陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置

摘要

本发明为一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，过滤器管板上设有过滤单元和集气室；过滤器管板上部为洁净气体腔室，下部为含尘气体腔室；脉冲反吹清灰装置包括有反吹储气罐，反吹储气罐上设有与过滤单元的集气室顶部密封连接的反吹管路，反吹管路中设有脉冲反吹阀，在集气室顶部与脉冲反吹阀之间的反吹管路上连接有洁净气体引出管路，洁净气体引出管路的出口端位于洁净气体腔室内；洁净气体引出管路中设有粉尘浓度监测计、气体出口控制阀和流量计；在含尘气体腔室与过滤单元集气室顶端出口之间连接有差压传感器。本发明的脉冲反吹清灰装置，能够采用较低的反吹压力实现陶瓷滤管的循环再生，降低陶瓷滤管断裂失效的可能性。

权利要求

1.一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，所述陶瓷过滤器的管板上设有过滤单元，过滤单元上部设有集气室；过滤器管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室；其特征在于：所述脉冲反吹清灰装置包括有反吹储气罐，反吹储气罐上设有与过滤单元的集气室顶部密封连接的反吹管路，所述反吹管路中设有脉冲反吹阀，在集气室顶部与脉冲反吹阀之间的反吹管路上连接有洁净气体引出管路，该洁净气体引出管路的出口端位于洁净气体腔室内；所述洁净气体引出管路中设有粉尘浓度监测计、气体出口控制阀和流量计；在含尘气体腔室与过滤单元集气室顶端出口之间连接有差压传感器；所述脉冲反吹阀、粉尘浓度监测计、气体出口控制阀、流量计和差压传感器与一控制单元电连接。

2.如权利要求1所述的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，其特征在于：所述陶瓷过滤器的管板上设有多组过滤单元；所述每组过滤单元的集气室顶部分别密封连接一反吹管路；所述每组过滤单元的集气室顶端出口与含尘气体腔室之间均设置一差压传感器。

3.如权利要求2所述的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，其特征在于：所述每组过滤单元中至少包含一根过滤元件。

4.如权利要求3所述的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，其特征在于：所述过滤元件为陶瓷滤管。

5.如权利要求1所述的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，其特征在于：所述集气室的形状为圆台或棱台形状。

说明书

陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置

技术领域

[0001] 本发明是关于一种气固分离装置，尤其涉及一种陶瓷过滤器的低压脉冲反吹清灰装置。

背景技术

[0002] 高温气体除尘是高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术，它可以最大程度地利用气体的物理显热，化学潜热和动力能，提高能源利用率，同时简化工艺过程，节省设备投资。

[0003] 当前最具发展潜力的洁净煤技术中，以整体煤气化联合循环(IGCC)和增压流化床联合循环发电(PFBC-CC)为代表的各种燃煤发电技术和以煤气化为龙头的煤化工多联产技术中都涉及高温气体的除尘问题。IGCC等洁净煤发电技术在向商业化发展过程中所遇到的一个共同难题就是高温燃气净化，其目的一是保护燃气轮机叶片和下游设备，二是使排出的烟气符合环保标准。陶瓷过滤器被公认为最具发展潜力的高温气固分离技术，可除3
去5μm以上的颗粒，出口含尘浓度小于1mg/Nm，分离效率达99.99％。

[0004] 高温过滤器的过滤元件主要采用单层排列的方式，以陶瓷过滤器为例，过滤器的管板将过滤器分为上下两部分，上部分为洁净气体侧，下部分为含尘气体侧，过滤器只有一层管板，将多个陶瓷过滤元件(陶瓷滤管)悬挂在管板上。所述多个陶瓷过滤元件(陶瓷滤管)又分为多组布置，每组共用一个引射器。

[0005] 脉冲反吹清灰装置是陶瓷过滤器稳定运行的重要保证。现有工业应用的陶瓷过滤器的脉冲反吹装置如图3A所示，脉冲反吹装置主要由反吹气体储罐91、脉冲反吹阀92、反吹管路和喷嘴921组成，所述反吹管路的喷嘴921与陶瓷过滤器的引射器93保持一定距离(即：反吹管路不与引射器直接连接)。过滤器管板94将陶瓷过滤器的内部空间分隔为洁净气体侧和含尘气体侧，一个过滤单元由多根陶瓷滤管95组成，通常一个过滤单元安装有48根滤管，如图中3B所示，在圆形的过滤单元管板上，陶瓷滤管是按照等三角方式排布。在过滤器的管板94上至少安装一个过滤单元(通常安装12个或 24个过滤单元)。含尘气体或称为粗合成气由过滤器的气体入口96进入过滤器的含尘侧，到达陶瓷滤管95表面。过滤除尘过程在陶瓷滤管95的外表面进行，随着过滤的进行，滤饼层增厚，过滤器的压降升高，当压降增加到一定程度时，按照预先设定的时间间隔，采用高压氮气或合成气对过滤元件(陶瓷滤管)95分组进行脉冲反吹，实现滤管的性能再生。即第一组过滤单元反吹后，经一定时间间隔后反吹第二组，再经一定时间间隔后反吹第三组，直到所有的过滤单元均反吹完毕。高压反吹气体穿过滤管内壁，利用瞬态的能量将滤管外壁的粉尘层吹落，粉尘落入灰斗98中。过滤后的气体，进入由引射器93构成的共用气室，之后进入洁净气体侧，经气体出口97排出进入后续工艺。

[0006] 上述工艺典型的工况参数为：过滤器操作温度340℃，操作压力约为4MPa，脉冲清灰时采用高压氮气或工艺合成气作为反吹气质，反吹压力约为8MPa，反吹温度大于225℃。目前应用的高温陶瓷过滤波器常常因为陶瓷滤管断裂导致下游浓度骤升，使装置被迫停车。现有脉冲反吹装置的设计和高压脉冲清灰操作不利于过滤器的长周期稳定运行，存在以下主要问题：

[0007] (1)脉冲反吹压力过高：反吹气流需要克服过滤器的操作压力、过滤气流的流动阻力和洁净气体侧的气体的惯性力，反吹气流不能全部作用到过滤单元上。因此为保证清灰效果，需要大于过滤器操作压力2倍左右的清灰压力，反吹压力高达8MPa，陶瓷滤管受到很大的气流冲击，脉冲反吹清灰造成滤管振动，反吹压力越高，陶瓷滤管的振动越剧烈。由于陶瓷滤管的抗形变能力弱，故其断裂失效现象的在工业应用中十分普遍。研究表明，这种高压清灰操作是滤管发生疲劳断裂失效的最重要原因。

[0008] (2)只能采用定时反吹方式，无法动态调整反吹参数：由于过滤器结构的设计原因，运行过程中无法判定每组过滤单元的压差，只能根据操作经验，按照预先设定的反吹周期来定时启动反吹装置。实际操作中，各过滤单元的运行负荷是有差别的，操作工况也时有波动，造成每组过滤单元的压降不一致，对于不同的运行工况和过滤单元之间的差异，无法及时调整反吹清灰周期，影响整个系统的高效稳定运行。

[0009] (3)滤管断裂失效严重影响后续工艺：即使一根陶瓷滤管发生断裂，含尘气体侧的粗合成气会通过断裂后的陶瓷滤管进入洁净气体侧，发生气流“短路”现象，使得下游的气体中含尘浓度急剧增加，使整个装置被迫停车，严重影响后续生产工艺。

[0010] (4)“回流”现象影响陶瓷滤管的循环再生性能：在脉冲反吹接近结束时，反吹气体速度逐渐减小，在这个过程中，滤管内部的压力要小于其外面的压力，滤管外壁附近的气体会出现由管外侧通过管壁向管内侧流动的回流现象，使已经从过滤管的管外壁 吹掉的固体颗粒重新沉降在其外壁上，甚至会使部分小颗粒穿嵌在管壁内，影响下一个过滤循环的过滤质量和效率，降低滤管的使用寿命。

[0011] 由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

[0012] 本发明的目的在于提供一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，能够采用较低的反吹压力实现陶瓷滤管的循环再生，降低陶瓷滤管断裂失效的可能性；可以对过滤单元的压降和气流流量等进行监控，便于动态调整反吹参数，有利于过滤器长期稳定运行。

[0013] 本发明的另一目的在于提供一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，可以对每组过滤单元独立操作，具有安全保护功能；不会影响后续工艺。

[0014] 本发明的目的是这样实现的，一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，所述陶瓷过滤器的管板上设有过滤单元，过滤单元上部设有集气室；过滤器管板将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室和下部的含尘气体腔室；所述脉冲反吹清灰装置包括有反吹储气罐，反吹储气罐上设有与过滤单元的集气室顶部密封连接的反吹管路，所述反吹管路中设有脉冲反吹阀，在集气室顶部与脉冲反吹阀之间的反吹管路上连接有洁净气体引出管路，该洁净气体引出管路的出口端位于洁净气体腔室内；所述洁净气体引出管路中设有粉尘浓度监测计、气体出口控制阀和流量计；在含尘气体腔室与过滤单元集气室顶端出口之间连接有差压传感器；所述脉冲反吹阀、粉尘浓度监测计、气体出口控制阀、流量计和差压传感器与一控制单元电连接。

[0015] 在本发明的一较佳实施方式中，所述陶瓷过滤器的管板上设有多组过滤单元；所述每组过滤单元的集气室顶部分别密封连接一反吹管路；所述每组过滤单元的集气室顶端出口与含尘气体腔室之间均设置一差压传感器。

[0016] 在本发明的一较佳实施方式中，所述每组过滤单元中至少包含一根过滤元件。

[0017] 在本发明的一较佳实施方式中，所述过滤元件为陶瓷滤管。

[0018] 在本发明的一较佳实施方式中，所述集气室的形状为圆台或棱台形状。

[0019] 由上所述，本发明的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，由于反吹管路末端是与集气室顶部直接密闭相连的(所述反吹管路末端没有喷嘴，减少过滤气体汇集后流动的阻力、增加清灰操作时的反吹气量，同时减少反吹气流的阻力)，集气室和反吹管路构成了一个封闭空间，反吹气流只需要克服过滤器的操作压力，反吹时，过滤气流在极短的时间 内处于停止状态，过滤气流的阻力几乎没有影响，同时反吹气流将全部进入集气室内，经集气室扩压后进入陶瓷滤管，期间能量损失很小，因此，能够采用较低的反吹压力实现陶瓷滤管的循环再生，能达到良好的清灰效果，也降低了陶瓷滤管断裂失效的可能性；本发明的脉冲反吹清灰装置中设置了与控制单元电连接的脉冲反吹阀、粉尘浓度监测计、气体出口控制阀、流量计和差压传感器，可以对过滤单元的压降和气流流量等进行监控，便于动态调整反吹参数，有利于过滤器长期稳定运行。

附图说明

[0020] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

[0021] 图1：为本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置的结构示意图1。

[0022] 图2A：为本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置的结构示意图2。

[0023] 图2B：为本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置中过滤元件排布示意图2。

[0024] 图2C：为本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置中过滤元件排布示意图2。

[0025] 图3A：为现有陶瓷过滤器的结构示意图。

[0026] 图3B：为现有陶瓷过滤器中过滤元件排布示意图。

具体实施方式

[0027] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

[0028] 如图1所示，本发明提出一种陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，所述陶瓷过滤器的管板5上设有过滤单元6，过滤单元6上部设有集气室7；过滤器管板5将过滤器密封分隔为上部的洁净气体腔室81和下部的含尘气体腔室82，所述洁净气体腔室81设有气体出口811，所述含尘气体腔室82设有气体进口821；所述脉冲反吹清灰装置包括有反吹储气罐1，反吹储气罐1上设有与过滤单元的集气室7顶部密封连接的反吹管路2，所述反吹管路2中设有脉冲反吹阀21，在集气室7顶部与脉冲反吹阀21之间的反吹管路2上连接有洁净气体引出管路3，该洁净气体引出管路3的出口端位于洁净气体腔室81内；所述洁净气体引出管路3中设有粉尘浓度监测计31、气体出口控制阀32和流量计33；在含尘气体腔室82与过滤单元集气室7顶端出口之间连接有差压传感器4；所述脉冲反吹阀21、粉尘浓度监测计31、气体出口控制阀32、流量计33和差压传感器4 与一控制单元(图中未示出)电连接。

[0029] 由上所述，本发明的陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置，由于反吹管路末端是与集气室顶部直接密闭相连的(所述反吹管路末端没有喷嘴，减少过滤气体汇集后流动的阻力、增加清灰操作时的反吹气量，同时减少反吹气流的阻力)，集气室和反吹管路构成了一个封闭空间，反吹气流只需要克服过滤器的操作压力，反吹时，过滤气流在极短的时间内处于停止状态，过滤气流的阻力几乎没有影响，同时反吹气流将全部进入集气室内，经集气室扩压后进入陶瓷滤管，期间能量损失很小，因此，能够采用较低的反吹压力实现陶瓷滤管的循环再生，能达到良好的清灰效果，也降低了陶瓷滤管断裂失效的可能性；本发明的脉冲反吹清灰装置中设置了与控制单元电连接的脉冲反吹阀、粉尘浓度监测计、气体出口控制阀、流量计和差压传感器，可以对过滤单元的压降和气流流量等进行监控，便于动态调整反吹参数，有利于过滤器长期稳定运行。

[0030] 进一步，如图1、图2A所示，在本实施方式中，所述陶瓷过滤器的管板5上可设有多组过滤单元6；所述每组过滤单元6的集气室7顶部分别密封连接一反吹管路2，每条反吹管路2中连接有相应的洁净气体引出管路3，所述各个洁净气体引出管路3中设有粉尘浓度监测计31、气体出口控制阀32和流量计33；所述每组过滤单元的集气室7顶端出口与含尘气体腔室82之间均设置一差压传感器4。可以对每组过滤单元独立操作，具有安全保护功能；当任何一个过滤单元6损坏后，可将相应的洁净气体引出管路3中的气体出口控制阀32关闭，由此，不会影响后续工艺。

[0031] 在本实施方式中，所述粉尘浓度监测计，能够实时快速反应颗粒物浓度的变化，位于每一组过滤单元的气体引出管路上。所述气体出口控制阀，采用耐高温耐高压球阀或其他形式的阀门，通过电动或气动或液压方式控制阀门的开闭。所述流量计，用于计量每组过滤单元的气量，位于气体引出管路的任意位置。所述差压传感器与流量计及浓度监测数据形成信息反馈，便于根据实际工况调整脉冲反吹清灰方案。

[0032] 在本实施方式中，所述脉冲反吹阀21为气动阀或电动阀；该脉冲反吹阀位于高温陶瓷过滤器外部空间的上方。

[0033] 如图1所示，所述洁净气体引出管路3的其中一部分与反吹管路2共用，可以方便管路布置，节省空间；气体引出管路先延伸至过滤器外，然后返回过滤器的洁净气体腔室81内，便于将粉尘浓度监测计31、气体出口控制阀32和流量计33安装在过滤器外进行操作。位于过滤器外的部分有保温层，减少热量散失。

[0034] 在本实施方式中，所述每组过滤单元6中至少包含一根过滤元件61，也安装多根 过滤元件61。所述过滤元件61为陶瓷滤管。

[0035] 进一步，本发明由于采用低压反吹清灰技术，当每组过滤单元6中安装有多根陶瓷滤管61时，陶瓷滤管61的排布形式既可以与现有陶瓷过滤器中陶瓷滤管的排布方式相同(如图2B所示)，也可以采用矩形排布(如图2C所示)或其他任何形状的排布方式。根据滤管的排布方式，集气室7的形状可灵活变换，在本实施方式中，所述集气室7的形状可以为圆台形状，也可为棱台等其它形状。

[0036] 下面对本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置作出进一步说明。

[0037] 如图1所示，在高温过滤器操作温度340℃、操作压力约为4MPa的工况条件下，粗合成气自气体进口821，经气体分布器和提升管后，进入过滤器内部，管板5将过滤器分隔为两部分，管板下为含尘气体腔室82，管板上为洁净气体腔室81。如图1中的空心箭头所示，含尘气流到达各过滤单元6中的陶瓷滤管61，粉尘被拦截在陶瓷滤管61表面，形成滤饼层，被过滤后的气流为清洁合成气，经陶瓷滤管61后汇集到每组过滤单元6的集气室7，之后沿洁净气体引出管路3由过滤器内部通向过滤器外部后，再回到过滤器的洁净气体腔室81内，通过气体出口811排出，进入后续工艺单元。

[0038] 每组过滤单元6可独立进行操作；洁净气体引出管路3上安装有粉尘浓度监测计31和流量计33，实时监控洁净气体的浓度变化趋势和每组过滤单元的流量负荷，气体出口控制阀32过滤过程中保持常开状态。

[0039] 随着过滤操作的进行，陶瓷滤管61滤饼层不断增厚，差压传感器4测得的各过滤单元6的压降增加，由于各组过滤单元6的陶瓷滤管61性能差异，同时粗合成气在各组过滤单元6的气流分布的不同，导致每组过滤单元6的压降变化不一致。采用定压差清灰方式，即各组过滤单元6达到清灰要求的压降值时进行反吹清灰(现有装置实际操作，由于反吹装置结构设计的原因，只能对每组过滤单元采用定时反吹，所有过滤单元的反吹参数设定为统一值，操作灵活性较差)。反吹清灰时，差压传感器4触发脉冲反吹阀21和气体出口控制阀32的动作方式：气体出口控制阀32关闭，脉冲反吹阀21瞬间开启(根据实际要求，持续时间200～1000ms)，反吹储气罐1中压力约为4.2-4.5MPa(现有装置反吹压力约8MPa)的高压氮气或洁净合成气，沿反吹管路2进入到集气室7内，在集气室7内增压后进入陶瓷滤管61，反吹气流的瞬态能量使粘附在陶瓷滤管61外壁面的滤饼层剥离，落入灰斗中。完成反吹后，气体出口控制阀32开启。通过两个阀门的动作方式配合，防止反吹过程中反吹气流由气体引出管路3进入到洁净气体腔室，造成反吹效果降低，同时避免回流现象的发生，有利于过滤器的稳定运行。

[0040] 某一个或几个过滤单元6的陶瓷滤管61发生断裂时，差压传感器4、流量计33和粉尘浓度监测计31将信息反馈到控制单元：过滤单元6压降值变小、每组过滤单元流量变大、出口浓度骤增，控制单元进行逻辑判定后，关闭脉冲反吹阀21和气体出口控制阀32，使该过滤单元6停止工作，其他过滤单元6正常进行操作，不会影响后续生产工艺。

[0041] 本发明陶瓷过滤器的脉冲反吹清灰装置与现有技术相比具有以下优点：

[0042] (1)较低的清灰压力，更高的清灰强度。

[0043] 常规高压脉冲反吹时，反吹气流需要克服过滤器的操作压力、过滤气流的流动阻力和洁净气体侧的气体的惯性力，因此需要约8MPa左右的清灰压力，而本发明的反吹装置，使用约4.2MPa-4.5MPa的清灰压力即可实现陶瓷滤管的性能再生，且清灰强度和均匀性更好。

[0044] (2)减少反吹气量消耗，节约成本。

[0045] 由于反吹压力较低，单次反吹所需的反吹气量消耗少。工业现场装置使用氮气或工艺合成气作为反吹气源，生产成本高，使用该技术可显著降低反吹气的成本费用。

[0046] (3)降低陶瓷滤管断裂失效的可能性。

[0047] 研究表明，反吹压力对陶瓷滤管的振动和热冲击影响最大，是造成其过早断裂失效的主要原因。因此，在不影响清灰效果的前提下，大大降低了反吹压力后，反吹气体对陶瓷滤管的热冲击和振动的影响也随之减小，延长了陶瓷滤管的使用寿命。

[0048] (4)安全保护措施，不影响后续工艺。

[0049] 一旦陶瓷滤管发生断裂，气体引出管路上的浓度监测装置、流量计和差压传感器等会及时检测到异常现象，控制单元收到信息反馈后，将该组过滤单元气体引出管路上的阀门关闭，防止下游浓度过高而使装置停车。工业上应用的高温陶瓷过滤器一般包括几十个过滤单元，关闭一组或几组，对整个系统运行影响较小。

[0050] (5)可实现在最优反吹操作参数下清灰操作。

[0051] 利用每组过滤单元上的差压传感器和流量计的实施监控，调整各组过滤单元的反吹参数(反吹压力和反吹周期等)，实现不同运行工况下的高效清灰。避免了低负荷运行工况下清灰频率过高，而极端负荷运行工况下的清灰频率过低的问题。

[0052] (6)避免了回流现象的不利影响。

[0053] (7)本发明可直接应用于现有高温陶瓷过滤器，改造方便。

[0054] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本 领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。