CN116492788A - 过滤装置及过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含尘气体净化技术领域，公开了一种过滤装置及过滤系统。所述过滤装置包括具有第一进口(11)及第一出口(12)的过滤元件(10)，以及同轴设置于所述过滤元件内部的旋转机构(20)，所述过滤元件(10)的侧壁上形成有多孔过滤层，所述旋转机构(20)设置为能够在由所述第一进口(11)通入至所述过滤元件(10)内的含尘气体作用下转动，并使得由所述含尘气体分离的粉尘颗粒从所述第一出口(12)排出，分离的清洁气体从所述多孔过滤层排出。该过滤装置实现了过滤和再生同时进行，操作简洁，提高了过滤效率，增强了系统的可靠性和可用性，有利于提高除尘系统的规模化和集约化。

Description

过滤装置及过滤系统

技术领域

本发明涉及含尘气体净化技术领域，具体地涉及一种过滤装置。在此基础之上，还涉及一种过滤系统。

背景技术

常温、低温下的过滤式除尘普遍地应用于各种工业过程。化工、能源、建材等行业在进行气固两相分离作业时，通常使用旋风除尘器或布袋除尘器进行分离。其中，旋风除尘器的除尘机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力将尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。布袋除尘器是一种干式除尘装置，它适用于捕集细小、干燥非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入布袋除尘器，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。然而，旋风除尘的方式的除尘效率较低，布袋除尘受技术材料本身的限制，只能在260℃以下使用。

此外，在美国、德国等国家开发和应用的中高温除尘技术，均利用高压反吹气体对过滤元件进行间隙性反吹清灰，对整个过滤系统进行再生操作。某一个或一组过滤元件被高压气体反吹时，其余的元件(组)保持气体过滤状态，然后经反吹的元件(组)参加到过滤操作，而下一个原件组被反吹，如此循环往复，每个原件组均会在一个周期中得到反吹再生。在这种过滤系统中，除耐高温的过滤元件外，还需要配置专门的高压气源单元，多组反吹的阀门组合、逻辑控制系统等装置等。对反吹阀门的要求高，需要阀门具备快速开/关特性，开关动作在50～200毫秒内完成，阀门成本高、维护费用大，影响系统的可靠性和可用性。反吹气源需要比工艺过程压力高，一些工艺要求反吹气压为工艺压力两倍，气源系统增加复杂性和电力消耗。反吹设施的复杂性使得中高温除尘在大规模的系统应用上收到限制，如何组织和管理成百上千，乃至上万的过滤元件(组)的反吹操作具有实际困难。

发明内容

本发明提供一种过滤装置，该过滤装置具有过滤和再生能够同时进行的优点。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种过滤装置，所述过滤装置包括具有第一进口及第一出口的过滤元件，以及同轴设置于所述过滤元件内部的旋转机构，所述过滤元件的侧壁上形成有多孔过滤层，所述旋转机构设置为能够在由所述第一进口通入至所述过滤元件内的含尘气体作用下转动，并使得由所述含尘气体分离的粉尘颗粒从所述第一出口排出，分离的清洁气体从所述多孔过滤层排出。

可选地，所述旋转机构包括中心轴，所述中心轴外表面设置有螺旋形叶片。

可选地，所述中心轴上连接有位于所述螺旋形叶片上方的涡扇形叶片组。

可选地，由所述第一进口至所述第一出口方向，所述螺旋形叶片的螺距逐渐变大。

可选地，所述中心轴的下端部的横截面逐渐变小，且所述下端部的硬度大于该中心轴的其余部分的硬度。

可选地，所述过滤装置包括连接至所述过滤元件的限位件以及具有凹槽的支撑件，所述限位件间隙地套设在所述中心轴的外侧以限制所述中心轴的径向移动，所述中心轴的底部支撑于所述支撑件的凹槽处。

可选地，所述中心轴包括靠近所述第一进口的第一渐扩部和连接于该第一渐扩部的第一等径部；所述过滤元件包括靠近所述第一进口的第二渐扩部和连接于该第二渐扩部的第二等径部。

可选地，所述旋转机构包括中心轴，所述中心轴的外表面排布有多个涡扇形叶片组。

本发明第二方面提供一种过滤系统，所述过滤系统包括壳体以及多个上述的过滤装置，所述过滤装置设置于所述壳体内部，所述壳体上形成有用于通入所述含尘气体的第二进口、用于排出所述粉尘颗粒的第二出口以及用于排出所述清洁气体的气体出口。

可选地，所述过滤系统包括上管板及下管板，所述过滤装置的两端分别通过所述上管板及所述下管板密封地连接至所述壳体内部，并且，所述气体出口设置在所述上管板与所述下管板之间。

通过上述技术方案，当含尘气体从第一进口进入过滤元件内部时，由于含尘气体推动旋转机构发生旋转，从而使得含尘气体被改变流向，在过滤元件内外压差作用下，一部分含尘气体中穿过多孔过滤层，其中粉尘颗粒被多孔过滤层物理阻挡并附着在过滤元件的内表面，清洁气体则从过滤元件上的多孔过滤层排出；剩余部分含尘气体继续沿着螺旋形叶片继续向下转动，并带动过滤元件内部的气体持续冲刷过滤元件的内表面，使得刚被附着在过滤元件内表面的粉尘颗粒被冲刷带出至第一出口，实现粉尘颗粒和清洁气体的分离。该过滤装置实现了过滤和再生同时进行，操作简洁，提高了过滤效率，增强了系统的可靠性和可用性，有利于提高除尘系统的规模化和集约化。

附图说明

图1是本发明中过滤装置的剖面图；

图2是图1中过滤装置的俯视图；

图3是本发明中支撑件的结构示意图；

图4是本发明中过滤系统的剖面图。

附图标记说明

10-过滤元件；11-第一进口；12-第一出口；20-旋转机构；21-中心轴；22-螺旋形叶片；23-涡扇形叶片组；30-限位件；40-支撑件；50-壳体；51-第二进口；52-第二出口；53-气体出口；54-上管板；55-下管板；60-过滤装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参照附图1所示的方位，“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

如图1所示，本发明提供一种过滤装置，该过滤装置包括具有第一进口11及第一出口12的过滤元件10，以及同轴设置于该过滤元件10内部的旋转机构20，过滤元件10的侧壁上形成有多孔过滤层，旋转机构20设置为能够在由第一进口11通入至过滤元件10内的含尘气体作用下转动，并使得由所述含尘气体分离的粉尘颗粒从第一出口12排出，分离的清洁气体从所述多孔过滤层排出。

当所述含尘气体从第一进口11进入过滤元件10内部时，由于所述含尘气体推动力，旋转机构20被含尘气体带动而转动，从而使得含尘气体被改变流向，在过滤元件10内外压差作用下，一部分含尘气体中通过多孔过滤层，其中粉尘颗粒被多孔过滤层物理阻挡并附着在过滤元件10的内表面，清洁气体则从过滤元件10的多孔过滤层排出；剩余部分含尘气体继续沿着螺旋形叶片22继续向下转动，并带动过滤元件10内部的气体持续冲刷过滤元件10的内表面，使得刚被附着在过滤元件10内表面的粉尘颗粒被冲刷带出至第一出口12，实现粉尘颗粒和清洁气体的分离。该过滤装置实现了过滤和再生同时进行，操作简洁，提高了过滤效率，增强了系统的可靠性和可用性，有利于提高除尘系统的规模化和集约化。

继续参照图1，在本发明的一种实施方式中，所述旋转机构20包括中心轴21，中心轴21外表面设置有螺旋形叶片22。可以理解的是，该螺旋形叶片22为连续的叶片，且螺旋形叶片22径向的最大轮廓尺寸小于过滤元件10的内径。进一步地，中心轴21上连接有位于螺旋形叶片22上方的涡扇形叶片组23。具体地，当所述含尘气体从第一进口11进入过滤元件10内时，含尘气体首先接触涡扇形叶片组23，涡扇形叶片组23在含尘气体的气流冲击力作用下带动旋转机构20整体转动，含尘气体离开涡扇形叶片组23后，过滤元件10内的气体继续在螺旋形叶片22之间成螺旋型流动，该气体仍具有冲击螺旋形叶片22的作用力，该作用力也参与驱动旋转机构20转动，同时旋转流动的气体对过滤元件10的内表面有一个切向冲刷作用，使得内表面刚附着的粉尘颗粒被冲刷掉。此外，由于含尘气体整体气流方向是由上向下，被过滤元件10分离是粉尘颗粒随气流向下流动，直至过滤元件10底部的第一出口12。其中，可以理解的是，涡扇形叶片组23的涡旋方向与螺旋形叶片22的螺旋方向相同。

作为一种优选实施方式，由第一进口11至第一出口12方向，所述螺旋形叶片22的螺距逐渐变大。其中，旋转机构20上段的螺旋形叶片22螺距较小，使得含尘气体流通截面积变小，气速增加，从而增加作用于螺旋叶片的径向/切向分力，相同气体流量下能推动旋转机构更高的转速或者相同转速下需要的气体流量更小；螺旋叶片可以改变所述含尘气体的气流方向，使得该气流由平行于中心轴21的方向转变为近似垂直于中心轴21的方向，并且含尘气体在进入过滤元件10时的流速较大，从而使得该含尘气体产生较大的切向冲刷多孔过滤层内表面作用力。另外，当所述含尘气体流至旋转机构20下段时，此时含尘气体大部分已经透过多孔过滤层排出，含尘气体的流速较慢，含尘浓度更高，在螺旋形叶片作用下导流至第一出口12排出，即使将旋转机构20下段的螺旋形叶片22螺距设置的较小也无法产生较大的切向作用力，因此，将旋转机构20下段的螺旋形叶片22设置较大螺距，从而降低整体旋转机构20的重量，以降低推动旋转机构20旋转的最小初始气量，使其更易于转动，含尘气体穿过过滤元件10所产生的压降更小。

作为一种优选实施方式，所述中心轴21包括靠近所述第一进口11的第一渐扩部和连接于该第一渐扩部的第一等径部；所述过滤元件10包括靠近所述第一进口11的第二渐扩部和连接于该第二渐扩部的第二等径部。具体地，所述多孔过滤层的厚度不变，第一渐扩部与第二渐扩部之间形成锥形的第一气体通流通道，且该第一气体通流通道的通流截面积设置为沿从第一进口11至第一出口12方向逐渐变大；第一等径部与第二等径部之间形成的环状的第二气体通流通道，且该第二气体通流通道的通流截面面积与第一气体通流通道的通流截面面积中的最大值相等。进一步地，流量为流速与通流截面积的乘积，因此，在流量相同的前提下，在靠近第一进口11的位置，设置较小的通流截面积能够提高所述含尘气体的流速，使得含尘气体获得较大的作用于旋转机构20的切向分力，从而使旋转机构20获得较大的转速。此外，当气体流动一段距离后，含尘气体大部分已经透过多孔过滤层排出，含尘气体的流速较慢，无需通过减小通流截面积的方式来提高流速，因此，在第一气体流通通道后，设置通流截面面积较大的第二气体流通通道，以提高单位时间内过滤的含尘气体体积。

可以理解的是，所述过滤装置可以包括动力系统，所述动力系统设置为能够输出扭矩至旋转机构20，使得第一进口11附近的位置形成低压，将含尘气体抽吸至过滤元件10内，在含尘气体流量较小时增大其流量，从而增大含尘气体的流速，进一步使得含尘气体获得较大的切向作用力，有效地将粉尘颗粒从含尘气体中分离。

在本发明的一种实施方式中，中心轴21的外表面可以排布有多个涡扇形叶片组。在此实施方式中，当含尘气体从第一进口11进入过滤元件10内时，同样可以实现旋转机构20的快速旋转。

如图1至图3所示，中心轴21的下端部的横截面逐渐变小，且所述下端部的硬度大于该中心轴21的其余部分的硬度。此外，所述过滤装置包括连接至过滤元件10的限位件30以及具有凹槽的支撑件40，限位件30间隙地套设在所述中心轴21的外侧以限制所述中心轴21的径向移动，所述中心轴21的底部支撑于所述支撑件40的凹槽处。具体地，中心轴21的所述下端部支撑于所述支撑件40的凹槽处。其中，由于所述下端部持续在支撑件40的凹槽处旋转摩擦，为减小所述下端部与支撑件40的磨损，所述下端部和支撑件40的材质均为耐磨硬质材料，比如，钨钢、高锰合金、铬合金铸铁、多元合金钢等。

如图4所示，本发明另一方面提供一种过滤系统，所述过滤系统包括壳体50以及多个所述的过滤装置60，所述过滤装置60设置于所述壳体50内部，壳体50上形成有用于通入所述含尘气体的第二进口51、用于排出所述粉尘颗粒的第二出口52以及用于排出所述清洁气体的气体出口53。

具体地，所述过滤系统包括上管板54及下管板55，所述过滤装置60的两端分别通过所述上管板54及所述下管板55密封地连接至所述壳体50内部，并且，所述气体出口53设置在所述上管板54与所述下管板55之间。其中，上管板54上部与壳体50之间为含尘气体进入和分配的空间，上管板54与下管板55之间的空间用于收集从各个过滤元件10过滤的清洁气体，下管板55下部与壳体50之间为粉尘颗粒的收集空间。离开过滤元件10的粉尘颗粒具有较高的浓度，粉尘颗粒之间的撞击引起团聚，最后粉尘颗粒向壳体50的底部沉降并从第二出口52排出。可以理解的是，第二进口51上可以设置有阀门以实现该过滤系统的通断，所述阀门可以为流量调节阀，以调节含尘气体进入第二进口51时的流量。

此外，该过滤系统与上述过滤装置60相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种过滤装置，其特征在于，所述过滤装置包括具有第一进口(11)及第一出口(12)的过滤元件(10)，以及同轴设置于所述过滤元件(10)内部的旋转机构(20)，所述过滤元件(10)的侧壁上形成有多孔过滤层，所述旋转机构(20)设置为能够在由所述第一进口(11)通入至所述过滤元件(10)内的含尘气体作用下转动，并使得由所述含尘气体分离的粉尘颗粒从所述第一出口(12)排出，分离的清洁气体从所述多孔过滤层排出。

2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述旋转机构(20)包括中心轴(21)，所述中心轴(21)外表面设置有螺旋形叶片(22)。

3.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述中心轴(21)上连接有位于所述螺旋形叶片(22)上方的涡扇形叶片组(23)。

4.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，由所述第一进口(11)至所述第一出口(12)方向，所述螺旋形叶片(22)的螺距逐渐变大。

5.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述中心轴(21)的下端部的横截面逐渐变小，且所述下端部的硬度大于该中心轴(21)的其余部分的硬度。

6.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置包括连接至所述过滤元件(10)的限位件(30)以及具有凹槽的支撑件(40)，所述限位件(30)间隙地套设在所述中心轴(21)的外侧以限制所述中心轴(21)的径向移动，所述中心轴(21)的底部支撑于所述支撑件(40)的凹槽处。

7.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述中心轴(21)包括靠近所述第一进口(11)的第一渐扩部和连接于该第一渐扩部的第一等径部；所述过滤元件(10)包括靠近所述第一进口(11)的第二渐扩部和连接于该第二渐扩部的第二等径部。

8.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述旋转机构(20)包括中心轴(21)，所述中心轴(21)的外表面排布有多个涡扇形叶片组。

9.一种过滤系统，其特征在于，所述过滤系统包括壳体(50)以及多个根据权利要求1-8中任意一项所述的过滤装置(60)，所述过滤装置(60)设置于所述壳体(50)内部，所述壳体(50)上形成有用于通入所述含尘气体的第二进口(51)、用于排出所述粉尘颗粒的第二出口(52)以及用于排出所述清洁气体的气体出口(53)。

10.根据权利要求9所述的过滤系统，其特征在于，所述过滤系统包括上管板(54)及下管板(55)，所述过滤装置(60)的两端分别通过所述上管板(54)及所述下管板(55)密封地连接至所述壳体(50)内部，并且，所述气体出口(53)设置在所述上管板(54)与所述下管板(55)之间。