CN114425209A - 积垢盘和捕集气体中固体物质的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种积垢盘和捕集气体中固体物质的装置，所述积垢盘包括塔盘板和设置于塔盘板上的积垢器；所述捕集气体中固体物质的装置包括上封头、壳体和下封头，装置内部设置有积垢盘，通过设置具有阻挡均流功能的积垢盘，构建适宜固体物质粘附和聚集的流场流态，对气体中的固体物质进行拦截、捕集与存储，实现气体净化且保证装置的长周期稳定运行。本发明提供的捕集气体中固体物质的装置结构简单、使用过程中压力降小，可以稳定长周期运转，适用于拦截、存储气相中的粉尘。
Description
技术领域
本发明属化学工程技术领域，涉及一种积垢盘和捕集气体中固体物质的装置。
背景技术
大多数化工工艺生产过程中都会产生工艺过程气，随着环保法规对排放标准要求的提高，这部分气体需要在外排之前先脱除其中的固体颗粒和/或对其进行净化处理。如燃煤发电厂生产过程中产生的烟气离开烟囱之前必须脱除其中的飞灰。化工生产过程产生的气体中夹带固体粉尘会导致装置结垢、堵塞，严重制约装置长周期稳定运行。这部分气体中夹带的粉尘具有良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；粉尘凝聚性是指相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，更容易产生粘附现象。对于煤化工工艺过程中形成的粉尘，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。
气体流动形态对粉尘的粘附与聚集会产生较大影响，在反应器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，象气体分子一样作布朗运动，在分子力作用下产生粘附现象。
目前对于化工生产过程中产生的气体除尘净化处理已有很多成熟技术，主要包括机械除尘、湿法除尘、袋式除尘、电除尘以及静电布袋复合除尘等。其中，（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，该方法对于颗粒较大的粉尘具有较好的处理效果，然而对于造成灰霾污染的2 μm左右大小的粒子，其净化处理效率很低，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）电除尘也是当前常用的一种高效除尘手段，它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盒运行成本均较高。
随着社会水平的进步与经济的发展，对于能源的需求也越来越多。煤气化工艺的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，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，从而推动我国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来实现气体的净化，然而，对于粒径2 μm以下的粒子，其净化效率很低，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。
发明内容
目前已有的气体除尘净化处理手段无法对气体中粒径小于2 μm的固体物质粒子进行有效处理，处理装置极易发生堵塞进而产生压降导致装置无法长周期稳定运行，处理效率低。针对上述技术问题，发明人在研究过程中提出一种分级处理理念以提高分离效率，按照气体中固体物质颗粒大小依序完成大颗粒、小颗粒、细微颗粒的分级处理，通过构造可以使气体形成涡流流态的结构组件，给气体中固体物质提供近距离接触部件表面的机会或者提高接触以贴附固体物质的几率，为发挥范德华力（物体与气体中固体物质之间作用力），库伦力（气体中固体物质彼此之间吸引力）提供贴近条件，实现粉尘粘附与聚集，形成具有一定重量的灰团完成分离。
针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种捕集气体中固体物质的装置，通过设置具有阻挡均流功能的积垢单元，利用气体中固体物质的粘附性和聚集性，构建适宜固体物质粘附和聚集的流场流态，对气体中的固体物质进行拦截、捕集与存储，实现气体净化且保证装置的长周期稳定运行。本发明提供的捕集气体中固体物质的装置结构简单、使用过程中压力降小，可以稳定长周期运转，适用于拦截、存储气相中的粉尘，可以适用于处理含有粒径2 μm以下的固体物质的气体；尤其适用于煤气化粗合成气夹带飞灰的分离。
本发明第一方面提供一种积垢盘，所述积垢盘包括塔盘板和设置于塔盘板上的积垢器；所述积垢器包括过滤体，折流分离体和盖板。
上述积垢盘中，所述塔盘板上设置有1个以上的积垢器，具体积垢器设置数量本领域技术人员可以根据实际需要自行确定，属于本领域技术人员应该具备的基本技能。当设置2个以上积垢器时，若干个积垢器在塔盘板上均匀排列，具体可以采用正方形排列、正三角形排列、圆形排列等方式进行排列。
上述积垢盘中，所述过滤体为套筒环形柱状结构，过滤体的下端穿设于塔盘板，所述过滤体具体包括内筒体、外筒体和设置于内筒体与外筒体之间环形空间内的积垢填料；内筒体和外筒体之间的厚度为10mm～500mm，优选100mm～300mm；进一步优选内筒体和外筒体等高，两者套装在一起，由筛网制成。所述积垢填料的当量直径为0.1mm～10mm，优选1mm～5mm。所述积垢填料的形状可以为球形、多边形或三角形中的一种或几种。所述填料具体可以采用惰性填充材料，所述惰性填充材料可以是惰性氧化铝瓷球、多孔陶瓷颗粒等中的任意一种或几种。
上述积垢盘中，所述环形柱状过滤体具有适宜的空隙率，一般情况下空隙率可以为5～75%，优选为15～55%，更进一步优选为15～35%；对气相流动形成阻挡，从而达到限制气相流速、改变气相流向的作用。
上述积垢盘中，所述折流分离体为环形折板柱状结构，由若干层环形折板堆叠而成，环形折板的横截面为倒V字型；所述环形折板锥角为15°～150°，优选30°～90°；相邻两块环形折板之间的距离为3mm～80mm，优选8mm～28mm。
上述积垢盘中，所述环形折板倾角大于气体中固体物质的休止角，如此设置可以加速固体物质颗粒聚集体沿折板表面滑落。
上述积垢盘中，所述折流分离体为环形折板柱状结构，气体物料流经环形折板时形成若干层波浪型气相流线，在转弯处形成涡流，气体物料中的固体物质在气体分子的撞击下脱离气相流线，像气体分子一样作布朗运动，器壁附近因流速低和在分子力（范德华力）作用下，固体物质粒子与环形折板间极易产生粘附现象；随着固体物质的聚集，体积逐渐增大，当固体颗粒的重力大于粘附力时，固体颗粒聚集体会从环形折板上剥离，坠落到塔盘上；随着固体颗粒在环形折板上表面的聚集，当固体颗粒重力大于滑移阻力时固体颗粒聚集体会沿环形折板表面滑落，坠落到塔盘上，至此完成粉尘的拦截与存储。
上述积垢盘中，所述盖板位于折流分离体和过滤体的上方并遮挡所述折流分离体和过滤体，折流分离体顶端与盖板相连接，折流分离体底端与塔盘板连接；折流分离体同轴套设于过滤体外部，且折流分离体与过滤体之间留有一定距离，这个环隙空间可以用于储存捕集下来的固体物质；即按照与气体物料接触顺序，气体先经过折流分离体，然后再经过过滤体。
上述积垢盘中，所述盖板为圆锥型、圆台型或草帽型。
上述积垢盘中，所述盖板的横截面积不小于折流分离体的横截面积。
上述积垢盘中，所述盖板与过滤体上端之间留有一定的间隙，这个间隙可以作为过滤体堵塞后的气体流通通道使用，气体流通通道宽度为5mm～120mm，优选20mm～80mm；主要是当拦截的固体物质足够多、甚至淹没积垢器时，积垢盘失去拦截粉尘功能，但盖板与过滤体上端之间的空间仍然可以作为气体物料通道使用，不会产生压力降，保持装置长周期稳定运行。
上述积垢盘中，所述连接的方式可以采用本领域现有任何可以实现连接方式中的一种，如可以采用连接件连接，也可以采用焊接。具体的可以螺栓连接、螺丝连接、卡扣连接、焊接等任一种方式。
本发明第二方面提供一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、壳体和下封头；其中装置内部设置有一层以上如上所述的积垢盘，当设置于一层积垢盘时，优选设置于上封头内。
本发明第三方面提供一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、壳体和下封头；其中装置内部设置有一层以上如上所述的积垢盘、以及保护剂床层，所述保护剂床层设置于相邻两层积垢盘之间。
进一步，保护剂床层中装填鸟巢保护剂，所述鸟巢保护剂包括筒体和若干条筋板，若干条筋板相互交叉形成网格状，交叉点形成若干个锐角。
进一步，上述捕集气体中固体物质的装置中设置不同规格的鸟巢保护剂床层，深度分离超细粉尘，进一步优选按照气相物料流动方向，保护剂床层空隙率逐渐减小。
本发明第四方面提供一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、下封头和筒体；所述装置内部设置有多层如上所述的积垢盘、除尘填料、以及保护剂床层，所述相邻两层积垢盘之间设置有除尘填料或保护剂床层，且除尘填料设置于保护剂床层上方，具体的当设置三层积垢盘、除尘填料、保护剂床层时，按照物料流动方向依次为第一层积垢盘，除尘填料、第二层积垢盘，保护剂床层和第三层积垢盘。
进一步的，上述捕集气体中固体物质的装置中，所述除尘填料包括：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，每一排斜棱柱通道由矩形波板和隔板围合而成。
进一步，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，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，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，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，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。
进一步，当除尘填料设置多层时，按照与气体物料接触方向多层除尘填料的波纹板的波幅和波长由逐渐减小，以适配粉尘颗粒度逐步减小的需要。
上述捕集气体中固体物质的装置中，所述装置设置有气相入口和气相出口，优选气相入口设置于上封头上，气相出口设置于下封头上；进一步优选气相入口处设置有入口扩散器，所述入口扩散器可以采用本领域现有能够实现将气体物料分散均匀的设备中的任一种，如可以采用挡板式扩散器、列管式扩散器、锥型挡板式扩散器的一种或几种。更进一步优选所述出口上方设置有出口收集器，所述出口收集器可以采用本领域现有能够实现将气体物料收集的设备中的任一种，所述出口收集器一般设置于下封头中。
本发明第五方面提供一种上述捕集气体中固体物质的装置在煤气化粗合成气除尘中的应用，将煤气化粗合成气通过上述装置，处理后得到净化煤气化合成气。
与现有技术相比，本发明提供的积垢盘和捕集气体中固体物质的装置具有如下优点：
1、本发明通过设置积垢盘，采用环形柱状过滤体对气相实施阻挡限流，将原来的轴向圆形过流域整流为以积垢器柱体外表面为过流区的水平过流域，极大地提高了气相过流面积，实现对气相均流的同时降低了气相流速，为气相中的固体物质提供了充足的粘附和聚集时间，促进粉尘的粘附和聚集，提高了处理效率。
2、本发明所述积垢盘通过设置由若干层环形折板构成的折流分离体，为气相中的固体物质提供了极大的附着面积和聚集空间，增加了固体物质的粘附几率。且积垢器的环形折板的倾角大于粉尘休止角，随着粉尘聚集体的逐步增大，其重力大于粘附力时粉尘自行坠落至塔盘板上，具有很好的自清理功能，防止积垢器过早堵塞失去积垢功能。
3、本发明所述积垢盘中设置若干个积垢器，其外侧采用环形折板柱结构，气相流经环形折板柱时形成若干层波浪型气相流线，气相在转弯处形成涡流，每层环形折板都会形成若干个涡流域，若干层环形折板构成的环形折板柱、若干个积垢器构造出数量庞大的涡流域，为气体中固体物质粘附和聚集提供了热泳力，固体物质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，器壁附近因流速低和分子力（范德华力）作用下，粉体粒子与环形折板间极易产生粘附现象；随着粉尘的聚集，体积增大，当重力大于粘附力时，粉尘聚集体会从环形折板上剥离，坠落到塔盘上；随着粉尘在环形折板上表面的聚集，当重力大于滑移阻力时粉尘聚集体会延环形折板表面滑落，坠落到塔盘板上，至此完成粉尘的拦截与存储。
4、本发明所述捕集气体中固体物质的装置中，积垢盘可以设置在上封头内，将原来闲置的设备空间用于拦截、存储粉尘，与保护剂床层空隙空间相比，可达保护剂空隙空间的数倍，提高了设备的空间利用率，并极大地延长了设备运行周期。且装置结构简单、压力降小，适用于拦截、存储气相中的粉尘，尤其适用于煤气化粗合成气夹带飞灰的分离。
5、本发明捕集气体中固体物质的装置中，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。
6、本发明捕集气体中固体物质的装置中，除尘填料的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。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式捕集气体中固体物质的装置结构示意图。
图2是积垢器结构示意图。
图3是积垢器外观结构图。
图4是积垢器流场流态示意图。
图5是鸟巢保护剂结构示意图。
图6是本发明第二种种实施方式捕集气体中固体物质的装置结构示意图。
图7是本发明第三种种实施方式捕集气体中固体物质的装置结构示意图。
图8是除尘填料的结构示意图。
图9是除尘填料的局部放大结构示意图。
图10是斜棱柱通道的局部结构示意图，其中未示出波纹板。
具体实施方式
下面通过结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的具体情况，但不限于下述的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”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。此外，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。
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“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2-图4所示，本发明提供一种积垢盘，所述积垢盘 3包括塔盘板31和设置于塔盘上的若干个积垢器30，若干个积垢器30在塔盘板31上均匀排列，具体可以采用正方形排列、正三角形排列等方式进行排列。
所述积垢器30包括盖板303、折流分离体304和穿设于塔盘的过滤体305；所述盖板303位于折流分离体304和过滤体305的上方并遮挡所述折流分离体304和过滤体305，保证气相物料经折流分离体304进入积垢器，折流分离体304顶端与盖板303连接，折流分离体304底端固定于塔盘301上；折流分离体304同轴套设于过滤体305外部，且折流分离体304与过滤体305之间留有一定距离，这个环隙空间可以用于储存捕集下来的固体物质；即按照与气体物料接触顺序，气体先经过折流分离体304，然后再经过过滤体305。
所述折流分离体304为环形折板柱状结构，由若干片倒V字型环形折板叠罗而成，所述倒V字型环形折板锥角为15°～150°，优选30°～90°；相邻两块环形折板之间的间距为3mm～80mm，优选8mm～28mm。所述环形折板倾角大于气体中固体物质的休止角，如此设置可以加速固体物质颗粒聚集体沿折板表面滑落。
所述过滤体305为套筒环形柱状结构，过滤体305的下端穿设于塔盘板31，所述过滤体305包括内筒体307、外筒体308和设置于内筒体与外筒体之间环形空间内的积垢填料306，所述过滤体305为环形柱状；内筒体307和外筒体308之间的宽度为10mm～500mm，优选100mm～300mm；进一步优选内筒体307和外筒体308等高，两者套装在一起，由筛网制成；所述内筒体307与塔盘301之间是贯通的，作为气体通道使用；所述环形柱状过滤体具有适宜的空隙率。
所述盖板303与过滤体305上端之间留有一定的间隙，这个间隙可以作为过滤体305堵塞后的气体流通通道使用，一般情况下间隙高度为5mm～200mm，优选为20mm～120mm；主要是当拦截的固体物质足够多、甚至淹没积垢器时，积垢盘失去拦截粉尘功能，但盖板303与过滤体305上端之间的空间仍然可以作为气体物料通道使用，不会产生压力降，保持装置长周期稳定运行。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，盖板303可以为圆锥型、圆台型或草帽型。应了解的是，图中所示盖板303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，设置在上封头4中的积垢盘3的尺寸大于其他积垢盘3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，当保护剂床层为多层时，多层保护剂床层6的规格按照气相物料流动方向，保护剂床层的空隙率逐渐减小。
本发明捕集气体中固体物质的装置积垢盘的工作过程如下，含有固体物质的气体自气相入口进入并经入口扩散器将气体导流至装置的整个截面流域，然后经盖板遮挡后气体经折流分离体进入积垢单元，气体在折流分离体的挡板作用下形成波浪型流线流态，每层环形折板都会形成若干个涡流区，气体中的固体物质在热泳力作用下进入涡流区，气体物料中的固体物质在气体分子的撞击下脱离气相流线，像气体分子一样作布朗运动，固体物质在范德华力作用下与折板之间极易产生粘附现象，粘附于折板表面，涡流区中的固体物质在静电力作用下发生聚集并逐渐长大，然后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。气体中的固体物质流经多个涡流区，形成循环多次的“靠近－粘附”过程，固体物质得以粘附、聚集。当粘附的固体物质聚集体足够大时，折板的倾角大于气体中固体物质休止角，当固体颗粒重力大于滑移阻力时固体颗粒聚集体会沿环形折板表面滑落，坠落并堆积于塔盘上，完成固体物质的第一次拦截与存储。
经折流分离体处理后的气体进一步进入环形柱状过滤体，过滤体具有适宜的空隙率，对气相流动形成阻挡，从而达到限制气相流速、改变气相流向的作用，将气相原来自上而下的轴向流场，构造为水平流向，增大气相过流面积，降低了气相流速。环形柱状过滤体装填的填料为散堆颗粒，形成了弯曲的孔道，气相流经环形柱状过滤体时，气体中的固体物质沉积在填料床层内，实现对极细微固体物质的进一步拦截。
如图1所示，本发明提供一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头4、壳体5和下封头7；所述上封头上设置有气相入口1，所述气相入口下方还可以设置有入口扩散器2，下封头上设置有气相出口9，气相出口9上方设置有出口收集器8；装置内部设置有积垢盘3，所述积垢盘3设置于上封头4内和/或壳体5中，优选设置于上封头4内，设置在上封头4中的积垢盘3的尺寸大于设置于壳体内的其他积垢盘3的尺寸，积垢盘3下方设置有保护剂床层6。
如图5和图6所示，本发明还提供第二种实施方式的捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头4、壳体5和下封头7；所述上封头上设置有气相入口1，所述气相入口下方还可以设置有入口扩散器2，下封头上设置有气相出口9，气相出口9上方设置有出口收集器8；装置内部设置有积垢盘3，所述积垢盘3设置于上封头4内和/或壳体5中，优选设置于上封头4内，设置在上封头4中的积垢盘3的尺寸大于设置于壳体内的其他积垢盘3的尺寸，相邻两个积垢盘3之间设置有保护剂床层6，所示保护剂床层6中装填鸟巢结构保护剂，其由筒体及若干条筋板构成，筋板相互交叉形成网格状，交叉点形成若干个锐角。
如图7所示，本发明还提供第三种实施方式的捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头4、壳体5和下封头7；所述上封头上设置有气相入口1，所述气相入口下方还可以设置有入口扩散器2，下封头上设置有气相出口9，气相出口9上方设置有出口收集器8；装置内部设置有积垢盘3，所述积垢盘3设置于上封头4内和/或壳体5中，优选设置于上封头4内，设置在上封头4中的积垢盘3的尺寸大于设置于壳体内的其他积垢盘3的尺寸，相邻两个积垢盘3之间设置有除尘填料10或保护剂床层6，且除尘填料10设置于保护剂床层6上面，所示保护剂床层6中装填鸟巢结构保护剂，其由筒体及若干条筋板构成，筋板相互交叉形成网格状，交叉点形成若干个锐角。如图8至图10所示，根据本发明具体实施方式的除尘填料10包括多排斜棱柱通道101，其中每一个斜棱柱通道61的底面为矩形，一组相对的侧面倾斜形成迎风面1011和背风面1012，另一组相对的侧面沿竖直方向延伸。相邻两排斜棱柱通道101的倾斜方向相反（请参见图8所示）。波纹板102的波峰贴附在斜棱柱通道101的背风面1012上。当气流由上至下流动时，仅在波纹板102与迎风面1011之间的区域流过，不会流入波纹板102与背风面1012之间的区域。夹带细微粉尘的气相进入除尘填料10，气相流经除尘填料10时在波纹板102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102上，超细粉尘在库伦力作用下在波纹板102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10的斜棱柱通道101的迎风面1011上，迎风面1011呈一定倾角，该倾角小于粉尘滑移休止角，灰团滑移坠落。
随着装置运行周期的延长，堆积在塔盘上的固体物质越来越多，最终会淹没积垢器，气体会经盖板与环形柱状过滤体上端间的间隙流动至积垢单元下方的保护剂床层，在盖板与环形柱状过滤体上端间留有间隙可以保证不会因积垢盘淹没而阻断气相的流动，即当积垢盘失去积垢能力后作为气相通道使用。盖板与环形柱状过滤体上端间形成的气相通道，其截面积足够大，不会引起整个装置压力降的升高。气相最后进入保护剂床层，保护剂床层具有“过滤”功能，可以进一步拦截、存储气体中的固体物质，当采用鸟巢结构保护剂床层时，粉尘具有架桥特性，在鸟巢保护剂筋板交叉形成的锐角处形成架桥效应，实现粉尘的沉积；随着运行周期的推进，粉尘在范德华力作用下附着、架桥，在库伦力作用下聚集；细小粉尘聚团长大，当灰团脱落时被气相推送，鸟巢保护剂床层下方设置积垢盘，为灰团提供低流速工况，并在积垢盘上方形成滞流层，利于粉尘灰团的拦截与存储，实现细微颗粒粉尘的分离设置不同规格的鸟巢保护剂床层，深度分离超细粉尘。净化后的气相自下封头上设置的出口收集器及气相出口流出，至此完成气相的除尘净化过程。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，所述捕集气体中固体物质的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 (27)
1.一种积垢盘，所述积垢盘包括塔盘板和设置于塔盘板上的积垢器，所述积垢器包括过滤体，折流分离体和盖板；其中：
所述过滤体为套筒环形柱状结构，过滤体的下端穿设于塔盘板，所述过滤体包括内筒体、外筒体和设置于内筒体与外筒体之间环形空间内的积垢填料；
所述折流分离体为环形折板柱状结构，由若干层环形折板堆叠而成，环形折板的横截面为倒V字型，折流分离体同轴套设于过滤体外部；
所述盖板位于折流分离体和过滤体的上方并遮挡所述折流分离体和过滤体，折流分离体顶端与盖板相连接，折流分离体底端与塔盘板相连接。
2.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述内筒体和外筒体之间的厚度为10mm～500mm，优选100mm～300mm；进一步优选内筒体和外筒体等高，两者套装在一起，由筛网制成。
3.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述积垢填料的当量直径为0.1mm～10mm，优选1mm～5mm；所述积垢填料的形状为球形、多边形或三角形中的一种或几种。
4.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述过滤体空隙率为5～75%，优选为15～55%，更进一步优选为15～35%。
5.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述环形折板锥角为15°～150°，优选30°～90°；相邻两块环形折板之间的距离为3mm～80mm，优选8mm～28mm。
6.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述环形折板倾角大于气体中固体物质的休止角。
7.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述盖板为圆锥型、圆台型或草帽型。
8.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述盖板的横截面积不小于折流分离体的横截面积。
9.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述盖板与过滤体上端之间留有一定的间隙，作为过滤体堵塞后的气体流通通道使用，气体流通通道宽度为5mm～120mm，优选20mm～80mm。
10.按照权利要求1所述的积垢盘，其中，所述塔盘板上设置有1个以上的积垢器，积垢器在塔盘板上均匀排列，具体采用正方形排列、正三角形排列、圆形排列方式进行排列。
11.一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、壳体和下封头；其中装置内部设置有一层以上如权利要求1-10中任一权利要求所述的积垢盘。
12.按照权利要求11所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，当设置一层积垢盘时，积垢盘设置于上封头内。
13.一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、壳体和下封头；其中装置内部设置有一层以上如权利要求1-10中任一权利要求所述的积垢盘和保护剂床层，保护剂床层设置于两层积垢盘之间。
14.一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、壳体和下封头；其中装置内部设置有一层以上如权利要求1-10中任一权利要求所述的积垢盘、除尘填料和保护剂床层，所述保护剂床层设置于相邻两层积垢盘之间。
15.一种捕集气体中固体物质的装置，所述装置包括上封头、下封头和筒体；所述装置内部设置有多层如上所述的积垢盘、除尘填料、以及保护剂床层，所述相邻两层积垢盘之间设置有除尘填料或保护剂床层，且除尘填料设置于保护剂床层上方。
16.按照权利要求13-15中任一权利要求所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，所述保护剂床层中装填有鸟巢保护剂，所述鸟巢保护剂包括筒体和若干条筋板，若干条筋板相互交叉形成网格状，交叉点形成若干个锐角。
17.按照权利要求13-15中任一权利要求所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，按照气相物料流动方向，保护剂床层空隙率逐渐减小。
18.按照权利要求15所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，所述除尘填料包括：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。
19.按照权利要求18所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，每一排斜棱柱通道由矩形波板和隔板围合而成。
20.按照权利要求19所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，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。
21.按照权利要求19所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，与同一个矩形波板相邻的两个矩形波板的开口方向相反。
22.按照权利要求18所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，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°。
23.按照权利要求18所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，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。
24.按照权利要求18所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，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。
25.按照权利要求15所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，当除尘填料设置多层时，按照与气体物料接触方向多层除尘填料的波纹板的波幅和波长由逐渐减小。
26.按照权利要求11-15中任一权利要求所述的捕集气体中固体物质的装置，其中，所述装置设置有气相入口和气相出口，优选气相入口设置于上封头上，气相出口设置于下封头上；进一步优选气相入口处设置有入口扩散器，所述出口上方设置有出口收集器。
27.一种权利要求11-15中任一权利要求所述捕集气体中固体物质的装置在煤气化粗合成气除尘中的应用，将煤气化粗合成气通过上述装置，处理后得到净化煤气化合成气。
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