CN113521890B - 一种颗粒层过滤器及流化床系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒层过滤器及流化床系统，涉及气体除尘技术领域，过滤颗粒无法流入进气口或出气口，故无需采用百叶窗内构件对过滤颗粒阻挡，从而避免了采用百叶窗内构件时大量飞灰及熔渣堵塞过滤器百叶窗而导致的过滤器失效的问题的发生。本发明的颗粒层过滤器包括内部流通有过滤颗粒的壳体，壳体的上端和下端分别设有进料口和出料口，壳体的侧壁中部设有进气口和出气口，进气口的上端面和下端面以及出气口的上端面和下端面均对应在竖直方向上错开设置，且上端面靠近壳体内部设置，下端面远离壳体内部设置。本发明用于高温粗煤气除尘。

Description

一种颗粒层过滤器及流化床系统

技术领域

本发明涉及气体除尘技术领域，尤其涉及一种颗粒层过滤器及流化床系统。

背景技术

煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。我国煤炭资源丰富，油气资源相对匮乏，将丰富的煤炭转化成清洁的气体，近年来受到众多关注及应用。煤气化过程中产生的高温粗煤气中包含大量的粉尘，需要除尘装置进行除尘处理后，才可以使用。在处理高温粗煤气时，通常采用颗粒层过滤器。

现有技术中的颗粒层过滤器，如图1所示，包括过滤器壳体01，过滤器壳体01的上端设有过滤器进料口011，过滤器壳体01的下端设有过滤器出料口012，过滤器壳体01两侧分别设有过滤器进气口013和过滤器出气口014，过滤器壳体01内部对应过滤器进气口013和过滤器出气口014处设有百叶窗02用来阻隔滤料，且利用热氮气吹扫管03对百叶窗02上的积灰进行清扫。

但是，现有技术中至少存在如下问题：将高温粗煤气除尘时，大量飞灰及熔渣堵塞过滤器百叶窗，难以清理，长时间积累会导致过滤器失效。

发明内容

本发明的实施例提供一种颗粒层过滤器及流化床系统，过滤颗粒无法流入进气口或出气口，故无需采用百叶窗内构件对过滤颗粒阻挡，从而避免了采用百叶窗内构件时大量飞灰及熔渣堵塞过滤器百叶窗而导致的过滤器失效的问题的发生。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种颗粒层过滤器，包括内部流通有过滤颗粒的壳体，所述壳体的上端和下端分别设有进料口和出料口，所述壳体的侧壁中部设有进气口和出气口，所述进气口的上端面和下端面以及所述出气口的上端面和下端面均对应在竖直方向上错开设置，且所述上端面靠近所述壳体内部设置，所述下端面远离所述壳体内部设置。

进一步地，所述进气口的下端面和所述出气口的下端面均相接有导流部，所述导流部的下端与所述壳体的侧壁相接。

可选择地，所述导流部为倾斜设置的直线型结构。

可选择地，所述进气口和所述出气口相对设置，所述出气口的上端面竖直向下延伸有挡板，所述挡板的下端面低于所述进气口的下端面，所述挡板的下端面与所述导流部之间具有间隙。

进一步地，所述壳体的内表面和所述挡板的表面均设有降温件。

可选择地，所述过滤颗粒为耐高温材料制成的球形颗粒物。

另一方面，本发明的实施例还提供一种流化床系统，包括颗粒层过滤器，所述颗粒层过滤器为上述颗粒层过滤器。

进一步地，包括设置在所述颗粒层过滤器出料口的出料调速装置。

进一步地，所述出料调速装置包括软连接管道。

进一步地，所述出料调速装置还包括连通在所述软连接管道下端的介质清洁床，所述介质清洁床通过振动控制所述过滤颗粒在所述介质清洁床内的停留时间，以调整所述颗粒层过滤器的出料速度。

本发明实施例的颗粒层过滤器及流化床系统，包括颗粒层过滤器，该颗粒层过滤器的上端和下端分别设有进料口和出料口，侧壁设有进气口和出气口。其中，进气口上端面和下端面以及出气口的上端面和下端面在竖直方向上错开设置，且上端面靠近壳体的内部，下端面远离壳体的内部。在这种情况下，待除尘气体从进气口通入壳体内部，穿过壳体内的过滤颗粒层从出气口排出，从而使待除尘气体中的粉尘附着于过滤颗粒上，达到除尘目的。同时，过滤颗粒从入料口进入壳体，并从出料口缓慢排出，以使壳体内部的过滤颗粒缓慢更新，避免颗粒层过滤器失效。与现有技术相比，本发明实施例的颗粒层过滤器中的过滤颗粒充满壳体时，堆叠的过滤颗粒在重力和摩擦力的作用下达到平衡而处于静止状态，自然形成坡形迎流面和坡形背流面，迎流面的坡顶与进气口的上端面接触，迎流面的坡底低于进气口的下端面；背流面的坡顶与出气口的上端面接触，背流面的坡底低于出气口的下端面。在这种情况下，过滤颗粒无法流入进气口或出气口，因此无需采用百叶窗内构件对过滤颗粒阻挡，从而避免了采用百叶窗内构件时大量飞灰及熔渣堵塞过滤器百叶窗而导致的过滤器失效的问题的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为现有技术中的颗粒层过滤器的结构示意图；

图2为本发明实施例的颗粒层过滤器的结构示意图；

图3为本发明实施例的流化床系统的结构示意图。

附图标记：

01-过滤器壳体；011-过滤器进料口；012-过滤器出料口；013-过滤器进气口；014-过滤器出气口；02-百叶窗；1-过滤颗粒；2-壳体；21-进料口；22-出料口；23-进气口；233-导流部；24-出气口；25-上端面；26-下端面；3-挡板；4-软连接管道；5-介质清洁床。

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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的一种颗粒层过滤器，如图2所示，包括内部流通有过滤颗粒1的壳体2，壳体2的上端和下端分别设有进料口21和出料口22，壳体2的侧壁中部设有进气口23和出气口24，进气口23的上端面25和下端面26以及出气口24的上端面25和下端面26均对应在竖直方向上错开设置，且上端面25靠近壳体2内部设置，下端面26远离壳体2内部设置。

本发明实施例的颗粒层过滤器及流化床系统，如图2和图3所示，包括颗粒层过滤器，该颗粒层过滤器的上端和下端分别设有进料口21和出料口22，侧壁设有进气口23和出气口24。其中，进气口23的上端面25和下端面26以及出气口24的上端面25和下端面26在竖直方向上错开设置，且上端面25靠近壳体2的内部，下端面26远离壳体2的内部。在这种情况下，待除尘气体从进气口23通入壳体2内部，穿过壳体2内的过滤颗粒1层从出气口24排出，从而使待除尘气体中的粉尘附着于过滤颗粒1上，达到除尘目的。同时，过滤颗粒1从入料口进入壳体2，并从出料口22缓慢排出，以使壳体2内部的过滤颗粒1缓慢更新，避免颗粒层过滤器失效。与现有技术相比，本发明实施例的颗粒层过滤器中的过滤颗粒1充满壳体2时，堆叠的过滤颗粒1在重力和摩擦力的作用下达到平衡而处于静止状态，自然形成坡形迎流面和坡形背流面，迎流面的坡顶与进气口23的上端面25接触，迎流面的坡底低于进气口23的下端面26；同样的，背流面的坡顶与出气口24的上端面接触，背流面的坡底低于出气口24的下端面。在这种情况下，过滤颗粒1无法流入进气口23或出气口24，因此无需采用百叶窗内构件对过滤颗粒1阻挡，从而避免了采用百叶窗内构件时大量飞灰及熔渣堵塞过滤器百叶窗而导致的过滤器失效的问题的发生。

需要说明的是，过滤颗粒1在其堆积层的自由斜面上滑动时所受重力和颗粒之间摩擦力达到平衡而处于静止状态的最大角为其休止角。基于此，充满壳体2内的过滤颗粒1形成坡形迎流面和坡形背流面，坡面与水平面的倾角即为上述休止角，迎流面的坡底应低于进气口23的下端面26，背流面的坡底应低于出气口24的下端面26，以防止过滤颗粒1流动滚入进气口23和出气口24。

由于进气口23的上端面25与下端面26错开设置，可以理解的是，上述下端面26与壳体2连接后会留有空间，过滤颗粒1会堆叠在该空间内，故为了使该空间内的过滤颗粒1随着壳体2内的过滤颗粒1缓慢的更新，进气口23和/或出气口24的下端面26相接有导流部233，导流部233的下端与壳体2的侧壁相接。在这种情况下，上述空间内的过滤颗粒1在导流部233的作用下流向出料口22，并随着壳体2内的过滤颗粒1从该出料口22排出，以缓慢更新。

上面提到的导流部233的结构有多种选择，比如通过弧形连接、倾斜直线型连接或竖直与倾斜结合以形成连接。其中，鉴于多种连接方式的目的均在于使上述空间内的过滤颗粒1流向出料口22，从加工成本及占地面积进行考虑，优选的，如图2所示，导流部233为倾斜设置的直线型结构。当导流部233存有过滤颗粒1时，过滤颗粒1在重力作用下从倾斜面上向出料口22滚动，以实现导流部233处的过滤颗粒1缓慢更新。

需要说明的是，当导流部233包括倾斜设置的直线型结构时，该直线型结构的倾斜角度必须可使堆叠的过滤颗粒1自然滚落，以保证导流部233内的过滤颗粒1均可自然滑向出料口22排出。

当待除尘气体通入本发明实施例的颗粒层过滤器时，可以理解的是，在一定范围内，除尘效果与气体穿过过滤颗粒1形成的过滤床层的厚度成正比关系，当待除尘气体穿过的过滤床层的厚度越厚时，除尘效果越好，相应的，当待除尘气体穿过的过滤床层的厚度越薄时，除尘效果越差。基于此，为了提高除尘效率，应使气体穿过较厚的过滤床层。为使气体穿过较厚的过滤床层，可以使用更大的壳体2，和/或，将出气口24与进气口23相对设置，和/或，增加内构件以使气体在过滤床层内的运动路径增长。优选的，如图2所示，进气口23和出气口24相对设置，出气口24的上端面25竖直向下延伸有挡板3，挡板3的下端面低于进气口23的下端面26，挡板3的下端面与导流部233之间具有间隙。在这种情况下，当待除尘气体从进气口23通入壳体2内部时，在挡板3的作用下，待除尘气体无法以近乎直线运动的方式穿过过滤床层并从出气口24排出，而是以回旋的运动绕过挡板3后从出气口24排出，从而在壳体2大小不变的情况下较大程度的提高除尘效率。

当待除尘气体为高温气体时，示例性的，待除尘气体为粗煤气，除尘后的粗煤气由于其温度较高不便于后续进行处理，一般来说，除尘后的粗煤气仍需进行降温处理。因此，本发明实施例的颗粒层过滤器的壳体2的内表面和挡板3的表面均设有降温件。该降温件可选择为水冷壁，易于实施。在这种情况下，当待除尘气体为高温气体时，通入上述颗粒层过滤器，该颗粒层过滤器在达到对气体除尘效果的同时，还起到换热作用，使高温气体降温，便于后续操作处理。

可以理解的是，根据具体的过滤除尘装置的结构以及通入的待除尘气体，过滤颗粒1选择也可做相应的调整。示例性的，当待除尘气体为高温粗煤气时，本发明实施例的过滤颗粒1为耐高温材料制成的球形颗粒物。在这种情况下，过滤颗粒1在壳体2内流动较为顺畅，且在实现所需除尘效果的前提下，尽可能的减小过滤颗粒1的粒径大小。

需要说明的是，由于待除尘气体大多为混合气体，一般的还要求过滤颗粒1为惰性材料，这样的话，在气体除尘过程中，过滤颗粒1不会与待除尘气体发生化学反应。

另一方面，本发明的实施例还提供一种流化床系统，包括颗粒层过滤器，颗粒层过滤器为上述颗粒层过滤器。

根据上面提到的过滤颗粒1在壳体2内流动并缓慢更新，若更新速度较快，则所需的过滤颗粒1的量要大为增加；若更新速度较慢，则颗粒层过滤器过滤效果可能较差。此外，当不使用颗粒层过滤器时，其内部的过滤颗粒1应处于静止状态，避免产生使用的浪费。因此，参照图3，本发明的实施例的流化床系统包括设置在颗粒层过滤器出料口22的出料调速装置。通过该出料调速装置控制过滤颗粒1的流动速度，在实现所需除尘效果的前提下，以对堆积的过滤颗粒1进行充分的利用，降低运行成本。

可以理解的是，当颗粒层过滤器内设有挡板3时，且过滤颗粒1从直接从出料口22排出，在这种情况下，向通入待除尘气体，待除尘气体同样的会从出料口22排出，从而造成大量的待除尘气体损失浪费。基于此，如图3所示，在软连接管道4的作用下，将出料口22与振动的清洁床实现软连接，待除尘气体无法直接穿过管道，出料口22对气体具有较强的封堵作用，从而使其大量的待除尘气体从出气口24排出，以减少待除尘气体的损失。

需要说明的是，出料调速装置可以为卸料阀，同样可以实现调速以及防止大量气体损失的功能。但是，当待除尘气体为高温气体时，示例性的，待除尘气体为粗煤气，由于粗煤气温度较高，卸料阀需要采用耐高温的材料，其制造难度十分大，故针对高温粗煤气来说，一般不采用卸料阀。

颗粒层过滤器主要靠筛滤、惯性碰撞、截留及扩散作用等，使粉尘附着于过滤颗粒1及尘粒表面上，过滤颗粒1经清洁后，仍可重复利用。因此，为了对过滤颗粒1进行重新的利用，如图3所示，出料调速装置还包括连通在软连接管道4下端的介质清洁床5，介质清洁床5用于对过滤颗粒1进行清洗回收，并通过振动控制过滤颗粒1在介质清洁床5内的停留时间，以调整颗粒层过滤器的出料速度。当过滤颗粒1进入介质清洁床5后，介质清洁床5通过改变激振力的大小和/或激振力的方向来改变物料在介质清洁床5内的停留时间，从而实现对颗粒层过滤器的出料速度的控制。

示例1

本示例为本发明实施例的颗粒层过滤器用于煤气化所产生的高温含尘气体的除尘过程。在本示例中，煤气化过程产生的高温含尘气体直接连通进气口进入本发明实施例的颗粒层过滤器中。

其中，

表观气速——流速与床层截面积的比值；

稳态过滤床压降——过滤器内最初充满洁净的过滤介质，随操作的进行气流携带的大部分的颗粒被过滤床层捕集，过滤床层压降不断升高；待床层压降接近许用压降值时，令过滤介质更新，调节过滤介质更新速度使压降趋于稳定，即为稳态过滤床压降。

下表为向同一床层厚度的本发明实施例的颗粒层过滤器通入4组不同表观流速的高温含尘气体获得的试验数据，以探究表观气速对除尘效率的影响。

表1

参数	第1组	第2组	第3组	第4组
					表观气速V<sub>0</sub>，m/s	0.183	0.246	0.316	0.337
粉尘浓度C<sub>i</sub>，g/m<sup>3</sup>	51.52	53.93	54.81	56.00
					稳态过滤床压降P<sub>f，e</sub>，Pa	710	840	540	830
滤料更新速度，kg/h	91.13	99.15	138.52	186.63
					过滤器除尘效率η，％	98.41	98.80	98.83	99.71

由表2可知，第1组通入高温含尘气体的表观气速为0.183m/s，粉尘浓度为51.52g/m³，在过滤介质更新速度使压降趋于稳定时，除尘效率为98.41％；第2组通入高温含尘气体的表观气速为0.246m/s，粉尘浓度为53.93g/m³，在过滤介质更新速度使压降趋于稳定时，除尘效率为98.80％；第3组通入高温含尘气体的表观气速为0.316m/s，粉尘浓度为54.81g/m³，在过滤介质更新速度使压降趋于稳定时，除尘效率为98.83％；第4组通入高温含尘气体的表观气速为0.337m/s，粉尘浓度为56.00g/m³，在过滤介质更新速度使压降趋于稳定时，除尘效率为99.71％。因此，表观气速越大除尘效率越高。

示例2

本示例为本发明实施例的颗粒层过滤器用于煤气化所产生的高温含尘气体的除尘过程。在本示例中，煤气化过程产生的高温含尘气体直接连通进气口进入本发明实施例的颗粒层过滤器中。

其中，

过滤器初始压降——过滤器内最初充满洁净的过滤介质，此时床层压降为初始压降；

固定床过滤器除尘效率——整个操作过程中过滤介质不更新，过滤一段时间后，测得该段时间内固定床过滤器除尘效率。

下表为向不同床层厚度的本发明实施例的颗粒层过滤器通入3组高温含尘气体获得的试验数据，以探究床层厚度对除尘效率的影响。

表2

由表2可知，第1组通入高温含尘气体的表观气速为0.25m/s，粉尘浓度为10.23g/m³，床层厚度为0.3m，除尘效率为95.38％；第2组通入高温含尘气体的表观气速为0.3m/s，粉尘浓度为10.06g/m³，床层厚度为0.45m，除尘效率为97.76％；第2组通入高温含尘气体的表观气速为0.3m/s，粉尘浓度为13.32g/m³，床层厚度为0.6m，除尘效率为98.32％；因此，床层厚度越大除尘效率越高。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种流化床系统，包括颗粒层过滤器，其特征在于，所述颗粒层过滤器包括内部流通有过滤颗粒的壳体，所述壳体的上端和下端分别设有进料口和出料口，所述壳体的侧壁中部设有进气口和出气口，所述进气口的上端面和下端面以及所述出气口的上端面和下端面均对应在竖直方向上错开设置，且所述上端面靠近所述壳体内部设置，所述下端面远离所述壳体内部设置；所述进气口的下端面和所述出气口的下端面均相接有导流部，所述导流部的下端与所述壳体的侧壁相接；所述进气口和所述出气口相对设置，所述出气口的上端面竖直向下延伸有挡板，所述挡板的下端面低于所述进气口的下端面，所述挡板的下端面与所述导流部之间具有间隙；所述壳体的内表面和所述挡板的表面均设有降温件；

所述流化床系统还包括设置在所述颗粒层过滤器出料口的出料调速装置；所述出料调速装置包括软连接管道；所述出料调速装置还包括连通在所述软连接管道下端的介质清洁床，所述介质清洁床用于对过滤颗粒进行清洗回收，并通过振动控制所述过滤颗粒在所述介质清洁床内的停留时间，以调整所述颗粒层过滤器的出料速度。

2.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于，所述导流部为倾斜设置的直线型结构。

3.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于，所述过滤颗粒为耐高温材料制成的球形颗粒物。

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