專利名稱：用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種高溫氣固分離裝置，尤其涉及一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器。
背景技術(shù)：
在化工、石油、冶金、電力等行業(yè)中，常產(chǎn)生高溫含塵氣體；由于不同工藝需要回收能量和達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，都需對這些高溫含塵氣體進(jìn)行除塵。高溫氣體除塵是高溫條件下直接進(jìn)行氣固分離，實現(xiàn)氣體凈化的一項技術(shù)，它可以最大程度地利用氣體的物理顯熱，化學(xué)潛熱和動力能，提高能源利用率，同時簡化工藝過程，節(jié)省設(shè)備投資。高溫氣體過濾技術(shù)采用設(shè)備是高溫氣體過濾器，高溫氣體過濾器的結(jié)構(gòu)如圖3A、圖3B和圖3C所示。過濾器9的管板93將過濾器密封分隔為兩部分，下部分為含塵氣體偵牝上部分為潔凈氣體側(cè)；含塵氣體(或稱為粗合成氣)由過濾器的氣體入口 91經(jīng)過氣體分布器911和粗合成氣提升管912后進(jìn)入到過濾器的的含塵氣體側(cè)，在氣體推動力的作用下到達(dá)各個過濾單元92，各個過濾單元92內(nèi)安裝有過濾元件921，過濾元件921為陶瓷過濾管或者燒結(jié)金屬過濾管。通常過濾器中安裝有12組或24組過濾單元92,每個過濾單元92中安裝有48根過濾管，過濾管在圓形的過濾單元內(nèi)按照等三角間距排布，結(jié)構(gòu)緊湊。在過濾過程中，含塵氣體由過濾管的外側(cè)表面通過過濾材料上的微孔進(jìn)入過濾管內(nèi)，氣體中的固體顆粒被截留在過濾管的外壁上形成粉餅層，潔凈的氣體由過濾管的開口端排出進(jìn)入潔凈氣體側(cè)，經(jīng)氣體出口 95排出進(jìn)入后續(xù)工藝。隨著過濾操作的進(jìn)行，過濾管外表面的粉餅層逐漸增厚，導(dǎo)致過濾器的壓降增大，這時需要采用反吹的方式實現(xiàn)過濾管的性能再生，反吹的氣流與過濾的氣流方向相反，反吹清灰時，脈沖閥98開啟，反吹氣體儲罐99中的高壓氮氣或潔凈合成氣瞬間進(jìn)入反吹管路97中，然后通過反吹管路上的噴嘴96向?qū)?yīng)的每組過濾單元92上方的引射器94內(nèi)噴射高壓高速的反吹氣體，反吹氣體經(jīng)引射器94擴(kuò)壓后進(jìn)入過濾管內(nèi)部，利用瞬態(tài)的能量將過濾管外表面的粉餅層剝落，使得過濾管的阻力基本上恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而實現(xiàn)過濾管的性能再生。粉塵落入過濾器的灰斗中，定期移除。高溫氣體過濾器典型的工況為過濾器的操作壓力3. 96MPa，操作溫度340°C，粗合成氣中的粉塵濃度668g/m3，反吹氣體的壓力8. 02MPa。采用循環(huán)反吹的方式對每組過濾單元中的濾管進(jìn)行清灰，不可以同時對所有的過濾單元清灰。每組過濾單元的平均反吹時間約為5分鐘，即某一時刻反吹完一組過濾單元后，按照一定的順序，間隔5分鐘反吹另一組，直至所有過濾單元都反吹清灰完畢，循環(huán)往復(fù)。綜上所述，高溫氣體過濾器在高溫高壓及高粉塵濃度下操作，過濾管的工作負(fù)荷很高。高溫氣體過濾器穩(wěn)定運行時，過濾效率可達(dá)99. 9%以上，凈化后氣體中的含塵濃度小于20mg/Nm3，完全滿足氣體凈化的要求。但是，由于過濾管的工作性能不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生破損和斷裂的現(xiàn)象，使得過濾管過早失效，導(dǎo)致潔凈氣體側(cè)的粉塵濃度急劇上升，致使除塵效率下降，影響后續(xù)工藝，嚴(yán)重時整個生產(chǎn)系統(tǒng)被迫停車。造成過濾管過早失效的主要原因是含塵工藝氣中的顆粒物濃度較高，所以反吹清灰的頻率高，頻繁的清灰操作會使過濾管受到較多的熱沖擊，容易發(fā)生斷裂和破損?；谏鲜銮闆r，申請?zhí)枮?00810146809. X的發(fā)明申請?zhí)岢隽艘环N“內(nèi)置旋風(fēng)預(yù)除塵的復(fù)合飛灰過濾器”，該發(fā)明申請采用旋風(fēng)分離器作為預(yù)分離設(shè)備，將旋風(fēng)分離器放置于氣體過濾器的內(nèi)部，以期達(dá)到降低過濾管工作負(fù)荷的目的。上述發(fā)明申請中采用了 “逆流反轉(zhuǎn)式”結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器，其工作原理是含塵氣體沿與旋風(fēng)分離器筒體頂部相切的水平管路進(jìn)入分離器，在特殊的流道設(shè)計下，氣流由上至下做旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生離心力，沿器壁產(chǎn)生“外旋流”，固體顆粒由于質(zhì)量大，受到的離心力也大，固體顆粒迅速向器壁移動，與壁面碰撞失去速度，沿器壁在向下的氣流和重力的共同作用下，向下從排塵口被排出，落入進(jìn)入旋風(fēng)分離器底部的灰斗中，而“甩”掉大部分粉塵的氣流在“內(nèi)旋流”的作用下，由旋風(fēng)分離器的升氣管向上被引出，從而實現(xiàn)了氣固兩相的分離。這種結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器獨立工作時，底部灰斗是密封的，氣體只能從升氣管流出，當(dāng)作為預(yù)分離裝置設(shè)置于過濾器內(nèi)部，旋風(fēng)分離器的排塵口和升氣管都敞開在同一空間內(nèi)，進(jìn)去的含塵氣體是分別從升氣管和排塵口兩端流出的，很顯然，這其中的流動有其特殊性，不能簡單的套用旋風(fēng)分離 器獨立工作時的研究結(jié)果來進(jìn)行設(shè)計。通過對上述現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)以及實際運行數(shù)據(jù)的分析可以看出，該預(yù)分離裝置是參照旋風(fēng)分離器獨立工作時的研究結(jié)果來進(jìn)行設(shè)計的；因此，上述現(xiàn)有技術(shù)在使用的過程中至少存在以下缺點(I)該現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)分離裝置的壓降高，預(yù)分離器本身的磨損也非常大。由于含塵氣流沿水平切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器，對粉塵進(jìn)行分離后，再從分離器的升氣管軸向向上引出，這一過程改變了氣流的運動方向，所以這種結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器一般具有較高的分離效率，但是本身的壓降也相對較高，因此，現(xiàn)有技術(shù)采用這種結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器作為預(yù)分離裝置時，傾向于分離效率而忽略了能量損失，這就增加了整套過濾系統(tǒng)的運行能耗；并且由于含塵氣流中的顆粒濃度很高，當(dāng)“外旋流”向旋風(fēng)分離器底部排塵口運動時，含塵氣流加速旋轉(zhuǎn)，加重了排塵口部位的磨損，現(xiàn)場的實際運行結(jié)果也證實了這一情況。(2)該現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)分離裝置對小顆粒粉塵的分離效率較高，沒有考慮到粉塵粒徑與過濾管的匹配關(guān)系。由于旋風(fēng)分離器的“內(nèi)旋流”屬于強(qiáng)制渦旋，這種強(qiáng)制渦旋對小顆粒的分離效率較高，對5 μ m以上的粉塵顆粒有較高的分離效率，能完全除凈大于10 μ m的粉塵顆粒。粗合成氣中的粉塵顆粒的粒徑分布范圍較廣，從I μ m至200 μ m不等。對于現(xiàn)有過濾器來說，由于過濾管是微孔結(jié)構(gòu)的，外表面的微孔平均孔徑1015 μ m,因此，預(yù)分離裝置如果對小顆粒的分離效率太高，將會導(dǎo)致到達(dá)過濾管表面的含塵合成氣中含有過多小于過濾微孔孔徑的粉塵，這些細(xì)粉塵會在過濾的過程中穿透過濾管的微孔，沉積在過濾管的內(nèi)部，由于過濾管內(nèi)部的多孔通道為不規(guī)則的迷宮型，所以容易造成過濾管的微孔的堵塞，反吹操作時也不能將微孔中的粉塵顆粒物吹出，最終會導(dǎo)致過濾管的失效。因此，經(jīng)過預(yù)分離后到達(dá)過濾管表面的粉塵中，仍有足夠多的粗粉塵顆粒是非常必要的。上述現(xiàn)有技術(shù)正是忽略了這一點，導(dǎo)致過濾管的運行不穩(wěn)定，由于微孔發(fā)生堵塞而過早失效。(3)該現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)分離裝置體積龐大，不便于安裝調(diào)試及合理布局。為了適應(yīng)粗合成氣的氣量大和粉塵濃度高的工況，該預(yù)分離裝置的實際體積龐大；由于含塵氣體是水平切向進(jìn)入分離器內(nèi)部后再軸向向上引出進(jìn)入提升管，為了能夠?qū)崿F(xiàn)管路連接，需要對管路進(jìn)行專門的改造，不便于安裝調(diào)試及合理布局。由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器，直流式預(yù)分離裝置能夠有效降低過濾單元的粉塵負(fù)荷，降低反吹清灰的頻率，從而減少反吹氣流對過濾管的熱沖擊,進(jìn)而延長過濾管的使用壽命。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器，該直流式預(yù)分離裝置的壓降低，從而能夠降低整個過濾系統(tǒng)的運行能耗，尤其適用于處理氣量大和高含塵濃度的工況；預(yù)分離裝置能夠合理的匹配粉塵粒徑與過濾管的關(guān)系，以克服現(xiàn)有技術(shù)造成過濾管的微孔被細(xì)小顆粒堵塞而過早失效的現(xiàn)象。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器，該直流式預(yù)分離裝置不改變來流氣體的方向，便于與管路連接，可以優(yōu)化布局，使過濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，所述直流式預(yù)分離裝置包括圓筒狀主體、軸向設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)的螺旋導(dǎo)流體、套設(shè)在圓筒狀主體外側(cè)的筒形外罩；所述螺旋導(dǎo)流體由支撐體和設(shè)置在支撐體外側(cè)的多個葉片構(gòu)成；所述支撐體由圓柱體及其上、下兩端的圓錐體構(gòu)成，所述多個葉片呈螺旋狀沿支撐體的軸向盤設(shè)在支撐體兩端之間的外表面，所述各葉片的上、下兩端分別形成一段與支撐體軸向平行的豎直導(dǎo)流段，上、下豎直導(dǎo)流段之間為螺旋導(dǎo)流段；所述各葉片的內(nèi)側(cè)邊與支撐體外表面固定連接；所述各葉片的外側(cè)邊與圓筒狀主體的內(nèi)壁面固定連接；所述圓筒狀主體串接在高溫氣體過濾器的粗合成氣提升管中，圓筒狀主體的下端為氣體進(jìn)口，圓筒狀主體上端為氣體出口 ；在該圓筒狀主體的筒壁上且沿筒壁周向設(shè)有多個第一排塵透孔，所述第一排塵透孔的軸向位置與葉片的螺旋導(dǎo)流段相對應(yīng)；在該圓筒狀主體的外壁面上且位于第一排塵透孔上方設(shè)有用于固定筒形外罩的環(huán)形凸緣；所述筒形外罩由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成；所述內(nèi)筒套設(shè)在圓筒狀主體之外，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與圓筒狀主體的外徑相同，兩者為間隙配合；所述內(nèi)筒的筒壁上設(shè)有與第一排塵透孔數(shù)量、結(jié)構(gòu)和位置對應(yīng)相同的多個第二排塵透孔；所述外筒套設(shè)在內(nèi)筒外側(cè)，所述內(nèi)筒與外筒的頂端固定連接且內(nèi)筒與外筒之間形成環(huán)形空間。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述各葉片上端豎直導(dǎo)流段的高度小于上端圓錐體的高度；所述各葉片下端豎直導(dǎo)流段的高度小于下端圓錐體的高度。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述各葉片兩端沿周向夾角范圍為120° 160。。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述第一排塵透孔和第二排塵透孔為軸向設(shè)置的長條形透槽。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述圓筒狀主體的氣體進(jìn)口和氣體出口分別設(shè)有連接法蘭。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述圓筒狀主體的環(huán)形凸緣上設(shè)有多段鏤空的弧形滑道，所述筒形外罩的頂部設(shè)有多個連接螺栓；所述螺栓對應(yīng)穿過相應(yīng)的弧形滑道并固定。本發(fā)明的目的還可以這樣實現(xiàn)，一種高溫氣體過濾器，所述過濾器的管板上設(shè)有過濾單元，所述過濾單元中至少包括一個過濾管；所述管板將過濾器密封分隔為上部的潔凈氣體腔室和下部的含塵氣體腔室，含塵氣體腔室設(shè)有氣體入口，潔凈氣體腔室設(shè)有氣體出口 ；含塵氣體腔室內(nèi)設(shè)有與氣體入口導(dǎo)通的氣體分布器，氣體分布器上設(shè)有粗合成氣提升管；過濾單元上部設(shè)置有引射器和與引射器對應(yīng)的反吹管路，反吹管路一端通過脈沖反吹閥連通于反吹儲氣罐，反吹管路另一端設(shè)有與引射器頂部對應(yīng)設(shè)置的噴嘴；所述粗合成氣提升管中串接有直流式預(yù)分離裝置，所述直流式預(yù)分離裝置包括圓筒狀主體、軸向設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)的螺旋導(dǎo)流體、套設(shè)在圓筒狀主體外側(cè)的筒形外罩；所述螺旋導(dǎo)流體由支撐體和設(shè)置在支撐體外側(cè)的多個葉片構(gòu)成；所述支撐體由圓柱體及其上、下兩端的圓錐體構(gòu)成，所述多個葉片呈螺旋狀沿支撐體的軸向盤設(shè)在支撐體兩端之間的外表面，所述各葉片的上、下兩端分別形成一段與支撐體軸向平行的豎直導(dǎo)流段，上、下豎直導(dǎo)流段之間為螺旋導(dǎo)流段；所述各葉片的內(nèi)側(cè)邊與支撐體外表面固定連接；所述各葉片的外側(cè)邊與圓筒狀主體的內(nèi)壁面固定連接；圓筒狀主體的下端為氣體進(jìn)口，圓筒狀主體上端為氣體出口 ；在該圓筒狀主體的筒壁上且沿筒壁周向設(shè)有多個第一排塵透孔，所述第一排塵透孔的軸向位置與葉片的螺旋導(dǎo)流段相對應(yīng)；在該圓筒狀主體的外壁面上且位于第一排塵透孔上方設(shè)有用于固定筒形外罩的環(huán)形凸緣；所述筒形外罩由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成；所述內(nèi)筒套設(shè)在圓筒狀主體之外，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與圓筒狀主體的外徑相同，兩者為間隙配合；所述內(nèi)筒的筒壁上設(shè)有與第一排塵透孔數(shù)量、結(jié)構(gòu)和位置對應(yīng)相同的多個第二排塵透孔；所述外筒套設(shè)在內(nèi)筒外側(cè)，所述內(nèi)筒與外筒的頂端固定連接且內(nèi)筒與外筒之間形成環(huán)形空間。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述各葉片上端豎直導(dǎo)流段的高度小于上端圓錐體的高度；所述各葉片下端豎直導(dǎo)流段的高度小于下端圓錐體的高度；所述各葉片兩端沿周向夾角范圍為120° 160°。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述第一排塵透孔和第二排塵透孔為軸向設(shè)置的長條形透槽。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述圓筒狀主體的氣體進(jìn)口和氣體出口分別設(shè)有連接法蘭；所述圓筒狀主體的環(huán)形凸緣上設(shè)有多段鏤空的弧形滑道，所述筒形外罩的頂部設(shè)有多個連接螺栓；所述螺栓對應(yīng)穿過相應(yīng)的弧形滑道并固定。由上所述，本發(fā)明的直流式預(yù)分離裝置能夠有效降低過濾單元的粉塵負(fù)荷，降低反吹清灰的頻率，從而減少反吹氣流對過濾管的熱沖擊，進(jìn)而延長過濾管的使用壽命；該直流式預(yù)分離裝置的壓降低，從而能夠降低整個過濾系統(tǒng)的運行能耗；該預(yù)分離裝置能夠合理的匹配粉塵粒徑與過濾管的關(guān)系，以克服現(xiàn)有技術(shù)造成過濾管的微孔被細(xì)小顆粒堵塞而過早失效的現(xiàn)象；該直流式預(yù)分離裝置不改變來流氣體的方向，便于與管路連接，可以優(yōu)化布局，使過濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中圖1A :為本發(fā)明高溫氣體過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1B :為圖1A中直流式預(yù)分離裝置的局部放大示意圖。圖2A :為本發(fā)明中直流式預(yù)分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B :為本發(fā)明中圓筒狀主體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2C :為本發(fā)明中筒形外罩的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2D :為本發(fā)明中螺旋導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2E :為本發(fā)明中直流式預(yù)分離裝置的工作過程示意圖。圖3A :為現(xiàn)有過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B :為圖3A中D-D方向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3C :為過濾器的過濾單元中過濾管的排布結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明提出一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置200及其過濾器100，如圖1A、圖1B所示，所述高溫氣體過濾器100的管板93上設(shè)有過濾單元92，所述過濾單元92中至少包括一個過濾管921 ;所述管板93將過濾器密封分隔為上部的潔凈氣體腔室和下部的含塵氣體腔室，含塵氣體腔室設(shè)有氣體入口 91，潔凈氣體腔室設(shè)有氣體出口 95 ;含塵氣體腔室內(nèi)設(shè)有與氣體入口 91導(dǎo)通的氣體分布器911，氣體分布器911上設(shè)有粗合成氣提升管912 ;過濾單元92上部設(shè)置有引射器94和與引射器94對應(yīng)的反吹管路97，反吹管路97一端通過脈沖反吹閥98連通于反吹儲氣罐99，反吹管路97另一端設(shè)有與引射器94頂部對應(yīng)設(shè)置的噴嘴96 ;所述粗合成氣提升管912中串接有直流式預(yù)分離裝置200。在本實施方式中，所述過濾器100的管板93上設(shè)置多個過濾單元92，各個過濾單元92內(nèi)安裝有多個過濾管(即過濾元件)921,過濾管921為陶瓷過濾管或者燒結(jié)金屬過濾管；通常過濾器中安裝有12組或24組過濾單元，每個過濾單元中安裝有48根過濾管，過濾管921在圓形的過濾單元內(nèi)按照等三角間距排布(如圖3C所示)，結(jié)構(gòu)緊湊；粗合成氣提升管912也設(shè)置多個，每個粗合成氣提升管912上端延伸至過濾單元92之間的空隙中(如圖3B所示)，每個粗合成氣提升管912中均串接一個直流式預(yù)分離裝置200 ;含塵氣體(或稱為粗合成氣)由過濾器100的氣體入口 91經(jīng)過氣體分布器911進(jìn)入直流式預(yù)分離裝置200，由直流式預(yù)分離裝置200對粉塵顆粒進(jìn)行分離后，粗合成氣通過提升管912進(jìn)入到過濾器的含塵氣體側(cè)，在氣體推動力的作用下到達(dá)各個過濾單元92，在過濾過程中，含塵氣體由過濾管921的外側(cè)表面通過過濾材料的微孔進(jìn)入過濾管內(nèi)，氣體中的固體顆粒被截留在過濾管的外壁上，形成粉餅層，潔凈的氣體由過濾管921的開口端排出進(jìn)入潔凈氣體側(cè)，經(jīng)氣體出口排出進(jìn)入后續(xù)工藝。隨著過濾操作的進(jìn)行，過濾管外表面的粉餅層逐漸增厚，導(dǎo)致過濾器的壓降增大，這時需要采用反吹的方式實現(xiàn)過濾管的性能再生，反吹的氣流與過濾的氣流方向相反，反吹清灰時，脈沖反吹閥98開啟，反吹儲氣罐99中的高壓氮氣或潔凈合成氣瞬間進(jìn)入反吹管路97中，然后通過反吹管路上的噴嘴96向?qū)?yīng)的每組過濾單元92上方的引射器94內(nèi)噴射高壓高速的反吹氣體，反吹氣體經(jīng)引射器94擴(kuò)壓后進(jìn)入過濾管內(nèi)部，利用瞬態(tài)的能量將過濾管外表面的粉餅層剝落，使得過濾管的阻力基本上恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而實現(xiàn)過濾管的性能再生；粉塵落入過濾器的灰斗中，定期移除。由于本發(fā)明的高溫氣體過濾器中設(shè)有直流式預(yù)分離裝置，能夠有效降低過濾單元的粉塵負(fù)荷，降低反吹清灰的頻率，從而可減少反吹氣流對過濾管的熱沖擊，進(jìn)而延長過濾管的使用壽命。在本實施方式中，如圖1B、圖2A 圖2E所示，所述直流式預(yù)分離裝置200包括圓筒狀主體1、軸向設(shè)置在圓筒狀主體I內(nèi)部的螺旋導(dǎo)流體2、套設(shè)在圓筒狀主體I外側(cè)的筒形外罩3 ；所述螺旋導(dǎo)流體2由支撐體21和設(shè)置在支撐體21外側(cè)的多個葉片22構(gòu)成；如圖2E中虛線所示，所述支撐體21由圓柱體212及其圓柱體212上、下兩端的圓錐體211、213構(gòu)成，所述多個葉片22呈螺旋狀沿支撐體21的軸向盤設(shè)在支撐體21兩端之間的外表面，所述各葉片22的上、下兩端分別形成一段與支撐體21軸向平行的豎直導(dǎo)流段221、223，上、下豎直導(dǎo)流段221、223之間為螺旋導(dǎo)流段222(如圖2D所示)；所述各葉片22的內(nèi)側(cè)邊與支撐體21外表面固定連接；所述各葉片22的外側(cè)邊與圓筒狀主體I的內(nèi)壁面固定連接(即在螺旋導(dǎo)流體2整體軸向長度上，葉片22的外側(cè)邊與圓筒狀主體I的內(nèi)壁面都接觸并固定)；如圖2E所示，在本實施方式中，由于支撐體21沿軸向呈兩端小中間大的形狀，因此，所述各葉片22沿軸向呈兩端徑向尺寸大(圖2E中LI)、中間徑向尺寸小(圖2E中L2)的形狀，葉片22的內(nèi)側(cè)邊緊密接觸支撐體21外表面并固定；如圖2B所示，圓筒狀主體I的下端為氣體進(jìn)口 11,圓筒狀主體I上端為氣體出口12 ;在該圓筒狀主體I的筒壁上且沿筒壁周向設(shè)有多個第一排塵透孔13，所述第一排塵透孔13的軸向位置與葉片22的螺旋導(dǎo)流段222相對應(yīng)(如圖2E所示)；在該圓筒狀主體I的外壁面上且位于第一排塵透孔13上方設(shè)有用于固定筒形外罩3的環(huán)形凸緣14 ;在本實施方式中，所述圓筒狀主體I的氣體進(jìn)口 11和氣體出口 12分別設(shè)有連接法蘭15、16，以便于與粗合成氣提升管連接；如圖2C所示，所述筒形外罩3由內(nèi)筒31和外筒32構(gòu)成；所述內(nèi)筒31套設(shè)在圓筒狀主體I之外，所述內(nèi)筒31的內(nèi)徑與圓筒狀主體I的外徑相同，兩者為間隙配合；所述內(nèi)筒31的筒壁上設(shè)有與第一排塵透孔13數(shù)量、結(jié)構(gòu)和位置對應(yīng)相同的多個第二排塵透孔311 ；所述外筒32套設(shè)在內(nèi)筒31外側(cè)，所述內(nèi)筒31與外筒32的頂端固定連接且內(nèi)筒31與外筒32之間形成環(huán)形空間33。在本實施方式中，所述第一排塵透孔13和第二排塵透孔311為軸向設(shè)置的長條形透槽；所述圓筒狀主體的環(huán)形凸緣14上設(shè)有多段鏤空的弧形滑道141，所述筒形外罩3的頂部設(shè)有多個連接螺栓34 ;所述螺栓34對應(yīng)穿過相應(yīng)的弧形滑道141并固定。在本實施方式中，如圖2E所示，所述各葉片22上端豎直導(dǎo)流段221的高度e-f小于上端圓錐體211的高度d-f ;所述各葉片22下端豎直導(dǎo)流段223的高度a_b小于下端圓錐體213的高度a-c ;附圖2E中c_d為支撐體21中的圓柱體212的高度。在進(jìn)行預(yù)分離時，如圖2B、圖2E所示，含塵氣流沿著圖中所示的箭頭方向進(jìn)入直流式預(yù)分離裝置200，在底部垂直段葉片a-b (即下端豎直導(dǎo)流段223)的導(dǎo)流下軸向進(jìn)入預(yù)分離裝置的葉片流道中，經(jīng)過b點時，葉片結(jié)構(gòu)變?yōu)槟鏁r針或順時針的螺旋狀，軸向氣流運動方向改變，沿著螺旋線方向向上運動，旋轉(zhuǎn)力度增加，使得運動的氣流產(chǎn)生切向的離心力；在b-c段，葉片流道的面積逐漸減小,氣流速度增加,離心力增大；c_d段是穩(wěn)定段與過渡段，這一過程氣流維持較高的速度向上運動，當(dāng)快到達(dá)d點位置時，在葉片的導(dǎo)向作用和氣流加速作用下，含塵氣流的速度已足夠大，粉塵顆粒物在離心力的作用下被甩到葉片的最外端，經(jīng)過d點時，葉片流道面積逐漸擴(kuò)大，氣流的速度減小，在這一過渡的過程中，氣流的流動狀態(tài)突然改變，粉塵顆粒物在慣性力和離心力共同的作用下，由位于d點位置附近的第一排塵透孔13和第二排塵透孔311向透孔外側(cè)甩出，連同少量的向外溢出的氣流，一起進(jìn)入到筒形外罩3的環(huán)形空間33內(nèi)，此時環(huán)形空間33內(nèi)的顆粒物濃度很高，為密相狀態(tài)，在重力和氣流曳力的作用下，粉塵顆粒向下運動，進(jìn)入過濾器100的灰斗；所述筒形外罩3的外筒32的作用是，降低從第一排塵透孔13和第二排塵透孔311泄漏的氣流的速度并引導(dǎo)該氣流緩慢的向下運動，防止氣流將已經(jīng)分離下來的粉塵重新?lián)P起，造成返混。在d-e段，流道面積逐漸增加，氣流速度減小，分離一部分粉塵后的氣流在e-f段(即上端豎直導(dǎo)流段221)垂直葉片的導(dǎo)流作用下，從葉片的末端軸向流出，流出后的氣體已經(jīng)不再旋轉(zhuǎn)，以平穩(wěn)的速度進(jìn)入到提升管管路中，防止旋轉(zhuǎn)的氣流延長至提升管的上端管口，對提升管出口端周圍的過濾管的工作狀態(tài)造成擾動。進(jìn)一步，在本實施方式中，所述排塵透孔(即圖2B、圖2C中的長條形透槽)的總面積對預(yù)分離裝置的性能有重要的影響。排塵透孔面積較大時，排塵的通道大，有利于粉塵由排塵透孔向外排出，但是也會導(dǎo)致從排塵透孔中向外泄漏的氣體量增多，這樣就會導(dǎo)致進(jìn)入環(huán)形空間33的氣流的速度過大，攜帶已經(jīng)分離下來的粉塵向下運動時，由排塵透孔出來的氣流會再次將分離下來的粉塵揚(yáng)起，造成返混；同時泄漏的氣量較多時，也會減小氣流的離心力，降低分離效率；排塵透孔面積較小時，氣流的離心力較大，一方面有利于分離，但另一方面也會加大排塵的阻力及粉塵顆粒與排塵透孔邊壁面碰撞的概率，在分離的過程中，粉塵顆粒會因碰撞發(fā)生反彈而重新返回含塵氣流中，達(dá)不到理想的分離效果。為此，在本發(fā)明中可以通過調(diào)節(jié)筒形外罩3與圓筒狀主體I之間的位置，達(dá)到改變排塵透孔寬度的目的；首先，將連接螺栓34松開，使連接螺栓34在弧形滑道141中移動，由此調(diào)節(jié)筒形外罩3與圓筒狀主體I之間的周向位置；當(dāng)兩者周向調(diào)整到合適位置后，再將連接螺栓34固定。調(diào)整后的排塵透孔(長條形透槽)的寬度為第一排塵透孔13與第二排塵透孔311兩部分的交集，進(jìn)而可改變排塵透孔的面積，使得由排塵透孔中泄漏出的氣流流量和分離效率達(dá)到較佳的匹配。實驗和工業(yè)實踐證明，泄漏氣流量占總的進(jìn)氣流量的10-20%時，操作參數(shù)較佳。由于本發(fā)明采用的是側(cè)縫(長條形透槽)排塵方式，實現(xiàn)了邊分離邊排塵，這樣可以減小顆粒在預(yù)分離裝置內(nèi)的停留時間，可以降低預(yù)分離裝置的壁面磨損和預(yù)防結(jié)焦現(xiàn)象；進(jìn)一步，本發(fā)明的預(yù)分離裝置在保持一定的分離效率時，以降低壓降為主要目的，由于預(yù)分離之后，含塵氣體最終是要通過過濾效率接近100%的過濾管進(jìn)行除塵，所以對于預(yù)分離裝置來說，并不需要太高的分離效率。由于分離時不改變氣流的流向(軸向進(jìn)入和軸向?qū)С鲱A(yù)分離裝置)，所以本發(fā)明的直流式預(yù)分離裝置的壓降較低；同時，由于本發(fā)明的預(yù)分離裝置在分離粉塵時，只有靠近分離裝置壁面的“外旋流”，而沒有逆流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)分離器的“內(nèi)旋流”，因此不存在強(qiáng)制渦旋，所以本發(fā)明的直流式預(yù)分離裝置對小顆粒(例如小于15 u m)的分離效率不高，只是起到了 “粗分離”的作用，這種粗分離的作用對防止細(xì)小的顆粒沉積在過濾管的內(nèi)部是非常有必要的。進(jìn)一步，在本發(fā)明中，螺旋導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)對預(yù)分離裝置的性能有重要的影響，說明如下(I)葉片的寬度比的影響如圖2E所示，圖中L2為葉片的最小寬度，LI為葉片的最大寬度；對于相同尺寸的預(yù)分離裝置，L2與LI的比值較大時，氣流通過螺旋導(dǎo)流體時的過流阻力小，氣流通量大，但是葉片對氣流的加速效果不明顯，分離效率相對較低；反之，當(dāng)L2與LI的比值較小時，過流阻力較大，氣流通量小，但是由于狹窄的流道有利于氣流加速，氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力增力口，一定程度上可以提高分離效率。(2)葉片兩端沿周向夾角的影響葉片兩端沿周向夾角a是指葉片底端與同一葉片頂端在圓周方向上的夾角；如圖2D所示，葉片的周向夾角小，氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度弱，產(chǎn)生的離心力小，不能有效的對粉塵顆粒進(jìn)行分離；葉片的周向夾角大，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增加的同時也會導(dǎo)致較高的過流阻力，增加運行的能耗。(3)葉片個數(shù)的影響葉片少時，氣流通道的螺旋線稀疏，因此過流阻力較低，但是葉片對氣流的造旋作用不充分，導(dǎo)致分離效率低；葉片個數(shù)多時，葉片之間的距離小，受到葉片邊界層的影響，導(dǎo)向葉片對氣流的造旋效果好，氣流在過流通道內(nèi)分布均勻，有利于分離，但是過流阻力會較聞。綜上所述，經(jīng)實驗和工業(yè)實踐證明，在本實施方式中，L2與LI的比值較佳范圍是
0.4 0. 8 ;所述各葉片兩端沿周向夾角a較佳范圍為120° 160° ;葉片個數(shù)至少包含3個葉片，較佳的范圍是5 9個。通過合理的設(shè)計螺旋導(dǎo)流體及排塵透孔(排塵側(cè)縫)的參數(shù)，在同樣的操作參數(shù)下，本發(fā)明的直流式預(yù)分離裝置的壓降比現(xiàn)有技術(shù)中使用的逆流反轉(zhuǎn)式的旋風(fēng)分離器的壓降至少低50% ;能夠除凈大于15 ii m以上的粉塵顆粒；總的分離效率在55 65%之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠達(dá)到如下有益效果(I)能夠有效降低過濾管的工作負(fù)荷，降低反吹清灰的頻率，減少反吹氣流對過濾管的熱沖擊，進(jìn)而延長過濾管的使用壽命。(2)直流式預(yù)分離裝置的壓降低，降低了整個過濾系統(tǒng)的運行能耗，適用于處理氣量大和高含塵濃度的工況。(3)能夠合理的匹配粉塵粒徑與過濾管的關(guān)系，克服現(xiàn)有技術(shù)造成過濾管的微孔被細(xì)小顆粒堵塞而過早失效的現(xiàn)象。(4)直流式預(yù)分離裝置不改變來流氣體的方向(直進(jìn)直出)，便于與管路連接，因此可以優(yōu)化布局，使過濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述直流式預(yù)分離裝置包括圓筒狀主體、軸向設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)的螺旋導(dǎo)流體、套設(shè)在圓筒狀主體外側(cè)的筒形外罩； 所述螺旋導(dǎo)流體由支撐體和設(shè)置在支撐體外側(cè)的多個葉片構(gòu)成；所述支撐體由圓柱體及其上、下兩端的圓錐體構(gòu)成，所述多個葉片呈螺旋狀沿支撐體的軸向盤設(shè)在支撐體兩端之間的外表面，所述各葉片的上、下兩端分別形成一段與支撐體軸向平行的豎直導(dǎo)流段，上、下豎直導(dǎo)流段之間為螺旋導(dǎo)流段；所述各葉片的內(nèi)側(cè)邊與支撐體外表面固定連接；所述各葉片的外側(cè)邊與圓筒狀主體的內(nèi)壁面固定連接； 所述圓筒狀主體串接在高溫氣體過濾器的粗合成氣提升管中，圓筒狀主體的下端為氣體進(jìn)口，圓筒狀主體上端為氣體出口 ；在該圓筒狀主體的筒壁上且沿筒壁周向設(shè)有多個第一排塵透孔，所述第一排塵透孔的軸向位置與葉片的螺旋導(dǎo)流段相對應(yīng)；在該圓筒狀主體的外壁面上且位于第一排塵透孔上方設(shè)有用于固定筒形外罩的環(huán)形凸緣； 所述筒形外罩由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成；所述內(nèi)筒套設(shè)在圓筒狀主體之外，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與圓筒狀主體的外徑相同，兩者為間隙配合；所述內(nèi)筒的筒壁上設(shè)有與第一排塵透孔數(shù)量、結(jié)構(gòu)和位置對應(yīng)相同的多個第二排塵透孔；所述外筒套設(shè)在內(nèi)筒外側(cè)，所述內(nèi)筒與外筒的頂端固定連接且內(nèi)筒與外筒之間形成環(huán)形空間。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述各葉片上端豎直導(dǎo)流段的高度小于上端圓錐體的高度；所述各葉片下端豎直導(dǎo)流段的高度小于下端圓錐體的高度。
3.如權(quán)利要求1所述的用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述各葉片兩端沿周向夾角范圍為120° 160°。
4.如權(quán)利要求1所述的用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述第一排塵透孔和第二排塵透孔為軸向設(shè)置的長條形透槽。
5.如權(quán)利要求1所述的用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述圓筒狀主體的氣體進(jìn)口和氣體出口分別設(shè)有連接法蘭。
6.如權(quán)利要求1所述的用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置，其特征在于所述圓筒狀主體的環(huán)形凸緣上設(shè)有多段鏤空的弧形滑道，所述筒形外罩的頂部設(shè)有多個連接螺栓；所述螺栓對應(yīng)穿過相應(yīng)的弧形滑道并固定。
7.—種高溫氣體過濾器，所述過濾器的管板上設(shè)有過濾單元，所述過濾單元中至少包括一個過濾管；所述管板將過濾器密封分隔為上部的潔凈氣體腔室和下部的含塵氣體腔室，含塵氣體腔室設(shè)有氣體入口，潔凈氣體腔室設(shè)有氣體出口 ；含塵氣體腔室內(nèi)設(shè)有與氣體入口導(dǎo)通的氣體分布器，氣體分布器上設(shè)有粗合成氣提升管；過濾單元上部設(shè)置有引射器和與引射器對應(yīng)的反吹管路，反吹管路一端通過脈沖反吹閥連通于反吹儲氣罐，反吹管路另一端設(shè)有與引射器頂部對應(yīng)設(shè)置的噴嘴；其特征在于所述粗合成氣提升管中串接有直流式預(yù)分離裝置，所述直流式預(yù)分離裝置包括圓筒狀主體、軸向設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)的螺旋導(dǎo)流體、套設(shè)在圓筒狀主體外側(cè)的筒形外罩； 所述螺旋導(dǎo)流體由支撐體和設(shè)置在支撐體外側(cè)的多個葉片構(gòu)成；所述支撐體由圓柱體及其上、下兩端的圓錐體構(gòu)成，所述多個葉片呈螺旋狀沿支撐體的軸向盤設(shè)在支撐體兩端之間的外表面，所述各葉片的上、下兩端分別形成一段與支撐體軸向平行的豎直導(dǎo)流段，上、下豎直導(dǎo)流段之間為螺旋導(dǎo)流段；所述各葉片的內(nèi)側(cè)邊與支撐體外表面固定連接；所述各葉片的外側(cè)邊與圓筒狀主體的內(nèi)壁面固定連接； 圓筒狀主體的下端為氣體進(jìn)口，圓筒狀主體上端為氣體出口 ；在該圓筒狀主體的筒壁上且沿筒壁周向設(shè)有多個第一排塵透孔，所述第一排塵透孔的軸向位置與葉片的螺旋導(dǎo)流段相對應(yīng)；在該圓筒狀主體的外壁面上且位于第一排塵透孔上方設(shè)有用于固定筒形外罩的環(huán)形凸緣； 所述筒形外罩由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成；所述內(nèi)筒套設(shè)在圓筒狀主體之外，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與圓筒狀主體的外徑相同，兩者為間隙配合；所述內(nèi)筒的筒壁上設(shè)有與第一排塵透孔數(shù)量、結(jié)構(gòu)和位置對應(yīng)相同的多個第二排塵透孔；所述外筒套設(shè)在內(nèi)筒外側(cè)，所述內(nèi)筒與外筒的頂端固定連接且內(nèi)筒與外筒之間形成環(huán)形空間。
8.如權(quán)利要求7所述的高溫氣體過濾器，其特征在于所述各葉片上端豎直導(dǎo)流段的高度小于上端圓錐體的高度；所述各葉片下端豎直導(dǎo)流段的高度小于下端圓錐體的高度；所述各葉片兩端沿周向夾角圍為120° 160°。
9.如權(quán)利要求7所述的高溫氣體過濾器，其特征在于所述第一排塵透孔和第二排塵透孔為軸向設(shè)置的長條形透槽。
10.如權(quán)利要求7所述的高溫氣體過濾器，其特征在于所述圓筒狀主體的氣體進(jìn)口和氣體出口分別設(shè)有連接法蘭；所述圓筒狀主體的環(huán)形凸緣上設(shè)有多段鏤空的弧形滑道，所述筒形外罩的頂部設(shè)有多個連接螺栓；所述螺栓對應(yīng)穿過相應(yīng)的弧形滑道并固定。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于高溫氣體過濾的直流式預(yù)分離裝置及其過濾器，該直流式預(yù)分離裝置包括圓筒狀主體、軸向設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)的螺旋導(dǎo)流體、套設(shè)在圓筒狀主體外側(cè)的筒形外罩；該直流式預(yù)分離裝置能夠有效降低過濾單元的粉塵負(fù)荷，降低反吹清灰的頻率，從而減少反吹氣流對過濾管的熱沖擊，進(jìn)而延長過濾管的使用壽命；該直流式預(yù)分離裝置的壓降低，從而能夠降低整個過濾系統(tǒng)的運行能耗；該預(yù)分離裝置能夠合理的匹配粉塵粒徑與過濾管的關(guān)系，以克服現(xiàn)有技術(shù)造成過濾管的微孔被細(xì)小顆粒堵塞而過早失效的現(xiàn)象；該直流式預(yù)分離裝置不改變來流氣體的方向，便于與管路連接，可以優(yōu)化布局，使過濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號B01D46/24GK103055627SQ201310027529
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者姬忠禮, 吳小林, 楊亮, 熊至宜, 陳鴻海 申請人:中國石油大學(xué)(北京)