[发明专利]一种高温高压夹套式旋风分离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种气固分离装置，具体涉及一种高温高压夹套式旋风分离装置。

背景技术

煤气化是煤炭深加工综合利用的龙头，是发展现代煤化工、煤制燃料油、煤制染料气、制氢和联合循环发电(IGCC)等洁净能源工业化生产的有效途径之一。自20世纪80年代以来，国内外对煤气化技术的研究开发非常重视，德国、美国和荷兰先后开发成功了不同工艺的煤气化先进技术并实现了工业化。

目前，我国大中型氮肥厂已从国外引进的煤气化技术有德士古(Texaco)水煤浆加压气化、鲁奇(Lurgi)固定床加压气化和谢尔(Shell)粉煤气流床加压气化(已签合同)等先进的煤气化技术。此外上海焦化厂1995年引进美国U-gas流化床粉煤气化装置生产燃料煤气。这些引进的国外技术软件费用昂贵，技术难度大，设备和材料要求高，装置投资大，多数中小氮肥厂难以筹措大量资金进行改造。另外引进技术适宜30万t/a以上合成氨大型化生产，对于规模小的生产则不经济。而我国仍在运行的中、小氮肥厂约630多家，90％以上的企业是以无烟煤或焦炭作为原料，采用固定床间歇式煤气化技术生产半水煤气，作为生产合成氨(或甲醇)的原料气。此技术存在煤种适应性差、能耗高、效率低、污染大等不足。因此，结合中小氮肥厂的实际情况，立足国内核心技术进行灰熔聚流化床粉煤气化工业示范装置的开发，对发展我国洁净煤技术，发展现代煤化工具有十分重要的现实意义。

灰熔聚流化床粉煤气化的工作原理是，粉煤在气化炉内借助气化剂(氧气、蒸汽)的吹入，使床层中的粉煤沸腾流化，在高温条件下，气固两相充分混合接触，发生煤的热解和碳的氧化还原反应，最终达到煤的完全气化。煤灰在气化炉中心高温区相互粘结团聚成球，由于灰球和炭粒的重量差别，使灰球与炭粒分离，灰球则靠自重落到炉底灰斗排出炉外。灰熔聚流化床粉煤气化炉上装有旋风分离器，从气化炉导出的高温煤气中夹带的细粉，经过两级旋风分离器分离，细粉返回气化炉下部，与新加入炉内的粉煤混合，进行气化反应，形成煤粉及煤灰混合物料的不断循环过程，从而提高了煤中碳的转化率。除尘后的热煤气依次换热后进入气柜储存。

灰熔聚流化床粉煤气化技术要想真正实现大规模工业化并且具有投资和效益优势，必须实现加压操作。通过试验和计算分析，未来工业化的气化炉反应器应在至少3.0MPa的压力下操作为宜。对于加压灰熔聚流化床粉煤气化装置，气化炉上的旋风分离器是灰熔聚流化床粉煤气化技术的关键技术和设备，其使用温度高(1000～1200℃)，操作压力高(3.0MPa)，耐磨要求高，对效率亦有较高要求。由于目前尚无同样使用工况下各种工业装置的经验可循，设计和制造难度都很大。因此，研制和开发在高温高压工况下高耐磨，效率高，使用寿命长的旋风分离器是加压灰熔聚流化床粉煤气化技术能否真正工业化的关键一步。

目前，各类工业装置使用的各种旋风分离器在结构上都基本保持着矩形入口、切向进入、平顶、锥体过渡的特点，这些结构特点是实现气固分离和高效分离的基本条件，但在压力容器的承压方面却是薄弱部位。因此，常规的旋风分离器结构、常规的材质和壁厚难以承受加压灰熔聚粉煤气化装置的操作压力。但是，重新花费精力和资金去开发和修改旋风分离器的上述基本结构，其结果证明根本无法保持原有的分离效率和使用性能。简单的提高材质和壁厚又会导致旋风分离器在制造上存在极大的难度，同时会造成设备投资的巨大增加。

发明内容

在克服上述现有技术中的不足的基础上，本发明的目的在于提供一种高温高压工况下高耐磨，效率高，使用寿命长的夹套式旋风分离装置，使原有各种旋风分离器在保持结构、尺寸、材质、效率和性能不变的情况下，实现旋风分离器在高温高压下的高性能操作和使用。

本发明是通过以下具体技术方案实现的：