[发明专利]高温带压高效旋风分离器

说明书

本发明提供一种高温带压高效旋风分离器，其中排气口设置在内筒体的上端，第一封头设置在外筒体的上端，第二封头和第三封头分别设置在中筒体的上端和下端，中筒体的下部位于外筒体内，中筒体的下部的侧面设置有至少一个蜗壳出口，蜗壳出口的外侧面抵靠外筒体的内壁，中筒体的上部穿设第一封头并裸露在外，进气口设置在中筒体的上部的侧面并沿中筒体的径向设置，内筒体穿设第二封头和第三封头，内筒体的上端裸露在外，内筒体的下端位于外筒体中。本发明能够从高温带压气体中分离颗粒物，分离效率高，且可以在高温带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，结构独特新颖，制造简便，成本低。

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，具体是指一种高温带压高效旋风分离器。

背景技术

从高温带压气体中分离颗粒物是石油、化工及煤气化等生产过程中一个重要的化工单元操作，属于化学工程非均相分离领域，比如：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℃，需要将高温带压的粗煤气净化处理，除去其中大量的煤粉颗粒以满足工艺要求；又如：煤的增压流化燃烧联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)工艺需要净化的气体温度为800℃～1000℃，操作压力1.0MPa～5.0MPa；再如：石油催化裂化工艺催化剂再生系统气体净化工艺中，气体温度为700℃～750℃，操作压力0.2MPa～0.3MPa。这些苛刻的操作条件唯有旋风分离器可以满足要求。

旋风分离器是利用气态非均一系，在作高速旋转时所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离设备。由于颗粒所受的离心力远远大于重力和惯性力，所以旋风分离器能经济地分离的最小粒径可达到5μm～10μm。此外，旋风分离器结构比较简单，操作、维护方便，性能稳定，又不受含尘气体的浓度、温度、物性等限制，且造价较低，所以已广泛地应用于石油、化工、煤炭、电力、环保及冶金等工业生产中。

由于旋风分离器内的气流运动极为复杂，属于三维湍流的强旋流，因此旋风分离器的结构形式将直接影响分离性能。二次涡流在旋风分离器中普遍存在，它由轴向速度νz与径向速度νr构成，二次涡流对旋风分离器的性能，尤其是对分离效率影响较大。几个影响旋风效率的二次涡流主要集中在旋风的头部(即旋风筒体以上部分),如“上涡流(或称短路流)”,旋风分离器顶盖、排气管外面与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，将形成局部涡流(上涡流)，夹带着相当数量的尘粒向中心流动，并沿排气管外表面下降，最后随中心上升气流逸出排气管，影响了分离效率。再如“纵向旋涡流”，是以旋风分离器内、外旋流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流动。由于排气管内的有效流通截面小于排气管管端以下内旋流的有效流通截面，因此在排气管管端处产生节流效应，从而使排气管管端附近的气体径向速度大大提高，致使气体对大颗粒的曳力超过了颗粒所受的离心力，而造成“短路”，影响了分离性能。还有如“底部夹带涡流”,外层旋流在锥体底部向上返转时会产生局部涡流，将粉尘重新卷起，使该二次涡流一直延伸到锥体底部，特别是细微粉尘易被涡流搅起并随上升气流带走，从而降低了分离效率。因此开发一种能尽量消除主要二次涡流的旋风结构是提高旋风效率的一个重要方向。目前工程上越来越多会遇到高温带压等恶劣工况条件,迫切需要研发出相适应的高效旋风分离器，这进一步增加了高效旋风分离器的开发难度。

国内外工业应用的旋风分离器在结构形式上有很多种类，比较著名的有：PV型、扩散式、Buell型及Ducon型等，这些基本上都为切向矩形入口及平顶板结构，但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高温带压的工况条件；同时大多数的旋风针对消除几个主要二次涡流的结构并不明确，因此对细颗粒的分离效果不佳。目前所使用的高温带压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以求形成规则压力容器，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，此举会大幅增加分离器制造难度，并增加了制造成本。