用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器的制作方法

专利名称：用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种高温气固分离装置，尤其涉及一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器。
背景技术：
在化工、石油、冶金、电力等行业中，常产生高温含尘气体；由于不同工艺需要回收能量和达到环保排放标准，都需对这些高温含尘气体进行除尘。高温气体除尘是高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术，它可以最大程度地利用气体的物理显热，化学潜热和动力能，提高能源利用率，同时简化工艺过程，节省设备投资。高温气体过滤技术采用设备是高温气体过滤器，高温气体过滤器的结构如图3A、图3B和图3C所示。过滤器9的管板93将过滤器密封分隔为两部分，下部分为含尘气体侦牝上部分为洁净气体侧；含尘气体(或称为粗合成气)由过滤器的气体入口 91经过气体分布器911和粗合成气提升管912后进入到过滤器的的含尘气体侧，在气体推动力的作用下到达各个过滤单元92，各个过滤单元92内安装有过滤元件921，过滤元件921为陶瓷过滤管或者烧结金属过滤管。通常过滤器中安装有12组或24组过滤单元92,每个过滤单元92中安装有48根过滤管，过滤管在圆形的过滤单元内按照等三角间距排布，结构紧凑。在过滤过程中，含尘气体由过滤管的外侧表面通过过滤材料上的微孔进入过滤管内，气体中的固体颗粒被截留在过滤管的外壁上形成粉饼层，洁净的气体由过滤管的开口端排出进入洁净气体侧，经气体出口 95排出进入后续工艺。随着过滤操作的进行，过滤管外表面的粉饼层逐渐增厚，导致过滤器的压降增大，这时需要采用反吹的方式实现过滤管的性能再生，反吹的气流与过滤的气流方向相反，反吹清灰时，脉冲阀98开启，反吹气体储罐99中的高压氮气或洁净合成气瞬间进入反吹管路97中，然后通过反吹管路上的喷嘴96向对应的每组过滤单元92上方的引射器94内喷射高压高速的反吹气体，反吹气体经引射器94扩压后进入过滤管内部，利用瞬态的能量将过滤管外表面的粉饼层剥落，使得过滤管的阻力基本上恢复到初始状态，从而实现过滤管的性能再生。粉尘落入过滤器的灰斗中，定期移除。高温气体过滤器典型的工况为过滤器的操作压力3. 96MPa，操作温度340°C，粗合成气中的粉尘浓度668g/m3，反吹气体的压力8. 02MPa。采用循环反吹的方式对每组过滤单元中的滤管进行清灰，不可以同时对所有的过滤单元清灰。每组过滤单元的平均反吹时间约为5分钟，即某一时刻反吹完一组过滤单元后，按照一定的顺序，间隔5分钟反吹另一组，直至所有过滤单元都反吹清灰完毕，循环往复。综上所述，高温气体过滤器在高温高压及高粉尘浓度下操作，过滤管的工作负荷很高。高温气体过滤器稳定运行时，过滤效率可达99. 9%以上，净化后气体中的含尘浓度小于20mg/Nm3，完全满足气体净化的要求。但是，由于过滤管的工作性能不稳定，经常发生破损和断裂的现象，使得过滤管过早失效，导致洁净气体侧的粉尘浓度急剧上升，致使除尘效率下降，影响后续工艺，严重时整个生产系统被迫停车。造成过滤管过早失效的主要原因是含尘工艺气中的颗粒物浓度较高，所以反吹清灰的频率高，频繁的清灰操作会使过滤管受到较多的热冲击，容易发生断裂和破损。基于上述情况，申请号为200810146809. X的发明申请提出了一种“内置旋风预除尘的复合飞灰过滤器”，该发明申请采用旋风分离器作为预分离设备，将旋风分离器放置于气体过滤器的内部，以期达到降低过滤管工作负荷的目的。上述发明申请中采用了 “逆流反转式”结构的旋风分离器，其工作原理是含尘气体沿与旋风分离器筒体顶部相切的水平管路进入分离器，在特殊的流道设计下，气流由上至下做旋转运动，旋转运动产生离心力，沿器壁产生“外旋流”，固体颗粒由于质量大，受到的离心力也大，固体颗粒迅速向器壁移动，与壁面碰撞失去速度，沿器壁在向下的气流和重力的共同作用下，向下从排尘口被排出，落入进入旋风分离器底部的灰斗中，而“甩”掉大部分粉尘的气流在“内旋流”的作用下，由旋风分离器的升气管向上被引出，从而实现了气固两相的分离。这种结构的旋风分离器独立工作时，底部灰斗是密封的，气体只能从升气管流出，当作为预分离装置设置于过滤器内部，旋风分离器的排尘口和升气管都敞开在同一空间内，进去的含尘气体是分别从升气管和排尘口两端流出的，很显然，这其中的流动有其特殊性，不能简单的套用旋风分离 器独立工作时的研究结果来进行设计。通过对上述现有技术的结构以及实际运行数据的分析可以看出，该预分离装置是参照旋风分离器独立工作时的研究结果来进行设计的；因此，上述现有技术在使用的过程中至少存在以下缺点(I)该现有技术中的预分离装置的压降高，预分离器本身的磨损也非常大。由于含尘气流沿水平切向进入旋风分离器，对粉尘进行分离后，再从分离器的升气管轴向向上引出，这一过程改变了气流的运动方向，所以这种结构的旋风分离器一般具有较高的分离效率，但是本身的压降也相对较高，因此，现有技术采用这种结构的旋风分离器作为预分离装置时，倾向于分离效率而忽略了能量损失，这就增加了整套过滤系统的运行能耗；并且由于含尘气流中的颗粒浓度很高，当“外旋流”向旋风分离器底部排尘口运动时，含尘气流加速旋转，加重了排尘口部位的磨损，现场的实际运行结果也证实了这一情况。(2)该现有技术的预分离装置对小颗粒粉尘的分离效率较高，没有考虑到粉尘粒径与过滤管的匹配关系。由于旋风分离器的“内旋流”属于强制涡旋，这种强制涡旋对小颗粒的分离效率较高，对5 μ m以上的粉尘颗粒有较高的分离效率，能完全除净大于10 μ m的粉尘颗粒。粗合成气中的粉尘颗粒的粒径分布范围较广，从I μ m至200 μ m不等。对于现有过滤器来说，由于过滤管是微孔结构的，外表面的微孔平均孔径1015 μ m,因此，预分离装置如果对小颗粒的分离效率太高，将会导致到达过滤管表面的含尘合成气中含有过多小于过滤微孔孔径的粉尘，这些细粉尘会在过滤的过程中穿透过滤管的微孔，沉积在过滤管的内部，由于过滤管内部的多孔通道为不规则的迷宫型，所以容易造成过滤管的微孔的堵塞，反吹操作时也不能将微孔中的粉尘颗粒物吹出，最终会导致过滤管的失效。因此，经过预分离后到达过滤管表面的粉尘中，仍有足够多的粗粉尘颗粒是非常必要的。上述现有技术正是忽略了这一点，导致过滤管的运行不稳定，由于微孔发生堵塞而过早失效。(3)该现有技术中的预分离装置体积庞大，不便于安装调试及合理布局。为了适应粗合成气的气量大和粉尘浓度高的工况，该预分离装置的实际体积庞大；由于含尘气体是水平切向进入分离器内部后再轴向向上引出进入提升管，为了能够实现管路连接，需要对管路进行专门的改造，不便于安装调试及合理布局。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器，以克服现有技术的缺陷。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器，直流式预分离装置能够有效降低过滤单元的粉尘负荷，降低反吹清灰的频率，从而减少反吹气流对过滤管的热冲击,进而延长过滤管的使用寿命。本发明的另一目的在于提供一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器，该直流式预分离装置的压降低，从而能够降低整个过滤系统的运行能耗，尤其适用于处理气量大和高含尘浓度的工况；预分离装置能够合理的匹配粉尘粒径与过滤管的关系，以克服现有技术造成过滤管的微孔被细小颗粒堵塞而过早失效的现象。本发明的又一目的在于提供一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器，该直流式预分离装置不改变来流气体的方向，便于与管路连接，可以优化布局，使过滤系统结构紧凑。本发明的目的是这样实现的，一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置，所述直流式预分离装置包括圆筒状主体、轴向设置在圆筒状主体内的螺旋导流体、套设在圆筒状主体外侧的筒形外罩；所述螺旋导流体由支撑体和设置在支撑体外侧的多个叶片构成；所述支撑体由圆柱体及其上、下两端的圆锥体构成，所述多个叶片呈螺旋状沿支撑体的轴向盘设在支撑体两端之间的外表面，所述各叶片的上、下两端分别形成一段与支撑体轴向平行的竖直导流段，上、下竖直导流段之间为螺旋导流段；所述各叶片的内侧边与支撑体外表面固定连接；所述各叶片的外侧边与圆筒状主体的内壁面固定连接；所述圆筒状主体串接在高温气体过滤器的粗合成气提升管中，圆筒状主体的下端为气体进口，圆筒状主体上端为气体出口 ；在该圆筒状主体的筒壁上且沿筒壁周向设有多个第一排尘透孔，所述第一排尘透孔的轴向位置与叶片的螺旋导流段相对应；在该圆筒状主体的外壁面上且位于第一排尘透孔上方设有用于固定筒形外罩的环形凸缘；所述筒形外罩由内筒和外筒构成；所述内筒套设在圆筒状主体之外，所述内筒的内径与圆筒状主体的外径相同，两者为间隙配合；所述内筒的筒壁上设有与第一排尘透孔数量、结构和位置对应相同的多个第二排尘透孔；所述外筒套设在内筒外侧，所述内筒与外筒的顶端固定连接且内筒与外筒之间形成环形空间。在本发明的一较佳实施方式中，所述各叶片上端竖直导流段的高度小于上端圆锥体的高度；所述各叶片下端竖直导流段的高度小于下端圆锥体的高度。在本发明的一较佳实施方式中，所述各叶片两端沿周向夹角范围为120° 160。。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一排尘透孔和第二排尘透孔为轴向设置的长条形透槽。在本发明的一较佳实施方式中，所述圆筒状主体的气体进口和气体出口分别设有连接法兰。在本发明的一较佳实施方式中，所述圆筒状主体的环形凸缘上设有多段镂空的弧形滑道，所述筒形外罩的顶部设有多个连接螺栓；所述螺栓对应穿过相应的弧形滑道并固定。本发明的目的还可以这样实现，一种高温气体过滤器，所述过滤器的管板上设有过滤单元，所述过滤单元中至少包括一个过滤管；所述管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口，洁净气体腔室设有气体出口 ；含尘气体腔室内设有与气体入口导通的气体分布器，气体分布器上设有粗合成气提升管；过滤单元上部设置有引射器和与引射器对应的反吹管路，反吹管路一端通过脉冲反吹阀连通于反吹储气罐，反吹管路另一端设有与引射器顶部对应设置的喷嘴；所述粗合成气提升管中串接有直流式预分离装置，所述直流式预分离装置包括圆筒状主体、轴向设置在圆筒状主体内的螺旋导流体、套设在圆筒状主体外侧的筒形外罩；所述螺旋导流体由支撑体和设置在支撑体外侧的多个叶片构成；所述支撑体由圆柱体及其上、下两端的圆锥体构成，所述多个叶片呈螺旋状沿支撑体的轴向盘设在支撑体两端之间的外表面，所述各叶片的上、下两端分别形成一段与支撑体轴向平行的竖直导流段，上、下竖直导流段之间为螺旋导流段；所述各叶片的内侧边与支撑体外表面固定连接；所述各叶片的外侧边与圆筒状主体的内壁面固定连接；圆筒状主体的下端为气体进口，圆筒状主体上端为气体出口 ；在该圆筒状主体的筒壁上且沿筒壁周向设有多个第一排尘透孔，所述第一排尘透孔的轴向位置与叶片的螺旋导流段相对应；在该圆筒状主体的外壁面上且位于第一排尘透孔上方设有用于固定筒形外罩的环形凸缘；所述筒形外罩由内筒和外筒构成；所述内筒套设在圆筒状主体之外，所述内筒的内径与圆筒状主体的外径相同，两者为间隙配合；所述内筒的筒壁上设有与第一排尘透孔数量、结构和位置对应相同的多个第二排尘透孔；所述外筒套设在内筒外侧，所述内筒与外筒的顶端固定连接且内筒与外筒之间形成环形空间。在本发明的一较佳实施方式中，所述各叶片上端竖直导流段的高度小于上端圆锥体的高度；所述各叶片下端竖直导流段的高度小于下端圆锥体的高度；所述各叶片两端沿周向夹角范围为120° 160°。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一排尘透孔和第二排尘透孔为轴向设置的长条形透槽。在本发明的一较佳实施方式中，所述圆筒状主体的气体进口和气体出口分别设有连接法兰；所述圆筒状主体的环形凸缘上设有多段镂空的弧形滑道，所述筒形外罩的顶部设有多个连接螺栓；所述螺栓对应穿过相应的弧形滑道并固定。由上所述，本发明的直流式预分离装置能够有效降低过滤单元的粉尘负荷，降低反吹清灰的频率，从而减少反吹气流对过滤管的热冲击，进而延长过滤管的使用寿命；该直流式预分离装置的压降低，从而能够降低整个过滤系统的运行能耗；该预分离装置能够合理的匹配粉尘粒径与过滤管的关系，以克服现有技术造成过滤管的微孔被细小颗粒堵塞而过早失效的现象；该直流式预分离装置不改变来流气体的方向，便于与管路连接，可以优化布局，使过滤系统结构紧凑。


以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中图1A :为本发明高温气体过滤器的结构示意图。图1B :为图1A中直流式预分离装置的局部放大示意图。图2A :为本发明中直流式预分离装置的结构示意图。图2B :为本发明中圆筒状主体的结构示意图。图2C :为本发明中筒形外罩的结构示意图。图2D :为本发明中螺旋导流体的结构示意图。图2E :为本发明中直流式预分离装置的工作过程示意图。图3A :为现有过滤器的结构示意图。图3B :为图3A中D-D方向结构示意图。图3C :为过滤器的过滤单元中过滤管的排布结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照

本发明的具体实施方式
。本发明提出一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置200及其过滤器100，如图1A、图1B所示，所述高温气体过滤器100的管板93上设有过滤单元92，所述过滤单元92中至少包括一个过滤管921 ;所述管板93将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口 91，洁净气体腔室设有气体出口 95 ;含尘气体腔室内设有与气体入口 91导通的气体分布器911，气体分布器911上设有粗合成气提升管912 ;过滤单元92上部设置有引射器94和与引射器94对应的反吹管路97，反吹管路97一端通过脉冲反吹阀98连通于反吹储气罐99，反吹管路97另一端设有与引射器94顶部对应设置的喷嘴96 ;所述粗合成气提升管912中串接有直流式预分离装置200。在本实施方式中，所述过滤器100的管板93上设置多个过滤单元92，各个过滤单元92内安装有多个过滤管(即过滤元件)921,过滤管921为陶瓷过滤管或者烧结金属过滤管；通常过滤器中安装有12组或24组过滤单元，每个过滤单元中安装有48根过滤管，过滤管921在圆形的过滤单元内按照等三角间距排布(如图3C所示)，结构紧凑；粗合成气提升管912也设置多个，每个粗合成气提升管912上端延伸至过滤单元92之间的空隙中(如图3B所示)，每个粗合成气提升管912中均串接一个直流式预分离装置200 ;含尘气体(或称为粗合成气)由过滤器100的气体入口 91经过气体分布器911进入直流式预分离装置200，由直流式预分离装置200对粉尘颗粒进行分离后，粗合成气通过提升管912进入到过滤器的含尘气体侧，在气体推动力的作用下到达各个过滤单元92，在过滤过程中，含尘气体由过滤管921的外侧表面通过过滤材料的微孔进入过滤管内，气体中的固体颗粒被截留在过滤管的外壁上，形成粉饼层，洁净的气体由过滤管921的开口端排出进入洁净气体侧，经气体出口排出进入后续工艺。随着过滤操作的进行，过滤管外表面的粉饼层逐渐增厚，导致过滤器的压降增大，这时需要采用反吹的方式实现过滤管的性能再生，反吹的气流与过滤的气流方向相反，反吹清灰时，脉冲反吹阀98开启，反吹储气罐99中的高压氮气或洁净合成气瞬间进入反吹管路97中，然后通过反吹管路上的喷嘴96向对应的每组过滤单元92上方的引射器94内喷射高压高速的反吹气体，反吹气体经引射器94扩压后进入过滤管内部，利用瞬态的能量将过滤管外表面的粉饼层剥落，使得过滤管的阻力基本上恢复到初始状态，从而实现过滤管的性能再生；粉尘落入过滤器的灰斗中，定期移除。由于本发明的高温气体过滤器中设有直流式预分离装置，能够有效降低过滤单元的粉尘负荷，降低反吹清灰的频率，从而可减少反吹气流对过滤管的热冲击，进而延长过滤管的使用寿命。在本实施方式中，如图1B、图2A 图2E所示，所述直流式预分离装置200包括圆筒状主体1、轴向设置在圆筒状主体I内部的螺旋导流体2、套设在圆筒状主体I外侧的筒形外罩3 ；所述螺旋导流体2由支撑体21和设置在支撑体21外侧的多个叶片22构成；如图2E中虚线所示，所述支撑体21由圆柱体212及其圆柱体212上、下两端的圆锥体211、213构成，所述多个叶片22呈螺旋状沿支撑体21的轴向盘设在支撑体21两端之间的外表面，所述各叶片22的上、下两端分别形成一段与支撑体21轴向平行的竖直导流段221、223，上、下竖直导流段221、223之间为螺旋导流段222(如图2D所示)；所述各叶片22的内侧边与支撑体21外表面固定连接；所述各叶片22的外侧边与圆筒状主体I的内壁面固定连接(即在螺旋导流体2整体轴向长度上，叶片22的外侧边与圆筒状主体I的内壁面都接触并固定)；如图2E所示，在本实施方式中，由于支撑体21沿轴向呈两端小中间大的形状，因此，所述各叶片22沿轴向呈两端径向尺寸大(图2E中LI)、中间径向尺寸小(图2E中L2)的形状，叶片22的内侧边紧密接触支撑体21外表面并固定；如图2B所示，圆筒状主体I的下端为气体进口 11,圆筒状主体I上端为气体出口12 ;在该圆筒状主体I的筒壁上且沿筒壁周向设有多个第一排尘透孔13，所述第一排尘透孔13的轴向位置与叶片22的螺旋导流段222相对应(如图2E所示)；在该圆筒状主体I的外壁面上且位于第一排尘透孔13上方设有用于固定筒形外罩3的环形凸缘14 ;在本实施方式中，所述圆筒状主体I的气体进口 11和气体出口 12分别设有连接法兰15、16，以便于与粗合成气提升管连接；如图2C所示，所述筒形外罩3由内筒31和外筒32构成；所述内筒31套设在圆筒状主体I之外，所述内筒31的内径与圆筒状主体I的外径相同，两者为间隙配合；所述内筒31的筒壁上设有与第一排尘透孔13数量、结构和位置对应相同的多个第二排尘透孔311 ；所述外筒32套设在内筒31外侧，所述内筒31与外筒32的顶端固定连接且内筒31与外筒32之间形成环形空间33。在本实施方式中，所述第一排尘透孔13和第二排尘透孔311为轴向设置的长条形透槽；所述圆筒状主体的环形凸缘14上设有多段镂空的弧形滑道141，所述筒形外罩3的顶部设有多个连接螺栓34 ;所述螺栓34对应穿过相应的弧形滑道141并固定。在本实施方式中，如图2E所示，所述各叶片22上端竖直导流段221的高度e-f小于上端圆锥体211的高度d-f ;所述各叶片22下端竖直导流段223的高度a_b小于下端圆锥体213的高度a-c ;附图2E中c_d为支撑体21中的圆柱体212的高度。在进行预分离时，如图2B、图2E所示，含尘气流沿着图中所示的箭头方向进入直流式预分离装置200，在底部垂直段叶片a-b (即下端竖直导流段223)的导流下轴向进入预分离装置的叶片流道中，经过b点时，叶片结构变为逆时针或顺时针的螺旋状，轴向气流运动方向改变，沿着螺旋线方向向上运动，旋转力度增加，使得运动的气流产生切向的离心力；在b-c段，叶片流道的面积逐渐减小,气流速度增加,离心力增大；c_d段是稳定段与过渡段，这一过程气流维持较高的速度向上运动，当快到达d点位置时，在叶片的导向作用和气流加速作用下，含尘气流的速度已足够大，粉尘颗粒物在离心力的作用下被甩到叶片的最外端，经过d点时，叶片流道面积逐渐扩大，气流的速度减小，在这一过渡的过程中，气流的流动状态突然改变，粉尘颗粒物在惯性力和离心力共同的作用下，由位于d点位置附近的第一排尘透孔13和第二排尘透孔311向透孔外侧甩出，连同少量的向外溢出的气流，一起进入到筒形外罩3的环形空间33内，此时环形空间33内的颗粒物浓度很高，为密相状态，在重力和气流曳力的作用下，粉尘颗粒向下运动，进入过滤器100的灰斗；所述筒形外罩3的外筒32的作用是，降低从第一排尘透孔13和第二排尘透孔311泄漏的气流的速度并引导该气流缓慢的向下运动，防止气流将已经分离下来的粉尘重新扬起，造成返混。在d-e段，流道面积逐渐增加，气流速度减小，分离一部分粉尘后的气流在e-f段(即上端竖直导流段221)垂直叶片的导流作用下，从叶片的末端轴向流出，流出后的气体已经不再旋转，以平稳的速度进入到提升管管路中，防止旋转的气流延长至提升管的上端管口，对提升管出口端周围的过滤管的工作状态造成扰动。进一步，在本实施方式中，所述排尘透孔(即图2B、图2C中的长条形透槽)的总面积对预分离装置的性能有重要的影响。排尘透孔面积较大时，排尘的通道大，有利于粉尘由排尘透孔向外排出，但是也会导致从排尘透孔中向外泄漏的气体量增多，这样就会导致进入环形空间33的气流的速度过大，携带已经分离下来的粉尘向下运动时，由排尘透孔出来的气流会再次将分离下来的粉尘扬起，造成返混；同时泄漏的气量较多时，也会减小气流的离心力，降低分离效率；排尘透孔面积较小时，气流的离心力较大，一方面有利于分离，但另一方面也会加大排尘的阻力及粉尘颗粒与排尘透孔边壁面碰撞的概率，在分离的过程中，粉尘颗粒会因碰撞发生反弹而重新返回含尘气流中，达不到理想的分离效果。为此，在本发明中可以通过调节筒形外罩3与圆筒状主体I之间的位置，达到改变排尘透孔宽度的目的；首先，将连接螺栓34松开，使连接螺栓34在弧形滑道141中移动，由此调节筒形外罩3与圆筒状主体I之间的周向位置；当两者周向调整到合适位置后，再将连接螺栓34固定。调整后的排尘透孔(长条形透槽)的宽度为第一排尘透孔13与第二排尘透孔311两部分的交集，进而可改变排尘透孔的面积，使得由排尘透孔中泄漏出的气流流量和分离效率达到较佳的匹配。实验和工业实践证明，泄漏气流量占总的进气流量的10-20%时，操作参数较佳。由于本发明采用的是侧缝(长条形透槽)排尘方式，实现了边分离边排尘，这样可以减小颗粒在预分离装置内的停留时间，可以降低预分离装置的壁面磨损和预防结焦现象；进一步，本发明的预分离装置在保持一定的分离效率时，以降低压降为主要目的，由于预分离之后，含尘气体最终是要通过过滤效率接近100%的过滤管进行除尘，所以对于预分离装置来说，并不需要太高的分离效率。由于分离时不改变气流的流向(轴向进入和轴向导出预分离装置)，所以本发明的直流式预分离装置的压降较低；同时，由于本发明的预分离装置在分离粉尘时，只有靠近分离装置壁面的“外旋流”，而没有逆流反转式旋风分离器的“内旋流”，因此不存在强制涡旋，所以本发明的直流式预分离装置对小颗粒(例如小于15 u m)的分离效率不高，只是起到了 “粗分离”的作用，这种粗分离的作用对防止细小的颗粒沉积在过滤管的内部是非常有必要的。进一步，在本发明中，螺旋导流体的结构对预分离装置的性能有重要的影响，说明如下(I)叶片的宽度比的影响如图2E所示，图中L2为叶片的最小宽度，LI为叶片的最大宽度；对于相同尺寸的预分离装置，L2与LI的比值较大时，气流通过螺旋导流体时的过流阻力小，气流通量大，但是叶片对气流的加速效果不明显，分离效率相对较低；反之，当L2与LI的比值较小时，过流阻力较大，气流通量小，但是由于狭窄的流道有利于气流加速，气流旋转产生的离心力增力口，一定程度上可以提高分离效率。(2)叶片两端沿周向夹角的影响叶片两端沿周向夹角a是指叶片底端与同一叶片顶端在圆周方向上的夹角；如图2D所示，叶片的周向夹角小，气流的旋转强度弱，产生的离心力小，不能有效的对粉尘颗粒进行分离；叶片的周向夹角大，旋转强度增加的同时也会导致较高的过流阻力，增加运行的能耗。(3)叶片个数的影响叶片少时，气流通道的螺旋线稀疏，因此过流阻力较低，但是叶片对气流的造旋作用不充分，导致分离效率低；叶片个数多时，叶片之间的距离小，受到叶片边界层的影响，导向叶片对气流的造旋效果好，气流在过流通道内分布均匀，有利于分离，但是过流阻力会较闻。综上所述，经实验和工业实践证明，在本实施方式中，L2与LI的比值较佳范围是
0.4 0. 8 ;所述各叶片两端沿周向夹角a较佳范围为120° 160° ;叶片个数至少包含3个叶片，较佳的范围是5 9个。通过合理的设计螺旋导流体及排尘透孔(排尘侧缝)的参数，在同样的操作参数下，本发明的直流式预分离装置的压降比现有技术中使用的逆流反转式的旋风分离器的压降至少低50% ;能够除净大于15 ii m以上的粉尘颗粒；总的分离效率在55 65%之间。本发明与现有技术相比能够达到如下有益效果(I)能够有效降低过滤管的工作负荷，降低反吹清灰的频率，减少反吹气流对过滤管的热冲击，进而延长过滤管的使用寿命。(2)直流式预分离装置的压降低，降低了整个过滤系统的运行能耗，适用于处理气量大和高含尘浓度的工况。(3)能够合理的匹配粉尘粒径与过滤管的关系，克服现有技术造成过滤管的微孔被细小颗粒堵塞而过早失效的现象。(4)直流式预分离装置不改变来流气体的方向(直进直出)，便于与管路连接，因此可以优化布局，使过滤系统结构紧凑。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述直流式预分离装置包括圆筒状主体、轴向设置在圆筒状主体内的螺旋导流体、套设在圆筒状主体外侧的筒形外罩； 所述螺旋导流体由支撑体和设置在支撑体外侧的多个叶片构成；所述支撑体由圆柱体及其上、下两端的圆锥体构成，所述多个叶片呈螺旋状沿支撑体的轴向盘设在支撑体两端之间的外表面，所述各叶片的上、下两端分别形成一段与支撑体轴向平行的竖直导流段，上、下竖直导流段之间为螺旋导流段；所述各叶片的内侧边与支撑体外表面固定连接；所述各叶片的外侧边与圆筒状主体的内壁面固定连接； 所述圆筒状主体串接在高温气体过滤器的粗合成气提升管中，圆筒状主体的下端为气体进口，圆筒状主体上端为气体出口 ；在该圆筒状主体的筒壁上且沿筒壁周向设有多个第一排尘透孔，所述第一排尘透孔的轴向位置与叶片的螺旋导流段相对应；在该圆筒状主体的外壁面上且位于第一排尘透孔上方设有用于固定筒形外罩的环形凸缘； 所述筒形外罩由内筒和外筒构成；所述内筒套设在圆筒状主体之外，所述内筒的内径与圆筒状主体的外径相同，两者为间隙配合；所述内筒的筒壁上设有与第一排尘透孔数量、结构和位置对应相同的多个第二排尘透孔；所述外筒套设在内筒外侧，所述内筒与外筒的顶端固定连接且内筒与外筒之间形成环形空间。
2.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述各叶片上端竖直导流段的高度小于上端圆锥体的高度；所述各叶片下端竖直导流段的高度小于下端圆锥体的高度。
3.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述各叶片两端沿周向夹角范围为120° 160°。
4.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述第一排尘透孔和第二排尘透孔为轴向设置的长条形透槽。
5.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述圆筒状主体的气体进口和气体出口分别设有连接法兰。
6.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的直流式预分离装置，其特征在于所述圆筒状主体的环形凸缘上设有多段镂空的弧形滑道，所述筒形外罩的顶部设有多个连接螺栓；所述螺栓对应穿过相应的弧形滑道并固定。
7.—种高温气体过滤器，所述过滤器的管板上设有过滤单元，所述过滤单元中至少包括一个过滤管；所述管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室，含尘气体腔室设有气体入口，洁净气体腔室设有气体出口 ；含尘气体腔室内设有与气体入口导通的气体分布器，气体分布器上设有粗合成气提升管；过滤单元上部设置有引射器和与引射器对应的反吹管路，反吹管路一端通过脉冲反吹阀连通于反吹储气罐，反吹管路另一端设有与引射器顶部对应设置的喷嘴；其特征在于所述粗合成气提升管中串接有直流式预分离装置，所述直流式预分离装置包括圆筒状主体、轴向设置在圆筒状主体内的螺旋导流体、套设在圆筒状主体外侧的筒形外罩； 所述螺旋导流体由支撑体和设置在支撑体外侧的多个叶片构成；所述支撑体由圆柱体及其上、下两端的圆锥体构成，所述多个叶片呈螺旋状沿支撑体的轴向盘设在支撑体两端之间的外表面，所述各叶片的上、下两端分别形成一段与支撑体轴向平行的竖直导流段，上、下竖直导流段之间为螺旋导流段；所述各叶片的内侧边与支撑体外表面固定连接；所述各叶片的外侧边与圆筒状主体的内壁面固定连接； 圆筒状主体的下端为气体进口，圆筒状主体上端为气体出口 ；在该圆筒状主体的筒壁上且沿筒壁周向设有多个第一排尘透孔，所述第一排尘透孔的轴向位置与叶片的螺旋导流段相对应；在该圆筒状主体的外壁面上且位于第一排尘透孔上方设有用于固定筒形外罩的环形凸缘； 所述筒形外罩由内筒和外筒构成；所述内筒套设在圆筒状主体之外，所述内筒的内径与圆筒状主体的外径相同，两者为间隙配合；所述内筒的筒壁上设有与第一排尘透孔数量、结构和位置对应相同的多个第二排尘透孔；所述外筒套设在内筒外侧，所述内筒与外筒的顶端固定连接且内筒与外筒之间形成环形空间。
8.如权利要求7所述的高温气体过滤器，其特征在于所述各叶片上端竖直导流段的高度小于上端圆锥体的高度；所述各叶片下端竖直导流段的高度小于下端圆锥体的高度；所述各叶片两端沿周向夹角围为120° 160°。
9.如权利要求7所述的高温气体过滤器，其特征在于所述第一排尘透孔和第二排尘透孔为轴向设置的长条形透槽。
10.如权利要求7所述的高温气体过滤器，其特征在于所述圆筒状主体的气体进口和气体出口分别设有连接法兰；所述圆筒状主体的环形凸缘上设有多段镂空的弧形滑道，所述筒形外罩的顶部设有多个连接螺栓；所述螺栓对应穿过相应的弧形滑道并固定。
全文摘要
本发明为一种用于高温气体过滤的直流式预分离装置及其过滤器，该直流式预分离装置包括圆筒状主体、轴向设置在圆筒状主体内的螺旋导流体、套设在圆筒状主体外侧的筒形外罩；该直流式预分离装置能够有效降低过滤单元的粉尘负荷，降低反吹清灰的频率，从而减少反吹气流对过滤管的热冲击，进而延长过滤管的使用寿命；该直流式预分离装置的压降低，从而能够降低整个过滤系统的运行能耗；该预分离装置能够合理的匹配粉尘粒径与过滤管的关系，以克服现有技术造成过滤管的微孔被细小颗粒堵塞而过早失效的现象；该直流式预分离装置不改变来流气体的方向，便于与管路连接，可以优化布局，使过滤系统结构紧凑。
文档编号B01D46/24GK103055627SQ201310027529
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者姬忠礼, 吴小林, 杨亮, 熊至宜, 陈鸿海 申请人:中国石油大学(北京)