专利名称：一种颗粒床过滤除尘装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种处理含尘气体的过滤除尘装置以及利用该装置进行过滤除尘的方法，尤其指一种可适用于处理高温、高压、腐蚀性强的含尘气体的颗粒床过滤除尘装置以及利用该装置进行过滤除尘的方法。
移动床过滤的特点是颗粒层缓慢连续移动，含尘颗粒连续排出过滤器外清灰，清灰后干净颗粒又连续送回过滤器内，循环使用，这是目前研究较多的一种颗粒层过滤方法。如中国实用新型专利号为89200977的《一种颗粒物自动移动床过滤器》就是其中一种方案，该过滤器包括颗粒床，颗粒清灰器和颗粒喷射输送器，其中颗粒床中设有夹板或百叶窗筛网。其工作原理是颗粒床内流动的颗粒在自重的作用下自上而下运动，穿过百叶窗的夹层到达床的底部，含尘气体从床体的进气口进入床内，垂直或交叉穿过百叶窗筛网，与百叶窗筛网夹层内下落的颗粒发生碰撞，下落的颗粒对含尘气体中的尘埃进行捕集，使穿过百叶窗的含尘气体得到净化，并顺排气管排出；下落到床底的带尘颗粒在颗粒喷射输送器的作用下沿颗粒输送弯管上行而到达颗粒清灰器，经过清灰，尘埃与颗粒分离，干净的颗粒下落，并顺着斜导管重新进入颗粒床而进行新的循环，颗粒清灰器排出的含尘气体经过旋风分离器和水浴除尘器的除尘而得到净化。采用上述结构的过滤除尘器，虽然在一定程度上起到了过滤除尘的目的，但仍存在着以下缺点①颗粒层的过滤厚度被百叶窗的夹板距离限死，无法调节，不利于使除尘过程达到最佳状态。②颗粒层移动造成二次扬尘，特别是颗粒层越往下移动积灰越多，二次扬尘越严重。③颗粒越小，过滤效率越高，但小颗粒容易被带出筛网，因而颗粒粒径的减少和过滤效率的提高受到限制。④颗粒输送循环系统易产生颗粒破碎、堵料和磨损等问题。
中国实用新型专利号为99235010.7的《移动颗粒层过滤除尘器》又是移动床过滤的另一种结构，其在公开的方案中包括颗粒床、位于颗粒床上方的颗粒清灰器和颗粒喷射输送器，在颗粒床底部连有一个伸向颗粒清灰器的颗粒输送管，并且在该颗粒输送管的头部设有与所述颗粒喷射输送器相连的空气喷射口，该喷射口用于输送压缩空气，从而推动颗粒床下落的颗粒沿颗粒输送管上行而进入颗粒清灰器，颗粒清灰器的底部通过一个斜管与颗粒层上部相连，使颗粒清灰器输出的干净颗粒回到颗粒床而形成颗粒的自动循环过程。由于该专利采用颗粒床下部的锥形壁作颗粒层的支撑，形成了一种无筛式结构，并利用颗粒分配器出料口与含尘气体喷管出气口的合理布局，使含尘气体喷出时直接进入颗粒层，并与下落移动的颗粒层形成逆向流动，因此很好解决了上述灰尘返混和除尘效率低的缺陷。但该专利仍有不足之处①颗粒层造成二次扬尘虽有所减小，但仍然存在；②颗粒循环系统容易使颗粒产生破碎、磨损和控制复杂等现象；③若用于对于大床面的过滤结构，无法保证颗粒层的均匀移动和气流的均匀过滤，因此大型化仍较困难。
为了提高细颗粒的过滤效率，在上述99235010.7号专利的基础上，在颗粒床的含尘气体进气管上增设了预荷电器，而在在颗粒床中设有直流或交流电场，中国实用新型专利号为99235009.3的《带有电促进作用的颗粒层过滤除尘器》就是这样的方案，预荷电器可以使含尘气体中的尘粒荷电，当含尘气体进入颗粒床后，气体中荷电的粉尘在颗粒层中的电场作用下，产生横向移动或横向振荡运动，这样，就大大增加了气体中粉尘与颗粒介质的碰撞机会，使颗粒层的捕集效率大大提高，尤其对小于10μm的细微尘埃，电促进作用更加明显，从而提高细微尘埃的除尘效率。但该专利的不足在于垂直插入于过滤层中的电极产生的电场方向与含尘气体的流动方向垂直或交叉，产生的电场强度很不均匀，特别是对于大床面的过滤结构。此外，该专利也不能克服99235010.7号专利所存在的缺陷。
本发明所要解决的第二个技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种气流均匀、防堵防漏性好、过滤效率高的、易于大型化的颗粒床过滤除尘装置以及利用该装置进行过滤除尘的方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种过滤层上的场强均匀、细颗粒捕集效率高的颗粒床过滤除尘装置以及利用该装置进行过滤除尘的方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为该颗粒床过滤除尘装置包括壳体、位于壳体内的颗粒床和贯穿壳体壁的含尘气进口、净化气出口、滤料进口和滤料排出口，其特征在于所述的壳体内还设有一分布器，所述的分布器由将壳体分为上、下容腔的隔板和套管组成，所述的隔板上具有至少二个以上的通孔并在每个通孔上安置有上述套管，所述的套管由与通孔相连的直通式内管和与内管相固定、套于内管上方的∩型外管组成，所述的内管内腔形成套管的内通道，而内管的外壁与外管的内壁之间形成套管的外通道，并在所述的内管上端与∩型外管的顶部之间形成套管的转向室；所述的颗粒床位于隔板之上并使套管嵌设于其内；所述的含尘气进口、滤料进口和滤料排出口分别位于上容腔的壳体壁上，而所述的净化气出口则位于下容腔的壳体壁上，并在上、下容腔的壳体壁上还分别贯穿有反吹气出口和反吹气进口。
其过滤除尘方法为①过滤时，先关闭反吹气进口和反吹气出口，打开含尘气进口和净化气出口；含尘气通过含尘气进口进入壳体的上容腔内，自上而下流经颗粒床，粉尘被过滤于颗粒床中，清洁气则180°转向进入套管的外通道向上流动，流至套管顶部转向室再180°转向，沿套管的内通道向下流动，最后汇集于壳体的下容腔内，并从净化气出口引出即可；②清灰时，先将含尘气进口和净化气出口关闭，而打开反吹气进口和反吹气出口；反吹气在下容腔内通过隔板上的通孔，进入套管的内通道向上流动，流至套管顶部转向室，180°转向后沿套管的外通道向下流动，出套管后再180°转向，自下而上流经颗粒床，并带走积存于颗粒床内的粉尘，夹带粉尘的反吹气经反吹气出口送至壳体外。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为所述的颗粒床可以由细颗粒的过滤层和粗颗粒的整流层组成，所述的整流层位于过滤层之下并淹没所述的套管。
所述的过滤层上的颗粒可以自上而下粒径由小变大，并逐层平铺。
所述的过滤层底部的颗粒粒径可以与整流层的颗粒粒径相近。
其过滤除尘的方法为过滤时，含尘气自上而下依次流经颗粒过滤层和颗粒整流层，粉尘被过滤于过滤层中；而清灰时，反吹气自下而上流经颗粒整流层和颗粒过滤层，并使颗粒过滤层上部流化，借助气力翻动过滤层，带走积存于过滤层内的粉尘。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为所述的过滤层内可以设置有与过滤层水平床面相平行的、与电源相连的上、下透气电极。
其过滤除尘的方法为过滤时，含尘气自上而下流经颗粒过滤层及置于其中的透气电极和颗粒整流层，粉尘被过滤于过滤层中。
与现有技术相比，本发明的优点在于①无颗粒循环，即采用过滤与清灰在同一壳体内完成，彻底解决颗粒循环系统的堵料、磨损和控制复杂问题、颗粒移动速度不均、干净颗粒循环回送到过滤器的布料不均等诸项不均所致的大型化问题。过滤时，气流自上而下，颗粒床静止不同，没有如移动床因颗粒移动产生的二次扬尘，而且滤层厚度调节自如；同时分布器结构独特，加工简单，可用超高温材料制作，可涂敷耐火防腐材料，从而可适用于超高温除尘。②双层结构，即采用颗粒特性不同的整流层和过滤层双层结构，使得在过滤和清灰时，整流层颗粒始终静止不动，一方面保证气流均匀，过滤效率高，另一方面使得过滤层的细颗粒与分布器相隔离，以防止细颗粒从套管的内管带出，而清灰时不产生沟流破坏颗粒床；过滤层颗粒采用上细下粗，自然分层，使得反吹时，过滤层上部流化、中部微流化、下部不流化，以提高过滤效率，减小反吹气量，并防止过滤层颗粒嵌入整流层；同时，颗粒过滤层借助气力翻动滤层，而无需借助于耙子等工具，清灰快速彻底，且清灰前后床面始终平整，容易大型化，反吹结束后，滤层以阻力最小方式自然分层，细颗粒在上，易形成粉尘滤膜，提高细颗粒过滤效率。③平行电场，即通过两个与颗粒过滤层水平床面平行的透气电极，对过滤层施加一个电场方向与流过过滤层的气流方向平行的电场，使两个透气电极间的过滤层上场强均匀，而且这种均匀性不会因床面增大而受到影响，该均匀、平行电场对过滤气体中的荷电尘粒附加一个与床面法线方向平行的纵向力，促进尘粒脱离气流，向颗粒介质表面沉积，提高细颗粒的捕集效率。④多床并联，即采用多个过滤除尘装置并联过滤，共用一个反吹气处理系统，这样使得其中一个过滤除尘装置反吹清灰时，其它过滤除尘装置分担该过滤器的过滤负荷，以保证含尘气连续过滤，从而可提高工作效率，使得其更符合实际生产的需求。
如
图1和图2所示，该颗粒床过滤除尘装置包括壳体16、位于壳体16内的颗粒床、分布器6和贯穿壳体16壁的含尘气进口3、净化气出口10、滤料进口1、滤料排出口11及反吹气进口7和反吹气出口17，所述的分布器6由将壳体16分为上、下容腔的隔板63和套管组成，所述的隔板63上具有多个呈等边三角形排列的通孔并在每个通孔上安置有上述套管，所述的套管又由与通孔相连的直通式内管62和套于内管62上方的∩型外管61组成，内、外管之间采用公知的焊接或卡接方式相固定连接，内管62的内腔形成套管的内通道64，而内管62外壁与外管61内壁之间形成套管的外通道65，并在内管62上端与∩型外管61的顶部之间的适当空间形成套管的转向室66，这样，通过套管的外通道65、转向室66、内通道64、隔板63上的通孔，使壳体16的上、下容腔相连通；并且上述的含尘气进口3、滤料进口1、滤料排出口11和反吹气出口17分别位于上容腔的壳体16壁上，而所述的净化气出口10和反吹气进口7则位于下容腔的壳体16壁上，为了便于检修，在上、下容腔的壳体16壁上还分别设置有上、下检修口15、8。
所述的颗粒床位于隔板63之上并由过滤层4和整流层5组成，整流层5位于过滤层4之下并淹没所述的套管，在本实施例中，整流层5颗粒与过滤层4颗粒采用同种材料，也可以采用密度和粒级组成不同的材料，过滤层4中的颗粒较细且又有一个粒级分布，自上而下颗粒粒径由小变大并逐层平铺，上层颗粒粒径小，是为了反吹时减小反吹气速，过滤时提高过滤效率；下层颗粒粒径大，在这里采用与整流层5颗粒粒径相近，以防止过滤层4颗粒嵌入整流层5内；整流层5颗粒较粗，且粒度均一，以提高其最小流化速度。
为了提高细颗粒的捕集效率，在过滤层4内设置有相互平行的、与外接电源12相连的二个上、下透气电极14、13，该透气电极采用平行的金属棒构成的格栅或多孔导电板，也可以采用交叉的金属条构成的格栅或多孔导电板，上透气电极14位于过滤层4的上表面处，与过滤层4水平床面相平行，下透气电极13位于上透气电极14的下方，并与上透气电极14间隔一定距离，这样，对透气电极间颗粒过滤层4施加一个均匀电场，电场方向平行于流过过滤层4的气流方向，该均匀、平行电场对过滤气体中的荷电尘粒附加一个与床面法线方向平行的纵向力，促进尘粒脱离气流，向颗粒介质表面沉积。
当该颗粒床过滤除尘装置用于超高温除尘时，分布器6可采用超高温材料制作，并可涂敷耐火防腐材料，过滤层4和整流层5颗粒采用耐高温材料；当用于腐蚀性气体的净化除尘时，过滤层4和整流层5颗粒则采用耐腐蚀的材料。
在上述过滤除尘装置中，为了保证具有更好的过滤和除尘效果，套管之间的间距、内管62直径和高度、外管61直径和高度等套管尺寸的选取，与布气宏观上的均匀、套管内气流流动阻力适中及便于对套管各个表面涂敷耐火防腐材料相适应，更重要的是，要与颗粒整流层和颗粒过滤层的颗粒特性相匹配，以保证过滤时，套管外通道65内的向上气流速度小于颗粒整流层5颗粒的最小流化速度；反吹时，在过滤层上层颗粒流化前提下，套管间的向上气流速度小于颗粒整流层颗粒的最小流化速度。
采用上述装置进行过滤除尘时，其方法为①过滤时，先关闭反吹气进口7和反吹气出口17，打开含尘气进口3和净化气出口10；含尘气通过含尘气进口3进入壳体16的上容腔内，自上而下流经颗粒过滤层4及置于其中的透气电极14、13和颗粒整流层5，粉尘被过滤于过滤层4中，清洁气则180°转向进入套管的外通道65向上流动，流至套管顶部转向室66后再180°转向，沿套管内通道64向下流动，最后汇集于壳体16的下容腔内，并从净化气出口10引出即可；②清灰时，先将含尘气进口3和净化气出口关闭10，而打开反吹气进口7和反吹气出口17；反吹气在下容腔内通过隔板63上的通孔，进入套管的内通道64向上流动，流至套管顶部转向室66，180°转向后沿套管的外通道65向下流动，出套管后再180°转向，自下而上流经颗粒整流层5和颗粒过滤层4，并使颗粒过滤层4上部流化，借助气力翻动过滤层，带走积存于过滤层4内的粉尘，夹带粉尘的反吹气经反吹气出口17送至壳体16外。
当需要同时除去气体中某些有害气体时，如硫化物，氯化物等，可在过滤除尘装置的上游管道内喷入有害气体脱除剂，如CaO粉末等，这些粉末被过滤于颗粒层，继续与有害气体反应，提高有害气体脱除率。反吹时，由于过滤层呈流化状态，失效的粉末很容易排出过滤除尘装置，实现有害气体净化除尘一体化。
如图3所示，由四个上述颗粒床过滤除尘装置并联组成过滤除尘系统，共用一个反吹清灰系统的工艺流程，即这些装置的各自反吹气进口7、反吹气出口17分别通过阀门18与反吹气源、净化处理器19相连，而各自的含尘气进口3、净化气出口10也分别通过各自管路中的阀门18与含尘气体源、净化气源相连。这样，当其中一个过滤除尘装置的过滤层积灰至一定量后，需要反吹清灰时，通过操作其管路中的阀门，使其处于清灰状态中，而其它的过滤除尘装置仍继续进行过滤工作，同时分担处于清灰状态中的过滤除尘装置的过滤负荷，以保证含尘气体连续被过滤，从而提高过滤工作效率。当用于高温除尘时，反吹气可采用过热蒸汽，反吹汽的净化处理器19采用冷凝器，反吹汽在冷凝器内冷凝、除湿、除尘并回收热量，少量不凝气送回含尘气总管，以免不清洁的反吹气外排，以保证环境不被污染。
权利要求
1.一种颗粒床过滤除尘装置，其包括壳体(16)、位于壳体(16)内的颗粒床和贯穿壳体壁的含尘气进口(3)、净化气出口(10)、滤料进口(1)和滤料排出口(11)，其特征在于所述的壳体(16)内还设有一分布器(6)，所述的分布器(6)由将壳体分为上、下容腔的隔板(63)和套管组成，所述的隔板(63)上具有至少二个以上的通孔并在每个通孔上安置有上述套管，所述的套管又由与通孔相连的直通式内管(62)和与内管相固定、套于内管上方的∩型外管(61)组成，所述的内管(62)内腔形成套管的内通道(64)，而内管的外壁与外管的内壁之间形成套管的外通道(65)，并在所述的内管上端与∩型外管的顶部之间形成套管的转向室(66)；所述的颗粒床位于隔板(63)之上并使套管嵌设于其内；所述的含尘气进口(3)、滤料进口(1)和滤料排出口(11)分别位于上容腔的壳体(16)壁上，而所述的净化气出口(10)则位于下容腔的壳体(16)壁上，并在上、下容腔的壳体壁上还分别贯穿有反吹气出口(17)和反吹气进口(7)。
2.根据权利要求1所述的颗粒床过滤除尘装置，其特征在于所述的颗粒床由细颗粒的过滤层(4)和粗颗粒的整流层(5)组成，所述的整流层(5)位于过滤层(4)之下并淹没所述的套管。
3.根据权利要求2所述的颗粒床过滤除尘装置，其特征在于所述的过滤层(4)上的颗粒自上而下粒径由小变大并逐层平铺。
4.根据权利要求3所述的颗粒床过滤除尘装置，其特征在于所述的过滤层(4)底部的颗粒粒径与整流层(5)的颗粒粒径相近。
5.根据权利要求2或3或4所述的颗粒床过滤除尘装置，其特征在于所述的过滤层内设置有与过滤层水平床面相平行的、与电源(12)相连的上、下透气电极(14)、(13)。
6.根据权利要求1所述的颗粒床过滤除尘装置，其特征在于所述的颗粒床内设置有与颗粒床水平床面相平行的、与电源相连的上、下透气电极。
7.一种利用如权利要求1所述的颗粒过滤除尘装置进行过滤除尘的方法，其特征在于①过滤时，先关闭反吹气进口(7)和反吹气出口(17)，打开含尘气进口(3)和净化气出口(10)；含尘气通过含尘气进口(2)进入壳体(16)的上容腔内，自上而下流经颗粒床，粉尘被过滤于颗粒床中，清洁气则180°转向进入套管的外通道(65)向上流动，流至套管顶部转向室(66)再180°转向，沿套管的内通道(64)向下流动，最后汇集于壳体的下容腔内，并从净化气出口(10)引出即可；②清灰时，先将含尘气进口(3)和净化气出口(10)关闭，而打开反吹气进口(7)和反吹气出口(17)，反吹气在下容腔内通过隔板(63)上的通孔，进入套管的内通道(64)向上流动，流至套管顶部转向室(66)，180°转向后沿套管的外通道(65)向下流动，出套管后再180°转向，自下而上流经颗粒床，并带走积存于颗粒床内的粉尘，夹带粉尘的反吹气经反吹气出口(17)送至壳体外。
8.根据权利要求7所述的过滤除尘方法，其特征在于所述的颗粒床由细颗粒的过滤层(4)和粗颗粒的整流层(5)组成，所述的整流层(5)位于过滤层(4)之下并淹没所述的套管，过滤时，含尘气自上而下依次流经颗粒过滤层(4)和颗粒整流层(5)，粉尘被过滤于过滤层(4)中；而清灰时，反吹气自下而上流经颗粒整流层(5)和颗粒过滤层(4)，并使颗粒过滤层(4)上部流化，借助气力翻动过滤层(4)，带走积存于过滤层(4)内的粉尘。
9.根据权利要求8所述的过滤除尘方法，其特征在于所述的过滤层(4)内设置有与过滤层水平床面相平行的、与电源(12)相连的上、下透气电极(14)、(13)，过滤时，含尘气自上而下流经颗粒过滤层(4)及置于其中的透气电极(14)、(13)和颗粒整流层(5)，粉尘被过滤于过滤层(4)中。
10.根据权利要求8或9所述的过滤除尘方法，其特征在于过滤时，套管外通道(65)内的向上气流速度小于颗粒整流层(5)的颗粒最小流化速度；清灰时，套管间的向上气流速度小于颗粒整流层颗粒的最小流化速度。
全文摘要
一种颗粒床过滤除尘装置及其方法，其主要在壳体内设有一分布器，分布器又由将壳体分为上、下容腔的隔板和套管组成，颗粒床位于隔板之上并使套管嵌设于其内，上、下容腔的壳体壁上还分别贯穿有反吹气出口和反吹气进口。进行过滤时，含尘气自上而下流经颗粒床，粉尘被过滤于颗粒床中，清洁气在分布器内流动，最后汇集于壳体的下容腔内，并从净化气出口引出；清灰时，反吹气在下容腔内通过隔板上的通孔，进入套管内流动至上容腔，再自下而上流经颗粒床，并带走积存于颗粒床内的粉尘后送至壳体外。采用上述结构后，使得过滤与清灰在同一壳体内完成，且分布器结构独特，加工简单，可用超高温材料制作，也可涂敷耐火防腐材料，从而可适用于超高温除尘。
文档编号B01D46/34GK1470310SQ0312934
公开日2004年1月28日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者杨国华 申请人:宁波大学