CN114288776B - 一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，包括球尘分离装置和多个沿着水平轴同轴设置的可旋转圆盘，陶瓷球/金属球通过在循环球盘、收尘仓和球尘分离区间的循环实现可持续使用；动态陶瓷膜在球体的滚动作用下可以最大限度的减弱灰饼形成对粉尘过滤率和效率造成的影响；使用球状动态陶瓷膜过滤元件代替陶瓷/合金多孔管状过滤元件，动态陶瓷膜使灰饼不易产生压力差，进而使反吹的时间间隔延长甚至无需启动脉冲反吹清灰系统，使得除尘过程可以连续进行，最大程度上避免了收尘率和效率的波动对除尘效果的影响以及多孔陶瓷/合金膜经受热疲劳而损坏对生产稳性的影响，提升了收尘效率，延长了除尘装置寿命周期，并且提高了企业生产效率。

Description

一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置

技术领域

本发明属于烟气除尘技术，涉及一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置。

背景技术

高温烟气除尘技术是指含尘气体在高温条件下实现气固分离的一项技术。对于温度超过260℃含尘气流的除尘过滤即可称为高温气体除尘。高温含尘气体的净化通常需要选用多孔陶瓷材料或多孔金属材料过滤元件。目前以多孔陶瓷材料或多孔金属材料为核心过滤元件的高温气固分离技术已可除净1μm以上的固体颗粒，净化后气体浓度小于5mg/m³，已广泛应用于煤气化、催化裂化、生物质气化、垃圾焚烧和热解及冶金等各个行业，但大型工程用过滤分离设备的设计和温度在600℃以上时过滤元件的运行可靠性等方面，仍存在不少亟待解决的关键难题。

目前国内外除尘技术主要有旋风除尘、布袋除尘、电除尘、电袋除尘、颗粒床过滤除尘、多孔无机膜过滤以及其他的一些除尘方式。旋风除尘的除尘效率差，不能满足环保排放要求，一般仅用于预除尘；布袋式除尘受滤料的耐温，耐腐蚀等性能的限制，使用温度不能过高，一般在低于250℃下使用，显然不能满足高温烟气净化的需求；电除尘存在电晕放电不稳定、电极寿命短、对烟气成分敏感、高温绝缘等问题，也不宜在高温下长时间使用(一般低于380℃)；颗粒层过滤除尘耐高温、耐腐蚀，不过其过滤效率尚不理想，粉尘排放浓度偏高；金属膜以及金属编制的滤料价格昂贵，且由于不耐腐蚀以及磨损，应用受到局限。其他过滤方式中，已研究或正在研究的除尘技术有陶瓷织状过滤器、陶瓷纤维过滤器等，这些除尘器的过滤效率都能达到99％以上，但都存在诸如强度低、易堵塞失效等问题。

而多孔陶瓷膜过滤器作为高温含尘烟气除尘的最佳选择之一，其内部含有大量的微细孔隙结构，这些结构赋予其很大的比表面积，进而使多孔陶瓷膜过滤器具有耐高温(可达1000℃)、孔隙率高、过滤精度高、耐腐蚀、机械强度大、结构稳定不变形、环境友好，且可以通过多次“清洗”实现功能再生，使用寿命长等突出优点。

多孔陶瓷膜过滤器具有耐高温、耐腐蚀且使用寿命长等突出优点，因而被认为是高温含尘烟气除尘的最佳选择之一，不同过滤器除尘效率的比较见图1和表 1。但目前存在两种主要缺陷制约着多孔陶瓷膜过滤器的发展，其一为使用一段时间后过滤阻力大幅增加或膜破损等原因需要定期更换，目前国内尚不能生产质量可靠的陶瓷膜替代产品。另一点在于长周期运行的热疲劳影响及温度变化带来的热冲击作用，陶瓷膜过滤元件易发生失效。

表1不同过滤器间比较

华北理工大学李海英、刘东等人介绍的陶瓷膜过滤元件按结构可划分为对称结构和非对称结构，对称结构即为沿整个过滤管厚度方向孔径分布均匀，或称为单层结构；非对称结构为在单层材料外表面覆上一层或多层具有更小孔径的过滤膜层，起到表面过滤作用。如图2所示，对于多孔陶瓷膜过滤器而言，其陶瓷膜过滤元件一般为非对称、孔径成梯度变化的多层结构，主要由2部分组成：一部分是起承载膜作用的多孔支撑体；另一部分是起除尘作用的膜层。膜层的厚度为 100μm左右，内部有很多贯通的微米及亚微米级孔道；支撑体层的厚度8～12mm，内部有大量的微米以及数十微米的贯通气孔，对陶瓷膜元件的强度起着决定作用。当支撑体的气孔尺寸较大时，在涂膜前往往需要在其表面上涂上一层或多层多孔的中间过渡层。膜与支撑体的孔隙结构直接决定着除尘器的过滤效率和过滤精度。

陶瓷膜元件的非对称结构具有膜分离层气孔尺寸小，支撑体层孔径大的结构特点。这种设计的目的之一是减少过滤时的阻力，因为真正起过滤分离作用的是膜层。其次，采取孔径梯度变化使得烟尘粒子在通过膜表面时，绝大多数被截留，透过分离层的粒子由于流经的孔道尺寸愈来愈大，吸附力愈来愈小，不易在支撑体层的孔道内被吸附造成堵塞，从而达到高效分离的目的。

综上所述，现有多孔陶瓷膜过滤器的过滤元件在使用一段时间后，由于与过滤介质发生机械碰撞，使其过滤阻力大幅增加或膜破损等原因需要定期更换。如图3所示，多孔陶瓷膜过滤器的过滤元件由于其管状结构的存在，导致在元件受损时只能更换，无法作为过滤元件再次循环利用。并且由于陶瓷膜并非动态，无法实现连续净化，每隔一段时间膜表面便会形成灰饼，此时脉冲清灰控制系统自动开启电磁阀喷出反向气流，清除陶瓷膜表面上形成的灰饼层。而反吹时长周期运行的热疲劳影响及温度变化带来的热冲击作用易使陶瓷膜过滤元件失效。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，使用球状动态陶瓷膜过滤元件代替管状元件，延长高温过滤器使用寿命，提高生产效率。

为解决上述性能问题，本发明采用的技术方案是：

一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，包括球尘分离装置和多个沿着水平轴同轴设置的可旋转圆盘，每个圆盘均包含中间不可旋转的收尘仓和与其同圆心设置包裹在收尘仓外部的循环球盘；

所述循环球盘通过置于收尘仓中的球盘转轴安装在收尘仓外部，循环球盘能够相对收尘仓转动，球盘转轴用于支撑循环球盘的旋转并将高温含尘气体引入收尘仓中，各个可旋转圆盘的收尘仓通过各自的球盘转轴前后相互连通，各圆盘的循环球盘中分别放置不同粒径大小的陶瓷球/金属球，从高温含尘气体进气方向各圆盘中陶瓷球/金属球按照从大到小放置；

所述循环球盘内部设置有将其内部空间沿径向等分为六个腔体的隔板，相邻三个腔体中装有陶瓷球/金属球，另外相邻的三个腔体没有装球或装少量陶瓷球/ 金属球，各腔体贴近收尘仓的一侧均完全开放；在收尘仓内部装满紧密排列的与各腔室中容积相同的陶瓷球/金属球并且收尘仓上下两端均设有开口使得陶瓷球/ 金属球能在收尘仓与循环球盘的各腔体之间流动；

所述球尘分离装置包括进气管、球尘分离区、除尘装置、干燥装置和出气管；所述进气管一端与收尘仓的出气口连通，进气管另一端与出气口侧的循环球盘其中一腔体连通，该腔体同时作为陶瓷球/金属球除尘的球尘分离区，与其位置对应另外的其他各圆盘中腔体同样作为球尘分离区，除尘装置连接在进气口侧的循环球盘的球尘分离区上，除尘装置气体出口通过出气管与进气口侧的收尘仓进气口连通；

经收尘仓过滤后洁净的气体通过进气管进入球尘分离区，依次对各个圆盘中球尘分离区的陶瓷球/金属球表面的粉尘吹落并随着气流进入除尘装置进行除尘，除尘后的气体再通过出气管和气流一起重新进入进气口侧的收尘仓进行二次过滤。

进一步，包括三个沿着水平轴同轴设置的可旋转圆盘，从高温含尘气体进气方向三个圆盘的循环球盘中依次放置大型陶瓷球/金属球、中型陶瓷球/金属球和小型陶瓷球/金属球。

进一步，所述大型陶瓷球/金属球、中型陶瓷球/金属球和小型陶瓷球/金属球的球径大小根据陶瓷膜元件中的支撑体层、中间过渡层和膜层的孔径进行选择。

进一步，所述除尘装置采用淋洗装置进行粉尘与吹扫气体的分离。

进一步，所述收尘仓上下两端开口宽度与各腔体开放一侧宽度 相同或者稍小于各腔体开放一侧宽度 。

进一步，所述球尘分离装置还包括干燥装置，干燥装置紧挨除尘装置，干燥装置气体出口通过出气管与进气口侧的收尘仓进气口连通；除尘后的气体先通过干燥装置干燥，后再通过出气管和气流一起重新进入进气口侧的收尘仓进行二次过滤。

本发明相比于现有方法具有如下优势：

本发明动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，陶瓷球/金属球可以通过在循环球盘、收尘仓间和球尘分离区间的循环实现可持续使用；动态陶瓷膜在球体的滚动作用下可以最大限度的减弱灰饼形成对粉尘过滤率和效率造成的影响。使用球状动态陶瓷膜过滤元件代替陶瓷/合金多孔管状过滤元件，动态陶瓷膜使灰饼不易产生压力差，进而使反吹的时间间隔延长甚至无需启动脉冲反吹清灰系统，使得除尘过程可以连续进行，最大程度上避免了陶瓷/合金膜经受热疲劳而损坏对生产稳定性的影响，提升了收尘效率，延长了除尘装置寿命周期，并且提高了企业生产效率。

本发明采用球状动态陶瓷膜代替管状非对称陶瓷膜元件，并且通过借鉴膜层、中间过渡层和支撑体层实现球体半径梯度变化，从而达到高效分离的目的。

本发明相比陶瓷/合金膜，陶瓷球/金属球制备工艺简单，对陶瓷膜孔径的控制性好，气体过滤气阻稳定，对主体生产工艺影响小，系统集成度高，结构简单，稳定性好。还具有以下特点：

连续化除尘：通过将管状陶瓷膜转变为球状陶瓷膜实现动态连续高温含尘气体净化，消除了管状陶瓷膜更换过程对生产连续化的影响。

高效除尘：针对气体中不同含尘粒径优选过滤膜孔径：根据不同规格陶瓷球/ 金属球与对应堆积体孔径的关系，针对气体含有不同粒度粉尘选择最合理陶瓷球/ 金属球规格及动态陶瓷膜孔径，保证最佳的除尘效果。

粉尘全径域捕收：针对气体中不同含尘粒径分布优选不同过滤膜孔径组合，实现粉尘粒全径域捕收，收尘针对性强，收尘效果好；

烟气压阻稳定：动态膜有效消除了粉尘沉积随着时间持续，陶瓷膜孔径缩小，气阻增加的问题。

附图说明

图1多孔陶瓷过滤器与其他过滤器的除尘效率

图2非对称陶瓷膜元件的剖面结构示意图

图3陶瓷膜过滤元件的实物图

图4为本发明的结构立体图

图5为本发明的结构侧视图

图6为沿径向的剖面图

图7为本发明中陶瓷球/金属球替换过程示意图

图中：1-循环球盘；2-收尘仓；3-球盘转轴；4-球尘分离区；5-隔板。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

如图4-图6所示，本发明的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，由三个沿水平轴同轴设置的可旋转圆盘组成，每个圆盘均包含中间部分不可旋转的收尘仓2和与它为同心圆柱并且包裹在其四周的循环球盘1。其中循环球盘1用于储存陶瓷球/金属球，而收尘仓2则作为过滤高温含尘气体的主要结构，高温含尘气体从收尘仓2的一侧进入，另一侧吹出。

三个可旋转圆盘中每个圆盘均包含陶瓷球/金属球、循环球盘1、收尘仓2和球盘转轴3，陶瓷球/金属球的放置顺序为：从高温含尘气体进气方向3圆盘中依次放置大型陶瓷球/金属球、中型陶瓷球/金属球、小型陶瓷球/金属球。大、中和小型陶瓷球/金属球的球径对比，根据现有陶瓷膜元件中的支撑体层、中间过渡层和膜层的孔径以及其与不同球体直径堆积体孔径的对比关系进行选择；循环球盘 1内部装有若干紧密排列的陶瓷球/金属球，循环球盘1内部设置有可将其内部空间等分为六个腔体的隔板5，六个腔体中相邻三个腔体中装有陶瓷球/金属球，另外相邻三个腔体没有装球，六个腔体靠近收尘仓2一侧均完全开放，收尘仓2始终处于竖直状态，在其内部装满紧密排列用于粉尘过滤的陶瓷球/金属球；并且收尘仓2上下端口设有开口，开口宽度与循环球盘的六个腔体开放一侧宽度 相对应或者稍小于各腔体开放一侧宽度 。使得陶瓷球/金属球能在收尘仓2与各腔体之间流动。收尘仓2中设置球盘转轴3，球盘转轴3始终处于整套装置两个同心圆柱的圆心线方向，球盘转轴3用于控制循环球盘1的旋转并引导高温含尘气体进入收尘仓2中。

球尘分离装置是一个将吸附若干灰尘的陶瓷球/金属球重新变为可以用于过滤的陶瓷球/金属球的设备，该装置由进气管、球尘分离区4、淋洗装置、干燥装置和出气管共同构成。

所述4所示，所述进气管一端与收尘仓2的出气口连通，进气管另一端与填充有小型陶瓷球/金属球的循环球盘1其中一腔体连通，该腔体同时作为陶瓷球/ 金属球除尘的球尘分离区4，与其位置对应另外的两个圆盘中腔体同样作为球尘分离区4，淋洗装置连接在填充有大型陶瓷球/金属球的循环球盘1的球尘分离区 4上，淋洗装置气体出口与干燥装置相连，随后净化并干燥的气体通过出气管与收尘仓2进气口连通。经收尘仓2再次过滤后洁净的气体通过进气管进入球尘分离区4，依次将三个圆盘中球尘分离区4的将陶瓷球/金属球表面的粉尘吹落并随着气流进入淋洗装置，粉尘在淋洗装置沉降之后与气流脱离，部分未沉降的粉尘随着出气管和气流一起重新进入收尘仓2进行二次过滤。

三个可旋转圆盘共用一个球尘分离装置，此球尘分离装置的进气口非完全贴合于循环球盘表面，进气口对应区域即为可旋转圆盘的球尘分离区，当循环球盘不断旋转进气口也会不断输送气体穿过球尘分离区，球尘分离区不固定。

通过本发明的除尘过程为：高温含尘气体首先从球盘转轴3(烟气管道)进入至装有大型陶瓷球/金属球的收尘仓2，随后依次进入装有中、小型陶瓷球/金属球的收尘仓2，进而实现过滤；如图7所示，无法继续进行过滤的陶瓷球/金属球在重力和球体间相互压力的作用下落入收尘仓2开口正下方的循环球盘1内的一个腔体内，这些球又在循环球盘1的带动下进入球尘分离装置进行球尘分离，随后当球体滚至收尘仓2最上方的腔体时又有一部分重新进入收尘仓2内，替换原来不能继续过滤的球体进而实现了球体的循环利用。其中被均分为六个腔体的循环球盘1在相对于球尘分离装置那一侧的3腔体中处于未装球状态，不能继续过滤的陶瓷球/金属球在被替换时进入这些未装球区域，此装置的除尘效率预计将大于99％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：包括球尘分离装置和多个沿着水平轴同轴设置的可旋转圆盘，每个圆盘均包含中间不可旋转的收尘仓(2)和与其同圆心设置包裹在收尘仓(2)外部的循环球盘(1)；

所述循环球盘(1)通过置于收尘仓(2)中的球盘转轴(3)安装在收尘仓(2)外部，循环球盘(1)能够相对收尘仓(2)转动，球盘转轴(3)用于支撑循环球盘(1)的旋转并将高温含尘气体引入收尘仓(2)中，各个可旋转圆盘的收尘仓(2)通过各自的球盘转轴(3)前后相互连通，各圆盘的循环球盘(1)中分别放置不同粒径大小的陶瓷球/金属球，从高温含尘气体进气方向各圆盘中陶瓷球/金属球按照从大到小放置；

所述循环球盘(1)内部设置有将其内部空间沿径向等分为六个腔体的隔板(5)，相邻三个腔体中装有陶瓷球/金属球，另外相邻的三个腔体没有装球或装少量陶瓷球/金属球，各腔体贴近收尘仓(2)的一侧均完全开放；在收尘仓(2)内部装满紧密排列的与各腔室中容积相同的陶瓷球/金属球并且收尘仓(2)上下两端均设有开口使得陶瓷球/金属球能在收尘仓(2)与循环球盘(1)的各腔体之间流动；

所述球尘分离装置包括进气管、球尘分离区(4)、除尘装置、干燥装置和出气管；所述进气管一端与收尘仓(2)的出气口连通，进气管另一端与出气口侧的循环球盘(1)其中一腔体连通，该腔体同时作为陶瓷球/金属球除尘的球尘分离区(4)，与其位置对应另外的其他各圆盘中腔体同样作为球尘分离区(4)，除尘装置连接在进气口侧的循环球盘(1)的球尘分离区(4)上，除尘装置气体出口通过出气管与进气口侧的收尘仓(2)进气口连通；

经收尘仓(2)过滤后洁净的气体通过进气管进入球尘分离区(4)，依次对各个圆盘中球尘分离区(4)的陶瓷球/金属球表面的粉尘吹落并随着气流进入除尘装置进行除尘，除尘后的气体再通过出气管和气流一起重新进入进气口侧的收尘仓(2)进行二次过滤。

2.如权利要求1所述的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：包括三个沿着水平轴同轴设置的可旋转圆盘，从高温含尘气体进气方向三个圆盘的循环球盘(1)中依次放置大型陶瓷球/金属球、中型陶瓷球/金属球和小型陶瓷球/金属球。

3.如权利要求2所述的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：所述大型陶瓷球/金属球、中型陶瓷球/金属球和小型陶瓷球/金属球的球径大小根据陶瓷膜元件中的支撑体层、中间过渡层和膜层的孔径进行选择。

4.如权利要求3所述的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：所述除尘装置采用淋洗装置进行粉尘与吹扫气体的分离。

5.如权利要求1-4任一项所述的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：所述收尘仓(2)上下两端开口宽度与各腔体开放一侧宽度 相同或者稍小于各腔体开放一侧宽度 。

6.如权利要求1-4任一项所述的动态陶瓷膜连续净化高温含尘气体的装置，其特征在于：所述球尘分离装置还包括干燥装置，干燥装置紧挨除尘装置，干燥装置气体出口通过出气管与进气口侧的收尘仓(2)进气口连通；除尘后的气体先通过干燥装置干燥，后再通过出气管和气流一起重新进入进气口侧的收尘仓(2)进行二次过滤。

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