本发明涉及一种用于过滤气体-固体混合物的系统和方法。所述气体-固体混合物可包括由气化系统产生的合成气。
背景技术
气化系统典型地包括反应器或气化器以将含碳物质转换成一氧化碳(co)和氢气(h2)的混合物。混合物也可包括一些二氧化碳(co2)。这通过使物质在升高温度(典型地超过700°c)下在未燃烧的情况下与受控量的氧气和/或蒸汽反应而实现。气化反应可被称为部分燃烧或部分氧化。产生的气体混合物可被称为合成气、合成气体、合成的气体或发生炉气体，且其本身是一种燃料。
合成气可例如用于产生合成的燃料(诸如柴油、汽油或合成的甲烷)、化学品(诸如甲醇或氨)、蜡或功率(典型地为电力)。例如，整体气化联合循环(igcc)功率设备包括一个或多个气化器以产生合成气。
原料的含碳物质可包括任何含碳原料，诸如煤粉、生物质或油渣。油渣典型地指液体烃，典型地为重质烃油，例如重质原油或粗渣。煤粉和生物质为固体含碳物质的示例。
原料在气体单元的气化反应中部分地得到氧化。在工艺期间，气化反应器中的温度可例如为高达大约1300-1600°c，同时运行压力可典型地为大约3-6.5mpa。
产生的合成气可包括杂质，诸如焦油或灰分。合成气可被引导通过骤冷单元以将合成气冷却至饱和温度。骤冷单元也可将一部分杂质作为熔渣除去。
合成气的灰分或固体含量典型地取决于原料。例如煤的气化将典型地产生比单独用骤冷单元可除去的更多的灰分。而且，后续工艺可需要清洁的合成气。过滤单元可从骤冷单元接收合成气，以对其进行进一步的清洁，以及除去飞灰。
us20140047806公开了一种用于清洁含有焦油或灰分的气体的高温和高压的飞灰过滤系统。过滤系统包括主要由圆柱形壁部分组成的壳体，圆柱形壁部分在其上部端部处由圆顶形的盖封闭且在其下端处连接至具有圆锥形的集尘器。壳体由在圆柱形壁部分的上端横跨圆柱形壁部分的整个横截面的管板分成原始气体室和清洁气体室。原始气体室可经由进料气体入口而进入，原始气体可通过进料气体入口被引入原始气体室。壳体的圆顶形部分包括清洁气体出口，清洁气体可通过其中被排出。管板包括容纳多个蜡烛形的模块的多个开口。
us20140047806的系统的缺点在于，过滤模块的下端在使用期间具有振动的趋势。这些振动可非常严重，以至于邻近的过滤模块彼此接合，从而可能损坏或破坏过滤模块。
在例如包括在由美国waterford的herdingfiltrationl.l.c出售的herding®alpha过滤元件中的一种改进中，过滤模块的下端可连接至支持格栅。这使模块的下端固定，并因而防止由振动造成的损坏。然而，在使用期间，灰分会在支持结构上积聚，并且在某一时刻开始堵塞至少一些过滤元件的下端，从而需要停止运行以维护和人工清洁支撑结构。
本发明的目标是提供一种用于气体过滤的改进的系统和方法。
技术实现要素：
本发明提供一种用于过滤包括气体-固体混合物的气体的系统，所述系统包括：
-壳体；
-分隔本体，其将壳体分成原始气体区段和清洁气体区段，原始气体室可经由用于气体-固体混合物的入口而进入且清洁气体室包括用于排出清洁气体的出口；
-从所述分隔本体悬置的多个过滤元件；
-所述过滤元件的下端连接至支持格栅，所述支持格栅包括多个臂；以及
-一个或多个清洁元件，其设置在支持格栅的臂上，以对其进行清洁。
在过滤工作期间，清洁元件除去在支持格栅上的至少部分的固体积聚。清洁元件的尺寸可设置成使得固体积聚永远不会超过阈值，从而避免堵塞过滤模块的下端。本公开的过滤可连续运行达较长的时段，从而限制运行支出。
在实施例中，清洁元件适于振动以除去固体的积聚。
在另一实施例中，清洁元件包括围绕支持格栅的臂缠绕的螺旋弹簧。螺旋弹簧可在横截面中为圆形、正方形或矩形的。在实施例中，螺旋弹簧的后续的绕组具有逐渐增加的直径。
清洁装置可包括用于使相应的清洁装置相对于支持格栅固定的固定区段和一个或多个振动延伸部，所述延伸部连接到固定区段，用于相对于支持格栅振动。振动区段可包括螺旋缠绕的区段。螺旋缠绕的区段可在远离固定区段的方向上具有逐渐增加的直径。固定区段可包括带。
振动延伸部可包括伸长的振动元件，其具有连接到带的第一端部。任选地，伸长的振动元件的端部可设有重物。
清洁装置可适于通过调整选自下者的一个或多个参数将支持格栅上的固体的积聚限制于最大阈值水平：气体-固体混合物的流速；机械和/或液压冲击的能量；由冲击引起的在支持格栅中的振动；重复机械和/或液压冲击的频率；每次机械和/或液压冲击的数量；和机械和/或液压冲击的周期。
根据另一方面，本发明提供了一种用于过滤气体混合物的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供一种过滤系统，其包括：壳体；固定地布置在壳体中的支持格栅，所述支持格栅包括在结节处互连的多个臂；布置在支持结构的结节上的多个过滤元件；以及清洁元件，其在邻近的结节之间可移动地布置在支持格栅的臂上；以及
-通过清洁元件的振动和移动清洁支持格栅。
所述方法可包括以下步骤：通过气体混合物的动态流体力引起清洁元件的振动和移动。
在实施例中，所述方法包括以下步骤：借助于通过过滤元件的气体脉冲引起清洁元件的振动和移动，以对其进行清洁，所述气体脉冲适于通过动能激活清洁元件。
附图说明
参照附图，将在下文中更详细地并通过示例的方式描述本发明，在附图中：
图1示出根据本公开的用于气化系统的包括支持结构的过滤系统的横截面图；
图2示出根据本公开的支持结构的实施例的仰视图；
图3示出根据本公开的支持结构的另一实施例的透视图；
图4示出根据本公开的设有清洁装置的实施例的支持格栅的横截面；
图5示出根据本公开的设有清洁装置的另一实施例的支持格栅的横截面；
图6示出图5的实施例的透视图；
图7示出清洁装置的实施例的透视侧视图；
图8示出清洁装置的又一实施例的透视侧视图；
图9a和9b示出根据本公开的设有清洁装置的其它实施例的支持格栅区段的透视图；
图10示出根据本公开的设有清洁装置的支持格栅的俯视图；以及
图11示出图10的支持格栅的细节的透视图。
具体实施方式
图1示出高温和高压的飞灰过滤系统300的示例。过滤系统300包括壳体302，其例如包括圆柱形壁部分304，所述圆柱形壁部分304在其上端由圆顶形盖306封闭且在其下端连接至具有圆锥形形状的集尘器308。
壳体302可由在圆柱形壁部分304的上端横跨圆柱形壁部分304的整个横截面的管板314分成原始气体室310和清洁气体室312。
原始气体室310可经由进料气体入口316进入，原始气体可通过进料气体入口被引入原始气体室310中。壳体302的圆顶形部分306包括清洁气体出口318，清洁气体可通过其中排出。请注意，气体流动也可为相反的，即，通过导管318进入并通过管道316离开。
管板314包括多个开口320，其容纳多个蜡烛形的过滤模块330的上端。开口320可具有用以容纳过滤模块的任何适合的形状，例如圆形或矩形。过滤模块可从管板314悬置。各个过滤模块330可包括多个蜡烛形的过滤元件(未示出)。将多个过滤元件捆扎在一个过滤模块中有利于更高效地对其进行更换，例如以进行维护。
在实际的实施例中，管板314足够坚固以承载所有过滤模块330的组合的重量。管板可例如由钢制成。管板可具有大约50mm或更大的厚度以提供适当的强度和弯曲刚度。
支持格栅360包括在结节364处连接的多个互连的支持梁362。过滤模块330的下端366可连接至支持格栅。例如，各个下端366可连接至支持格栅的相应的结节364。互连柱脚368可使过滤模块的下端连接至结节。格栅360可具有任何适合的形状，例如矩形(图2)或三角形(图3)。一个或多个竖直立柱372可使格栅360连接至管板314。竖直立柱可使格栅直接地连接至管板，以至少在一定程度上约束支持格栅的竖直和水平的移动。而且，竖直的立柱提供额外的支持并消除过滤模块330的过滤元件上的应力。
格栅360可固定过滤模块的下端相对于彼此的水平移动，从而防止例如在清洁脉冲期间或在清洁脉冲之后不久过滤模块彼此接合和损坏。
为了使各个过滤模块330再生，过滤系统300可包括反脉冲系统350，其包括压力源352以及多个供应管线354，所述供应管线354终止在各个过滤模块330上方的圆顶形盖306中。
备选的反脉冲系统可包括在过滤模块的顶部上方的圆锥形气体圆顶。参见例如cn201329226的示例。
备选地或另外，为了使各个过滤模块330再生，系统可包括一个或多个冲击装置370、374。冲击装置可对过滤模块提供冲击，如机械冲击。可直接对过滤模块(的一部分)、支持格栅360、壳体302和/或管板314提供冲击。冲击装置370可沿水平方向提供脉冲。冲击装置374可沿竖向方向提供冲击。沿竖向方向(例如沿过滤元件的长度的方向)提供冲击可有益于将过滤元件上的应变限制在过滤元件的材料极限内。
通过使用反脉冲系统350或cn201329226中公开的气体锥形结构提供气体压力脉冲，灰分和灰尘将被从过滤模块330吹出，并将由于重力而下落。类似地，由冲击装置370、374中的一个或多个提供的机械冲击激励过滤模块330和其中的过滤元件的振动，这使过滤模块中的灰分和灰尘脱离过滤模块和/或元件并由于重力而下落。然而，脱离的灰分和灰尘的部分可积聚在支持格栅360上。
根据本公开，支持格栅设有清洁装置380。清洁装置适于从支持格栅除去积聚的固体(诸如灰分和灰尘)的至少部分。
在实施例中，清洁装置可沿支持梁362在邻近的结节364之间移动。清洁装置可包括能够沿着支持格栅移动的适合的柔性结构。
在实施例中，清洁装置为围绕格栅360缠绕的弹簧。格栅360在相应的结节364之间的一个或多个区段可设有单独的弹簧。
在成本有效的实施例中，弹簧可为螺旋弹簧(图1-3)。螺旋弹簧可具有任何数量的绕组，其选择成响应于在系统中可获得的动能提供适当的清洁动作。在压力脉冲或其它清洁动作之后，从管板314悬置的结构中的振动将与格栅360产生共振。振动将激活清洁装置，诸如在图1和2中示出的弹簧380，其将沿着或抵着它们相应的格栅区段362移动并接合积聚的灰尘。由于灰尘具有相对松散和/或粉末状的结构，清洁装置的相对较轻的碰触便已除去灰尘积聚的至少部分。清洁装置的尺寸可设置成使得可充分地限制固体积聚以防止过滤元件的堵塞。
在横截面中，螺旋弹簧可例如为圆形、正方形或矩形的。清洁装置的横截面形状可选择成配合支持格栅的外部横截面形状。
格栅支持梁或交叉连杆362可具有相对较细且高的形状，这意味着其高度392明显超过宽度390。任选地，支持梁也可设有尖锐或尖的顶端394。细的格栅区段以及尖锐的顶端限制格栅区段的顶部表面并因而也限制灰尘集聚。
图3中示出的结节364在俯视图中具有基本上圆柱形形状。结节可具有任何其它适合的形状。结节可在俯视图中例如具有六边形形状，从而允许各个交叉连杆连接到结节的单独侧表面。
如图4中所示，清洁装置380的横截面可紧密遵从相应的格栅梁362的外表面。在本文中，清洁装置380可为螺旋弹簧。备选地，清洁装置可包括一个或多个可沿着格栅梁362移动的单个绕组。
在实施例(图5和6)中，清洁装置380包括围绕格栅梁362缠绕的弹簧型材料。清洁装置包括连接至格栅梁362的固定区段400。固定区段连接至一个或多个振动元件或振动延伸部410、412。
如在图5和6中所示，振动延伸部410、412可包括分别具有逐渐增大的直径的螺旋弹簧绕组402、404、406、408。
图7示出其中清洁元件包括连接至振动伸长部410、412的固定区段400的实施例。清洁元件380在横截面中具有基本上伸长的形状。伸长的形状可特别适于限制延伸部410、412的宽度以限制在清洁元件静止时在其上的灰尘沉积。同时，清洁元件380的高度可明显超过宽度以紧密遵从格栅梁362的外部形状，同时允许在振动伸长部和格栅之间有足够的空间，用于前者相对于后者的相对移动。与图4形成比较。
图8示出其中清洁元件的横截面形状基本上为圆形或椭圆形的实施例。
图9示出其中固定区段400包括带420的实施例。带420围绕格栅梁区段362而紧紧缠绕。
振动延伸部410可具有在带420和格栅区段之间固定的第一端部422。振动延伸部410可包括伸长的部件430，其沿着格栅362的表面延伸并可相对于格栅362的表面振动。伸长的部件430的第二端部424可设有重物或较重的区段432。重物432可响应于在过滤系统中可获得的振动能量支持或加强清洁元件的振动响应。
格栅的各个区段可设有一个或多个，例如两个或三个伸长的部件430。清洁装置的伸长的部件430可沿着相应的格栅区段362的顶部区段延伸并在其附近。
伸长的部件430可为直的线材(图9a)。备选地，(多个)伸长的部件430可为曲形的或弯曲的线材(图9b)，从而使得伸长的部件能够符合格栅362的外形。
图10示出支持格栅360的实施例的俯视图。在本文中，邻近的结节364位于用数字示意性地指出的不同的竖直高度处，例如三个不同的竖直高度1、2和3。
在图10的实施例中，支持格栅为三角形的，且具有布置在三个不同高度处的结节以确保所有结节364相对于邻近的结节中的任一个处于不同的竖直高度。后者确保使两个附近的结节互连的格栅梁362的区段相对于水平面440倾斜。格栅的其它形状、以及多于三个高度、或两个不同的竖直高度也是可行的。
由于邻近的结节处于不同的竖直位置，所以支持格栅的梁362的不同区段相对于水平面440倾斜。由于多个竖直高度的原因，所以一个梁区段362可相对于水平面440(图11)成角度α，而另一梁区段可相对于水平面成不同的角度β。
倾斜的梁区段确保围绕相应的梁区段可移动地布置的清洁装置380由于重力朝梁区段的最低点滑动。当在过滤系统中的振动激励清洁装置时，后者将沿着它们的相应梁区段振动和移动，从而在这样做时除去固体沉积物。当停止振动时，清洁装置将回落到最低点。在图10和图11中的实施例提供清洁装置(诸如螺旋弹簧型)的改进的清洁和灰尘除去动作，因为它们由于重力被迫沿着梁区段移动。
本公开的系统通过将单独的固体本体应用在最易于积聚飞灰和/或灰尘的支持结构的选定部分的周围或应用在其上而工作。清洁本体，例如螺旋弹簧，被设计和定位成使得它们在正常运行期间容易积聚灰分的区域上不断地振动和移动。振动和移动可由动态流体力引起。移动和振动的清洁装置380防止飞灰和灰尘颗粒沉积在支持格栅360的表面上。清洁装置在相应的结节364之间移动，并限制灰分的积聚。
除了动态流体力之外，清洁装置380可通过例如由来自冲击装置370的冲击和/或由反向脉冲系统350提供的气体脉冲触发的支持格栅的振动激活。
清洁装置380允许通过调整来自例如下者中的一个或多个参数而将支持格栅上积聚的灰分限制于阈值：通过合成气流获得的动能；机械冲击或气体脉冲的能量；由支持格栅中的冲击或脉冲产生的振动；冲击或脉冲的频率；气体脉冲的周期；和每次提供多个机械冲击或气体脉冲，例如每次2-10个数量的冲击。
在实际的实施例中，清洁装置380可由相对柔性的线材材料制成。清洁装置的柔性优选足以允许装置响应于在系统中可获得的能量振动，同时足够刚性和坚硬以除去积聚的灰尘。优选地，清洁元件的材料可经得住来自气体中潜在的侵蚀性成分(诸如h2s)的侵蚀。
取决于气体的组成及其侵蚀性成分，清洁装置380的材料可选自例如：铬硅弹簧钢[5160(a689)，组成为0.55–0.65％的碳、0.75–1.00％的锰、0.70–0.90％的铬]，其相对耐疲劳；和耐腐蚀的弹簧回火的不锈钢[(a666)：0.08–0.15％的碳、最多2.00％的锰、16.00–18.00％的铬、6.00–8.00％的镍]。清洁元件的材料优选为相对较细的线材，使得其相对于格栅区段362较有柔性。相对地，线材材料的弹性常数可为相应的格栅区段的弹性常数的至少1/100，但优选至少1/1000。
通过防止灰分和灰尘沉降在支持格栅上，可将灰分和灰尘积聚成较大块的积聚(集聚、附聚)和生长的起始限制于预定的最大值，从而防止过滤元件的堵塞并且消除了人工清洁和相关的运行停机。本公开的清洁装置由于有限的维护和长时间的连续运行而提供显著的成本节省。
本发明不限于如上所述的实施例，其中可在所附权利要求的范围内想到多种修改方案。可例如组合不同实施例的特征。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于过滤气体-固体混合物的系统，所述系统包括：
-壳体；
-分隔本体，其将所述壳体分成原始气体区段和清洁气体区段，所述原始气体区段可经由用于气体-固体混合物的入口而进入且所述清洁气体区段包括用于排出清洁气体的出口；
-从所述分隔本体悬置的多个过滤元件；
-所述过滤元件的下端连接至支持格栅，所述支持格栅包括多个臂；
-一个或多个清洁元件，其设置在所述支持格栅的臂上，以对其进行清洁。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洁元件适于振动以除去固体的积聚。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洁元件包括围绕所述支持格栅的臂缠绕的螺旋弹簧。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述螺旋弹簧在横截面中为圆形、正方形或矩形的。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述螺旋弹簧的后续的绕组具有逐渐增加的直径。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括至少一个冲击装置，其用于对所述过滤元件提供机械和/或液压冲击，以用于从所述过滤元件的表面除去积聚的固体，所述冲击适于提供引起所述清洁元件的振动的激励能。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，包括反脉冲系统，其用于提供通过所述过滤元件的气体脉冲，以对其进行清洁，所述气体脉冲适于提供所述液压冲击。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述清洁元件适于通过调整选自下者的一个或多个参数，将固体在所述支持格栅上的积聚限制于最大阈值水平：所述气体-固体混合物的流速；所述机械和/或液压冲击的能量；由所述冲击产生的在所述支持格栅中的振动；所述机械和/或液压冲击重复的频率；每次机械和/或液压冲击的数量；和所述机械和/或液压冲击的周期。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洁元件包括用于相对于所述支持格栅固定相应的所述清洁元件的固定区段，和连接至所述固定区段用于相对于所述支持格栅振动的一个或多个振动延伸部。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述振动延伸部包括螺旋缠绕的区段。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述螺旋缠绕的区段在远离所述固定区段的方向上具有逐渐增加的直径。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述固定区段包括带。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述振动延伸部包括伸长的振动元件，其具有连接至所述带的第一端部。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述伸长的振动元件的端部设有重物。
15.一种用于过滤气体混合物的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供过滤系统，所述过滤系统包括：壳体；在所述壳体中固定布置的支持格栅，所述支持格栅包括在结节处互连的多个臂；布置在所述支持结构的结节上的多个过滤元件；和在邻近的结节之间可移动地布置在所述支持格栅的臂上的清洁元件；以及
-通过所述清洁元件的振动和移动来清洁所述支持格栅。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过所述气体混合物的动态流体力引起所述清洁元件的振动和移动。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：借助于通过所述过滤元件的气体脉冲引起所述清洁元件的振动和移动，以对其进行清洁，所述气体脉冲适于通过动能激活所述清洁元件。