能耗；冷却工质和工业高温含尘烟气呈逆流布置，有利于提高冷却工质在颗粒床的出口温度，提高余热回收品质；此外，高温烟气的热量大部分被冷却工质带走，可有效降低颗粒球的温度，进而减少因颗粒球清灰造成的热量损失。
本发明的效果：本发明实现了在工业高温烟气流动方向上的粒径与温度的双重调控，在粒径调控方面，通过在烟气含尘浓度高、大粒径灰尘颗粒含量高的入口位置，采用大粒径颗粒球，在烟气含尘浓度相对较低、大粒径灰尘颗粒含量相对较少的中部位置采用中等粒径颗粒球，实现提高颗粒床的容尘率和过滤效率、减小阻力损失和清灰周期的目的；通过在烟气含尘量低、大粒径灰尘含量少的出口位置，采用小粒径颗粒球，实现进一步提高颗粒床过滤效率的目的。在温度调控方面，通过两层冷却盘管，对烟气的温度进行调控，逐级降低含尘烟气在颗粒床内的流动速度，并对烟气热量进行回收，减少清灰造成的热损，从而实现降低阻力损失、提高过滤效率、提高余热回收率的目的；由于冷却工质的流动方向和工业高温含尘烟气的流动方向呈逆流布置，一方面可以保证烟气入口段具有较高的温度和速度，促进大颗粒烟尘的捕获，另一方面也有利于提高冷却工质的出口温度，提高余热回收品质。因此，本发明既可以有效提高颗粒床的过滤效率、降低阻力损失，又可以提高颗粒床的容尘量、延长清洁周期，而且可以同步实现高品质余热回收，同时可以有效减少因清灰造成的热量损失。从而解决传统颗粒床容尘量低、局部灰尘沉积量大、阻力损失大、清洁周期短、热量损失严重的难题，具有成本低、能耗低，余热回收率高等优点。
附图说明
图1为本发明带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床示意图。
其中:1-工业高温含尘烟气入口、2-均匀布风挡板、3-过滤颗粒床本体、4-大粒径过滤颗粒球、5-冷却工质出口、6-中等粒径过滤颗粒球、7-第一层冷却盘管、8-小粒径过滤颗粒球、9-支撑板、10-洁净低温烟气入口、11-冷却工质入口、12-竖直连接管、13-第二层冷却盘管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床，由工业高温含尘烟气入口1、均匀布风挡板2、过滤颗粒床本体3、上部大粒径过滤颗粒球4、冷却工质出口5、中部中等粒径过滤颗粒球6、第一层冷却盘管7、下部小粒径过滤颗粒球8、支撑板9、洁净低温烟气出口10、冷却工质入口11、竖直连接管12、第二层冷却盘管13等组成。所述过滤颗粒床本体3顶部和底部分别开有工业高温含尘烟气入口1和洁净低温烟气出口10；所述过滤颗粒床本体3内顶部设置均匀布风挡板2，过滤颗粒床本体3内均匀布风挡板2底部的空腔内从上至下沿着烟气流动方向依次在上部放置多层大粒径过滤颗粒球4、中部放置多层中等粒径过滤颗粒球6和下部放置多层小粒径过滤颗粒球8；所述小粒径过滤颗粒球8与中等粒径过滤颗粒球6间以及中部中等粒径过滤颗粒球6与大粒径过滤颗粒球4间分别设置有第一层冷却盘管7和第二层冷却盘管13；所述第一层冷却盘管7相邻管间的距离小于中等粒径过滤颗粒球6的直径，第二层冷却盘管13相邻管间的距离小于小粒径过滤颗粒球8的直径；所述过滤颗粒床本体3内底部设置支撑板9；所述支撑板9的孔径小于小粒径过滤颗粒球8的直径；所述第一层冷却盘管7和第二层冷却盘管13上下位置对应的两个冷却盘管通过位于中等粒径过滤颗粒球6中部的竖直连接管11连通，冷却工质由第一层冷却盘管7一端的冷却工质入口11进入，第一层冷却盘管7，然后经过竖直连接管12进入第二层冷却盘管13，最后从第二层冷却盘管13另一端的冷却工质出口5流出。
本发明所述带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床的工作方法：在进行工业高温烟气过滤时，工业高温含尘烟气由位于过滤颗粒床本体3顶部的工业高温含尘烟气入口1进入，经过均匀布风挡板2在流动方向上速度分布均匀，随后工业高温含尘烟气中的灰尘颗粒与位于过滤颗粒床本体3上部的大粒径过滤颗粒球4碰撞，大粒径灰尘颗粒通过碰撞效应和惯性效应被上部大粒径过滤颗粒球4捕获，发生粘附和沉积，工业高温含尘烟气灰尘浓度有所降低；冷却工质由位于过滤颗粒床本体3左下部的冷却工质入口11进入，分别经过第一层冷却盘管7、竖直连接管12和第二层冷却盘管13，最后由位于颗粒床本体3右上部的冷却工质出口5流出；经过大粒径过滤颗粒球4过滤之后的浓度降低的工业高温含尘烟气与第二层冷却盘管13内部流过的冷却工质进行换热，温度降低；随后降温之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体3中部的中等粒径过滤颗粒球6，灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被中等粒径过滤颗粒球6捕获，继续发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度进一步降低；随后浓度进一步降低的工业高温含尘烟气与第一层冷却盘管7内部流过的冷却工质进行换热，温度进一步降低；随后降温之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体3下部的下部小粒径过滤颗粒球8，灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被下部小粒径过滤颗粒球8捕获，再次发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度显著降低而成为洁净低温烟气，最后洁净低温烟气由位于过滤颗粒床底部的支撑板9、洁净低温烟气出口10流出，完成工业高温烟气净化与余热回收的工作周期，经过一段时间运行对颗粒床进行清洁，再经上述过程实现工业高温烟气的净化与余热回收功能。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本说明书结合具体个例对本发明进行阐述，具体实施方式和应用范围都不应该局限于本说明书，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床，其特征在于：包括过滤颗粒床本体(3)，所述过滤颗粒床本体(3)顶部和底部分别开有工业高温含尘烟气入口(1)和洁净低温烟气出口(10)；所述过滤颗粒床本体(3)内顶部设置均匀布风挡板(2)，过滤颗粒床本体(3)内均匀布风挡板(2)底部的空腔内从上至下沿着烟气流动方向依次在上部放置多层大粒径过滤颗粒球(4)、中部放置多层中等粒径过滤颗粒球(6)和下部放置多层小粒径过滤颗粒球(8)；所述小粒径过滤颗粒球(8)与中等粒径过滤颗粒球(6)之间、中等粒径过滤颗粒球(6)与大粒径过滤颗粒球(4)之间分别设置有第一层冷却盘管(7)和第二层冷却盘管(13)；所述第一层冷却盘管(7)相邻管间的距离小于中等粒径过滤颗粒球(6)的直径，第二层冷却盘管(13)相邻管间的距离小于小粒径过滤颗粒球(8)的直径；所述过滤颗粒床本体(3)内底部设置支撑板(9)；所述支撑板(9)的孔径小于小粒径过滤颗粒球(8)的直径；所述第一层冷却盘管(7)和第二层冷却盘管(13)通过竖直连接管(12)连通，冷却工质由第一层冷却盘管(7)一端的冷却工质入口(11)进入，经第一层冷却盘管(7)、竖直连接管(12)和第二层冷却盘管(13)，由第二层冷却盘管(13)另一端的冷却工质出口(5)流出。
2.权利要求1所述带有粒径和温度双重调控的高温烟气净化及余热回收颗粒床的工作方法，其特征在于：在进行工业高温含尘烟气过滤时，工业高温含尘烟气由位于过滤颗粒床本体(3)顶部的工业高温含尘烟气入口(1)进入，经过均匀布风挡板(2)在流动方向上速度分布均匀，随后工业高温含尘烟气中的灰尘颗粒与位于过滤颗粒床本体(3)上部的大粒径过滤颗粒球(4)碰撞，大粒径灰尘颗粒通过碰撞效应和惯性效应被大粒径过滤颗粒球(4)捕获，发生粘附和沉积，工业高温含尘烟气灰尘浓度有所降低；经过大粒径过滤颗粒球(4)过滤之后的浓度降低的工业高温含尘烟气与第二层冷却盘管(13)内部流过的冷却工质进行换热，烟气温度降低，流速也降低；随后降温、降速之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体(3)中部的中等粒径过滤颗粒球(6)，中等粒径的灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被中等粒径过滤颗粒球(6)捕获，继续发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度进一步降低；随后浓度进一步降低的工业高温含尘烟气与第一层冷却盘管(7)内部流过的冷却工质进行换热，温度和流速进一步降低；随后降温之后的工业高温含尘烟气进入位于过滤颗粒床本体(3)下部的小粒径过滤颗粒球(8)，小粒径的灰尘颗粒由于碰撞效应和惯性效应被小粒径过滤颗粒球(8)捕获，再次发生粘附和沉积，灰尘颗粒浓度显著降低而成为洁净低温烟气，最后洁净低温烟气由位于过滤颗粒床底部的支撑板(9)、洁净低温烟气出口(10)流出；同时，冷却工质从冷却工质入口(11)进入第一层冷却盘管(7)，与经过第二次冷却盘管冷却后的中低温烟气换热后，经过竖直连接管(12)进入第二层冷却盘管(13)，与入口高温烟气进行二次换热，最后从冷却工质出口(5)离开颗粒床，完成工业高温烟气净化与余热回收的工作周期；经过一段时间运行后，对颗粒床进行清洁，再经上述过程实现工业高温含尘烟气的净化与余热回收功能；由于颗粒床的上部即工业高温含尘烟气的入口采用的大粒径过滤颗粒球，随后在颗粒床的中部及下部采用粒径尺寸逐级递减的过滤颗粒球，能有效提高容尘量，延长颗粒床过滤系统的运行周期，同时打破烟尘颗粒局部高沉积区域，提高过滤效率；由于工业高温含尘烟气的温度沿着流动方向逐层降低，使得烟气流速降低，显著降低过滤阻力，减少系统能耗；冷却工质和工业高温含尘烟气呈逆流布置，有利于提高冷却工质在颗粒床的出口温度，提高余热回收品质；此外，高温烟气的热量大部分被冷却工质带走，有效降低颗粒球的温度，进而减少因颗粒球清灰造成的热量损失。
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