移动颗粒层过滤器和过滤除尘系统的制作方法

本发明涉及高温气体除尘领域，尤其涉及一种用于将低浓度的含尘气体进行更彻底过滤的过滤器。
背景技术：
：一些煤热解技术(如流化床热解、回转炉热解、气流提升管加热)是包含或针对宽粒度煤或粉碎状煤的，这些工艺在热解过程中均会产生较大量的粉尘，这些粉尘如不及时从煤气中脱除，一旦温度降低，粉尘与冷凝出来的重质焦油粘结在一起，可能导致热解系统被迫停工；煤气脱尘不充分，也会污染或堵塞后续煤焦油加工设备，降低煤焦油品质。高温气体(即高温含尘气体)除尘是高温条件下直接进行气固分离，是实现气体净化的一项技术。普通气固分离手段(如旋风分离器、静电除尘器等)难以有效解决煤热解高温煤气的除尘问题。研究人员更多地投入到利用移动的高温颗粒层/流与含尘气体之间的错流接触以高温除尘的过滤除尘技术中，例如在cn101480551a中采用了将煤气通过旋风除尘器除去大部分粗颗粒粉尘，除尘后的煤气与热半焦进行错流接触，以使得煤气中的粉尘在热半焦的外力作用下沉积下来。类似的，利用物理和化学性质非常稳定的固体颗粒组成过滤层以实现对气体过滤的颗粒层过滤器装置及移动颗粒层过滤除尘技术被认为是最具发展潜力的高温除尘技术之一，具有耐高温及持久性好的优点。然而物理和化学性质非常稳定的高温固体颗粒固然可以吸附粉尘并使之沉降，但其对于含尘浓度高的气体一般而言除尘效率高，对于较低含尘浓度的气体的除尘效率则不尽如人意。在实际应用中，如cn101480551a中将 煤气通过旋风除尘器除去大部分粗颗粒粉尘后的煤气中，含尘浓度已经不高，例如普遍低于10％，此时通过移动颗粒层过滤器后的过滤效率不高，除尘效率低下。尽管通过选择不同的过滤材质、增长过滤时间、级数等，仍旧难以达到彻底清除。技术实现要素：本发明的目的是提供一种移动颗粒层过滤器和过滤除尘系统，能够更为彻底有效地过滤低浓度含尘气体，提高除尘效率。为实现上述目的，本发明提供了一种移动颗粒层过滤器，该移动颗粒层过滤器包括进气通道和设有流动过滤介质的错流过滤腔室，其中，进气通道中设有含尘气体分离机构，该含尘气体分离机构用于将进入进气通道的含尘气体至少分离为含尘浓度相对高的浓尘气流和含尘浓度相对低的淡尘气流，并使浓尘气流进入错流过滤腔室中与流动过滤介质错流接触以除尘。优选地，该移动颗粒层过滤器还包括前端除尘装置，该前端除尘装置的排气出口与进气通道的进气端相连，使得含尘气体经由前端除尘装置的前级除尘后进入进气通道，并在错流过滤腔室中完成后级除尘。优选地，前端除尘装置的排气出口排出的前级除尘后的含尘气体的含尘浓度不大于10％。优选地，错流过滤腔室中对浓尘气流的后级除尘的除尘效率不小于90％。进一步地，含尘气体分离机构设置为能够调节浓尘气流的含尘浓度。优选地，含尘气体分离机构包括沿气流方向倾斜形成的倾斜迎流面，该倾斜迎流面上贯穿形成有间隔布置的多个气流缝隙，沿气流方向流动的含尘气体在倾斜迎流面上分为沿倾斜迎流面倾斜流动的浓尘气流和沿气流方向穿过气流缝隙的淡尘气流，其中倾斜迎流面相对于气流方向的倾斜角度能够 调节。优选地，倾斜角度的角度调节范围为30°～60°。优选地，含尘气体分离机构包括挡板，该挡板沿气流方向从进气通道内的底壁或顶壁倾斜伸出，挡板的与气流方向相向的倾斜表面形成为倾斜迎流面，多个气流缝隙沿气流方向贯穿设置在挡板上；其中，挡板能够绕端部摆动以调节倾斜迎流面的倾斜角度。优选地，含尘气体分离机构包括以倾斜角度依次间隔布置的多个挡块，多个挡块的与气流方向相向的各自倾斜表面共同形成为倾斜迎流面，相邻两个挡块之间的间隙形成为气流缝隙，其中，多个挡块位置可调节地安装在进气通道内的侧壁上以排列成具有不同的倾斜角度的倾斜迎流面。优选地，每个挡块的中点连接有摆动轴，该摆动轴可枢转地安装在进气通道内的侧壁上，含尘气体分离机构还包括挡块联动机构，该挡块联动机构连接多个挡块的各自摆动轴，以驱动多个挡块分别围绕各自的中点同步摆动，从而调节倾斜迎流面的倾斜角度。优选地，进气通道内的侧壁上形成有以倾斜迎流面的端点为圆心的多个同心的圆弧形长孔，多个挡块一一对应地独立安装在圆弧形长孔上且能够沿该圆弧形长孔移动安装，以调节倾斜迎流面的倾斜角度。优选地，多个挡块分为多组，每组中的多个挡块能够以不同的倾斜角度排列。优选地，沿倾斜迎流面方向上，气流缝隙的宽度不大于单个挡块的倾斜表面的长度的1/2。优选地，含尘气体分离机构还包括分隔板，沿气流方向，分隔板水平布置在倾斜迎流面末端的后方，分隔板将进气通道分隔为浓尘气流通道和淡尘气流通道。优选地，分隔板为可翻转板。优选地，含尘气体分离机构还包括粉尘回收罐，该粉尘回收罐设置在倾斜迎流面和分隔板的正下方。优选地，流动过滤介质从错流过滤腔室的顶部流入并从错流过滤腔室的底部流出；并且移动颗粒层过滤器包括设置在错流过滤腔室的横向进风侧的百叶窗式格栅板，该百叶窗式格栅板包括沿竖向间隔布置的多个格栅板，每个格栅板均从外到内向下倾斜，以阻挡流动过滤介质横向流出并将浓尘气体引入错流过滤腔室内。优选地，流动过滤介质为表面温度400℃以上的瓷球、石英砂或者多孔沸石。此外，本发明还提供了一种过滤除尘系统，包括本发明上述的移动颗粒层过滤器、为移动颗粒层过滤器排出的含尘的流动过滤介质清灰的过滤介质清灰装置和用于将清灰后的流动过滤介质加热的过滤介质加热装置，加热后的流动过滤介质回流至错流过滤腔室内循环使用。在上述技术方案中，本发明意识到对于低浓度的含尘气体而言，其通过常规移动颗粒层过滤器的过滤难以达到彻底，其关键在于浓度过低，为此有针对性地设计了安装在进风通道内的含尘气体分离机构，由于倾斜迎流面对含尘气体的阻挡，其中的固态尘颗粒在惯性作用下与气相分离，滞留在倾斜迎流面上流动，使得沿倾斜迎流面流动的气体的含尘浓度增加，而穿过倾斜迎流面上的气流缝隙的气体的含尘浓度得以降低。这样在进入移动颗粒层过滤器后，针对浓尘气流的除尘效率可大幅提高，进而使整体气流的除尘效率提高。进一步地，可通过调整倾斜迎流面的倾斜角度等以调节浓尘气流的含尘浓度，达到最优的除尘效果。本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1显示了移动颗粒层过滤器在不同含尘浓度气体下的除尘效率曲线；图2和图3分别为根据本发明的优选实施方式的移动颗粒层过滤器中的含尘气体分离机构的内部结构示意图和外侧视图；图4为根据本发明的优选实施方式的过滤除尘系统的结构原理图。附图标记说明1进气通道2挡块3分隔板4挡块联动机构5粉尘回收罐6流动过滤介质7百叶窗式格栅板8圆弧形长孔21摆动轴11浓尘气流通道12淡尘气流通道100含尘气体分离机构200移动颗粒层过滤器300过滤介质冷却单元400过滤介质清灰装置500过滤介质提升单元600过滤介质加热装置700排料锁气单元a气流方向b倾斜迎流面c气流缝隙a倾斜角度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、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。上述方位词是为了便于理解本发明而定义的，因而不构成对本发明保护范围的限制。如前所述，当采用移动颗粒层过滤器过滤含尘气体时，流动过滤介质(如瓷球)从上往下缓慢移动，与大致水平流动的低浓度含尘气体接触以完成过滤。对于普通含尘气体的过滤除尘，移动颗粒层过滤器的除尘效率高，能够过滤其中的绝大部分粉尘。但在实际工艺过程中，例如煤热解后气体的过滤除尘工艺中，往往采用多级过滤除尘，在最后的移动颗粒层过滤器过滤时，经过多级过滤的含尘气体中的粉尘含量低，在通过移动颗粒层过滤器时，很大一部分气体将直接从瓷球中穿过，其中的粉尘难以粘附到瓷球上，从而产生过滤瓶颈，导致移动颗粒层过滤器的整体过滤效率较低。对于本领域技术人员而言，在采用多级过滤除尘时，必然要求前端除尘的效率高，使得前级处理后的气体含尘量越低越好，但是由于设备和工艺限制，仍旧不能达到彻底清除，而通过移动颗粒层过滤器的瓷球过滤除尘就是为了能够进一步除尘。但如上所述并参见图1，前级除尘的效率越高，进入移动颗粒层过滤器的含尘气体的粉尘含量越低，含尘气体的粉尘含量低于某一特定值时，移动颗粒层过滤器的效用低下，例如除尘效率很难达到90％以上。技术人员越追求前端除尘效率高、除尘彻底，移动颗粒层过滤器的除尘效率越低下。对于本领域技术人员而言，其常规解决思路是选择不同的过滤材质，增长过滤时间、级数等，但这些手段措施的效果不彰。在本发明中，发明人正是意识到本领域技术人员容易忽视的原因，即由于含尘气体的含尘浓度过低导致移动颗粒层过滤器的除尘效率低下的瓶颈。 如图1所示，发明人经过反复试验，绘制了同一移动颗粒层过滤器在不同含尘浓度气体下的除尘效率曲线，图中可见，含尘气体的含尘浓度过低时，移动颗粒层过滤器的除尘效率将显著降低。在此情况下，即使增长过滤时间、级数等，也难以达到很好效果。为此，如图2所示，本发明提供了一种移动颗粒层过滤器，该移动颗粒层过滤器200包括进气通道1和设有流动过滤介质6的错流过滤腔室，其中，进气通道1中设有含尘气体分离机构100，含尘气体分离机构100用于将进入进气通道1的含尘气体至少分离为含尘浓度相对高的浓尘气流和含尘浓度相对低的淡尘气流，并使浓尘气流进入错流过滤腔室中与流动过滤介质6错流接触以除尘。本发明的主旨是通过增设的含尘气体分离机构100将低浓度的含尘气体的浓度提高，提高浓度后的浓尘气流被送入移动颗粒层过滤器200进行过滤，而淡尘气体可直接穿过过滤器，不影响整体分离效率。浓尘气体在过滤器中的停留时间增长，流动过滤介质6的利用率提高，除尘效率也显著提高，以下实施例中将具体展示。在本实施方式中，移动颗粒层过滤器还包括前端除尘装置(未显示)，前端除尘装置的排气出口与进气通道1的进气端相连，使得含尘气体经由前端除尘装置的前级除尘后再进入进气通道1，并在错流过滤腔室中完成后级除尘。这样，进入移动颗粒层过滤器的进气通道1的含尘气体的粉尘含量低，例如前端除尘装置的排气出口排出的前级除尘后的含尘气体的含尘浓度不大于10％，参见图1，此时若直接通入移动颗粒层过滤器，则除尘效率必然低于90％。而经过含尘气体分离机构100的分离并浓度提高，形成部分的浓尘气流后，移动颗粒层过滤器对浓尘气流的除尘效率显著提高，尽管淡尘气流的除尘效率依然低下，但整体除尘效率必然不低于90％。本发明的含尘气体分离机构100不仅能够分离出浓尘气流和淡尘气流， 还可进一步地对浓尘气流的含尘浓度进行调节，以方便操作，实现移动颗粒层过滤器的最优除尘效率和效果。在本实施方式中，参见图2，提供了作为示例的一种含尘气体分离机构100，其包括沿气流方向a从进气通道1的底端倾斜向上形成的倾斜迎流面b，该倾斜迎流面b上贯穿形成有从下至上间隔布置的多个气流缝隙c，沿气流方向a流动的含尘气体通过倾斜迎流面b后，其中沿倾斜迎流面b倾斜向上爬升的部分气流形成为含尘浓度高的浓尘气流，穿过气流缝隙c的部分气流形成为含尘浓度低的淡尘气流。通过试验发现，在本实施方式中，含尘气体在通过此分离机构时在倾斜迎流面上会形成一条高浓度浓缩带。由于倾斜迎流面b对含尘气体的阻挡，其中的固态尘颗粒在惯性作用下与气相分离，滞留在倾斜迎流面b上以向上爬升，使得沿倾斜迎流面向上流动的气体的含尘浓度增加，形成浓尘气流，而穿过倾斜迎流面上的气流缝隙的气体的含尘浓度得以降低，形成淡尘气流。因此，在本发明的移动颗粒层过滤器的入口前加装含尘气体分离机构后，可将含尘气体一分为二，提高其中一个分支流(高浓度区)的含尘浓度，形成高浓度区和低浓度区。由于高浓度的含尘气体的除尘效率相对较高，因而整体的除尘效率得以提高，因而此移动颗粒层过滤器尤其适用于对粉尘浓度偏低的含尘气体的终极除尘处理。在本实施方式中，参见图2，倾斜迎流面b的向上倾斜方向与气流方向a之间的向上的倾斜角度a优选为30°～60°，在此角度范围内，浓淡分离效果更佳。显见的，向上的倾斜角度a过大(接近垂直态)或过小(接近水平)时，浓淡分离效果都不好。在向上的倾斜角度a的上述30°～60°的范围内，通过逐步调节倾斜角度a，可获得使浓尘气流中的含尘浓度最高时的最优角度。为了在进气通道1中形成倾斜迎流面b和若干气流缝隙c，如图2所示，本实施方式中的含尘气体分离机构100包括多个挡块2，该多个挡块2向上倾斜地依次间隔布置，多个挡块2的倾斜顶面形成为倾斜迎流面b，相邻两个挡块2的间隙形成为气流缝隙c。即通过多个挡块2平行排列的形式形成上述倾斜迎流面b和若干气流缝隙c。其中，多个挡块2位置可调节地安装在进气通道1内的侧壁上以排列成具有不同的倾斜角度a的倾斜迎流面b。在图2中，每个挡块2的中点可连接有摆动轴21，可通过挡块2围绕摆动轴21的中点旋转摆动，以减少挡块2的倾斜顶面上的积灰，积灰下落至下方的粉尘回收罐5中。在本实施方式中，如图3所示，含尘气体分离机构100还可包括挡块联动机构4，该挡块联动机构4连接多个挡块2的各自摆动轴21，以驱动多个挡块2分别围绕各自的中点同步摆动。通过同步联动控制翻转及翻转角度，不仅可通过翻转挡块以减少积灰的现象，同时也同步调节了向上的倾斜角度a，从而可调节含尘浓度。为了更广范围地调节倾斜角度a，进而调节浓尘气体的浓度，如图4所示，进气通道1内的侧壁上还可形成有以倾斜迎流面b的底端端点为圆心的多个同心的圆弧形长孔8(图中以虚线表示)，多个挡块2一一对应地独立安装在圆弧形长孔8上且能够沿该圆弧形长孔8移动安装，以调节倾斜迎流面b的倾斜角度a。挡块2的这种沿同心圆弧的移动安装，使得倾斜角度a的调节范围更大。其中，可挡块2也可通过摆动轴21可枢转地安装于圆弧形长孔8的不同位置上，从而通过旋转摆动以减少挡块2的倾斜顶面上的积灰。另外，多个挡块2也可分为多组，每组中的多个挡块2可以不同的倾斜角度a排列，这样就可形成多个倾斜角度a的倾斜迎流面b，获得不同浓度的浓尘气流通道11。需要注意的是，在气流方向a的含尘气体的流速一定的情况下，气流缝隙c的宽度不宜过大，以免向上爬升的浓尘气流的流量过小，且粉尘较大部 分地通过气流缝隙c流出。因而在本实施方式中，在倾斜迎流面b的向上倾斜方向上，气流缝隙c的宽度不宜大于单个挡块2的倾斜顶面的长度的1/2。在另一种实施方式中，含尘气体分离机构100可包括单一挡板，该挡板的底端抵接进气通道1的底部且顶端倾斜向上，挡板的倾斜顶面形成为倾斜迎流面b，多个气流缝隙c贯穿设置在挡板上。即通过单块挡板的形式形成倾斜迎流面b，单块挡板上形成气流缝隙c。同样的，为调节倾斜迎流面b的向上的倾斜角度a，可使得挡板能够绕挡板底端翻转摆动，并且同时起到去除积灰的作用。含尘气体通过倾斜迎流面b后形成的浓尘气流和淡尘气流的质量、流速均有区别，若在其后的进气通道1中二者无明显区隔，则容易混合产生混流。因此，本发明的含尘气体分离机构100还包括图2所示的分隔板3，沿气流方向a，该分隔板3水平布置在倾斜迎流面b的顶端的后方，分隔板3将倾斜迎流面b后方的进气通道1分隔为位于该分隔板3上方的浓尘气流通道11和位于该分隔板3下方的淡尘气流通道12，浓尘气流在浓尘气流通道11中稳定通过，淡尘气流则在淡尘气流通道12稳定通过。其中，分隔板3的前端可与顶部挡块2的顶端连接，也可适度分隔开，以确保浓尘气流与淡尘气流不产生混同为准。通过设置分隔板3，可形成一段平流区/缓冲区，增加气体的稳定性、均匀性，有利于提高过滤效率。同样的，分隔板3优选为可翻转板，以除去该分隔板3顶面的积尘。含尘气体分离机构100还可包括设置在倾斜迎流面b和分隔板3的正下方的粉尘回收罐5，以回收翻转后下落的粉尘。上述移动颗粒层过滤器200优适于处理浓度较低的含尘气体，以提高除尘效率。因此，进入含尘气体分离机构100的含尘气体的含尘浓度优选为不大于10％。在操作时，根据移动颗粒层过滤器200的特性，可通过控制倾斜 迎流面b的向上的倾斜角度a，从而调节浓尘气流和淡尘气流中的含尘浓度，以达到最优化的除尘效果。并且，可以通过翻转倾斜迎流面b来清除该倾斜迎流面b上的堆积粉尘。如图4所示，从含尘气体分离机构100流出的含尘气体进入错流过滤腔室内与流动过滤介质6错流接触以除尘。移动颗粒层过滤器200内部充满高温规整的流动过滤介质(例如瓷球、石英砂或者多孔沸石等)，如惰性颗粒或其它耐温度骤变的颗粒，粒径优选为1～10mm。含尘气体通过移动颗粒层过滤器200内时，其中的粉尘容易粘结在高温流动过滤介质的表面，错位移动的流动过滤介质同时将粘结的粉尘颗粒带出，以达到除尘目的。具体地，参见图4，本实施方式中的流动过滤介质6从错流过滤腔室的顶部流入并从错流过滤腔室的底部流出。移动颗粒层过滤器200还包括设置在错流过滤腔室的横向进风侧的百叶窗式格栅板7，该百叶窗式格栅板7包括沿竖向间隔布置的多个格栅板，每个格栅板均从外到内向下倾斜，以阻挡流动过滤介质6横向流出并将含尘气体引入错流过滤腔室内。百叶窗式格栅板7不仅可布置在移动颗粒层过滤器200的横向进风侧，也可布置在横向出风侧，起阻挡流动过滤介质向过滤床外洒落及布气的作用，各个格栅板与水平面夹角应大于流动过滤介质堆积角。进一步地，在图4所示的根据本发明的过滤除尘系统中，包括上述移动颗粒层过滤器200、分别为移动颗粒层过滤器200排出的含尘的流动过滤介质6冷却和清灰的过滤介质冷却单元300、过滤介质清灰装置400、以及用于将清灰后的流动过滤介质6提升并加热的过滤介质提升单元500、过滤介质加热装置600，加热后的流动过滤介质可通过排料锁气单元700回流至错流过滤腔室内循环使用。此过滤除尘系统的具体操作过程是：将热解后的含尘气通过在除尘过滤器入口的分离机构，利用分离机构将含尘气体分成高浓度区和低浓度区。然 后利用移动颗粒层过滤器200中的流动过滤介质与高温含尘气体之间的错流接触，过滤除去热解气中的大部分粉尘后，将含尘的流动过滤介质经过滤介质冷却单元300降温至例如100～250℃，落入过滤介质清灰装置400中进行水洗脱灰并经刮板机等刮入过滤介质提升单元500中以提升至所需高度，进而进入过滤介质加热装置600升温至400～500℃，即完成流动过滤介质6的再生(包括清灰和升温)，再生后的流动过滤介质进入移动颗粒层过滤器200内继续除尘操作。参见图1，其显示了移动颗粒层过滤器200的冷模测试实验，显示了在不同含尘浓度气体下的除尘效率曲线。代表性的数据如下(考察效率及压降)：填充6mm颗粒，床层厚h＝0.3m，百叶窗式格栅板7前积灰未吹扫。参数第1组第2组第3组表观气速(m/s)0.30.30.3粉尘浓度(g/m3)7.510.4713.32稳态过滤床压降(pa)370480540固定床过滤器除尘效率(％)86.590.5897.76以上3组实验通过改变含尘气体的浓度可得到不同的除尘效率。显然，含尘浓度越高，获得的除尘效率越高。因此，对于含尘浓度低的含尘气体，利用本发明的分离机构可将其分离出具有较高浓度的浓尘气流，有效提高除尘效率。例如，对于含尘浓度为7.5％的含尘气体，若直接通过移动颗粒层过滤器200，其除尘效率仅不足86％，若通过含尘气体分离机构100的分离处理，分离出的浓尘气流的含尘浓度可达13％以上，该浓尘气流的除尘效率可达97％以上，从而在整体上改善了低浓度含尘气体的综合除尘效果。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 于上述实施方式中的具体细节，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，例如倾斜向上的倾斜迎流面b也不限于倾斜向上的直线型，也可在顶部形成略带弧线的相后弯曲，甚至与分隔板3一体形成，这些简单变型均属于本领域技术人员能够轻易想到的或常规置换，因而属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过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。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页12