CN110052093B - 粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，属于含尘气体过滤净化技术领域。该装置包括进料口、偏置进料通道、粒径分布预分离器、料层厚度调节挡板、颗粒滤料、烟气进口通道、防拱活动壁板、分层出料伸缩调节壁板、出料口、移动出料平台、烟气出口通道。进料口下方设有偏置进料通道和粒径分布预分离器，粒径分布预分离器下部接料层厚度调节挡板，料层厚度调节挡板下接烟气进口通道，烟气进口通道下接防拱活动壁板，出料口位于装置下部，出料口下部设置移动出料平台。该装置结构简单、操作方便、颗粒层厚度可调、滤料层中无运动部件、适合温度范围广，既适合非凝结性粉尘过滤净化，也适合凝结性粉尘过滤净化。

Description

粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置
技术领域
本发明涉及含尘气体过滤净化技术领域，特别是指一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置。
背景技术
2010年，冶金、化工、建材等行业耗能约占中国工业总能耗的70％，占全球同业能耗的46％。根据2015年的统计数据，中国工业总能耗中，余能排放占48％，相当于9.7亿吨标准煤。其中，工业炉窑平均能源利用效率仅为33％，排烟热损失占工业总能耗的约17％以及工业余能排放的约35％，相当于3.4亿吨标准煤，烟气排放是工业炉窑的最大热损失项。目前，中低温烟气余热回收利用已取得很好的研究成果和技术推广应用，但高温烟气(800～1400℃)余热回收问题还没有得到很好的解决。
在众多除尘技术中，移动颗粒床除尘具有耐高温、耐腐蚀、性能稳定、便于维护、造价低廉、易于大型化等诸多优点，是业界公认的最具发展前途的高温除尘技术之一。
然而，移动颗粒床除尘技术现阶段仍未能在工业应用上得到很好推广，主要问题有滤料颗粒流动导致颗粒间空隙较大，对细微尘粒过滤效果不佳以及滤料颗粒流动引起的尘粒被气流二次夹带而影响分离效率；滤料颗粒流动的不均匀性影响移动床滤尘的平稳性；高温烟尘粘连滤料颗粒堵塞流道；滤料颗粒与高温烟气发生热传递，这部分热量在滤料置换时损失而降低了高温烟气余热回收率等等。
移动颗粒床的过滤介质一般为物理和化学性质非常稳定的固体颗粒，滤料颗粒粒径是影响移动床除尘性能的重要因素。一般而言，采用大颗粒滤料时，粘尘不易引起滤料颗粒堵塞和影响流动，颗粒层气体流动阻力小，颗粒层容尘量高，所需滤料置换量少，滤料置换热损失小，但过滤效率低，尤其是不利于微米及亚微米级尘粒过滤；采用小颗粒为滤料时，过滤效率高，利于提高微米及亚微米尘粒的过滤效率，但气流阻力大，容尘量低，滤料置换量大，置换热损失大，粘尘易粘连滤料造成流道堵塞。
在移动颗粒床中采用大颗粒滤料和小颗粒滤料相结合的分层过滤形式，可以有效回避大颗粒滤层和小颗粒滤层的上述缺点并发挥各自的优点。利用大颗粒提高容尘量、降低阻力损失和滤料置换热损失，利用小颗粒提高过滤效果，这种大、小颗粒滤料相结合的分层过滤结构可有效解决限制移动颗粒床除尘技术工业化进程的难题。然而，在高温连续作业情况下，按粒径分层布料是难以实现或不可能实现的。
但是，不同粒径颗粒组成的双组分/分布粒径混合颗粒，在堆积流动过程中会出现不同粒径颗粒间的分离/分层现象。利用双组分/分布粒径混合颗粒在堆积流动过程中自发的分离分层特性，可解决高温环境下滤层分层布料的实际应用和操作问题。
此外，考虑到沿烟气流动方向颗粒层中滤尘分布的不均匀性，在滤料层中会形成容尘量的分布。通过调节滤料粒径分布与滤料中的容尘量分布，并对高含尘滤层颗粒进行选择性局部置换，则可提高滤料容尘量和降低置换率，从而降低气体流动阻力和置换热损失。
为此，本发明基于混合颗粒堆积流动过程中的自发分离/分层特性,提出了一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，以解决现有移动床颗粒层过滤存在的滤层容尘率低、置换率高和置换余热损失大，以及运动部件多、结构复杂、颗粒层厚度固定、运行不稳定、过滤效率低等问题。
该装置自上而下依次为粒径分布预分离区、过滤区和下料区，粒径分布预分离区包括进料口、偏置进料通道和粒径分布预分离器，过滤区包括烟气进口通道、烟气进口、烟气出口和烟气出口通道，下料区包括防拱活动壁板、出料口左活动壁板、出料口、出料口右活动壁板和分层出料伸缩调节壁板，出料口正对移动出料平台，进料口位于装置最上方，进料口下接偏置进料通道，偏置进料通道下接粒径分布预分离器，粒径分布预分离区和过滤区之间设置料层厚度调节挡板，烟气进口通道端部为烟气进口，烟气出口通道端部为烟气出口，防拱活动壁板上部设置防拱活动壁板活动铰链，防拱活动壁板和出料口左活动壁板之间设置防拱活动壁板与出料段连接铰链，出料口左活动壁板和出料口右活动壁板之间为出料口，出料口右活动壁板和分层出料伸缩调节壁板之间设置分层出料伸缩调节壁板与出料口右活动壁板间活动铰链，分层出料伸缩调节壁板上部设置分层出料伸缩调节壁板活动铰链。
其中，偏置进料通道在粒径分布预分离器上方向烟气出口侧最远端偏置。
防拱活动壁板活动铰链使防拱活动壁板在垂直方向能够调整角度，避免滤料颗粒在下料区成拱造成堵塞。
该装置使用方法如下：
滤料颗粒从偏置进料通道自上而下流经床体，含尘气体以交叉流形式流过颗粒过滤层实现过滤净化，滤料颗粒连同净化捕集下来的粉尘流入出料区，经移动出料平台排出。
调节挡板可以上下移动，用来调控过滤器区滤层的堆积厚度，实现不同的过滤效率和床层阻力，以适应不同的应用场合。
通过调节移动出料平台速度调节滤料颗粒在床层中的下行移动速度，实现最优的过滤效率和最大的含尘气体处理能力，并有效避免扬尘。
通过防拱活动壁板和分层出料伸缩调节壁板角度的调节以及出料口宽度的调节，实现过滤区底部下料速度分布的调节。
防拱活动壁板和分层出料伸缩调节壁板配合调节可改变出料口的大小和位置，实现对下料区中滤料颗粒在水平方向上下料速度的调节，实现滤料的分层置换功能。
从移动出料平台排出的滤料颗粒和净化捕集下来的粉尘排出床外后，通过滤料再生净化后返回至上部的偏置进料通道，实现滤料颗粒的循环使用。
使用该装置时，滤料颗粒自上而下缓慢移动流过所述粒径分布预分离器、过虑层、分层控制排料区进入出料区，再由移动出料平台排出；粒径分布预分离器可以对滤料进行自动预分层，形成大颗粒基本在上小颗粒基本在下的预分布；过滤层是含尘烟气过滤层，同时实现颗粒粒径的进一步自动分层；料层厚度调节挡板可以上下移动，用来调控所述床体中颗粒过滤层的堆积厚度，即含尘气体流经过滤层的长度；移动出料平台的移动速度可控制滤料颗粒在床层中的下行移动速度；含尘气体以交叉流形式流过颗粒过滤层进行过滤净化。
滤料颗粒通过粒径分布预分离器和过滤层后，形成大颗粒在上、小颗粒在下的分层结构，此种结构在有效提高料层容尘量的同时，降低了过滤层阻力。通过对滤层的分层定向可控置换，可有效降低滤料置换率，降低排料热损失，提高净化后烟气余热的回收利用率。
采用不同材质的滤料颗粒可适应不同的工作温度，如刚玉、碳化硅、氮化硅、石英砂、陶瓷、玻璃、煤粉、金属和树脂等；采用不同混合尺寸的过滤颗粒可适应不同的过滤场合，滤料颗粒的尺寸范围为0.1～100mm；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10mm～1000mm。
粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤系统应用于高温场合(例如400℃～1500℃)时，由于系统在高温区无档网/挡板/孔板等构件，无需冷却部件，系统运行安全可靠。
颗粒过滤层处于运动状态，可防止粉尘在过滤颗粒表层形成的滤饼，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。
从出料口排出的滤料颗粒和净化捕集下来的粉尘，通过滤料再生处理(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偏置进料通道，实现滤料颗粒的循环使用；对于煤气化系统，若采用原煤作为滤料颗粒，排出的滤料颗粒无需再生处理而直接用于生产工艺。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，可对含尘浓度不同、含尘成分不同、初始温度不同的各种高温含尘气体(如煤气和烟气)进行移动床颗粒层过滤净化；发明方案结构简单、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、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。与本领域目前公知的其他过滤技术相比，本发明所述移动床颗粒层过滤净化技术在800～1200℃范围时具有明显优势，可替代价格较高的金属或陶瓷过滤器，可应用于IGCC(Integrated GasificationCombined Cycle-整体煤气化联合循环发电系统)、冶金、化工、建材和城市环保等领域的气体净化或资源回收系统中，对于减少粉尘排放、回收有价值原料都有重要意义。
本发明的最大技术优势是：(1)利用颗粒物质流动过程中的分层特性，实现滤料颗在粒滤层中的自动分层；(2)由于滤层中形成大颗粒在上小颗粒在下的连续分层分布，实现了不增加阻力情况下滤层容尘率的提高；(3)由于容尘率的提高，实现了滤料置换率的降低，从而减少排料热损失，减少过滤后烟气的温度降，提高烟气余热的回收和利用率；(4)通过防拱活动壁板和分层出料伸缩调节壁板的配合使用，实现过滤层滤料的分层可控排料，从而可对粉尘在滤层中的分布进行调节，实现高容尘率和低滤料置换率的优化运行条件。
附图说明
图1为本发明的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置结构示意图；
图2为本发明的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置中颗粒自动分层情况示意图。
其中：1-进料口；2-偏置进料通道；3-粒径分布预分离器；4-粒径分布预分离器内滤料自由表面；5-料层厚度调节挡板；6-烟气进口通道；7-过滤区进口滤料自由表面；8-烟气进口；9-防拱活动壁板活动铰链；10-防拱活动壁板；11-防拱活动壁板与出料段连接铰链；12-出料口左活动壁板；13-出料口；14-移动出料平台；15-出料口右活动壁板；16-分层出料伸缩调节壁板与出料口右活动壁板间活动铰链；17-分层出料伸缩调节壁板；18-下料区；19-角度调整后分层出料伸缩调节壁板；20-分层出料伸缩调节壁板活动铰链；21-烟气出口；22-过滤区出口滤料自由表面；23-过滤区；24-烟气出口通道；25-粒径分布预分离区。
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。
本发明提供一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，以解决现有移动床颗粒层过滤技术存在的滤层容尘率低、床层阻力大、滤料置换率高和余热损失大等问题。
如图1所示，该装置自上而下依次为粒径分布预分离区25、过滤区23和下料区18，粒径分布预分离区25包括进料口1、偏置进料通道2和粒径分布预分离器3，过滤区23包括烟气进口通道6、烟气进口8、烟气出口21和烟气出口通道24，下料区18包括防拱活动壁板10、出料口左活动壁板12、出料口13、出料口右活动壁板15和分层出料伸缩调节壁板17，出料口13正对移动出料平台14，进料口1位于装置最上方，进料口1下接偏置进料通道2，偏置进料通道2下接粒径分布预分离器3，粒径分布预分离区25和过滤区23之间设置料层厚度调节挡板5，烟气进口通道6端部为烟气进口8，烟气出口通道24端部为烟气出口21，防拱活动壁板10上部设置防拱活动壁板活动铰链9，防拱活动壁板10和出料口左活动壁板12之间设置防拱活动壁板与出料段连接铰链11，出料口左活动壁板12和出料口右活动壁板15之间为出料口13，出料口右活动壁板15和分层出料伸缩调节壁板17之间设置分层出料伸缩调节壁板与出料口右活动壁板间活动铰链16，分层出料伸缩调节壁板17上部设置分层出料伸缩调节壁板活动铰链20。
滤料在粒径分布预分离器3内形成粒径分布预分离器内滤料自由表面4，过滤区23内在烟气进口8方向形成过滤区进口滤料自由表面7，过滤区23在烟气出口21方向形成过滤区出口滤料自由表面22。分层出料伸缩调节壁板17在角度调节后得到度调整后分层出料伸缩调节壁板19。
在具体应用过程中，滤料颗粒从进料口1和偏置进料通道2进入，在粒径分布预分离器3内的下行流动过程中实现大颗粒主要在滤层表面小颗粒主要在滤层底部的预分层(见图2)；之后滤料颗粒进入过滤区23，并在过滤区23中进一步分层，形成大颗粒在滤层表层，小颗粒在滤层底层的分布，从而有利于在提高容尘量的同时，降低滤层阻力；料层厚度调节挡板5通过上下移动可以调节过滤层的平均厚度；含尘烟气通过烟气进口8和烟气进口通道6进入过滤区，经过滤除尘净化后由烟气出口通道24和烟气出口21排出系统；稳定运行时过滤区中的粉尘主要分布在滤层表层的大颗粒层中，小颗粒层主要起深度过滤作用；防拱活动壁板10有两个作用，一是通过调节α1角(防拱活动壁板10与竖直方向夹角，如图1)防止下行滤料成拱造成堵塞，二是和分层出料伸缩调节壁板17配合控制过滤层分层卸料，即加大含尘量大的上部滤层的置换率，减小含尘量小的底部滤层的置换率；分层出料伸缩调节壁板17的作用一是通过调节角度α2(分层出料伸缩调节壁板17与水平方向夹角，如图1)调节分层出料分布，二是通过可伸缩性调节保证滤料出口高度不变；滤料颗粒通过出料口13排出过滤装置；滤料总置换率由移动出料平台14的平移速度控制。
采用不同材质的滤料颗粒以适应不同的工作温度，如刚玉、碳化硅、氮化硅、石英砂、陶瓷、玻璃、煤粉、金属和树脂等；采用不同混合尺寸的过滤颗粒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0.1～100mm；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10mm～1000mm。
颗粒过滤层处于运动状态，可防止粉尘在过滤颗粒表层形成的滤饼，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。
从出料口13排出的滤料颗粒和净化捕集下来的粉尘，通过滤料再生处理(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口1，实现滤料颗粒的循环使用；对于煤气化系统，若采用原煤作为滤料颗粒，排出的滤料颗粒无需再生处理而直接用于生产工艺。
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 (9)

1.一种粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：该装置自上而下依次为粒径分布预分离区(25)、过滤区(23)和下料区(18)，粒径分布预分离区(25)包括进料口(1)、偏置进料通道(2)和粒径分布预分离器(3)，过滤区(23)包括烟气进口通道(6)、烟气进口(8)、烟气出口(21)和烟气出口通道(24)，下料区(18)包括防拱活动壁板(10)、出料口左活动壁板(12)、出料口(13)、出料口右活动壁板(15)和分层出料伸缩调节壁板(17)，出料口(13)正对移动出料平台(14)，进料口(1)位于装置最上方，进料口(1)下接偏置进料通道(2)，偏置进料通道(2)下接粒径分布预分离器(3)，粒径分布预分离区(25)和过滤区(23)之间设置料层厚度调节挡板(5)，烟气进口通道(6)端部为烟气进口(8)，烟气出口通道(24)端部为烟气出口(21)，防拱活动壁板(10)上部设置防拱活动壁板活动铰链(9)，防拱活动壁板(10)和出料口左活动壁板(12)之间设置防拱活动壁板与出料段连接铰链(11)，出料口左活动壁板(12)和出料口右活动壁板(15)之间为出料口(13)，出料口右活动壁板(15)和分层出料伸缩调节壁板(17)之间设置分层出料伸缩调节壁板与出料口右活动壁板间活动铰链(16)，分层出料伸缩调节壁板(17)上部设置分层出料伸缩调节壁板活动铰链(20)。
2.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述偏置进料通道(2)在粒径分布预分离器(3)上方向烟气出口(21)侧最远端偏置。
3.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述防拱活动壁板活动铰链(9)使防拱活动壁板(10)在垂直方向能够调整角度，避免滤料颗粒在下料区成拱造成堵塞。
4.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述过滤区(23)所用滤料为刚玉、碳化硅、氮化硅、石英砂、陶瓷、玻璃、煤粉、金属、树脂中的一种；滤料颗粒的尺寸范围为0.1～100mm；滤料颗粒过滤层厚度范围为10mm～1000mm。
5.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：该装置不仅适用于处理非凝结性粉尘，更适用于处理凝结性粉尘。
6.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：该装置使用方法如下：
滤料颗粒从偏置进料通道(2)自上而下流经床体，含尘气体以交叉流形式流过颗粒过滤层实现过滤净化，滤料颗粒连同净化捕集下来的粉尘流入出料区，经移动出料平台(14)排出。
7.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述料层厚度调节挡板(5)能够上下移动。
8.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述防拱活动壁板(10)和分层出料伸缩调节壁板(17)配合调节改变出料口(13)的大小和位置，实现对下料区(18)中滤料颗粒在水平方向上下料速度的调节，实现滤料的分层置换功能。
9.根据权利要求1所述的粒径自动分层与滤料分层置换的移动颗粒床粉尘过滤装置，其特征在于：所述滤料颗粒在床层中的下行移动速度通过调节移动出料平台(14)速度调节。
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