CN117180902A - 逆向旋流式颗粒床烟气净化系统及其净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统及其净化方法，其涉及高温烟气净化技术领域，所述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统包括：逆向旋流式移动床单元，其包括：储料仓；与所述储料仓的出口连接的送料机构；移动床体，所述送料机构的出口与移动床体连通，所述移动床体的侧壁处具有气体出口；旋流单元，所述移动床体下端的出口通过气固接触单元与所述旋流单元连通，所述旋流单元的侧壁处具有气体进口；淘析旋风分离器，其固体出口能与储料仓连通；所述旋流单元下端的出口通过提升机构能与所述旋风分离器的切向进口连通。本发明既能够在较高处理量下实现高效除尘，又能满足长周期稳定运行的要求。
Description
技术领域
本发明涉及高温烟气净化技术领域，特别涉及一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统及其净化方法。
背景技术
在石油化工领域，常见的催化裂化工艺需要将再生器出口烟气中大于10微米的颗粒基本脱除，以保护下游的烟气透平。在能源转化领域，生物质燃烧产生的烟气中也存在大量的细微颗粒物，在进入后续发电设备前，也需要进行细颗粒物脱除处理。合成氨装置的原料气进入大型离心机前也需要去除其中的微细粉尘，从而保证压缩机的安全稳定运行。
为了解决上述各领域中的问题，需要高效的气固分离技术。目前，烟气湿法脱除粉尘的技术应用较为广泛，然而却带来了“白烟”、污水排放等二次污染问题。作为干法除尘技术之一的颗粒床过滤器近年来发展迅速，捕集粉尘兼备脱除有害气体的能力。移动床过滤是一种典型的颗粒床过滤技术，具有耐腐蚀、抗高温等优点。即便使用造价低廉的滤料颗粒，也可以拥有较好的粉尘捕集能力，其具有良好的发展前景。
根据移动床过滤器内气固两相相对流动状态可大致将移动床过滤器分为三种类型：逆流、顺流和错流三种。错流移动床由于气固错流接触，当过滤气速较大时，往往会出现空腔、贴壁等非正常工况；另外，错流移动床通常床层厚度较小且固定，相应的气体停留时间较短，不利于净化有害气体。顺流移动床中气体和固体同向顺重力场运动，含尘气体伴随着携带粉尘的滤料颗粒同向移动，流动过程中粉尘逃逸的可能性增大，且粉尘粒径越小越易被带出过滤器，使细微粉尘的粒级效率更低。而逆流式移动床中气固两相逆流接触，烟气在流动过程中接触的永远是完成再生后的颗粒，其表面吸附粉尘更少，有效捕集表面积更大。逆流接触可增加粉尘与滤料颗粒间的相互作用，使整体粉尘捕集效率较高；且固体滤料运动顺畅，不容易产生运动死区，沉积在过滤器内的粉尘可以随滤料排出过滤器，且过滤器不易发生堵塞现象，进而可保证设备长周期稳定运行。但是，随着在各个领域中对过滤气体的处理量越来越高，即使是现有的逆流移动床过滤器也无法满足既能在较高处理量下实现高效除尘，又能长周期稳定运行的要求，因此需要对现有的逆流移动床过滤器进行进一步的改进以适应新的性能需求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统及其净化方法，其既能够在较高处理量下实现高效除尘，又能满足长周期稳定运行的要求。
本发明实施例的具体技术方案是：
一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，所述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统包括：
逆向旋流式移动床单元，其包括：储料仓；与所述储料仓的出口连接的送料机构；移动床体，所述送料机构的出口与移动床体连通，所述移动床体的侧壁处具有气体出口；旋流单元，所述移动床体下端的出口通过气固接触单元与所述旋流单元连通，所述旋流单元的侧壁处具有气体进口；
淘析旋风分离器，其固体出口能与储料仓连通；
所述旋流单元下端的出口通过提升机构能与所述淘析旋风分离器的切向进口连通。
优选地，所述淘析旋风分离器位于所述逆向旋流式移动床单元的上方；所述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统采用的滤料颗粒的直径在0.5mm至3mm之间。
优选地，所述气固接触单元包括：自上而下依次排列的变径段、恒径段以及防夹带段，所述变径段包括多个自上而下渐缩的第一构件，多个所述第一构件的尺寸自上而下逐渐缩小；所述恒径段包括多个相同尺寸的第二构件，所述第二构件包括自上而下渐缩的渐缩部和连接在所述渐缩部下端的恒径部，所述恒径部至少部分伸入下相邻所述第二构件的所述渐缩部；相邻所述第一构件的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入所述气固接触单元内，相邻所述第二构件的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入所述气固接触单元内。
优选地，所述变径段的垂直高度与所述恒径段的垂直高度在1:2.5至1:4之间；所述防夹带段的垂直高度与所述恒径段的垂直高度在1:3至1:4之间；所述变径段最大处的直径与所述恒径段最大处的直径之比在2:1至3:1之间；所述第一构件的角度Φ在45度至70度之间；所述第二构件的角度β在60度至80度之间。
优选地，所述储料仓内设置有第一导流机构，所述第一导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方；所述第一导流结构中圆锥的底面直径与所述储料仓的直径的比值在1:1.5至1:2.5之间；所述第一导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度的比值在1:3.5至1:5.5之间；
和/或，
所述旋流单元内设置有第二导流机构，所述第二导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方；所述第二导流结构中圆锥的底面直径与所述旋流单元的最大处的直径的比值在1:1.5至1:2.5之间；所述第二导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度比值在1:3.5至1:5.5之间；所述旋流单元的下部呈渐缩状，所述第二导流结构中下部的圆锥的侧壁与下部呈渐缩状的所述旋流单元的侧壁相平行。
优选地，所述移动床体呈筒体状，其外侧壁与所述旋流单元的内侧壁之间具有环形空间，所述气体进口沿切向方向设置在所述旋流单元的侧壁处，以使自所述气体进口输入的待处理烟气旋转进入所述移动床体内；所述气体进口高于所述气固接触单元的最上端。
优选地，在所述气体进口的位置处，所述移动床体的外侧壁与所述旋流单元的内侧壁之间的所述环形空间在水平方向的横截面积大于等于所述气体进口的入口面积，且小于等于所述气固接触单元的气固两相接触面积；所述移动床体的恒径部分的直径与所述旋流单元最小处的直径之比在1:1.5至1:3之间；
所述气固接触单元的气固两相接触面积应小于等于所述移动床体在水平方向的横截面积。
优选地，所述移动床体内的表观气速在0.05m/s至0.875m/s之间；
所述移动床体内设计床层厚度为h，
其中，η表示效率，δ表示过滤因子，与斯托克斯数Stk有关，
ε0表示床层空隙率，式中的斯托克斯数Stk具体如下，
ug表示表观气速，单位为m/s；dp表示滤料颗粒平均粒径，单位为m；ρp表示滤料颗粒密度，单位为kg/m3；μ表示动力粘度系数，单位为N·s/㎡；ds表示粉尘颗粒平均粒径，单位为m。
优选地，所述淘析旋风分离器为切向式旋风分离器；
所述淘析旋风分离器包括：旋风壳体，其包括恒径段和位于所述恒径段下方的自上而下呈渐缩趋势的渐缩段；连接在所述旋风壳体下端的旋风料筒；自上而下伸入所述旋风壳体上部的旋风排气管；设置在所述旋风壳体的渐缩段侧壁处的反吹机构，所述反吹机构用于向上喷出气体；
所述旋风壳体恒径段的直径与所述淘析旋风分离器的进口横截面之间满足以下关系：
ka＝πD1 2/4ab；
其中，ka的取值范围在2至8之间；D1表示所述旋风壳体恒径段的直径；所述淘析旋风分离器的进口呈矩形，其高度和宽度分别为a、b；
所述旋风壳体的高度h与所述旋风壳体恒径段的直径D1满足以下关系：
其中，
的取值范围在2至4之间；/>的取值范围在1.5至3之间；
h1表示所述旋风壳体恒径段的高度，h2表示所述旋风壳体渐缩段的高度，表示所述旋风壳体的高度h与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系，/>表示所述旋风壳体恒径段的高度与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系；/>表示所述旋风壳体渐缩段的高度与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系；
所述旋风排气管插入深度h4与所述淘析旋风分离器的进口的高度a之间满足以下关系：
其中，的取值范围在0.4至0.8之间；
所述反吹机构距离所述旋风料筒的高度h5与所述旋风壳体渐缩段的高度h2之间的比值在1：4至1：6之间；所述反吹机构出口的气速与所述淘析旋风分离器的进口的气速之比在1：10至1：15之间；所述反吹机构的中心线与水平面之间夹角γ的范围在65°至85°之间；
所述旋风料筒的直径D3与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值范围在1.1：1至1.5：1之间；所述旋风料筒的高度h3与所述旋风料筒的直径D3之间的比值范围在2：1至4：1之间；所述旋风料筒的出口的直径与所述旋风料筒的直径D3之间的比值范围在0.8：1至0.9：1之间。
一种采用如上述任一所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的净化方法，所述净化方法包括：
将待处理烟气输入至所述旋流单元的侧壁处的进气进口，所述待处理烟气进入所述旋流单元并在其中旋流流动，在惯性力的作用下，较大粒径的粉尘颗粒被甩至所述旋流单元的边壁，携带较小粒径的粉尘颗粒的所述待处理烟气进入所述气固接触单元；
所述待处理烟气自下向上流动通过气固接触单元进入至移动床体中，滤料颗粒从储料仓中自上向下流动进入所述移动床体中，并通过所述气固接触单元进入至旋流单元中，在所述旋流单元、所述气固接触单元和所述移动床体中，所述滤料颗粒与所述待处理烟气接触，以将所述待处理烟气中的粉尘颗粒吸附过滤；
进入至旋流单元中的吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过提升机构输送至淘析旋风分离器中；
进入至所述移动床体中经过过滤后的烟气从所述移动床体的侧壁处的气体出口排出；
吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过淘析旋风分离器在旋流惯性和重力沉降作用下进行分离，以使滤料颗粒从所述淘析旋风分离器下部的固体出口排出进入至所述储料仓中，所述粉尘颗粒从旋风排气管排出。
本发明的技术方案具有以下显著有益效果：
1、本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统主要包括了逆向旋流式移动床单元和淘析旋风分离器，其中，逆向旋流式移动床单元包括旋流单元和移动床体，利用旋流单元的旋流离心分离作用和移动床的拦截过滤作用共同实现对待处理烟气的过滤净化，淘析旋风分离器则通过离心和淘析作用实现滤料颗粒的再生。与常规旋风分离器作用截然不同的是，本申请中的淘析旋风分离器只需要完成对滤料颗粒的收集；对于粉尘而言，最佳的收集效率为0，即希望实现滤料颗粒和粉尘的完全分离。
2、本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统采用了气固逆流接触的形式以及气体旋流的形式，可以在较高的处理量下获取良好的烟气净化效果。该逆向旋流式颗粒床烟气净化系统增强了粉尘与滤料颗粒间的相互作用(碰撞、拦截等效应)，对于粉尘整体过滤效率较高，尤其是细微粉尘(小于10微米)几乎可以达到100％的效率。含粉尘气体“旋流”进入旋流单元，粒径较大的粉尘颗粒可被惯性力和离心作用力而甩至边壁，较小的粉尘颗粒会逆流接触气固接触单元和移动床体内的滤料颗粒，从而被拦截捕集下来。相较于先前的系统，该系统采用了气固逆流式接触，使得气固分离效率更高。
3、其次，可以通过第一导流机构在储料仓1内相对位置的高度的变化来更改滤料颗粒床层的高度，并给出了用于计算合理床层厚度的计算方法，因此可根据设计效率需求来进行设计计算。而且导流机构可有效减少非过滤区域的滤料颗粒用量。淘析旋风分离器打破了传统旋风分离器只能实现气固分离的局限，通过淘析旋风分离器和反吹机构的结合，可以在较低的能量消耗下实现粉尘相与滤料颗粒相的有效分离，实现滤料颗粒的再生。
4、该逆向旋流式颗粒床烟气净化系统中的气固接触单元采用由构件形成的百叶窗式结构，可以使含尘气体中的粉尘与滤料颗粒更好地接触，相比之前采用约翰逊网式的结构，本发明可以避免粉尘在约翰逊网面上结垢堵塞气体通路、导致压降增大的问题。
5、本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统结构相对简单，易操作，无需反吹清，在满足环保排放要求的同时尽可能地降低能耗。系统的操作弹性大，可以长周期稳定运行。另外，逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的工艺流程简单，有效降低了占地面积，而且其使用范围广，可满足高温带压的烟气干法净化需求。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明实施例中逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中气固接触单元的局部剖示意图；
图3为本发明实施例中气固接触单元的俯视图；
图4为本发明实施例中第一导流机构的半剖示意图；
图5为本发明实施例中第二导流机构的半剖示意图；
图6为本发明实施例中淘析旋风分离器的结构示意图；
图7为本发明实施例中淘析旋风分离器的俯视图。
以上附图的附图标记：
1、储料仓；2、第一导流机构；3、送料机构；4、移动床体；5、气体进口；6、旋流单元；7、气固接触单元；71、防夹带段；72、恒径段；721、第二构件；73、变径段；731、第一构件；74、连接杆；8、第二导流机构；9、待生弯管；10、气体出口；11、第二阀门；12、提升风入口；13、提升机构；14、再生立管；15、淘析旋风分离器；151、旋风排气管；152、旋风壳体；153、反吹机构；154、旋风料筒；16、袋式除尘器；17、第一阀门。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了既能够在较高处理量下实现高效除尘，又能满足长周期稳定运行的要求，在本申请中提出了一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，图1为本发明实施例中逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的结构示意图，如图1所示，逆向旋流式颗粒床烟气净化系统可以包括：逆向旋流式移动床单元，其包括：储料仓1；与储料仓1的出口连接的送料机构3；移动床体4，送料机构3的出口与移动床体4连通，移动床体4的侧壁处具有气体出口10；旋流单元6，移动床体4下端的出口通过气固接触单元7与旋流单元6连通，旋流单元6的侧壁处具有气体进口5；淘析旋风分离器15，其固体出口能与储料仓1连通；旋流单元6下端的出口通过提升机构13能与淘析旋风分离器15的切向进口连通。
其中，如图1所示，逆向旋流式移动床单元中的储料仓1、送料机构3、移动床体4、旋流单元6大体呈自上而下分布。整个逆向旋流式移动床单元整体可以呈圆筒状。储料仓1可以由圆柱状的筒体和对筒体的上部进行密封的封头组成，封头的中部可以开设有进料口，该进料口可以通过第一阀门17与淘析旋风分离器15下部的固体出口相连接。储料仓1用于存储一定量的滤料颗粒。储料仓1的下端的侧壁可以呈自上向下的渐缩状，可以便于储料仓1内的滤料颗粒流入送料机构3，减少滤料颗粒堆积出现死角的可能。
如图1所示，送料机构3的进口与储料仓1的下部相连接，以使储料仓1中的滤料颗粒可以在重力的作用下进入送料机构3的进口。送料机构3的出口位于移动床体4中。送料机构3可以为多个，其可以沿周向均匀分布。送料机构3还可以位于储料仓1的中部。送料机构3可以包括锥形下料段和柱形下料段，柱形下料段位于锥形下料段的下方。锥形下料段的侧壁可以与储料仓1的下端的侧壁相接。进一步的，锥形下料段的侧壁与储料仓1的下端的侧壁可以具有相同的斜率，这样可以增大储料仓1的下端的侧壁附近的滤料颗粒流入送料机构3的顺畅程度。锥形下料段和柱形下料段的高度之比的范围在1:2.5至1:5之间。锥形下料段的侧壁与水平面之间的最佳夹角可以在65°至80°之间，当然，锥形下料段的侧壁与水平面之间的夹角也可以在其它范围内。通过变化送料机构3在垂直方向上的位置可相应调节在逆向旋流式颗粒床烟气净化系统运行状态下移动床体4内滤料颗粒床层的高度。
如图1所示，移动床体4大体呈筒体状，其上端与储料仓1的侧壁相连接，其可以与储料仓1下端呈渐缩状部分的上边缘相连接。作为可行的，移动床体4的上半部分为恒径，移动床体4的下半部分的直径自上而下逐渐减小，移动床体4的下半部分的侧壁与水平面之间的最佳夹角在75度至85度之间。移动床体4下端的出口通过气固接触单元7与旋流单元6连通。气固接触单元7的最上端连接在移动床体4的底部。气固接触单元7位于旋流单元6内。移动床体4的侧壁处具有气体出口10，气体出口10可以呈切向设置。气体出口10可以位于移动床体4恒径部的上半部分处，如此便于气体直接通过移动床体4的侧壁排出至逆向旋流式颗粒床烟气净化系统外，不会阻碍旋流单元6的侧壁处气体进口5的设置。气体出口10的横截面一般选用矩形或圆形，其面积可以与气体进口5面积相等。
作为可行的，图2为本发明实施例中气固接触单元的局部剖示意图，图3为本发明实施例中气固接触单元的俯视图，如图2至图3所示，气固接触单元7可以包括：自上而下依次排列的变径段73、恒径段72以及防夹带段71。变径段73包括多个自上而下渐缩的第一构件731，多个第一构件731的尺寸自上而下逐渐缩小。恒径段72可以包括多个相同尺寸的第二构件721，第二构件721包括自上而下渐缩的渐缩部和连接在渐缩部下端的恒径部，恒径部至少部分伸入下相邻第二构件721的渐缩部。相邻第一构件731的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入气固接触单元7内；相邻第二构件721的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入气固接触单元7内。通过上述方式，整个气固接触单元7通过变径段73和恒径段72中的间隙形成百叶窗式结构，一方面可以保证滤料颗粒可以在气固接触单元7内顺畅的自上向下流动，另外一方面可以使得待处理烟气更好的通过变径段73和恒径段72中的间隙进入至气固接触单元7内之后自下向上流动，从而与滤料颗粒相接触实现对待处理烟气中粉尘颗粒的吸附捕集/拦截，在此过程中可以有效降低气阻，防止压降的大幅增加，同时也可以增大气固接触面积，更好地发挥颗粒床的过滤作用。防夹带段71可以为沿竖直方向延伸一定长度的直管，其可以防止滤料颗粒在待处理烟气向上移动时被夹带。
作为优选的，变径段73的垂直高度与恒径段72的垂直高度最佳范围在1:2.5至1:4之间。防夹带段71的垂直高度与恒径段72的垂直高度最佳范围在1:3至1:4之间。变径段73最大处的直径与恒径段72最大处的直径之比最佳范围在2:1至3:1之间。第一构件731的角度Φ最佳范围在45度至70度之间；第二构件721的角度β最佳范围在60度至80度之间。进一步的，构件的边壁尽量光滑。通过上述结构可以有效防止粉尘在构件的边壁流动不畅。
为了实现对第一构件731和第二构件721的固定，如图2所示，气固接触单元7内部具有沿竖直方向延伸趋势的连接杆74，连接杆74穿过第一构件731和第二构件721，第一构件731和第二构件721的内侧壁分别与连接杆74固定连接，例如焊接。连接杆74可以为多个，连接杆74沿构件的内圆周壁周向均布，在变径段73处，连接杆74通过一定的弯折保持与第一构件731的内侧壁直接连接。
作为可行的，送料机构3和气固接触单元7的数量可以相同，二者可以同轴布置。
如图1所示，旋流单元6可以呈筒体状，其上端可以与移动床体4的侧壁相连接。作为可行的，旋流单元6的上端可以连接在移动床体4上半部分的恒径部的下边缘处，这样可以避免阻碍气体出口10的设置，气体出口10无需再穿过旋流单元6。移动床体4的外侧壁与旋流单元6的内侧壁之间具有环形空间，气体进口5沿切向方向设置在旋流单元6的侧壁处，以使自气体进口5输入的待处理烟气旋转进入移动床体4内。待处理烟气自气体进口5沿切向方向旋转进入旋流单元6，在惯性力的作用下，待处理烟气中较大粒径的粉尘颗粒被甩至边壁，气流携带着较小粒径的粉尘颗粒经气固接触单元7与滤料颗粒接触后进入移动床体4，而后自下而上穿过移动床体4的滤料颗粒床层。烟气在向上穿过滤料颗粒床层的过程中，烟气中的粉尘被逆向向下移动的滤料颗粒拦截捕获。滤料颗粒通过气固接触单元7后向下流出旋流单元6。被净化后的气体向上从气体出口10中流出。
如图1所示，气体进口5高于气固接触单元7的最上端。进一步的，气体进口5设置在环形空间处。这样可以使得气体进口5进入的待处理烟气先向下流动，大部分待处理烟气从气固接触单元7的侧方向进入至气固接触单元7内再向上流动，这样就减少对气固接触单元7内向下移动的滤料颗粒的阻碍。气体进口5一般呈矩形。
进一步的，在气体进口5的位置处，移动床体4的外侧壁与旋流单元6的内侧壁之间的环形空间在水平方向的横截面积大于等于气体进口5的入口面积，且小于等于气固接触单元7的气固两相接触面积。移动床体4的恒径部分的直径与旋流单元6最小处的直径之比在1:1.5至1:3之间。其中，气固接触单元7的气固两相接触面积应小于等于移动床体4在水平方向的横截面积。通过上述结构可以有效减小待处理烟气流动过程中的气阻，防止压降增大。其中，气固接触单元7的气固两相接触面积为所有构件之间的间隙aa’bb’的环形面积之和。进一步的，气固接触单元7的气固两相接触面积最小值等于滤料床层的横截面积。构件之间的间隙可以根据所需气固接触单元7的气固两相接触面积进行调整。
作为可行的，图4为本发明实施例中第一导流机构的半剖示意图，如图1和图4所示，储料仓1内设置有第一导流机构2。第一导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方。第一导流结构中圆锥的底面直径与储料仓1的直径的比值最佳范围在1:1.5至1:2.5之间。第一导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度比值最佳范围在1:3.5至1:5.5之间。第一导流机构2的作用在于减少逆向旋流式颗粒床烟气净化系统中滤料颗粒的使用量，从而达到节约用料的目的。
作为可行的，移动床体4内的表观气速一般不超过2m/s。另外，滤料颗粒在移动床体4内的平均速度可以控制在0.0001m/s至0.006m/s范围内为宜。进一步的，实验结果表明，0.05m/s至0.875m/s为最佳操作表观气速。移动床体4的滤料床层的高度可以根据实际除尘的需要进行调整。一般来说，滤料床层的高度越高，气体在床中的停留时间越长，除尘效果越好。然而滤料床层的高度需要根据气速确定。因为在较高的气速下，除尘效率会下降，这就需要增加移动床滤料床层高度以弥补。根据实验结果，根据实际效率要求，移动床体4内设计滤料床层高度为h：
其中，η表示效率，δ表示过滤因子，与斯托克斯数Stk有关，
ε0表示床层空隙率，式中的斯托克斯数Stk具体如下，
ug表示表观气速，单位为m/s；dp表示滤料颗粒平均粒径，单位为m；ρp表示滤料颗粒密度，单位为kg/m3；μ表示动力粘度系数，单位为N·s/㎡；ds表示粉尘颗粒平均粒径，单位为m。
作为可行的，图5为本发明实施例中第二导流机构的半剖示意图，如图1和图5所示，旋流单元6内设置有第二导流机构8。第二导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方。第二导流结构中圆锥的底面直径与旋流单元6的最大处的直径的比值最佳范围在1:1.5至1:2.5之间；第二导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度比值最佳范围在1:3.5至1:5.5之间。同理，第二导流机构8的作用在于减少逆向旋流式颗粒床烟气净化系统中滤料颗粒的使用量，从而达到节约用料的目的。
进一步的，如图1所示，旋流单元6的下部呈渐缩状，第二导流机构8下部的圆锥设置在呈渐缩状的旋流单元6内。第二导流结构中下部的圆锥的侧壁与下部呈渐缩状的旋流单元6的侧壁相平行。这样可以最大化的减少逆向旋流式颗粒床烟气净化系统中滤料颗粒的使用量，同时还可以避免滤料颗粒在第二导流机构8下部的圆锥的侧壁与旋流单元6的侧壁之间发生堵塞。
如图1所示，旋流单元6下端的出口通过提升机构13能与淘析旋风分离器15的进口连通。作为可行的，旋流单元6下端的出口可以先连接待生弯管9，之后再连接第二阀门11，最后再与提升机构13的下端进口连接。提升机构13可以为一个提升管，提升管的底部处开设有提升风入口12，其用于输入将滤料颗粒向上提升的气体。淘析旋风分离器15下端的固体出口能通过与再生立管14、第一阀门17后与储料仓1连通。吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过提升机构13送入淘析旋风分离器15，吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过淘析旋风分离器15在旋流惯性和重力沉降作用下进行分离，以使滤料颗粒从淘析旋风分离器15下部的固体出口排出进入至储料仓1中，粉尘颗粒从旋风排气管151排出。
作为可行的，图6为本发明实施例中淘析旋风分离器的结构示意图，图7为本发明实施例中淘析旋风分离器的俯视图，如图1、图6和图7所示，淘析旋风分离器15可以为切向式旋风分离器。
进一步的，如图6所示，淘析旋风分离器15可以包括：旋风壳体152，其包括恒径段和位于恒径段下方的自上而下呈渐缩趋势的渐缩段；连接在旋风壳体152下端的旋风料筒154；自上而下伸入旋风壳体152上部的旋风排气管151；设置在旋风壳体152的渐缩段侧壁处的反吹机构153，反吹机构153用于向上喷出气体。旋风排气管151的出口可以与袋式除尘器16相连接，以收集处理粉尘颗粒，实现回收。
不同于常规的旋风分离器，本申请所采用的淘析旋风分离器15的作用为分离粉尘和滤料颗粒，二者粒径差异较大，而传统的旋风分离器用于实现气固之间的分离。从减少能耗和防止滤料颗粒磨损的角度来讲，无需采用过高气速获得较高的细粉除尘效率，因此最佳的气速范围设计在6m/s至15m/s之间。本申请所采用的淘析旋风分离器15采用的是常规的切向入口，切向入口的截面一般为矩形。进一步的，切向入口的横截面的长宽之比a/b一般取1至3。
不同于往常进行气固两相分离的旋风分离器15的设计理念，本申请中的淘析旋风分离器15内滤料颗粒的停留时间越短越有利于实现粉尘相和滤料颗粒相的分离。因此进行了如下特殊的设计：
如图6所示，旋风壳体152恒径段的直径与淘析旋风分离器15的进口横截面之间满足以下关系：
ka＝πD1 2/4ab；
可以发现减小ka就意味着旋风壳体152恒径段的直径D1的降低，气体在淘析旋风分离器15内停留时间降低，有利于提高粉尘与滤料颗粒的分离效率。然而ka过小会导致压降增大，因此，ka的取值范围需要在2至8之间。其中，D1表示旋风壳体152恒径段的直径；淘析旋风分离器15的进口呈矩形，其高度和宽度分别为a、b。
旋风壳体152的高度h与旋风壳体152恒径段的直径D1满足以下关系：
旋风壳体152的高度h越小，分离空间高度也就越小，气体停留时间越短，有利于提高粉尘的分离效率。因此，的取值范围需要控制在2至4之间。
旋风壳体152恒径段的高度取值应考虑到滤料颗粒可能会在淘析旋风分离器15内堆积，旋风壳体152恒径段的高度应高于淘析旋风分离器15的进口截面的高度，因此，/> 的取值范围需要控制在1.5至3之间。
其中，h1表示旋风壳体152恒径段的高度，h2表示旋风壳体152渐缩段的高度，表示旋风壳体152的高度h与旋风壳体152恒径段的直径D1之间的比值关系，/>表示旋风壳体152恒径段的高度与旋风壳体152恒径段的直径D1之间的比值关系；/>表示旋风壳体152渐缩段的高度与旋风壳体152恒径段的直径D1之间的比值关系。
为了使滤料颗粒可以容易的流入旋风料筒154中，旋风壳体152的渐缩段与水平面之间的夹角最佳范围在80°至87°之间。
旋风排气管151插入深度h4较小的时候，粉尘颗粒和滤料颗粒容易一起直接短路从旋风排气管151进入袋式除尘器16。因此，旋风排气管151插入深度h4与淘析旋风分离器15的进口的高度a之间满足以下关系：
其中，的取值范围在0.4至0.8之间。旋风排气管151可选用圆柱形和锥管两种形式。以圆柱型为例，旋风排气管151的直径D5不宜过小，否则会导致压降增大，因此，D5一般取0.4至0.6倍的D1。
反吹机构153的存在可以促进淘析旋风分离器15内粉尘和滤料颗粒的高效分离，其对粒径不同的固固分离具有十分好的效果，有助于相对粒径更小的粉尘颗粒从旋风排气管151排出。为了使得反吹机构153更好的发挥效果，反吹机构153距离旋风料筒154的高度h5与旋风壳体152渐缩段的高度h2之间的比值最佳范围在1:4至1：6之间。反吹机构153出口的气速与淘析旋风分离器15的进口的气速之比最佳范围在1:10至1：15之间。反吹机构153的中心线与水平面之间夹角γ的最佳范围在65°至85°之间。
旋风料筒154的直径D3与旋风壳体152恒径段的直径D1之间的比值范围在1:1.1至1:1.5之间。旋风料筒154的直径D3一般可以取1.1指1.5倍D2为宜。旋风料筒154的高度h3与旋风料筒154的直径D3之间的比值范围在2:1至4:1之间。旋风料筒154的出口的直径影响着滤料颗粒的移动，因此，旋风料筒154的出口的直径与旋风料筒154的直径D3之间的比值范围在0.8:1至0.9：1之间。
在本申请中，淘析旋风分离器15可以位于逆向旋流式移动床单元的上方。逆向旋流式颗粒床烟气净化系统采用的滤料颗粒的直径在0.5mm至3mm之间。滤料颗粒可以采用石英砂、玻璃珠、分子筛吸附剂、脱硫剂、脱氯剂、脱重金属剂等其中的一种或多种混合。该逆向旋流式颗粒床烟气净化系统特别适用于煤气化提质、石油炼制工业过程排放控制等高温带压的需连续操作的尾气净化过程。
在一种具体的实施方式中，滤料颗粒采用直径为1.55mm的球形。最佳操作表观气速采用0.315m/s。移动床体4的过滤段高度为0.9m，移动床体4的最大处的直径采用0.5m。滤料颗粒的循环量采用0.31kg/s。
在本申请中还提出了一种采用上述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的净化方法，净化方法可以包括：
将待处理烟气输入至旋流单元6的侧壁处的进气进口，待处理烟气进入旋流单元6并在其中旋流流动，在惯性力的作用下，较大粒径的粉尘颗粒被甩至旋流单元6的边壁，携带较小粒径的粉尘颗粒的待处理烟气进入气固接触单元7。被拦截下的粉尘随滤料颗粒进入旋流单元6底部锥形下料区域。
待处理烟气自下向上流动通过气固接触单元7进入至移动床体4中，滤料颗粒从储料仓1中自上向下流动进入移动床体4中，并通过气固接触单元7进入至旋流单元6中，在旋流单元6、气固接触单元7和移动床体4中，滤料颗粒与待处理烟气接触，以将待处理烟气中的粉尘颗粒吸附过滤。
进入至旋流单元6中的吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过提升机构13输送至淘析旋风分离器15中。其中，具体可以为：被拦截下的粉尘随滤料颗粒进入旋流单元6底部随滤料颗粒一起通过提升机构13输送至淘析旋风分离器15中。
进入至移动床体4中经过过滤的烟气从移动床体4的侧壁处的气体出口10排出。
吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过淘析旋风分离器15在旋流惯性和重力沉降作用下进行分离，以使滤料颗粒从淘析旋风分离器15下部的固体出口排出进入至储料仓1中，粉尘颗粒从旋风排气管151排出。从旋风排气管151排出的粉尘颗粒可以通过袋式除尘器16进行收集处理，以实现回收。
本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统主要包括了逆向旋流式移动床单元和淘析旋风分离器15，其中，逆向旋流式移动床单元包括旋流单元6和移动床体4，利用旋流离心分离作用和移动床的拦截过滤作用共同实现对待处理烟气的过滤净化，淘析旋风分离器15则通过离心和淘析作用实现滤料颗粒的再生。与常规旋风分离器作用截然不同的是，本申请中的淘析旋风分离器15只需要完成对滤料颗粒的收集；对于粉尘而言，最佳的收集效率为0，即希望实现滤料颗粒和粉尘的完全分离。
本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统采用了气固逆流的形式以及气体旋流的形式，可以在较高的处理量下获取良好的烟气净化效果。该逆向旋流式颗粒床烟气净化系统增强了粉尘与滤料颗粒间的相互作用(碰撞、拦截等效应)，对于粉尘整体过滤效率较高，尤其是细微粉尘(小于10微米)几乎可以达到100％的效率。含粉尘气体“旋流”进入旋流单元6，粒径较大的粉尘颗粒可被惯性力和离心作用力而甩至边壁，较小的粉尘颗粒会逆流接触移动床体4和气固接触单元7内的滤料颗粒，从而被拦截捕集下来。相较于先前的系统，该系统采用了气固逆流式接触，使得气固分离效率更高。
其次，可以通过第一导流机构2在储料仓1内相对位置的高度的变化来更改滤料颗粒床层的高度，并给出了用于计算合理床层厚度的计算方法，因此可根据设计效率需求来进行设计计算。而且导流机构可有效减少非过滤区域的滤料颗粒用量。淘析旋风分离器15打破了传统旋风分离器只能实现气固分离的局限，通过淘析旋风分离器15和反吹机构153的结合，可以在较低的能量消耗下实现粉尘相与滤料颗粒相的有效分离，实现滤料颗粒的再生。
再者，该逆向旋流式颗粒床烟气净化系统中的气固接触单元7采用由构件形成的百叶窗式结构，可以使含尘气体中的粉尘与滤料颗粒更好地接触，相比之前采用约翰逊网式的结构，本申请可以避免粉尘在约翰逊网面上结垢堵塞气体通路、导致压降增大的问题。
本申请中的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统结构相对简单，易操作，无需反吹清，在满足环保排放要求的同时尽可能地降低能耗。系统的操作弹性大，可以长周期稳定运行。另外，逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的工艺流程简单，有效降低了占地面积，而且其使用范围广，可满足高温带压的烟气干法净化需求。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统包括：
逆向旋流式移动床单元，其包括：储料仓；与所述储料仓的出口连接的送料机构；移动床体，所述送料机构的出口与移动床体连通，所述移动床体的侧壁处具有气体出口；旋流单元，所述移动床体下端的出口通过气固接触单元与所述旋流单元连通，所述旋流单元的侧壁处具有气体进口；
淘析旋风分离器，其固体出口能与储料仓连通；
所述旋流单元下端的出口通过提升机构能与所述淘析旋风分离器的切向进口连通。
2.根据权利要求1所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述淘析旋风分离器位于所述逆向旋流式移动床单元的上方；所述逆向旋流式颗粒床烟气净化系统采用的滤料颗粒的直径在0.5mm至3mm之间。
3.根据权利要求1所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述气固接触单元包括：自上而下依次排列的变径段、恒径段以及防夹带段，所述变径段包括多个自上而下渐缩的第一构件，多个所述第一构件的尺寸自上而下逐渐缩小；所述恒径段包括多个相同尺寸的第二构件，所述第二构件包括自上而下渐缩的渐缩部和连接在所述渐缩部下端的恒径部，所述恒径部至少部分伸入下相邻所述第二构件的所述渐缩部；相邻所述第一构件的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入所述气固接触单元内，相邻所述第二构件的侧壁之间具有间隙，以使待处理烟气通过该间隙流入所述气固接触单元内。
4.根据权利要求3所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述变径段的垂直高度与所述恒径段的垂直高度在1:2.5至1:4之间；所述防夹带段的垂直高度与所述恒径段的垂直高度在1:3至1:4之间；所述变径段最大处的直径与所述恒径段最大处的直径之比在2:1至3:1之间；所述第一构件的角度Φ在45度至70度之间；所述第二构件的角度β在60度至80度之间。
5.根据权利要求1所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述储料仓内设置有第一导流机构，所述第一导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方；所述第一导流结构中圆锥的底面直径与所述储料仓的直径的比值在1:1.5至1:2.5之间；所述第一导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度的比值在1:3.5至1:5.5之间；
和/或，
所述旋流单元内设置有第二导流机构，所述第二导流结构由两个圆锥对接而成，两个圆锥的顶点分别朝向上方和下方；所述第二导流结构中圆锥的底面直径与所述旋流单元的最大处的直径的比值在1:1.5至1:2.5之间；所述第二导流结构中上部的圆锥的高度与下部的圆锥的高度比值在1:3.5至1:5.5之间；所述旋流单元的下部呈渐缩状，所述第二导流结构中下部的圆锥的侧壁与下部呈渐缩状的所述旋流单元的侧壁相平行。
6.根据权利要求1所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述移动床体呈筒体状，其外侧壁与所述旋流单元的内侧壁之间具有环形空间，所述气体进口沿切向方向设置在所述旋流单元的侧壁处，以使自所述气体进口输入的待处理烟气旋转进入所述移动床体内；所述气体进口高于所述气固接触单元的最上端。
7.根据权利要求6所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，在所述气体进口的水平位置处，所述移动床体的外侧壁与所述旋流单元的内侧壁之间的所述环形空间在水平方向的横截面积大于等于所述气体进口的入口面积，且小于等于所述气固接触单元的气固两相接触面积；所述移动床体的恒径部分的直径与所述旋流单元最小处的直径之比在1:1.5至1:3之间；
其中，所述气固接触单元的气固两相接触面积应小于等于所述移动床体恒径部分在水平方向的横截面积。
8.根据权利要求6所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述移动床体内的表观气速在0.05m/s至0.875m/s之间；
所述移动床体内设计床层厚度为h，
其中，η表示效率，δ表示过滤因子，与斯托克斯数Stk有关，
ε0表示床层空隙率，式中的斯托克斯数Stk具体如下，
ug表示表观气速，单位为m/s；dp表示滤料颗粒平均粒径，单位为m；ρp表示滤料颗粒密度，单位为kg/m3；μ表示动力粘度系数，单位为N·s/㎡；ds表示粉尘颗粒平均粒径，单位为m。
9.根据权利要求1所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统，其特征在于，所述淘析旋风分离器为切向式旋风分离器；
所述淘析旋风分离器包括：旋风壳体，其包括恒径段和位于所述恒径段下方的自上而下呈渐缩趋势的渐缩段；连接在所述旋风壳体下端的旋风料筒；自上而下伸入所述旋风壳体上部的旋风排气管；设置在所述旋风壳体的渐缩段侧壁处的反吹机构，所述反吹机构用于向上喷出气体；
所述旋风壳体恒径段的直径与所述淘析旋风分离器的进口横截面之间满足以下关系：
ka＝πD1 2/4ab；
其中，ka的取值范围在2至8之间；D1表示所述旋风壳体恒径段的直径；所述淘析旋风分离器的进口呈矩形，其高度和宽度分别为a、b；
所述旋风壳体的高度h与所述旋风壳体恒径段的直径D1满足以下关系：
其中，
的取值范围在2至4之间；/>的取值范围在1.5至3之间；
h1表示所述旋风壳体恒径段的高度，h2表示所述旋风壳体渐缩段的高度，表示所述旋风壳体的高度h与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系，/>表示所述旋风壳体恒径段的高度与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系；/>表示所述旋风壳体渐缩段的高度与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值关系；
所述旋风排气管插入深度h4与所述淘析旋风分离器的进口的高度a之间满足以下关系：
其中，的取值范围在0.4至0.8之间；
所述反吹机构距离所述旋风料筒的高度h5与所述旋风壳体渐缩段的高度h2之间的比值在1:4至1：6之间；所述反吹机构出口的气速与所述淘析旋风分离器的进口的气速之比在1:10至1：15之间；所述反吹机构的中心线与水平面之间夹角γ的范围在65°至85°之间；
所述旋风料筒的直径D3与所述旋风壳体恒径段的直径D1之间的比值范围在1:1.1至1:1.5之间；所述旋风料筒的高度h3与所述旋风料筒的直径D3之间的比值范围在2:1至4:1之间；所述旋风料筒的出口的直径与所述旋风料筒的直径D3之间的比值范围在0.8:1至0.9：1之间。
10.一种采用如权利要求1中所述的逆向旋流式颗粒床烟气净化系统的净化方法，其特征在于，所述净化方法包括：
将待处理烟气输入至所述旋流单元的侧壁处的进气进口，所述待处理烟气进入所述旋流单元并在其中旋流流动，在惯性力的作用下，较大粒径的粉尘颗粒被甩至所述旋流单元的边壁，携带较小粒径的粉尘颗粒的所述待处理烟气进入所述气固接触单元；
所述待处理烟气自下向上流动通过气固接触单元进入至移动床体中，滤料颗粒从储料仓中自上向下流动进入所述移动床体中，并通过所述气固接触单元进入至旋流单元中，在所述旋流单元、所述气固接触单元和所述移动床体中，所述滤料颗粒与所述待处理烟气接触，以将所述待处理烟气中的粉尘颗粒吸附过滤；
进入至旋流单元中的吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过提升机构输送至淘析旋风分离器中；
进入至所述移动床体中经过过滤后的烟气从所述移动床体的侧壁处的气体出口排出；
吸附有粉尘颗粒的滤料颗粒通过淘析旋风分离器在旋流惯性和重力沉降作用下进行分离，以使滤料颗粒从所述淘析旋风分离器下部的固体出口排出进入至所述储料仓中，所述粉尘颗粒从旋风排气管排出。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118065978A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-05-24 | 中国石油大学(华东) | 一种抗催化剂沉积与冲蚀的烟气轮机 |
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|---|---|---|---|---|
| CN118065978A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-05-24 | 中国石油大学(华东) | 一种抗催化剂沉积与冲蚀的烟气轮机 |
| CN118065978B (zh) * | 2024-03-27 | 2024-10-22 | 中国石油大学(华东) | 一种抗催化剂沉积与冲蚀的烟气轮机 |
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