CN101337207A - 蒸汽/水锥形旋风分离器 - Google Patents

蒸汽/水锥形旋风分离器 Download PDF

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Abstract

应用在锅炉汽包中的从蒸汽/水混合物中将蒸汽从水中分离的锥形旋风分离器，包括具有上部和下部圆筒形部分的锥形部分。使用一个延伸到分离器锥形部分轴向长度的加宽的切向入口，公开的分离器采用宽度增加约16％的入口，使得在不降低蒸汽容积下却具有充分小的压降。而这种分离器的入口形式没有增加分离器的整个长度却使其可用在较小直径的汽包中，这是现有的常规使用的分离器无法实现的。

Description

蒸汽/水锥形旋风分离器
技术领域
本发明一般涉及把锅炉汽包中的蒸汽与水分离的旋风分离器。
背景技术
弗莱彻(Fletcher)的美国专利2271634公开了一种圆筒形旋风分离器，具有环状旋转室、切向的入口、位于环状旋转室上部的中心蒸汽出口和位于旋转室下部的水出口。为了防止水从蒸汽出口排出，设置一个使来流的蒸汽和水混合物增加向下运动的装置。这个装置是具有向下的和向后的倾斜边的分段板，它导致了进入的蒸汽和水的混合物被偏移向下朝向分离器的水出口。
考易斯特(Kooistra)的美国专利2293740公开了类似设计的旋风分离器，该分离器不使用分段板而是在旋转室的底部设置一个底罩，该底罩将蒸汽限制在在旋转室的上部部分，并防止从旋转室排进汽包时向下流进已经分离出的水中。
弗莱特彻(Fletcher)的美国专利2298285公开了另一种圆筒形旋风分离器的变化形式，在旋风分离器上部蒸汽出口处设有与分段板相配合使用的凸缘或罩。凸缘提高了水的分离而且减少了分离器的压降。
罗文达(Rowand)的美国专利2321628公开了一种如本发明图1所示的常规的分离器的结构相似的旋风分离器。该文献中环形旋转室的上部是圆锥体的锥台，下部排水处基本上呈圆筒形。而且，采用一个切向的入口将蒸汽水混合物输送到旋风分离器，垂直长度与旋转室锥形部分的长度相同。锥形结构的作用是引导引入的蒸汽水混合物稍微的向下以防止转向的水向上运动，从而加强蒸汽的分离效果。
弗莱彻(Fletcher)的美国专利2346672公开了一种不采用切向入口而采用占据了旋风分离器大部分周长的大的蒸汽/水入口的大体上圆筒形的旋风分离器。如该文献所述，为了提供足够的流通容积，入口可以延伸旋风分离器周长的约1/3。一个目的是为了在低压降下可操作高效的分离器或稠化器，这样使得即使在下小压头下也能有效的运行。
弗莱彻(Fletcher)的美国专利2395855公开了一个带有切向入口大体上呈圆筒形的旋风分离器，蒸汽出口中心设置与旋转室中心偏离安装，这样来提高蒸汽和水分离的效果。这个设计同前面描述的专利一样也使用分段板。
弗莱彻(Fletcher)的美国专利2402154以及前面提到的美国专利2395855都是同一个申请的两个分案。专利2395855描述了特殊形式的流体分离器本身，而专利2402154描述了将上述的流体分离器在蒸汽发生器中的结合。
布里斯特(Brister)的美国专利2434637，莱特温(Letvin)的美国专利2434663，以及斯蒂尔门(Stillman)的美国专利2434677都是在多个方面描述了在分离器的上部设置穿孔的锥形，从而增强从水中分离出蒸汽的效果。
罗文达(Rowand)的美国专利2532332描述了特殊结构的分离器，就该结构目前一般是作为次级洗涤器。
考尔特(Coulter)的美国专利2732028也描述了一个与现在使用的非常相似的旋风分离器。该旋风分离器具有前面所述的上部呈锥台和下部大体上呈圆筒形的结构，在锥台部分侧面设有切向的蒸汽水入口。上述的发明都重点描述了为了汽包内部构件的可达性和修理来简化结构。而达到上述目标是通过将汽包中的蒸汽空间分成几个室，一个或多个上述室连接到必须的汽包安全阀内的汽包的水空间，而其它的一个或多个上述室连接到汽包饱和蒸汽出口的蒸汽和水分离器。用隔板来完成空间的分隔且它们在正常运行时能有效地维持汽包组分的分离，但是当安全阀打开时分隔板很容易被破坏。
考尔特(Coulter)的美国专利2891632公开了与上述提到的弗莱彻(Fletcher)的专利(美国专利2346672)中已公开的旋风蒸汽分离器非常相似的旋风蒸汽分离器，与之不同之处在于蒸汽水入口不是在分离器周长的1/3之处设置，而是在整个周长处设置叶片排，这样来流的蒸汽水混合物被分割成薄片，从而来增强从水中分离出蒸汽的效果。
阿尔伯特(Albrecht)的美国专利5033915也公开了一种旋风蒸汽分离器。这个旋风分离器是在常规的锥形旋风分离器上的改进型，在相同数量的分离器或相同蒸汽容积的分离器时提供比常规的锥形旋风分离器更低的压降。主要改变是旋风分离器的切向入口增加了3英寸。这样长度的增加使得旋风入口流动面积增加了28％。
附图1是本申请受让人的现在利用的常规旋风分离器的侧面剖视图。
常规旋风分离器一般表示为4，包括锥形部分8，垂直延长的切向相连的蒸汽/水入口6与其连接。该入口6的轴向长度与锥形部分8的轴向长度相一致。
旋风分离器4包括一个上部圆筒形的蒸汽出口10，该出口10在使用时被带有穿孔盖(未示出)的帽环绕。
带有水出口环14的下部圆筒形出口12与锥形部分8的底部连接，用来将蒸汽/水混合物中分离的水排出。
附图1中的常规旋风分离器可以通过在不影响分离器容量的情况下减少压降来进行改进。
附图2是专利US5033915中描述的旋风分离器20的侧剖视图。该旋风分离器20包括一个延伸到旋风分离器20下部圆筒形部分22的切向入口26。通过旋风分离器20的蒸汽由上部圆筒形的蒸汽出口30排出。下部圆筒形部分22具有一个连接到底部锥形部分21的用于将从蒸汽/水混合物中分离出的水排出的环状水出口24。切向外部壁28和内部壁34的内部边缘32限定了旋风分离器20的入口26宽度。
发明内容
本发明的目的是在不影响分离器容积的情况下，通过减少压降来改进附图1所示的旋风分离器。本发明的目的还在于提供如附图2和3所示的能够安装在小直径的汽包中的旋风分离器的性能评价。
本发明涉及一种改进的锥形旋风分离器，对于相同数量或相同容积的分离器，这种改进的分离器适于比常规的旋风分离器需要更低的压降的应用。新型旋风分离器增大了蒸汽和水的容积，具有更低的压降，而且不受水位波动的影响。这种新型的低压降旋风分离器是常规的旋风分离器的改版，而且比图2和图3所示的低压锥形旋风分离器长度更短。这种分离器和常规的锥形旋风分离器的主要区别是该新旋风分离器的切向入口被扩宽了7/16英寸。这种长度增加使得旋风分离器入口流动面积增大了28％。
在保持与常规的锥形旋风分离器相同长度时，加宽的切向入口使水平的入口结构延伸到旋风分离器锥形部分。这与图2和图3所示的低压降旋风分离器不同。该低压降旋风分离器具有加长的切向入口和更长的总长度。本发明提供一种与常规的旋风分离器具有相同总长的，而且与低压降锥形旋风分离器具有相同流动面积的锥形旋风分离器。这样将本发明旋风分离器容纳在汽包时，其所占汽包的体积与常规的锥形旋风分离器基本相同。
在图1所示的常规的旋风分离器分离器，旋风分离器锥形的轴向长度，同时延伸的轴向入口长度，大约占整个分离器总高度的1/2。根据本发明，入口的轴向长度保持不变，但是入口的水平长度增加了大约7/16英寸，相当于入口开口的流动面积增加了约28％，分离器入口的整个宽度增加了约16％。
在不严重影响分离器容积的情况下，与常规的分离器相比这个改进可以显著的减少分离器的压降。在不严重影响分离器容积的情况下，这个改型可以与图2和图3所示的低压将旋风分离器具有大约相同的效率。本发明的最大优点是将低压旋风分离器设置在汽包中，而这种汽包是不能容纳图2和图3中所示的较长长度的低压降旋风分离器。
表明本发明特征的各种新颖性特征在附加的权利要求中详细地指出，并形成其公开的一部分。为了更好的理解本发明，它的操作优点和使用目的，下面参考附图和本发明的最佳实施例进行示例说明。
附图说明
在下列附图中：
图1是常规锥形分离器的垂直剖视图；
图2是专利US5033915中描述的低压降旋风分离器；
图3是图2中分离器的水平剖视图；
图4是本发明旋风分离器的垂直剖视图；
图5是图4中所示的分离器的水平剖视图；
图6A是常规旋风分离器与专利US5033915中描述的低压降旋风分离器的夹带水分与蒸汽流量的曲线图；
图6B是常规旋风分离器与本发明常规长度的低压降旋风分离器的夹带水分与蒸汽流量的曲线图；
图7A是常规旋风分离器与专利US5033915中描述的低压降锥形分离器的锥形旋风压降与流量的曲线图；
图7B是常规旋风分离器与本发明常规长度的低压降旋风分离器的锥形旋风压降与流量的曲线图；
图8是常规旋风分离器与本发明常规长度的低压降旋风分离器的夹带水分与蒸汽流量的曲线图；
图9A是本发明旋风分离器的切向入口；以及
图9B是用于将图9A中切向入口连接到例如饱和蒸汽管线的连接箱。
具体实施方式
特别参照附图，在几个附图中相同的附图标记表示相同的或功能相似的元件。特别参照图4和5，如同图4和5那样实施的本发明包括通常标记为40的安装在汽包(未示出)上的锥形旋风分离器。优选的是，本发明的旋风分离器40适于安装在内径小于60英寸的汽包内侧。
旋风分离器的作用是通过在分离器内部高速旋转蒸汽和水的混合物，从而提高将蒸汽/水的混合物分离为蒸汽和水的效率。由于水的质量较大使其移动到旋转蒸汽的外部，留下聚集的蒸汽通过上部的圆筒形开口50排出。从出口50，蒸汽被常规的洗涤器和其它设备(未示出)进一步分离和处理。
从混合物中分离出的水从较低的圆筒形部分42和分离器40底部处的环状水出口44排出。分离器40包括主锥状部分41。
轴向延长的切向连接的蒸汽/水入口46与分离器连接。最佳如附图5所示，在入口46和分离器40内部之间的切向开口相当于分离器40周向大致1/3。如附图1，2和3举例说明的分离器，附图4和5的最大的内部直径约为11.5英寸的分离器40，具有一个在切向外壁48和内壁54的内边缘52之间在上部水平部分的宽度为211/16英寸的入口46。如附图9A所示，根据本发明，入口46的宽高比为1∶4。附图1所示的常规分离器，该比例约为1∶5，如附图2和3所示的低压降分离器，该比例约为1∶6.5。
在所述实施例中，入口46的轴向长度约是壳体或旋风分离器40轴向长度的1/2。
通过大量的试验将图4和5所示的新型锥形旋风分离器40与常规的如图1所示的旋风分离器以及图2和3所示的低压降旋风分离器的性能进行比较。
在图6-8中，将本发明的低压降旋风分离器40的性能与图2和3中所示的标准旋风分离器和较高的低压降旋风分离器的性能进行比较。如附图6所示，分离器的蒸汽流量相同。在附图6中，根据流动和压力条件，压降减少量可在25％到40％之间变动。
基于图6-8所示的数据，新型低压锥形旋风分离器40的性能阐述如下：(1)与标准内径11.5英寸的锥形旋风分离器具有相同的蒸汽容积，以及(2)与标准内径11.5英寸的锥形旋风分离器相比压降少30％。
根据本发明，通过一个相对简单的意料不到的方式的改进取得了相当大的进步。
已出示了具体实施方式和详细的阐述举例说明了本发明原理的应用，可理解的是在不脱离本发明原理的情况下，本发明也可以有其它的实施方式。

Claims (3)

1、一种从蒸汽/水混合物中将蒸汽从水中分离的旋风分离器，包括：
分离器壳体，该分离器壳体具有沿轴线长度的锥形部分、上部边缘和下部边缘，上部圆筒形蒸汽出口部分连接到锥形部分的上部边缘并具有用于从壳体向外部排出蒸汽的中心开口；
下部圆筒形水出口部分，所述下部圆筒形水出口部分设有将水从壳体向外排出的下部水出口环；以及
与壳体切向连接的轴向延长的蒸汽/水混合物入口，该入口宽高比约为1∶4，轴向长度相当于壳体轴向长度的约50％，所述入口包括切向的外壁和具有内部边缘的内壁，所述入口在外壁和内部边缘之间的上部宽度为211/16英寸，其中，所述入口在锥形部分的整个轴向长度上延伸。
2、一种从蒸汽/水混合物中将蒸汽从水中分离的旋风分离器，包括：
分离器壳体，该分离器壳体具有沿轴线长度的锥形部分、上部边缘和下部边缘，上部圆筒形蒸汽出口部分连接到锥形部分的上部边缘并且具有用于从壳体向外部排出蒸汽的中心开口；
下部圆筒形水出口部分，所述下部圆筒形水出口部分具有将水从壳体向外排出的下部水出口环，所述壳体最大的内径为11.5英寸；以及
与壳体切向连接的轴向延长的蒸汽/水混合物入口，该入口宽高比约为1∶4，轴向长度相当于壳体轴向长度的约50％，所述入口包括切向的外壁和具有内部边缘的内壁，所述入口在外壁和内部边缘之间的上部宽度约为211/16英寸，其中，所述入口在锥形部分的整个轴向长度上延伸。
3、一种从蒸汽/水混合物中将蒸汽从水中分离的旋风分离器，包括：
分离器壳体，该分离器壳体具有沿轴线长度的锥形部分、上部边缘和下部边缘，上部圆筒形蒸汽出口部分连接到锥形部分的上部边缘并且具有用于从壳体向外部排出蒸汽的中心开口；以及
下部圆筒形水出口部分，所述下部圆筒形水出口部分具有将水从壳体向外排出的下部水出口环，所述壳体的最大内径为11.5英寸，与壳体切向连接的轴向延长的蒸汽/水混合物入口，所述入口宽高比约为1∶4，入口在锥形部分的整个轴向长度上延伸，所述入口包括切向的外壁和具有内部边缘的内壁，所述入口在外壁和内部边缘之间的最大宽度约为211/16英寸。
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