CN107694236A - 颗粒床除尘与换热一体化的装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种颗粒床除尘与换热一体化的装置，包括：筒体，其内侧形成烟道；过滤/换热复合结构，设置于所述烟道内，包括：N级分结构，该分结构包括：换热管，设置为在筒体轴向隔开预设距离的两排，两排换热管在筒体内隔出一滤料空间；滤料，填充于所述滤料空间内；其中，N≥1。本公开将颗粒床过滤结构与换热结构合为一体，缩小了装置体积。

Description

颗粒床除尘与换热一体化的装置
技术领域
本公开涉及节能减排领域，尤其涉及一种颗粒床除尘与换热一体化的装置。
背景技术
冶金、化工、建材、电力等高耗能、高排放工业中高温烟气余热回收和净化对我国节能减排具有重要作用。工业高温烟气具有成分复杂、含尘量高、有腐蚀性、工况变化大等特点，使得烟气余热回收和净化装置存在滤料堵塞和再生困难、余热回收和净化效率低等瓶颈问题，亟待解决，尤其对于含易凝结与凝固性粉尘的烟气净化难度更大。高温烟气净化及余热回收常用方法主要有以下几种：
(1)先通过喷淋方式降低烟气温度，同时除掉大部分粉尘，然后采用布袋或者陶瓷管过滤器等进行除尘，该方法基本无余热回收率，且存在二次污染。
(2)将高温含尘烟气直接引入余热锅炉进行余热回收，然后排出的较低温度的含尘烟气再通过布袋或者陶瓷管过滤器等进行精密除尘，但烟气中含有的高浓度粉尘在锅炉壁面会结成一层厚厚的渣，增加传热热阻，降低余热回收效率，需要定期进行人工除渣，维护与使用成本较高，且高温烟气由于温度较高不能直接进入余热锅炉，需要先通过水冷壁进行冷却，降低了余热回收效率。
(3)采用颗粒床与陶瓷管过滤器等高温除尘装置先对高温烟气进行除尘净化，然后再通过换热器进行余热回收，该方式具有较高的余热回收效率，但由于除尘过程与换热过程分开进行，导致除尘设备体积较大，成本较高；且当高温烟气含有凝结性尘粒时，陶瓷管过滤器容易堵塞后无法清灰，从而无法再生利用，而颗粒床过滤器由于采用离散球体组成，易清灰和循环利用，但目前仍然采用先除尘后换热的方式，仅适用于固体颗粒除尘，而对于含凝结和凝固性尘粒的烟气则无法进行除尘净化。
公开内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种颗粒床除尘与换热一体化的装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
本公开颗粒床除尘与换热一体化的装置，包括：筒体100，其内侧形成烟道A；过滤/换热复合结构200，设置于所述烟道A内，包括：N级分结构，该分结构包括：换热管221，222，设置为在筒体轴向隔开预设距离的两排，两排换热管在筒体内隔出一滤料空间；滤料223，填充于所述滤料空间内；其中，N≥1。
在本公开的一些实施例中，每排换热管中，相邻换热管之间的距离小于滤料的最小直径。
在本公开的一些实施例中，N≥2时，N级的分结构沿垂直于烟道的方向依次设置于烟道内，不同分结构中滤料尺寸不同，前一级分结构的滤料尺寸大于后一级分结构的滤料尺寸。
在本公开的一些实施例中，所述分结构还包括：压差表224，用于检测烟道内分级结构上游端和下游端的实时压力差。
在本公开的一些实施例中，还包括：控制***，信号连接至过滤/换热复合结构的N级分结构各自的压差表，用于在其中一压差表反馈的烟道内烟气流动压力差大于预设值时，提示用户对该压差表对应分结构中的滤料进行更换。
在本公开的一些实施例中，在筒体对应每一级分结构的滤料空间的位置，设置有该滤料空间对应的滤料进口Bin和滤料出口Bout；所述过滤/换热复合结构200还包括：滤料置换结构240，所述滤料置换结构240包括：滤料/粉尘振动分离结构241，用于将更换下来的滤料与粉尘分离后滤料再生，形成干净滤料以备循环使用；滤料容器242，用于盛放待更换的干净滤料；滤料提升结构243，用于提升滤料容器到滤料入口Bin以备置换使用。
在本公开的一些实施例中，N≥2时；N级分结构共用同一滤料置换结构，或N级分结构具有各自对应的滤料置换结构。
在本公开的一些实施例中，所述分结构还包括：换热器刮板225，设置于两排换热管的***，用于刮除换两排热管表面粘附的粉尘。
在本公开的一些实施例中，还包括：二次换热结构300，设置于所述烟道A内，所述过滤/换热复合结构200的下游侧。
在本公开的一些实施例中，所述二次换热结构300为多排翅片换热管束。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开颗粒床除尘与换热一体化的装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)将颗粒床过滤结构与换热结构合为一体，缩小了装置体积；
(2)在由换热管分割的多个通道内填充多种尺寸滤料进行多级除尘，沿烟气流动方向采用由大到小尺度滤料，在保证不增加压降的条件下提高了容尘量和除尘效率；
(3)可针对某一级滤料进行单独置换，在满足除尘效率的前提下实现连续除尘；
(4)通过颗粒床内埋敷的换热管，实现余热回收，并对颗粒床不同位置的温度进行自适应调控，控制除尘过程的凝结性和凝固性粉尘的析出与粘附/粘结位置，提高滤层容尘量，在余热回收的同时对凝结性和凝固性粉尘进行捕集。
附图说明
图1为根据本公开实施例颗粒床除尘与换热一体化的装置的俯视图。
图2为图1所示颗粒床除尘与换热一体化的装置的侧视图。
图3为图1所示颗粒床除尘与换热一体化的装置中滤料置换结构的示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
100-筒体；
A-烟道；Ain-烟气进口；Aout-烟气出口；
200-过滤/换热复合结构；
210-第一分结构；220-第二分结构；230-第三分结构；
221，222-换热管；223-滤料；224-压差表；
225-换热器刮板；226-刮板驱动***；
Bin-滤料进口；Bout-滤料出口；
240-滤料置换结构；
241-滤料/粉尘振动分离结构；242-滤料容器；
243-滤料提升结构；
300-二次换热结构；
Lin-流体进口；Lout-流体出口。
具体实施方式
本公开将颗粒床过滤结构与换热结构合为一体，在除尘的同时实现换热，提高了除尘效率和余热利用效率。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种颗粒床除尘与换热一体化的装置。图1为根据本公开实施例颗粒床除尘与换热一体化的装置的俯视图。图2为图1所示颗粒床除尘与换热一体化的装置的侧视图。图3为图1所示颗粒床除尘与换热一体化的装置中滤料置换结构的示意图。
请参照图1～图3所示，本实施例颗粒床除尘与换热一体化的装置包括：筒体100、过滤/换热复合结构200、二次换热结构300和控制***。
如图1所示，筒体100的内侧形成烟道A，在烟道的上游侧形成烟气进口Ain，在烟道的下游侧形成烟气出口Aout。过滤/换热复合结构200和二次换热结构300设置于烟道内，烟气进口Ain和烟气出口Aout之间。二次换热结构300在过滤/换热复合结构200的下游侧。
过滤/换热复合结构200包括：自上游侧至下游侧依次设置的N级分结构(210、220、230)和至少一级的滤料置换结构240，其中，N≥1。
本实施例中，N＝3。3级的分结构沿垂直于烟道的方向依次设置于烟道内。其中，一级分结构设置于烟道的上游侧，三级分结构设置于烟道的下游侧。
下文以第二级分结构为例进行说明。第二级分结构220包括：
换热管(221，222)，设置为在筒体轴向隔开预设距离的两排，两排换热管在筒体内隔出一滤料空间；
滤料223，填充于所述滤料空间内；
压差表224，用于检测烟道内烟气在上游端和下游端的实时压力差；
换热器刮板225，设置于两排换热管的***，用于刮除换两排热管表面粘附的粉尘，由相应的刮板驱动***226进行驱动。
其中，每排换热管中，相邻的两换热管之间的间距小于滤料的最小直径，以防止滤料漏出，保证在不影响含尘烟气通过的前提下过滤区域独立，保证各级滤料仅在各自过滤区域内进行过滤。
第一级分结构210和第三级分结构230与此类似，不再重复说明。
需要说明的是，第一级分结构所采用的滤料尺寸大于第二级分结构所采用的滤料的尺寸，第二级分结构采用的滤料尺寸大于第三级分结构所采用的滤料的尺寸，对应的各级换热管直径可以相同或者不同，也可根据过滤需要将三级过滤变为二到多级过滤。
本实施例中，通过调节各级分结构边界对应的换热管内流体流量控制烟气含凝结性和凝固性尘粒的析出量与析出位置，以及粉尘粘附捕集位置，调控滤层内的容尘量，满足烟气净化要求，延长滤料置换周期。形成多级分结构边界的换热管在换热过程中会有粉尘在管壁粘附现象，管壁粉尘粘附量与该级分结构的粉尘捕集量成正比，当粉尘捕集到一定程度后，换热管表面的粘附粉尘会导致换热效率降低，对应分结构烟气温度升高，粉尘凝结和凝固捕集位置后移，进入后一级分结构，形成温度与粉尘捕集自适调控，提高了多级过滤***容尘量，同时也进行了余热回收。
本实施例中，三级分结构的压差表连接至控制***，用于将获取的实时压差数据送至控制***。当某一级分结构的流动压降高于设定的限值后，需要对该级滤料进行单独置换，排出带粉尘的滤料，填入干净的过滤滤料。
同样，换热器刮板由相应的刮板驱动***进行控制。刮板驱动***与控制***信号连接，接受控制***的控制。
请参照图3，以其中一级的滤料空间为例，在筒体对应每一级分结构的滤料空间的位置，设置有该滤料空间对应的滤料进口Bin和滤料出口Bout，用于更换滤料。
如上所述，过滤/换热复合结构200还包括：滤料置换结构240。该滤料置换结构240包括：滤料/粉尘振动分离结构241、滤料容器242、滤料提升结构243。其中，滤料/粉尘振动分离结构241用于将更换下来的滤料与粉尘分离后滤料再生，形成干净滤料以备循环使用。滤料容器242用于更换滤料。滤料提升结构243用于提升滤料容器，将干净滤料提升至滤料进口Bin以备置换时使用。
本领域技术人员可以理解的是，由于各级滤料都具有过滤作用，在某一级滤料置换后，其余滤料一直在参与净化除尘，因此某级滤料的置换对除尘效率的影响较小，易形成稳定除尘效果，设备可连续运行，且局部滤料置换过程二次扬尘也较小。
需要说明的是，可以是多个分结构共用一个滤料置换结构，也可以是每一个分结构分别设置一个滤料置换结构。
二次换热结构300同样位于烟道内，包括多排翅片换热管束。其中，翅片换热管束可以采用三角形或多边形结构排列，以利于烟气余热的高效回收。该多排翅片换热管束与前面的各级换热管排并联于流体入口Lin与流体出口Lout，其中，各排翅片管与各级换热管也均为并联，流体入口Lin与流体出口Lout位置可以互换。多排翅片换热管束与各级换热管也可以根据需要单独提供换热流体，各区域形成并联或串联管路。
本实施例中，含尘烟气从烟气进口Ain进入，经三级过滤净化与换热完成后，烟气含尘量达到排放标准，但仍有一定余热需要回收，多排翅片换热管束组成的二级换热结构对剩余烟气余热进行高效回收后，而后，烟气从烟气出口Aout排出。
其中，各级分结构的换热管和翅片换热管束内的余热回收流体流量可以单独调节，用于调整各级滤层内的含尘烟气温度分布与余热回收量。
以下结合图1～图3，对本实施例颗粒床除尘与换热一体化的装置中滤料置换结构的工作过程进行说明：某级滤料置换时，首先打开滤料出口Bout，滤料与捕集的粉尘全部进入滤料与粉尘振动分离结构241，将滤料与粉尘分离后滤料再生，形成干净滤料以备循环使用。滤料排出的同时，通过刮板驱动***226控制换热管上安装的换热管刮板225对换热管表面粘附的粉尘进行清除，滤料排放完毕且换热管粘附粉尘清理完毕后，关闭滤料出口，换热管刮板复位，然后打开滤料进口Bin，将备用的干净滤料倒入该级分结构，关闭滤料进口Bout，干净滤料置换完毕。经过分离粉尘后的干净滤料进入滤料容器242，经滤料提升结构243提升到对应的滤料进口Bin的上部以备下次滤料置换时使用。为了防止置换过程高温烟气泄露，整个装置最好在负压条件下运行，排放烟气采用抽气形式排放。在此期间，换热流体由流体进口Lin进入，流过第一分结构的换热管、第二分结构的换热管、第三分结构的换热管和多排翅片换热管束，吸收烟气中的热量，升高温度，由流体出口Lout排出。
经由实践检验，本实施例颗粒床除尘与换热一体化的装置具有以下优点：
1)可用于最高温度1000度以上的高温烟气除尘与余热回收；
2)结构简单，体积小，在高温烟气净化除尘的同时实现高效余热回收；
3)对颗粒床过滤层温度分布进行调控，调节粉尘粒粘附捕集位置，提高床层容尘量；
4)通过多级多尺度颗粒床结合，在不增大压降的前提下提高了床层容尘量和除尘效率；
5)各独立多级颗粒床通道可以单独进行滤料置换，在保证除尘效率的同时实现连续除尘。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开颗粒床除尘与换热一体化的装置有了清楚的认识。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“一级”、“二级”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种颗粒床除尘与换热一体化的装置，包括：
筒体(100)，其内侧形成烟道(A)；
过滤/换热复合结构(200)，设置于所述烟道(A)内，包括：N级分结构，该分结构包括：
换热管(221，222)，设置为在筒体轴向隔开预设距离的两排，两排换热管在筒体内隔出一滤料空间；
滤料(223)，填充于所述滤料空间内；
其中，N≥1。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每排换热管中，相邻换热管之间的距离小于滤料的最小直径。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，N≥2时，N级的分结构沿垂直于烟道的方向依次设置于烟道内，不同分结构中滤料尺寸不同，前一级分结构的滤料尺寸大于后一级分结构的滤料尺寸。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述分结构还包括：压差表(224)，用于检测烟道内分级结构上游端和下游端的实时压力差。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括：
控制***，信号连接至过滤/换热复合结构的N级分结构各自的压差表，用于在其中一压差表反馈的烟道内烟气流动压力差大于预设值时，提示用户对该压差表对应分结构中的滤料进行更换。
6.根据权利要求1所述的装置，在筒体对应每一级分结构的滤料空间的位置，设置有该滤料空间对应的滤料进口(Bin)和滤料出口(Bout)；
所述过滤/换热复合结构(200)还包括：滤料置换结构(240)，所述滤料置换结构(240)包括：
滤料/粉尘振动分离结构(241)，用于将更换下来的滤料与粉尘分离后滤料再生，形成干净滤料以备循环使用；
滤料容器(242)，用于盛放待更换的干净滤料；
滤料提升结构(243)，用于提升滤料容器到滤料入口(Bin)以备置换使用。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，N≥2时；
N级分结构共用同一滤料置换结构，或N级分结构具有各自对应的滤料置换结构。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分结构还包括：
换热器刮板(225)，设置于两排换热管的***，用于刮除换两排热管表面粘附的粉尘。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，还包括：
二次换热结构(300)，设置于所述烟道(A)内，所述过滤/换热复合结构(200)的下游侧。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述二次换热结构(300)为多排翅片换热管束。
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