TWI404563B - 移動式顆粒床及其氣體導引系統 - Google Patents

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TWI404563B TW099114971A TW99114971A TWI404563B TW I404563 B TWI404563 B TW I404563B TW 099114971 A TW099114971 A TW 099114971A TW 99114971 A TW99114971 A TW 99114971A TW I404563 B TWI404563 B TW I404563B
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Yi Shun Chen
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Description

移動式顆粒床及其氣體導引系統
本發明係關於一種移動式顆粒床。
粒狀污染物、酸性氣體污染物(HCl,SO2 ,NOx )及有機污染物為工業界常見的空氣污染排放，若無經過妥善之處理而排放至環境中則會對人類所居住之生態環境造成極大之衝擊。其中，已發展多年且可於高溫(>400℃)下同時去除飛灰及二氧化硫此二種污染物之粒狀物控制技術即為顆粒床過濾器。一般而言，顆粒床的過濾可以四種反應器型式進行：(1)固定床、(2)間歇式移動床、(3)連續式移動床及(4)移動式顆粒床。其中，移動式顆粒床又可稱為流化床(fluidized bed)由於已廣泛的應用於各種工業上，包括物理應用及化學應用，加上具有可同時去除它種污染物的優點，因此對焚化過程中所產生之複雜煙道氣體的淨化相當具有發展潛力。
請參照圖1所示，其為習知移動式顆粒床之一示意圖。習知移動式顆粒床1具有一濾材流道11、一進氣單元12及一出氣單元13。濾材111以慢速移動之方式由導入口112填充至濾材流道11內，並由排出口113移動至濾材流道11外。而待過濾氣體則由進氣單元12送至濾材流道11之一側，其中，待過濾氣體中之粉塵及污染物，將被濾材111吸收，並隨著濾材111以緩慢速度由上往下移動，直到濾材111由排出口113排出。而已過濾之潔淨氣體將從濾材流道11之另一側流動至出氣單元13，並由出氣單元13向外界排出。
然而，習知移動式顆粒床1，當待過濾氣體由進氣單元12的管路進入時，其風速分佈會呈現一高峰狀分佈，於進氣單元12的管路中間的區域較快，而管路兩區域由於邊壁效應的影響，因此速度較慢。如此一來，由於無法達到有效分配及控制風速分佈，因此濾材111對粉塵的過濾捕集率無法達到最佳化，甚至會產生沒有攔阻到粉塵的乾淨濾材111直接流出濾材流道11，造成濾材111使用率的降低。
因此，如何提供一種移動式顆粒床，可使待過濾氣體能較平均的分布以進入濾材流道，以提升濾材的使用率，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種移動式顆粒床及其氣體導引系統，可使待過濾氣體進入濾材流道時可具有不同的風速或風量分布以進入濾材流道，以提升濾材的使用率。
為達上述目的，依據本發明之一種移動式顆粒床包含一濾材流道、一進氣單元、一出氣單元、一第一量測單元以及一迴饋控制單元。進氣單元設置於濾材流道之一側，一待過濾氣體由進氣單元進入濾材流道，進氣單元具有一第一導流板。出氣單元設置於濾材流道之一側。第一量測單元量測進氣單元處的氣體速度。迴饋控制單元與第一量測單元電性連結，並依據第一量測單元的量測結果以控制第一導流板的角度。
為達上述目的，依據本發明之一種氣體導引系統，其係至少部分設置於一濾材流道及一進氣口之間，一待過濾氣體由進氣口進入濾材流道，氣體導引系統包含一第一導流板、一第一量測單元以及一迴饋控制單元，第一導流板設置於濾材流道與進氣口之間，第一量測單元係量測待過濾氣體的氣體速度，迴饋控制單元係與第一量測單元電性連結，並依據第一量測單元的量測結果以控制第一導流板的角度。
於本發明之一實施例中，移動式顆粒床更包含一第二導流板及一第三導流板，該等導流板設置於進氣單元，第二導流板與第三導流板係分別具有一介於10°至50°之水平夾角。
於本發明之一實施例中，氣體導引系統更包含一第二導流板及一第三導流板，該等導流板設置於濾材流道與進氣口之間，第二導流板與第三導流板係分別具有一介於10°至50°之水平夾角。
於本發明之一實施例中，第一導流板係具有一介於0°至50°之水平夾角。
於本發明之一實施例中，第一導流板、第二導流板或第三導流板之長度係介於10mm至200mm。
於本發明之一實施例中，迴饋控制單元依據第一量測單元的量測結果以控制第二導流板或第三導流板之角度。
於本發明之一實施例中，移動式顆粒床更包含一第二量測單元，其量測出氣單元處的氣體速度。
於本發明之一實施例中，氣體導引系統更包含一第二量測單元，係設置於一出氣口與濾材流道之間。
於本發明之一實施例中，迴饋控制單元依據第一量測單元及第二量測單元的量測結果以控制第一導流板之角度。
承上所述，因依據本發明之一種移動式顆粒床及其氣體導引系統係藉由設置至少一可調整水平夾角的導流板，以調整由進氣口輸送至濾材流道的待過濾氣體之風量及或風速分布以提升濾材之使用率。另外，更可藉由第一量測單元量測由進氣口輸送至濾材流道之氣體風速及風量，即時得知待過濾氣體之流量或風速分佈，以判斷待過濾氣體是否依預設的風量分布進入濾材流道，且將迴饋控制單元與第一量測單元及導流板相連接，迴饋控制單元可依據由第一量測單元所量測到的量測結果控制導流板之水平夾角，以使氣體能依預設的風量分布以進入濾材流道，更能確保氣體過濾之效率及穩定性。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種移動式顆粒床及其氣體導引系統，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2所示，其為本發明較佳實施例之移動式顆粒床之一示意圖。本實施例之移動式顆粒床2包含一濾材流道21、一進氣單元22、一出氣單元23、一第一量測單元24以及一迴饋控制單元25。本實施例之移動式顆粒床2用以去除氣體中之飛灰、粉塵、污染物及/或硫化氫(H2 S)、氧化硫(SOX )、氧化氮(NOX )、氯化氫(HCl)、鹼性物(alkali)或氨(ammonia)等汙染物，亦或是回收氣體中微小粒狀物質。
濾材流道21內充填有一濾材211，作為濾材211流動或移動的路徑。於濾材流道21內可因欲濾除之氣體不同，而選擇充填不同材質的濾材，本實施例之濾材211係以石英砂為例，其材質為95%二氧化矽及5%其他成分，粒徑約2~4mm。濾材流道21包含有一導入口212、一排出口213、複數進氣葉板214及複數出氣葉板215。乾淨的濾材211經由導入口212填充至濾材流道21，而濾材211的流率將依據進氣單元22的風速及污染物濃度而做調整。當污染物濃度及或進口風速大時，將濾材211的流率隨之調整加大，以使濾材211之污染物承載度不會超過負荷；當污染物濃度及或進口風速較小時，將濾材211的流率隨之調整變小，以避免造成乾淨濾材211未承載污染物而直接流出排出口213。排出口213將已吸收雜質、粉塵或污染物之濾材211統一排出，以便於收集，甚至進行回收。
該等進氣葉板214設置於濾材流道21之一側，該等出氣葉板215設置於濾材流道21之另一側，也就是說該等出氣葉板215與該等進氣葉板214相對設置。該等進氣葉板214及該等出氣葉板215的葉板形狀大致上類似百頁狀之結構，而一出氣葉板215與一進氣葉板214可對應設置而形成一漏斗狀結構。如此一來，可限制濾材211於濾材流道21內緩慢移動，而形成有效的過率簾幕。
進氣單元22設置於濾材流道21具有該等進氣葉板214之一側。進氣單元22具有一進氣口221及一第一導流板222。第一導流板222對應進氣口221設置，且設置於進氣口221與濾材流道21之間。待過濾氣體從外界經由進氣口221輸送至進氣單元22，藉由調整第一導流板222的水平夾角，可使得輸送至濾材流道21之待過濾氣體可較均勻分布，以提高氣體過濾之品質和效率。其中，本實施例之進氣口221之寬度約為110mm。第一導流板22具有一介於0°至50°之水平夾角，而第一導流板22之長度係介於10mm至250mm，本實施例之第一導流板22之水平夾角係以0°為例，而第一導流板22之長度以230mm為例。需注意的是，水平夾角的定義也可將濾材流道21的中濾材211的主要流動方向定義為水平夾角為90°，或是定義進氣口221的主要進氣方向為水平夾角為0°。
出氣單元23設置於濾材流道21具有該等出氣葉板215之一側。出氣單元23具有一出氣口231，出氣單元23收集從濾材流道21流出之已過濾的氣體。
第一量測單元24具有複數第一感應器241，用以量測進氣單元22處的氣體速度，亦即，量測由進氣單元22流動至濾材流道21前之待過濾氣體的速度及流量分布。本實施例係藉由於進氣單元22與濾材流道21之間設置複數第一感應器241，再將該等第一感應器241所讀取到的氣體速度及流量傳輸至迴饋控制單元25，以判斷待過濾氣體是否平均分布流至濾材流道21。其中，該等第一感應器241設置之位置及數量，皆可因設計不同而擺放不同位置及調整該等第一感應器241之密集度。本實施例中，係以該等第一感應器241實質上呈直線排列為例。
迴饋控制單元25與第一量測單元24電性連接，迴饋控制單元25依據第一量測單元24之量測結果，以人工手動之方式或電動之方式來調整控制第一導流板22的水平夾角。藉由調整第一導流板22的水平夾角，以確保流進濾材流道21之待過濾氣體能較平均分布，進而提升濾材的使用率。其中，對第一導流板22進行水平夾角調整時，也可以設定成讓第一導流板22進行週期性地擺動，以動態地調整待過濾氣體進入濾材流道21的風量或風速分布。
由於第一量測單元24可即時進行線上量測，除了風量與流速之外，甚至可以進行污染物或粉塵的初步濃度分析，以讓迴饋控制單元25依據第一量測單元24量測結果，以即時地調控第一導流板22的水平夾角，進而提升濾材211的使用率。
需注意者，藉由調整第一導流板22的水平夾角，除了可以使待過濾氣體達到較平均的分布之外，也可以特意地使待過濾氣體達到依預定的流量分布。如圖2所示，若當位於濾材流道21第二過濾面S2附近的濾材211係比位於第一過濾面S1附近的濾材211吸附了較多的污染物，其中第一過濾面S1係泛指位於濾材流道21上半部的過濾面；第二過濾面S2係泛指位於濾材流道21下半部的過濾面。此時，可藉由適時地調整第一導流板22的水平夾角，以使得經由第一過濾面S1進入濾材流道21的風量及流速係大於經由第二過濾面S2進入濾材流道21的風量及流速，以提升濾材211的使用率，進而減少乾淨或尚可具有高吸附力的濾材211，被排出濾材流道21。
請參照圖3所示，其為本發明之另一態樣移動式顆粒床之示意圖。進氣單元22a可更包含一第二導流板223及一第三導流板224，第二導流板223及第三導流板224亦對應進氣口221設置，且亦設置於進氣口221與濾材流道21之間。第一導流板221、第二導流板223及第三導流板224設置之位置可依設計不同，而擺放於不同位置。本實施例中係以第二導流板223及第三導流板224擺放於第一導流板222之上下兩側為例。另外，本實施例之第二導流板223及第三導流板224之水平夾角θ1、θ2係介於10°至50°。第二導流板223及第三導流板224之長度係介於10mm至250mm。然而，第一導流板222、第二導流板223與第三導流板224之三者的水平夾角可因設置之位置不同，或因氣體流量分布之影響，而調整不同之水平夾角及長度。本實施例之第二導流板223及第三導流板224之水平夾角θ1、θ2係以30°為例，而兩者之長度係以170mm為例。再者，本實施例之第一導流板222、第二導流板223及/或第三導流板224之材質係可為抗靜電之材質，可避免與粉塵接觸而產生靜電黏附效應。
另外，本實施例之移動式顆粒床2a更可包含一第二量測單元26，第二量測單元26與第一量測單元24相對設置，第二量測單元26具有複數第二感應器261，第二量測單元26量測出氣單元23處的氣體速度或風量分布。亦即，第二量測單元26係量測由濾材流道21流動至出氣單元23之已過濾氣體的速度及分布。本實施例係藉由於出氣單元23與濾材流道21之間設置複數第二感應器261，再將該等第二感應器261所讀取到的氣體速度及流量分布傳輸至迴饋控制單元25，以判斷已過濾氣體是否平均分布或是依照設定的流量分布而流出濾材流道21。其中，該等第二感應器261設置之位置及數量，皆可因設計不同而擺放不同位置及調整該等第二感應器261之密集度。另外，第二量測單元26也可量測已濾氣體的潔淨程度，如此一來，則可即時的迴饋控制該等導流板222、223、224的水平夾角或者是濾材的流速等等。
本實施例中，迴饋控制單元25係與第一量測單元24及第二量測單元26電性連接，並依據第一量測單元24及第二量測單元26的量測結果以控制第一導流板222、第二導流板223及第三導流板224的水平夾角，甚至是控制該等導流板進行擺動的時間週期及水平夾角。其中，迴饋控制單元25係可同時控制或個別控制第一導流板222、第二導流板223及第三導流板224的水平夾角，且可以電動之方式或手動之方式控制第一導流板222、第二導流板223及第三導流板224。
另外，本發明亦揭露一種移動式顆粒床之氣體導引系統。於此，氣體導引系統是至少包含上述實施例中移動式顆粒床的進氣單元中的第一導流板、第一量測單元以及迴饋控制單元。
請參照圖4，至少部分氣體導引系統G係設置於一濾材流道21及一進氣口221之間，例如是第一導流板222設置於濾材流道21及進氣口221之間，待過濾氣體係由進氣口221進入濾材流道21。其中，與前述移動式顆粒床實施例中相同的元件名稱係於具有相同的技術特徵，於此不再贅述。
第一量測單元24係設置於第一導流板222與濾材流道21之間，以量測待過濾氣體的氣體速度。迴饋控制單元25係與第一量測單元24電性連結，並依據第一量測單元24的量測結果以控制第一導流板222的角度。其中，與前述移動式顆粒床實施例中相同的元件名稱係於具有相同的技術特徵，於此不再贅述。
如圖5所示，氣體導引系統G更可包含一第二導流板223及或一第三導流板224，第一量測單元24係可設置於第二導流板223與濾材流道21之間，或是設置於第三導流板224與濾材流道21之間。其中，與前述移動式顆粒床實施例中相同的元件名稱係於具有相同的技術特徵，於此不再贅述。
另外，氣體導引系統G更可包含一第二量測單元26，其係設置於一出氣口231與濾材流道21之間。其中，第二量測單元26與前述移動式顆粒床實施例中相同的元件名稱係於具有相同的技術特徵，於此不再贅述。
綜上所述，因依據本發明之一種移動式顆粒床及其氣體導引系統係藉由設置至少一可調整水平夾角的導流板，以調整由進氣口輸送至濾材流道的待過濾氣體之風量或風速分布，以提升濾材之使用率。另外，更可藉由第一量測單元量測由進氣口輸送至濾材流道之氣體風速及風量，即時得知待過濾氣體之流量或風速分佈，以判斷待過濾氣體是否依預設的風量分布進入濾材流道，且將迴饋控制單元與第一量測單元及導流板相連接，迴饋控制單元可依據由第一量測單元所量測到的量測結果控制導流板之水平夾角，以使氣體能依預設的風量分布以進入濾材流道，更能確保氣體過濾之效率及穩定性。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、2、2a‧‧‧移動式顆粒床
11、21‧‧‧顆粒床、濾材流道
111、211‧‧‧濾材
112、212‧‧‧導入口
113、213‧‧‧排出口
12、22、22a‧‧‧進氣單元
13、23、23a‧‧‧出氣單元
214‧‧‧進氣葉板
215‧‧‧出氣葉板
221‧‧‧進氣口
222‧‧‧第一導流板
223‧‧‧第二導流板
224‧‧‧第三導流板
231‧‧‧出氣口
24‧‧‧第一量測單元
241．．．第一感應器
25．．．迴饋控制單元
26．．．第二量測單元
261．．．第二感應器
G．．．氣體導引系統
S1．．．第一過濾面
S2．．．第二過濾面
θ1、θ2．．．水平夾角
圖1為一種習知之移動式顆粒床之剖面示意圖； 圖2為依據本發明較佳實施例之移動式顆粒床之剖面示意圖；圖3為依據本發明較佳實施例之另一態樣移動式顆粒床之剖面示意圖；圖4為依據本發明另一較佳實施例之氣體導引系統之剖面示意圖；以及圖5為依據本發明較佳實施例之氣體導引系統之另一剖面示意圖。
2．．．移動式顆粒床
21．．．顆粒床
211．．．濾材
212．．．導入口
213．．．排出口
214．．．進氣葉板
215．．．出氣葉板
22．．．進氣單元
221．．．進氣口
222．．．第一導流板
23．．．出氣單元
231．．．出氣口
24．．．第一量測單元
241．．．第一感應器
25．．．迴饋控制單元
S1．．．第一過濾面
S2．．．第二過濾面

Claims (17)

  1. 一種移動式顆粒床，包含：一濾材流道；一進氣單元，設置於該濾材流道之一側，一待過濾氣體由該進氣單元進入該濾材流道，該進氣單元具有一第一導流板及一進氣口，且該第一導流板對應該進氣口設置；一出氣單元，設置於該濾材流道之另一側；一第一量測單元，量測該進氣單元處的氣體速度；以及一迴饋控制單元，與該第一量測單元電性連結，並依據該第一量測單元的量測結果以控制該第一導流板的水平夾角；其中，該進氣口的進氣方向定義為水平夾角為0°，且該第一導流板的水平夾角係介於0°至50°之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之移動式顆粒床，其中該進氣單元更包含：一第二導流板，具有一介於10°至50°之水平夾角。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之移動式顆粒床，其中該進氣單元更包含：一第三導流板，具有一介於10°至50°之水平夾角。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動式顆粒床，其中該第一導流板、該第二導流板或該第三導流板之長度係介於10mm至250mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之移動式顆粒床，更包含：一濾材，充填於該濾材流道內。
  6. 如申請專利範圍第2或3項所述之移動式顆粒床，其中該迴饋控制單元依據該第一量測單元的量測結果以控制該第二導流板及或該第三導流板之水平夾角。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之移動式顆粒床，更包含：一第二量測單元，係量測該出氣單元處的氣體速度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之移動式顆粒床，其中該迴饋控制單元依據該第一量測單元及該第二量測單元的量測結果以控制該第一導流板之水平夾角。
  9. 一種移動式顆粒床之氣體導引系統，係至少部分設置於一濾材流道及一進氣口之間，一待過濾氣體由該進氣口進入該濾材流道，該氣體導引系統包含：一第一導流板，設置於該濾材流道與該進氣口之間，且該第一導流板對應該進氣口設置；一第一量測單元，量測該持過濾氣體的氣體速度；以及一迴饋控制單元，與該第一量測單元電性連結，並依據該第一量測單元的量測結果以控制該第一導流板的角度；其中，該進氣口的進氣方向定義為水平夾角為0°，且該第一導流板的水平夾角係介於0°至50°之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之氣體導引系統，其中該第一量測單元設置於該第一導流板與該濾材流道之 間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之氣體導引系統，其中該迴饋控制單元依據該第一量測單元及該第二量測單元的量測結果以控制該第一導流板之水平夾角。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之氣體導引系統，更包含：一第二導流板，具有一介於10°至50°之水平夾角。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之氣體導引系統，更包含：一第三導流板，具有一介於10°至50°之水平夾角。
  14. 如申請專利範圍第9、12或13項所述之氣體導引系統，其中該第一導流板、該第二導流板或該第三導流板之長度係介於10mm至250mm。
  15. 如申請專利範圍第12或13項所述之氣體導引系統，其中第一量測單元設置於該第二導流板與該濾材流道之間，或是設置於該第三導流板與該濾材流道之間。
  16. 如申請專利範圍第12或13項所述之氣體導引系統，其中該迴饋控制單元依據該第一量測單元的量測結果以控制該第二導流板及或該第三導流板之水平夾角。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之氣體導引系統，更包含：一第二量測單元，係設置於一出氣口與該濾材流道之間。
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