惯性移动床颗粒除尘器
摘要：本文介绍了新研究开发的一套惯性移动颗粒层除尘系统的结构、原理、性能及主要参数。
一、颗粒层除尘器简介
颗粒层除尘器是以硅砂、砾石、矿渣和焦炭等粒状颗粒物作为滤料，去除含尘气体中粉尘粒子的一种内滤式除尘装置。除尘时，气体中的粉尘粒子是在惯性碰撞、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电力等多种机理作用下捕集的。
颗粒层除尘器的主要优点：(1)适于净化高温、具有磨损性和腐蚀性、易燃、易爆的含尘气体；(2)其过滤能力不受灰尘比电阻的影响，除尘效率高，且可同时除去气体中SO2等多种污染物。颗粒层除尘器的不足之处表现在过滤气速不能太高，在处理烟气时阻力大，过滤面积比布袋除尘器大等。
与常规颗粒层除尘器相比，移动式颗粒床除尘器实现了如下几方面的实质性技术进步：(1)颗粒料不放在筛网或孔板上，可避免筛网或孔板被堵塞；(2)在过滤不间断的情况下，可再生过滤介质（即颗粒滤料）；(3)过滤面积的设计值不必超过实际处理风量；(4)床外清灰，彻底去掉了包含众多运动部件的耙式反吹风清灰机构，因此除尘器体内的维修几乎是不必要的。
二、颗粒层除尘器的生产应用概况
颗粒层除尘器大量用于工业除尘起始于1957年，德国开始采用振动清灰的MB型颗粒层除尘器，以后经不断改造，又发明了GFE耙子颗粒层除尘器，针对MB型的缺点，进行大量改进工作，使得颗粒层除尘器的应用日益广泛。在此基础上，江苏理工大学研制了YXKC-8000型塔式旋风颗粒层除尘器，使得单体颗粒层结构发展到多层结构，该除尘器结构比较复杂，生产成本和维护费用较高。
日本川崎公司曾开发垂直移动床颗粒层除尘器，采用滤料床层连续移动，滤料体外循环，用振动筛分离滤料和粉尘，再用提升机构将滤料送回除尘器的方式来替代水平颗粒层的反吹风清灰方式。该型除尘器在煤气化炉、高炉煤气干法净化、沸腾炉除尘方面进行了试用。由于在工业性试验中，存在着砂层移动不均匀、局部出现死角，使阻力增加，特别是处理大风量时给断面布置带来一定的困难，颗粒再生设备较多，因而没有得到进一步发展。通过比较上述颗粒除尘器的优缺点，我们研制了一种新型结构的颗粒层除尘器即惯性逆流式颗粒层除尘器。
三、除尘器的结构及工作原理
惯性旋风体逆流式颗粒层除尘器的结构如图1所示。
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这种除尘设备将移动式颗粒过滤床（以下简称移动颗粒床）与普通的惯性除尘器巧妙地结合为一体。气流的运动基本上和惯性除尘器气流走向一致。该除尘器主要由百叶体、移动颗粒床、滤料清灰装置、清洁滤料输送装置、滤料移动置换速度调控阀、含尘气流输入管路和洁净气流输出管路等几部分组成。其工作原理如图2所示。
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除尘器工作时，含尘气流从含尘气体进口管7送入除尘室上具有大蜗壳的旋风体3内，在旋转离心力的作用下，粗大的尘粒在随气流旋转过程中，被抛至旋风体边壁，落入集灰斗1内，约有20%~40％的粗粉尘被沉积；其余的细微粉尘在随气流旋转过程中切向流进内装颗粒滤料的百叶窗型颗粒床2内（在惯性力作用下，约有80%~90％一次除尘后的含尘气体通过百叶窗的空隙转折146°，再进入内装颗粒滤料的颗粒床），借其综合的筛滤效应，其余的微细粉尘进一步得到净化，最后经过出气管道6排出体外进入大气中。
如图1所示，被污染了的颗粒滤料，经过床下部的盘式加料器3，按设定的移动速度缓慢落入圆筛9，除去收集到的微细粉尘。微细粉尘穿过圆筛落入集灰斗10，而被清筛过的洁净滤料沿与其相衔接的溜道8流进贮料箱，最后通过小型斗式提升机6，将其再度灌装到颗粒床内，以便继续循环使用。
惯性移动式颗粒床除尘器最显著的结构特点如下。
1．将一个结构极其简单的颗粒床除尘器（二级除尘）和普通的惯性除尘器（一级除尘）有机地组合为一体，巧妙地利用了除尘室内的有限空间。在保证除尘室体积不变的前提下，采用了双排颗粒床，除尘器过滤面积是普通颗粒层除尘器过滤面积的两倍。
2．移动式颗粒床除尘器颗粒滤料清灰是在颗粒床之外进行的，省去了水平布置颗粒层除尘器的耙式反吹风清灰系统。移动式颗粒床除尘器仅在颗粒床下部设置了一个圆形的滤料清灰筛，改善了颗粒料在筛上滚动清灰的效果，借床下部盘式加料器的阀门动作可实现在颗粒床过滤不间断的情况下清灰，再生过滤介质。
3．为了实现清筛过的洁净滤料重新灌注到颗粒床循环使用，除尘器配置了小型斗式提升机。
四、主要设计参数的选择
1．颗粒层的选择
对颗粒料的材质要求是耐磨、耐腐蚀、价廉，用在高温气体除尘的还要求耐热。一般选择含二氧化硅99％以上的石英砂作为颗粒料，它具有很高的耐磨性，在300~400℃温度下可长期使用，化学稳定性好，价格也便宜。颗粒大小、过滤速度和颗粒层厚度是影响颗粒层过滤性能的重要因素。
颗粒层厚度越大，除尘效率越高，压力损失也越大。燃烧炉粉尘粒径较粗的，在能满足国家排放粉尘含量标准的条件下，颗粒层厚度可以薄些，实验后认定取颗粒层厚度为96mm、采用0.5~1.5mm的石英砂。
2．过滤风速
风速提高，扩散、重力、拦截等效应都有所降低，而惯性效应提高。高风速的情况下，大尘粒的反弹和二次冲刷也将加剧，效率反而降低，实验认定取30m/min。
五、惯性逆流式颗粒层除尘器的主要用途
1．回收有价值的原料。工艺中的某些产品可能呈粉尘状态，随高温气体逸出。可用此除尘器将其分离后回收。
2．在高温下除尘，节省冷却设备投资和运行费用，保护环境。
3．燃烧后的高温气体中若含有有害气体，可采用吸附材料作为过滤介质，以便吸收有害气体，达到保护环境的目的。
参考文献：
[1]国家电力公司热工研究院．移动颗粒层过滤高温除尘工艺与设备研究开发[R]，2000，12.
[2]许世森．移动颗粒层过滤及旋风分离的高温除尘研究[D]．西安交通大学博士论文，1996.
[3]张惠忠．逆流式颗粒层除尘器的机理及设计要点[R]，2003.
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