CN103089714B - 透平式气体压缩机前端除尘器及其过滤元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够有效改善透平式气体压缩机长时间使用发生结垢问题的透平式气体压缩机前端除尘器及其过滤元件。该前端除尘器包括外壳、安装在外壳中的过滤元件以及作用于过滤元件的反吹清灰装置，所述外壳与过滤元件通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间；过滤元件具有由多孔高密度聚乙烯支撑体以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。本发明的过滤材料能够长期保持稳定的高过滤精度，有效改善透平式气体压缩机长时间使用下的结垢现象。

Description

透平式气体压缩机前端除尘器及其过滤元件

技术领域

本发明涉及气体过滤技术领域，具体涉及透平式气体压缩机前端除尘器及其过滤元件。

背景技术

气体压缩机从工作原理上大致可分为容积式和透平式两大类。容积式气体压缩机依靠机械运动直接使气体的体积变化从而达到增压目的，目前其主要用于中小流量的场合。透平式气体压缩机首先依靠高速旋转的叶轮将气体的流速提高，然后再使高速气流在扩压器中迅速降速从而达到增压目的，目前其主要用于大流量的场合。

现有的透平式气体压缩机主要包括离心式、轴流式、斜流式和复合式。这些透平式气体压缩机之前通常还设有前端除尘器。前端除尘器的作用是对即将进入透平式气体压缩机的气体进行除尘净化，以使气体中的粉尘含量下降，避免粉尘超标对透平式气体压缩机的使用造成不利影响。

目前，透平式气体压缩机前端除尘器几乎全部采用滤筒式除尘器或布袋式除尘器。滤筒式除尘器采用滤筒为过滤元件，布袋式除尘器则采用布袋为过滤元件。滤筒是由过滤材料折叠成皱后再首尾粘接成筒，筒的内部用金属网架支撑，筒的上下用顶盖和底座固定。过滤材料对滤筒式除尘器的综合过滤性能起决定因素。布袋式除尘器亦是如此。

透平式气体压缩机的主要问题是长时间使用后压缩机运行振动值升高，冷却器换热效能降低。经过检查发现，压缩机中的叶轮、冷却器翅片以及流道等部件结垢是导致该问题的直接原因。针对该问题，多数企业只得频繁的对压缩机进行检修清垢，进一步导致压缩机的有效工作寿命大幅缩短，压缩机的使用维护成本失控。

针对该问题也有人尝试改进滤筒或布袋所使用的过滤材料。其中，通常的办法是提高过滤材料的过滤精度。对于本领域技术人员而言，为了提高过滤材料的过滤精度，在过滤材料的表面附着一层过滤精度更高的薄膜或者直接选折过滤精度较高的过滤材料都是可行的办法。但是，这些办法并不能有效改善结垢问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能够有效改善透平式气体压缩机长时间使用发生结垢问题的透平式气体压缩机前端除尘器及其过滤元件。

发明人发现，造成透平式气体压缩机结垢的主要原因既与前端除尘器的过滤精度有关，同时又与过滤元件中过滤材料的抗变形性能有关。由于滤筒和布袋所使用的过滤材料均具有较大的柔性，同时，滤筒和布袋又无法对其过滤材料提供足够的支撑面积，因此，当过滤元件处于过滤和反吹频繁切换的工作状态下时，过滤材料就会随着气流变向而反复变形，最终导致过滤材料中的纤维疲劳破损，过滤精度下降。此时，滤筒/布袋的使用时间还远未达到其理论的使用寿命，并且其外观上也无明显变化，导致滤筒/布袋的过滤性能虽然下降但无法被使用者察觉，继续使用下就导致了大量粉尘进入透平式气体压缩机进而引起结垢问题。

有鉴于此，本发明的透平式气体压缩机前端除尘器采用了以下技术方案：透平式气体压缩机前端除尘器包括外壳、安装在外壳中的过滤元件以及作用于过滤元件的反吹清灰装置，所述外壳与过滤元件通过孔板连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间；过滤元件具有由多孔高密度聚乙烯支撑体以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。

本发明基于过滤材料反复变形导致纤维疲劳破损是透平式气体压缩机结垢根源的认识，故采用由多孔高密度聚乙烯支撑体以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的过滤材料。其中，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜本身有很高的过滤精度（对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上），同时，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜又在多孔高密度聚乙烯支撑体的支撑下体现出较强刚性，故不会在过滤和反吹频繁切换中因气流变向而反复变形，因此，本发明的过滤材料能够长期保持稳定的高过滤精度，从而有效改善透平式气体压缩机长时间使用下的结垢现象。

需要指出的是，本发明中所指的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜，是一种通过拉伸变形（即“膨体”的含义）从而在聚四氟乙烯材料上形成纤维状封闭孔的膜。该膜本身还具有极强的憎水性和不粘灰的特点，因此，在各种气候条件下均不易产生结露糊膜现象，并且通过反吹清灰装置能够轻易地实现膜的净化再生。还要特别指出，本发明的过滤材料可以采用先通过模具成型多孔高密度聚乙烯支撑体，然后再在其表面热覆一层膨体聚四氟乙烯过滤薄膜的方法来制备。只要多孔高密度聚乙烯支撑体与膨体聚四氟乙烯过滤薄膜之间的附着力大于反吹清灰时气流对膨体聚四氟乙烯过滤薄膜的剥离力，即达到了本发明中对多孔高密度聚乙烯支撑体与膨体聚四氟乙烯过滤薄膜之间紧密附着的要求。

作为本发明上述透平式气体压缩机前端除尘器中过滤元件的一种具体结构，所述过滤元件包括多根一端开口且另一端封闭的滤管，这些滤管的开口端位于第二空间，各滤管包括由多孔高密度聚乙烯支撑体所构成的内管层和附着在所述内层管外表面上并由膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的外管层。

作为对上述结构的改进，所述过滤元件包括至少一组可整体安装在外壳中过滤单元，每组过滤单元包括多根所述滤管，同一组过滤单元中的各滤管通过第一端头连接件和第二端头连接件连接为一体；所述第一端头连接件安装在所述孔板上并设有分别与所述各滤管的开口端导通的通气孔。由于该改进结构将多根滤管连接成一组过滤单元，故提高了过滤元件安装的便利性。

作为对上述结构的改进，所述第一端头连接件上与孔板进行接触的表面还设有同时包围住所有通气孔的环形密封带。该环形密封带可同时实现各滤管与孔板之间的密封，简化了密封结构。

作为对上述结构的改进，所述第二端头连接件由兼作为所述各滤管封闭端的密封板构成。由此，可简化过滤单元的结构，有利于过滤单元的制作。

作为对上述结构的改进，所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜的孔密度为5×10⁸个/cm²至30×10⁸个/cm²。具有上述孔密度的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜作为现有透平式气体压缩机前端除尘器的过滤材料时可获得较为理想的过滤通量。

作为对上述结构的改进，所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜对待过滤气体中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率在99％以上。由此，进一步提高了膨体聚四氟乙烯过滤薄膜的过滤精度。

用于本发明上述透平式气体压缩机前端除尘器的过滤元件，该过滤元件具有由多孔高密度聚乙烯支撑体以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。

作为对上述结构的改进，所述过滤元件包括滤管，所述滤管包括由多孔高密度聚乙烯支撑体所构成的内管层和附着在所述内层管外表面上并由膨体聚四氟乙烯过滤薄膜所构成的外管层。

作为对上述结构的改进，所述过滤元件包括过滤单元，所述过滤单元包括多根所述滤管，其中各滤管通过第一端头连接件和第二端头连接件连接为一体；所述第一端头连接件设有分别与所述各滤管的开口端导通的通气孔。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明透平式气体压缩机前端除尘器的结构示意图。

图2为本发明透平式气体压缩机前端除尘器中过滤元件的结构示意图。

图3为图2中A向示意图。

图4为图2中B向示意图。

图5为图3中C处的局部放大图。

图6为本发明具体实施方式所使用的过滤材料的截面显微图。

图7为本发明具体实施方式所使用的过滤材料中膨体聚四氟乙烯过滤薄膜表面显微图。

具体实施方式

如图1至5所示，透平式气体压缩机8之前设有前端除尘器，该前端除尘器包括外壳3、安装在外壳3上的过滤元件4以及作用于过滤元件4的反吹清灰装置1，所述外壳3与过滤元件4通过孔板2连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间，所述过滤元件4具有由多孔高密度聚乙烯支撑体401b以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体401b表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。由于前端除尘器中过滤元件4所使用的多孔高密度聚乙烯支撑体401b具有较高的强度和刚度，其上附着膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a后，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a受到多孔高密度聚乙烯支撑体401b的表面支撑，使得本身比较柔软的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a不会在过滤和反吹气流作用下发生明显的变形。

在图1所示的前端除尘器中，上述的第一空间实际上是指外壳3中位于孔板2下方的腔室；上述第二空间实际上是指外壳3中位于孔板2上方的腔室。显然，为实现气体的传送，第一空间必然要与待过滤气体源相通，第二空间必然要与透平式气体压缩机8的进气口相通。具体来讲，图1所示的前端除尘器为一台设置在室外的空气除尘器，该除尘器通过支架5支撑在地面上，且其外壳3的底部是直接敞开的；由于其外壳3的底部直接敞开，考虑到必要的防护，该除尘器的底部还设有围网6。显然，对于该空气除尘器，待过滤空气直接从其外壳3的底部进入第一空间，经过过滤元件4过滤后，干净的空气再从第二空间排出并通过管道7进入透平式气体压缩机8的进气口，待过滤空气中的粉尘则被阻挡在过滤元件4的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a外侧。而对于反吹清灰装置1，如图1所示，它主要包括脉冲反吹发生装置101和喷吹管102。喷吹管102上的喷吹口分别与各个滤管401的开口端相对应。

如图1至5所示，为了提供足够大的过滤面积，保证前端除尘器的过滤通量，前端除尘器中的过滤元件4包括多根一端开口且另一端封闭的滤管401，这些滤管401的开口端位于第二空间一侧，各滤管401包括由多孔高密度聚乙烯支撑体401b所构成的内管层和附着在所述内层管外表面上并由膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a所构成的外管层。对于这样的过滤元件，滤管401的数量越多，除尘器的过滤面积就越大。

如果数量庞大的滤管401只能单独安装，势必造成前端除尘器的使用不便。为此，所述过滤元件4包括至少一组可整体安装在外壳3中的过滤单元，每组过滤单元包括多根所述滤管401，同一组过滤单元中的各滤管401通过第一端头连接件402和第二端头连接件403连接为一体；所述第一端头连接件402安装在所述孔板2上并设有分别与所述各滤管401的开口端导通的通气孔402a。如图1所示，过滤单元的第一端头连接件402具体通过压板9压紧在孔板2上方。

上述的第一端头连接件402和第二端头连接件403最好采用聚乙烯塑料或与聚乙烯塑料性质相近的其他材料，以便通过加热的方式实现第二端头连接件403以及第一端头连接件402与滤管401的连接。此外，如图2至5所示，第一端头连接件402上与孔板2进行接触的表面还设有同时包围住所有通气孔402a的环形密封带402b，实现对孔板2与同一过滤单元的整体密封。另外，第二端头连接件403由兼作为所述各滤管401的封闭端的密封板构成。

本发明上述前端除尘器是通过透平式气体压缩机8产生负压使空气流动。在正常的过滤状态下，待过滤空气从前端除尘器外壳3的底部进入第一空间，经过过滤元件4过滤后，干净的空气再从第二空间排出并通过管道7进入透平式气体压缩机8的进气口，而待过滤空气中的粉尘则被阻挡在过滤元件4的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a外侧；反吹清灰装置1启动后，通过脉冲反吹气流对膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a进行反向清灰。由于膨体聚四氟乙烯过滤薄膜在多孔高密度聚乙烯支撑体的支撑下体现出较强刚性，并不会因过滤和反吹频繁切换而随气流变向而反复变形，从而克服了柔性过滤材料的缺点。

本发明上述具体实施方式中使用的过滤材料，是将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a通过热覆的方式紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体401b上（该覆膜方式是现有技术），由于膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a与多孔高密度聚乙烯支撑体401b为相近的聚合物，故两者的结合性非常好。通过图6可以看出，在由多孔高密度聚乙烯支撑体401b以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体401b表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a所构成的过滤材料中，上层的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔径远远小于下层的多孔高密度聚乙烯支撑体401b，因此，多孔高密度聚乙烯支撑体401b仅起支撑作用，不参与过滤。通过图7可以看出，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a通过拉伸变形后在聚四氟乙烯材料上形成了纤维状封闭孔。其中，根据对聚四氟乙烯材料的拉伸量可以对膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度进行控制。

由于多孔高密度聚乙烯支撑体401b不参与过滤，因此，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的对前端除尘器的过滤性能起决定性作用。本发明的具体实施方式要求膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a达到对待过滤气体中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率在99％以上的过滤精度。通过实际验证发现，在对待过滤气体中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率在99％以上的过滤精度下，透平式气体压缩机在运行一年后未发现结垢现象。另外，从实际应用的角度出发，为了在保证较高过滤精度的前提下，用较小的过滤压力产生较大的过滤通量，本发明的具体实施方式还进一步的将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度设定为5×10⁸个/cm²至30×10⁸个/cm²。通过将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度设定在上述范围，可使膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的过滤效率达到比较理想的程度。

试验发现，在多孔高密度聚乙烯支撑体401b的孔隙率同为30％的情况下，当膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度为15×10⁸个/cm²，在过滤压差等于190帕时，过滤通量为2m³/m²min。维持过滤通量不变的情况下，将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度进一步提高，过滤压差则会降低。相反，维持过滤通量不变的情况下，将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度降低，过滤压差则会升高。当孔密度降低至5×10⁸个/cm²时，过滤压差升高到500帕左右，接近透平式气体压缩机所能力极限，故将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度限定为5×10⁸个/cm²以上。根据目前膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的制作工艺，将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度限定为30×10⁸个/cm²以下。

表1为维持过滤通量在2m³/m²min时，膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度与过滤压差的关系（多孔高密度聚乙烯支撑体401b的孔隙率同为30％）。从中可以看出，当膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度从5×10⁸个/cm²变为10×10⁸个/cm²时，过滤压差明显降低；当膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度从10×10⁸个/cm²变为25×10⁸个/cm²的过程中，过滤压差较为平缓的从235帕减小为160帕；当膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度进一步从25×10⁸个/cm²变为30×10⁸个/cm²时，过滤压差的变化很小。因此，最好将膨体聚四氟乙烯过滤薄膜401a的孔密度设定为10×10⁸个/cm²至25×10⁸个/cm²。

表1

上述试验是在多孔高密度聚乙烯支撑体401b的孔隙率同为30％的情况下进行的。多孔高密度聚乙烯支撑体401b的孔隙率可以设定在25％至70％之间，最好在30％至60％之间。

Claims (10)

1.透平式气体压缩机前端除尘器，包括外壳(3)、安装在外壳(3)中的过滤元件(4)以及作用于过滤元件(4)的反吹清灰装置(1)，所述外壳(3)与过滤元件(4)通过孔板(2)连接并形成分隔的第一空间和第二空间，待过滤气体的传送发生在第一空间，已过滤气体的传送发生在第二空间，其特征在于：所述过滤元件(4)具有由多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。

2.如权利要求1所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述过滤元件(4)包括多根一端开口且另一端封闭的滤管(401)，这些滤管(401)的开口端位于第二空间一侧，各滤管(401)包括由多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)所构成的内管层和附着在所述内管层外表面上并由膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)所构成的外管层。

3.如权利要求2所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述过滤元件(4)包括至少一组可整体安装在外壳(3)中的过滤单元，每组过滤单元包括多根所述滤管(401)，同一组过滤单元中的各滤管(401)通过第一端头连接件(402)和第二端头连接件(403)连接为一体；所述第一端头连接件(402)安装在所述孔板(2)上并设有分别与所述各滤管(401)的开口端导通的通气孔(402a)。

4.如权利要求3所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述第一端头连接件(402)上与孔板(2)进行接触的表面设有同时包围住所有通气孔(402a)的环形密封带(402b)。

5.如权利要求3所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述第二端头连接件(403)由兼作为所述各滤管(401)封闭端的密封板构成。

6.如权利要求1至5中任意一项权利要求所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)的孔密度为5×10⁸个/cm²至30×10⁸个/cm²。

7.如权利要求1至5中任意一项权利要求所述的透平式气体压缩机前端除尘器，其特征在于：所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)对待过滤气体中粒径≥0.1μm的粉尘的去除率在99％以上。

8.用于权利要求1至7中任意一项权利要求所述的透平式气体压缩机前端除尘器的过滤元件，其特征在于：该过滤元件(4)具有由多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)以及紧密附着在多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)表面的膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)所构成的过滤材料；所述膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)对待过滤气体中粒径≥0.5μm的粉尘的去除率在99％以上。

9.如权利要求8所述的过滤元件，其特征在于：所述过滤元件(4)包括滤管(401)，所述滤管(401)包括由多孔高密度聚乙烯支撑体(401b)所构成的内管层和附着在所述内管层外表面上并由膨体聚四氟乙烯过滤薄膜(401a)所构成的外管层。

10.如权利要求9所述的过滤元件，其特征在于：所述过滤元件(4)包括过滤单元，所述过滤单元包括多根所述滤管(401)，其中各滤管(401)通过第一端头连接件(402)和第二端头连接件(403)连接为一体；所述第一端头连接件(402)设有分别与所述各滤管(401)的开口端导通的通气孔(402a)。