[发明专利]用于煤炭气化炉的高温高压耐磨隔热衬里高效旋风分离器

说明书

本发明提供一种用于煤炭气化炉的高温高压耐磨隔热衬里高效旋风分离器，包括受压壳体、隔热耐磨衬里和旋风分离器，隔热耐磨衬里设置在受压壳体的内壁上，受压壳体上设置有气体进口、气体出口和排料口，旋风分离器设置在受压壳体内，旋风分离器的旋风进口气路连接气体进口，旋风分离器的旋风出口气路连接气体出口，旋风分离器的旋风下料口料路连接排料口，旋风分离器的数目为2台以上。较佳地，还包括耐高温耐磨衬里，设置在旋风分离器的内壁上。本发明结构牢固稳定，耐高温耐高压耐磨损，可以在高温高压高腐蚀及强磨损等恶劣工况下长周期、高效率、安全稳定运行，设计巧妙，结构简洁，制造简便，成本低，适于大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及分离装置技术领域，特别涉及旋风分离器技术领域，具体是指一种用于煤炭气化炉的高温高压耐磨隔热衬里高效旋风分离器。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，占一次能源消费总量的75％，其传统利用方式主要是直接燃烧和火力发电，这两种利用方式不仅能源利用率低，而且产生大量的CO₂、SO₂、NO_x和粉尘等污染物，严重污染了环境。为了解决这些问题，煤炭高效清洁利用将是煤化工未来发展的重要方向。煤炭气化是煤炭高效清洁利用的重要途径，也是煤化工的龙头技术。

根据气化炉所使用的煤颗粒大小和颗粒在气化炉内的流动状态，气化炉总体上分为三类，即以鲁奇为代表的固定床气化炉、以U-Gas、灰熔聚及HYGAS多级流化床气化技术等为代表的流化床气化炉和以德士古、壳牌、航天炉及多喷嘴气化技术为代表的气流床气化炉。旋风分离器作为煤炭气化炉出口高温高压粗煤气的除尘净化首选装置，是气化岛核心设备之一，其性能优劣直接关系到气化岛能否连续稳定运行。通常流化床煤炭气化炉合成的粗煤气具有以下特征：(1)粗煤气属于高温及高压气体，如HYGAS多级流化床气化炉合成的粗煤气压力高达8.5MPa，旋风分离器进口温度为1100℃；(2)粗煤气中含有腐蚀性气体，如H₂S、COS、HCl及H₂等；(3)粗煤气的含尘浓度即旋风分离器进口浓度较大，一般为1Kg/m³(操作态)左右。以上三个特征叠加在一起则对旋风分离器的设计提出了极为苛刻的要求，首先必须保证旋风分离器在高温高压下满足设备的机械强度和刚度，确保设备安全运行；其次旋风分离器的选材需要考虑高温下金属的许用应力和耐腐蚀性能；然后要保证旋风分离器高温耐磨性能，因粗煤气含尘浓度高，对分离器内壁磨损严重，高温和腐蚀环境会加剧内壁的磨损。旋风分离器如不采取相关耐磨及防护措施，则钢制壳体会很快被磨穿，影响分离器分离性能甚至无法稳定生产；最后，保证旋风分离器的分离效率颇为重要，分离效率需要达到99％以上，否则其后续设备难以长周期稳定运行。

目前国内外工业应用的旋风分离器在结构形式上有很多种类，如PV型、扩散式、Buell型及Ducon型等，但基本上都为切向矩形入口及平顶板结构，这种非规则容器结构的缺点是无法承受较高的压力，并不适用于目前各类煤炭气化炉的工况条件。目前气化炉所使用的旋风分离器基本上是在原有旋风分离器的结构基础上进行修改，以满足分离器的容器壳体能承受高温和高压载荷，如将平板型改为拱顶型，但这样修改却无法保证原有结构的分离性能，或是简单地增加板材壁厚并采用加强筋，此举大幅增加了设备制造难度，并提高了生产成本。

中国发明专利申请“一种高温高压旋风分离器”(申请公布号：CN103623943A)公开了一种高温高压旋风分离器，顶部采用拱顶型结构，虽能够保证设备机械强度，可在高温高压条件下使用。但为了适应高温高压环境，而改变原有旋风分离器的平顶板结构，降低了旋风分离器的分离效率。另外，此种结构的旋风分离器只是简单的切向进口式旋风，相对于蜗壳进口或其他形式的旋风分离器分离效率偏低，无法满足煤炭气化炉对除尘效率的要求。

中国实用新型专利“一种承压耐高温旋风分离器”(授权公告号：CN206152991U)公开了一种承压耐高温旋风分离器，包括壳体和煤气进出口，壳体内设置内胆，此种结构的旋风分离器只能适用于低压，温度在800℃以下的工况，无法运行在煤炭气化炉的恶劣工况下。