CN114425207B - 气体除尘装置及其除尘填料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除尘填料，其包括：多排斜棱柱通道，其中每一个斜棱柱通道的底面为矩形，一组相对的侧面倾斜形成迎风面和背风面，另一组相对的侧面沿竖直方向延伸，相邻两排斜棱柱通道的倾斜方向相反；以及波纹板，其波峰贴附在斜棱柱通道的背风面上。本发明还公开了一种气体除尘装置，其包括本体；多个积垢盘；以及一层或多层除尘填料，每一层除尘填料设置在两个积垢盘之间。本发明的除尘填料的波纹板能够在斜棱柱通道中形成波浪流场流态，形成涡流，为细微粉尘附着、粉尘间的聚集提供时长及靠近距离，从而分离细微粉尘，当附着的灰团的重力大于附着力时由波纹板和迎风面坠落。本发明的气体除尘装置能够实现分级拦截与存储，除尘效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及气体除尘技术领域，尤其是去除细微粉尘的技术领域，特别涉及一种气体除尘装置及其除尘填料。
背景技术
化工工艺气中夹带粉尘会导致工艺装置结垢、堵塞，制约了化工装置稳定长周期运行。
目前化工气的除尘净化已经有了很多成熟技术，例如，机械除尘、湿法除尘、袋式除尘、电除尘以及静电布袋复合除尘等等。（1）机械除尘是利用降尘室、旋风分离器等机械装置进行除尘的方法，该方法对于颗粒较大的粉尘具有较好的效果，然而对于造成灰霾污染的2μm左右的粒子，其净化效率很低，而且对于微细颗粒而言，这一类除尘装置的二次扬尘问题严重，无法在当前对于微细颗粒的除尘效率要求越来越高的情况下有效发挥作用。（2）湿法除尘是利用喷淋塔、水膜除尘器或文丘里除尘器进行除尘的方法，常见于处理尘埃颗粒尺寸较大的气体，所缚集的颗粒可以通过和水形成泥浆而排出，该工艺对设备的要求较高，设备体积较大，投资较高，且带来了泥浆废液处理的问题。（3）袋式除尘的除尘效率很高，对粉尘的粒径范围波动的耐受性好，即使微细的粉尘也可成功获得很高的截留率，然而，袋式除尘的压降较大，对于风机等气体传输设备的动力载荷要求高，此外，目前常见的布袋难以耐受高温，对于废气中含有红热颗粒和阴燃颗粒的烧结烟气而言，使用布袋除尘常常发生“烧袋”事故。（4）电除尘也是当前非常常用和高效除尘手段，该方法是首先对气体中的粉尘荷电，而后通过电场力将其从气流中去除并固定在电极板表面的除尘方法。该方法可用于高温废气处理，且只有很小的压降阻力，但其缺点在于对粉尘的导电率、气体湿度都有一定要求，否则不能获得高的除尘率，此外该方法的一次性投资较高，运行成本高。
随着社会水平的不断进步与经济的不断发展，对于能源的需求也越来越多。煤气化工艺主要目的是为了能提高煤炭的使用效率，为生产提供更多的能源，例如，将煤炭转化制成甲醇或者合成气体，从而促进能源的使用，或将煤炭合成氨气以及油气混合体，从而推动煤层气的深层次利用。生产工艺决定了煤气化粗合成气中含有大量粉尘，需要经过多级除尘处理，实现气体的净化，然而，煤气化工艺产生的粉尘颗粒细小，有相当数量的粉尘颗粒度在0.1μm～1μm之间，对于粒径小于2μm的粒子，传统的除尘工艺净化效率很低，甚至无法去除，不得不在粗合成气转化反应器前设置除尘罐，采用固定床吸附过滤的方式拦截细小粉尘。当吸附床层空隙被填充后，除尘罐的压力降陡升，导致装置无法继续运行。停工撇头不但影响装置产能的利用，也会导致物耗、人工费用的增加，影响经济效益。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种气体除尘装置及其除尘填料，从而改善现有装置对气体中细微粉尘的去除效率较低或无法去除的问题。
本发明的另一目的在于，提供一种气体除尘装置，从而能够对含尘气体进行分级除尘，除尘效果更好。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种除尘填料，其包括：多排斜棱柱通道，其中每一个斜棱柱通道的底面为矩形，一组相对的侧面倾斜形成迎风面和背风面，另一组相对的侧面沿竖直方向延伸，相邻两排斜棱柱通道的倾斜方向相反；以及波纹板，其波峰贴附在斜棱柱通道的背风面上。
进一步，上述技术方案中，每一排斜棱柱通道由矩形波板和隔板围合而成。
进一步，上述技术方案中，矩形波板和波纹板为冲压制成，矩形波板和波纹板为金属板。
进一步，上述技术方案中，与同一个矩形波板相邻的两个矩形波板的开口方向相反。
进一步，上述技术方案中，斜棱柱通道的倾斜角小于所拦截粉尘的休止角，斜棱柱通道的倾斜角为15°~75°。
进一步，上述技术方案中，迎风面和背风面的宽度为2mm～100mm；斜棱柱通道的沿竖直方向延伸的侧面的宽度为5mm～200mm。
进一步，上述技术方案中，波纹板的波幅为1mm～100mm；波长为20mm～300mm；波纹板的波谷与迎风面的距离为2mm～80mm。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种气体除尘装置，其包括：本体，其包括筒体、上封头和下封头；多个积垢盘，其设置在上封头和筒体中，每一个积垢盘包括：塔盘板，其连接在本体上；以及多个积垢器，其均匀分布在塔盘板上；以及一层或多层如上述技术方案中任意一项的除尘填料，每一层除尘填料设置在两个积垢盘之间。
进一步，上述技术方案中，积垢器包括：内筒，其筒壁由过滤体围合而成，内筒的底端穿过塔盘板；外筒，其同轴套设在内筒外，外筒由多层环形折板堆叠而成，环形折板的横截面为倒V字型，外筒的底端与塔盘板相接；以及盖板，其盖设在内筒和外筒上，盖板与外筒的顶端相接，盖板与内筒的顶端之间留有过流通道。
进一步，上述技术方案中，盖板为圆锥型、圆台型或草帽型。
进一步，上述技术方案中，内筒为套筒，套筒由筛网制成，套筒的环形空间的厚度为10mm～500mm；环形空间中填充有积垢剂，积垢剂的当量直径为0.1mm～10mm；积垢剂填充的空隙率为5～75%。
进一步，上述技术方案中，环形折板的锥角为15°～150°，相邻的两个环形折板之间的距离为3mm～80mm。
进一步，上述技术方案中，过流通道的宽度为5mm～80mm。
进一步，上述技术方案中，设置在上封头中的积垢盘的尺寸大于其他积垢盘的尺寸。
进一步，上述技术方案中，当除尘填料为多层时，多层除尘填料的波纹板的波幅和波长由上至下逐渐减小。
进一步，上述技术方案中，气体除尘装置用于煤合成气除尘。
化工工艺气中夹带粉尘具有很好的粘附性和聚集性。粉尘粘附性是指不同分子间产生的引力，如粉体粒子与器壁间的粘附；粉尘聚集性是指同分子间产生的引力，如粉体粒子之间发生粘附而形成聚集体。粉尘粘附性和聚集性与粉尘物性和气体运动状态有关。一般情况下，粉尘粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好及荷电量大时，易于产生粘附现象。对于煤化工过程形成的粉尘，Fe、Na、Ca三种矿物元素以及粉尘颗粒粒径较小、比表面积大等因素，导致粉尘具有很好的粘附性。粉尘粘附性和聚集性在干燥状态下主要是由于分子力（范德华力）与静电力（库仑力）发挥作用，在润湿状态下主要依赖于粉尘表面存在水分形成液体桥或固体桥发挥作用。
气体流态对粉尘粘附与聚集产生较大影响：器壁附近因流速低和分子力（范德华力）作用下极易产生粘附现象；流线转弯处形成涡流，粉尘在气体分子的撞击下脱离流线，像气体分子一样作布朗运动，在分子力作用下产生粘附现象。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 除尘填料的波纹板能够在斜棱柱通道中形成波浪流场流态，形成涡流流域，为细微粉尘附着、粉尘间的聚集提供时长及靠近距离，从而将细微粉尘从气体中分离，当附着的聚集灰团的重力大于附着力时由波纹板和斜棱柱通道的迎风面坠落。
2. 矩形波板和波纹板为金属板冲压而成，能够应用于高温、高压等苛刻条件。
3. 积垢器的内筒将气体除尘装置的本体的轴向圆形过流域，整流为多个圆柱体过流域，增大了过流面积，降低气相流速。积垢器的环形折板将气相向下垂直流态整流为水平流线，为较大颗粒度的粉尘飘落塔盘板提供折流流态；气相在流经环形折板时形成涡流流态，为细小粉尘附着、粉尘间的聚集提供时长及靠近距离；积垢器的内筒通过适宜的空隙率对气相形成阻挡，为圆柱体过流域的形成提供了出口限制条件。
4. 在本发明的气体除尘装置中，气体经过上封头中的积垢盘时，积垢器的外筒采用折流降速，较大颗粒度的粉尘飘落在塔盘板上，气相中的粉尘完成第一批次沉积与存储；积垢器的环形折板构成的外筒构建适宜粉尘粘附和聚集的流场流态，在粉尘范德华力作用下附着于环形折板上，粉尘在库伦力作用下在环形折板上聚集，当聚集后的灰团重力大于附着力时坠落，环形折板的锥角小于粉尘滑移的休止角，灰团滑移坠落在塔盘板上，气相中的粉尘完成第二批次的沉积与存储；除尘填料的波纹板能够在斜棱柱通道中形成波浪流场流态，形成涡流流域，为细微粉尘附着、粉尘间的聚集提供时长及靠近距离；由除尘填料下落的粉尘和气体进入其下方的积垢盘区域，积垢器的环形折板构成的外筒构建适宜粉尘粘附和聚集的流场流态，在粉尘范德华力作用下附着于环形折板上，粉尘在库伦力作用下在环形折板上聚集，当灰团重力大于附着力时坠落，环形折板的锥角小于粉尘滑移的休止角，灰团滑移坠落在塔盘板上，气相中的粉尘完成第三批次的沉积与存储。从而实现对不同颗粒度的粉尘进行分级拦截与存储，能够达到更好的除尘效果。
5. 气体除尘装置中的多个积垢盘通过位置及尺寸的设置，能够实现不同的主要功能。例如，在上封头中的积垢盘主要用于拦截灰尘，实现较大颗粒的除尘，利用闲置的设备空间，延长了设备的运行周期；设置在除尘填料下方的积垢盘，其功能主要在于沉积与存储由除尘填料下落的细微粉尘，避免扬尘。
6. 积垢器的盖板与内筒之间留有过流通道，随着装置运行时间延长，堆积在塔盘上的粉尘越来越多，内筒被淹没，气相会经此过流通道流入内筒内部再由内筒底端向下游流出，避免积垢盘淹没而阻断气相流动。即，积垢盘的内筒失去积垢能力后仍可作为气相通道使用，过流通道的截面足够大，避免引起除尘装置的压力降升高。
7. 本发明的气体除尘装置结构简单、压力降小，能够拦截、存储气相中的细微粉尘，尤其适用于煤气化粗合成气夹带飞灰的分离。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的气体除尘装置的结构示意图。
图2是根据本发明的一实施方式的积垢器的结构示意图。
图3是根据本发明的一实施方式的除尘填料的结构示意图。
图4是根据本发明的一实施方式的除尘填料的局部放大结构示意图。
图5是根据本发明的一实施方式的斜棱柱通道的局部结构示意图，其中未示出波纹板。
主要附图标记说明：
10-气体除尘装置，11-筒体，12-上封头，121-气相入口管，13-下封头，131-气相出口管，20-积垢盘，21-积垢器，211-外筒，2111-环形折板，212-内筒，213-盖板，214-过流通道，22-塔盘板，30-除尘填料，31-斜棱柱通道，311-迎风面，312-背风面，32-波纹板，33-矩形波板，34-隔板，40-入口扩散器，50-出口收集器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1至图2所示，根据本发明具体实施方式的气体除尘装置10，其包括本体，本体包括筒体11、上封头12和下封头13。在上封头12和筒体11中设置有多个积垢盘20，两个积垢盘20之间设有一层除尘填料30。每一个积垢盘20包括连接在本体上的塔盘板22以及多个积垢器21。积垢器21均匀分布在塔盘板22上。工作时，气相携带粉尘自气体除尘装置10的气相入口管121进入，经入口扩散器40将气相导流至气体除尘装置10的上封头12中的积垢盘20。气相依次流经各个积垢盘20和除尘填料30后，经出口收集器50由气相出口管131排出。入口扩散器40和出口收集器50可选用现有技术中的结构，在此不再赘述。
如图3至图5所示，根据本发明具体实施方式的除尘填料30包括多排斜棱柱通道31，其中每一个斜棱柱通道31的底面为矩形，一组相对的侧面倾斜形成迎风面311和背风面312，另一组相对的侧面沿竖直方向延伸。相邻两排斜棱柱通道31的倾斜方向相反（请参见图5所示）。波纹板32的波峰贴附在斜棱柱通道31的背风面312上。当气流由上至下流动时，仅在波纹板32与迎风面311之间的区域流过，不会流入波纹板32与背风面312之间的区域。夹带细微粉尘的气相进入除尘填料30，气相流经除尘填料30时在波纹板32的作用下，产生涡流，为超细粉尘附着、粉尘间的聚集提供时长及靠近距离。超细粉尘在范德华力作用下附着于波纹板32上，超细粉尘在库伦力作用下在波纹板32上聚集，形成聚集体（灰团），当灰团重力大于附着力时坠落至除尘填料30的斜棱柱通道31的迎风面311上，迎风面311呈一定倾角，该倾角小于粉尘滑移休止角，灰团滑移坠落。
结合图5所示，在本发明的一个或多个实施方式中，每一排斜棱柱通道31由矩形波板33和隔板34围合而成。优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，矩形波板33和波纹板32均为金属板通过冲压制成，从而能够适应高温高压的工作环境。优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，与同一个矩形波板33相邻的两个矩形波板33的开口方向相反。应了解的是，本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际需要选择斜棱柱通道的材料和制造方法，例如，在常温常压工况下采用塑料等非金属材质，或铝等延展性好的其他金属材料，成型的方式可采用模压等。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，斜棱柱通道31的倾斜角小于所拦截粉尘的休止角，斜棱柱通道31的倾斜角可以为15°~75°，优选可以为30°~60°，本发明并不以此为限，斜棱柱通道31的倾斜角度可以根据所拦截粉尘的休止角大小来设置。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，迎风面311和背风面312的宽度为2mm～100mm，优选为5mm～30mm；斜棱柱通道31的沿竖直方向延伸的侧面的宽度为5mm～200mm，优选为20mm～80mm。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，波纹板32的波幅为1mm～100mm，优选为3mm～60mm；波长为20mm～300mm，优选为30mm～220mm；波纹板32的波谷与迎风面311的距离为2mm～80mm，优选为5mm～30mm。
结合图2所示，在本发明的一个或多个实施方式中，积垢器21包括内筒212，其筒壁由过滤体围合而成，内筒212的底端穿过塔盘板22。外筒211同轴套设在内筒212外，外筒211由多层环形折板2111堆叠而成。环形折板2111的横截面为倒V字型，外筒211的底端与塔盘板22相接。盖板213盖设在内筒212和外筒211上，盖板213与外筒211的顶端相接，盖板213与内筒212的顶端之间留有过流通道214。气相流经环形折板2111时形成波浪型流线流态，每层环形折板2111都会形成三个或多个涡流域，含粉尘气相进入涡流区，涡流与环形折板2111间存在零流速层，粉尘在范德华力作用下粘附于环形折板2111表面，涡流中的粉尘在静电力作用下产生聚集，粉尘粒子长大，在涡流离心力作用下进入涡流边缘区，继续实现粘附与聚集过程。气相携带的粉尘流经多个涡流域，形成循环多次的“靠近-粘附”过程，粉尘得以粘附、聚集。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，盖板213可以为圆锥型、圆台型或草帽型。应了解的是，图中所示盖板213为草帽型，但是本发明并不以此为限。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，内筒212为套筒，套筒由筛网制成，套筒的环形空间的厚度为10mm～500mm，优选为100mm~300mm；环形空间中填充有积垢剂，积垢剂的当量直径为0.1mm～10mm，优选为1mm~5mm；积垢剂填充的空隙率为5～75%，优选为15~55%，更进一步优选为15~35%。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，环形折板的锥角为15°～150°，优选为30°～90°，相邻的两个环形折板之间的距离为3mm～80mm，优选为8mm～28mm。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，过流通道的宽度为5mm～80mm，优选为12mm～30mm。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，设置在上封头12中的积垢盘20的尺寸大于其他积垢盘20的尺寸。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，当除尘填料30为多层时，多层除尘填料30的波纹板32的波幅和波长由上至下逐渐减小，以适配粉尘颗粒度逐步减小的需要。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，气体除尘装置适用于煤合成气除尘，特别适用于煤气化粗合成气夹带飞灰的分离。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种除尘填料，其特征在于，包括：
多排斜棱柱通道，其中每一个所述斜棱柱通道的底面为矩形，一组相对的侧面倾斜形成迎风面和背风面，另一组相对的侧面沿竖直方向延伸，相邻两排所述斜棱柱通道的倾斜方向相反，每一排所述斜棱柱通道由矩形波板和隔板围合而成；以及
波纹板，其波峰贴附在所述斜棱柱通道的背风面上。
2.根据权利要求1所述的除尘填料，其特征在于，所述矩形波板和所述波纹板为冲压制成，所述矩形波板和所述波纹板为金属板。
3.根据权利要求1所述的除尘填料，其特征在于，与同一个所述矩形波板相邻的两个所述矩形波板的开口方向相反。
4.根据权利要求1所述的除尘填料，其特征在于，所述斜棱柱通道的倾斜角小于所拦截粉尘的休止角，所述斜棱柱通道的倾斜角为15°~75°。
5.根据权利要求1所述的除尘填料，其特征在于，所述迎风面和所述背风面的宽度为2mm～100mm；所述斜棱柱通道的沿竖直方向延伸的侧面的宽度为5mm～200mm。
6.根据权利要求1所述的除尘填料，其特征在于，所述波纹板的波幅为1mm～100mm；波长为20mm～300mm；所述波纹板的波谷与所述迎风面的距离为2mm～80mm。
7.一种气体除尘装置，其特征在于，包括：
本体，其包括筒体、上封头和下封头；
多个积垢盘，其设置在所述上封头和所述筒体中，每一个所述积垢盘包括：
塔盘板，其连接在所述本体上；以及
多个积垢器，其均匀分布在所述塔盘板上；以及
一层或多层如权利要求1~6中任意一项所述的除尘填料，每一层所述除尘填料设置在两个所述积垢盘之间。
8.根据权利要求7所述的气体除尘装置，其特征在于，所述积垢器包括：
内筒，其筒壁由过滤体围合而成，所述内筒的底端穿过所述塔盘板；
外筒，其同轴套设在所述内筒外，所述外筒由多层环形折板堆叠而成，所述环形折板的横截面为倒V字型，所述外筒的底端与所述塔盘板相接；以及
盖板，其盖设在所述内筒和所述外筒上，所述盖板与所述外筒的顶端相接，所述盖板与所述内筒的顶端之间留有过流通道。
9.根据权利要求8所述的气体除尘装置，其特征在于，所述盖板为圆锥型、圆台型或草帽型。
10.根据权利要求8所述的气体除尘装置，其特征在于，所述内筒为套筒，所述套筒由筛网制成，所述套筒的环形空间的厚度为10mm～500mm；所述环形空间中填充有积垢剂，所述积垢剂的当量直径为0.1mm～10mm；所述积垢剂填充的空隙率为5～75%。
11.根据权利要求8所述的气体除尘装置，其特征在于，所述环形折板的锥角为15°～150°，相邻的两个环形折板之间的距离为3mm～80mm。
12.根据权利要求8所述的气体除尘装置，其特征在于，所述过流通道的宽度为5mm～80mm。
13.根据权利要求7所述的气体除尘装置，其特征在于，设置在所述上封头中的所述积垢盘的尺寸大于其他所述积垢盘的尺寸。
14.根据权利要求7所述的气体除尘装置，其特征在于，当所述除尘填料为多层时，多层所述除尘填料的波纹板的波幅和波长由上至下逐渐减小。
15.根据权利要求7所述的气体除尘装置，其特征在于，所述气体除尘装置用于煤合成气除尘。
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