慣性移動床顆粒除塵器
摘要：本文介紹了新研究開發的一套慣性移動顆粒層除塵系統的結構、原理、性能及主要參數。
一、顆粒層除塵器簡介
顆粒層除塵器是以硅砂、礫石、礦渣和焦炭等粒狀顆粒物作為濾料，去除含塵氣體中粉塵粒子的一種內濾式除塵裝置。除塵時，氣體中的粉塵粒子是在慣性碰撞、攔截、布朗擴散、重力沉降和靜電力等多種機理作用下捕集的。
顆粒層除塵器的主要優點：(1)適于凈化高溫、具有磨損性和腐蝕性、易燃、易爆的含塵氣體；(2)其過濾能力不受灰塵比電阻的影響，除塵效率高，且可同時除去氣體中SO2等多種污染物。顆粒層除塵器的不足之處表現在過濾氣速不能太高，在處理煙氣時阻力大，過濾面積比布袋除塵器大等。
與常規顆粒層除塵器相比，移動式顆粒床除塵器實現了如下幾方面的實質性技術進步：(1)顆粒料不放在篩網或孔板上，可避免篩網或孔板被堵塞；(2)在過濾不間斷的情況下，可再生過濾介質（即顆粒濾料）；(3)過濾面積的設計值不必超過實際處理風量；(4)床外清灰，徹底去掉了包含眾多運動部件的耙式反吹風清灰機構，因此除塵器體內的維修幾乎是不必要的。
二、顆粒層除塵器的生產應用概況
顆粒層除塵器大量用于工業除塵起始于1957年，德國開始采用振動清灰的MB型顆粒層除塵器，以后經不斷改造，又發明了GFE耙子顆粒層除塵器，針對MB型的缺點，進行大量改進工作，使得顆粒層除塵器的應用日益廣泛。在此基礎上，江蘇理工大學研制了YXKC-8000型塔式旋風顆粒層除塵器，使得單體顆粒層結構發展到多層結構，該除塵器結構比較復雜，生產成本和維護費用較高。
日本川崎公司曾開發垂直移動床顆粒層除塵器，采用濾料床層連續移動，濾料體外循環，用振動篩分離濾料和粉塵，再用提升機構將濾料送回除塵器的方式來替代水平顆粒層的反吹風清灰方式。該型除塵器在煤氣化爐、高爐煤氣干法凈化、沸騰爐除塵方面進行了試用。由于在工業性試驗中，存在著砂層移動不均勻、局部出現死角，使阻力增加，特別是處理大風量時給斷面布置帶來一定的困難，顆粒再生設備較多，因而沒有得到進一步發展。通過比較上述顆粒除塵器的優缺點，我們研制了一種新型結構的顆粒層除塵器即慣性逆流式顆粒層除塵器。
三、除塵器的結構及工作原理
慣性旋風體逆流式顆粒層除塵器的結構如圖1所示。
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這種除塵設備將移動式顆粒過濾床（以下簡稱移動顆粒床）與普通的慣性除塵器巧妙地結合為一體。氣流的運動基本上和慣性除塵器氣流走向一致。該除塵器主要由百葉體、移動顆粒床、濾料清灰裝置、清潔濾料輸送裝置、濾料移動置換速度調控閥、含塵氣流輸入管路和潔凈氣流輸出管路等幾部分組成。其工作原理如圖2所示。
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除塵器工作時，含塵氣流從含塵氣體進口管7送入除塵室上具有大蝸殼的旋風體3內，在旋轉離心力的作用下，粗大的塵粒在隨氣流旋轉過程中，被拋至旋風體邊壁，落入集灰斗1內，約有20%~40％的粗粉塵被沉積；其余的細微粉塵在隨氣流旋轉過程中切向流進內裝顆粒濾料的百葉窗型顆粒床2內（在慣性力作用下，約有80%~90％一次除塵后的含塵氣體通過百葉窗的空隙轉折146°，再進入內裝顆粒濾料的顆粒床），借其綜合的篩濾效應，其余的微細粉塵進一步得到凈化，最后經過出氣管道6排出體外進入大氣中。
如圖1所示，被污染了的顆粒濾料，經過床下部的盤式加料器3，按設定的移動速度緩慢落入圓篩9，除去收集到的微細粉塵。微細粉塵穿過圓篩落入集灰斗10，而被清篩過的潔凈濾料沿與其相銜接的溜道8流進貯料箱，最后通過小型斗式提升機6，將其再度灌裝到顆粒床內，以便繼續循環使用。
慣性移動式顆粒床除塵器最顯著的結構特點如下。
1．將一個結構極其簡單的顆粒床除塵器（二級除塵）和普通的慣性除塵器（一級除塵）有機地組合為一體，巧妙地利用了除塵室內的有限空間。在保證除塵室體積不變的前提下，采用了雙排顆粒床，除塵器過濾面積是普通顆粒層除塵器過濾面積的兩倍。
2．移動式顆粒床除塵器顆粒濾料清灰是在顆粒床之外進行的，省去了水平布置顆粒層除塵器的耙式反吹風清灰系統。移動式顆粒床除塵器僅在顆粒床下部設置了一個圓形的濾料清灰篩，改善了顆粒料在篩上滾動清灰的效果，借床下部盤式加料器的閥門動作可實現在顆粒床過濾不間斷的情況下清灰，再生過濾介質。
3．為了實現清篩過的潔凈濾料重新灌注到顆粒床循環使用，除塵器配置了小型斗式提升機。
四、主要設計參數的選擇
1．顆粒層的選擇
對顆粒料的材質要求是耐磨、耐腐蝕、價廉，用在高溫氣體除塵的還要求耐熱。一般選擇含二氧化硅99％以上的石英砂作為顆粒料，它具有很高的耐磨性，在300~400℃溫度下可長期使用，化學穩定性好，價格也便宜。顆粒大小、過濾速度和顆粒層厚度是影響顆粒層過濾性能的重要因素。
顆粒層厚度越大，除塵效率越高，壓力損失也越大。燃燒爐粉塵粒徑較粗的，在能滿足國家排放粉塵含量標準的條件下，顆粒層厚度可以薄些，實驗后認定取顆粒層厚度為96mm、采用0.5~1.5mm的石英砂。
2．過濾風速
風速提高，擴散、重力、攔截等效應都有所降低，而慣性效應提高。高風速的情況下，大塵粒的反彈和二次沖刷也將加劇，效率反而降低，實驗認定取30m/min。
五、慣性逆流式顆粒層除塵器的主要用途
1．回收有價值的原料。工藝中的某些產品可能呈粉塵狀態，隨高溫氣體逸出。可用此除塵器將其分離后回收。
2．在高溫下除塵，節省冷卻設備投資和運行費用，保護環境。
3．燃燒后的高溫氣體中若含有有害氣體，可采用吸附材料作為過濾介質，以便吸收有害氣體，達到保護環境的目的。
參考文獻：
[1]國家電力公司熱工研究院．移動顆粒層過濾高溫除塵工藝與設備研究開發[R]，2000，12.
[2]許世森．移動顆粒層過濾及旋風分離的高溫除塵研究[D]．西安交通大學博士論文，1996.
[3]張惠忠．逆流式顆粒層除塵器的機理及設計要點[R]，2003.
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