CN101648169B - 一种高温高压夹套式旋风分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温高压夹套式旋风分离装置，包括旋风分离器(6)和密闭压力容器外壳。所述旋风分离器(6)置于所述密闭压力容器外壳内，其入口(6b)、升气管(6a)和料腿(6c)分别从所述外壳的相应位置穿出，与外部管线连接。为了使常规旋风分离器适应高压的工况，在所述常规旋风分离器(6)和密闭压力容器外壳之间的夹套空间(7)内有高压介质。另外，为了提高耐磨和耐高温性能，在常规旋风分离器内壁设置有隔热耐磨衬里。采用此发明，在保持了常规旋风分离器先进性能的同时，任何类型的常规旋风分离器的结构优化和尺寸匹配方案可以不经修改，就能满足耐高温高压耐磨的要求，且节约了大量的开发时间和费用，实现了加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的大规模工业化应用。

Description

一种高温高压夹套式旋风分离装置

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：

本发明的一种高温高压夹套式旋风分离装置，包括旋风分离器和密闭压力容器外壳。所述旋风分离器为现有技术中已有的常规旋风分离器，一般具有矩形入口、涡壳切向进入、平顶、筒体和锥体组合的结构特点，由入口、筒体、灰斗、料腿、升气管等几部分构成。所述密闭压力容器外壳为一密闭的壳体。所述旋风分离器置于所述密闭压力容器外壳内。其入口、升气管和料腿分别从所述密闭压力容器外壳的相应位置穿出外壳，与外部管线连接。由此旋风分离器的外壁与密闭压力容器外壳的内壁间形成了夹套空间。为了使旋风分离器适应高压的工况，在所述旋风分离器和密闭压力容器外壳之间的夹套空间内充满高压介质。所述高压介质为现有技术中常用的气相或液相的高压介质，其填充在所述夹套空间内的，或者是在所述夹套空间内流动。如果高压介质在夹套空间流动可通过像普通压力容器一样在外壳适当位置设置介质进出口来实现。所述气相的高压介质优选空气和/或惰性气体，所述惰性气体如氮气、二氧化碳等。所述液相高压介质优选水等。

所述密闭压力容器外壳的形状可以随与之相配的各种常规旋风分离器的形状相一致，也可以为其它更易承受压力的形状。其优选为由包括上封头、筒体、锥体、下部筒体和下封头在内的部件，从上至下依顺序固定连接组成的塔器或立式容器。同时采用裙座结构来支撑所述高温高压夹套式旋风分离装置。为了满足不同的受力要求，对于不同的高温高压夹套式旋风分离装置，所述密闭压力容器外壳的锥体可以设计为不同角度的锥体。另外，为了在所述常规旋风分离器和密闭压力容器外壳之间形成夹套空间密闭，所述外壳各部分之间均采用固定密闭式连接，而且所述常规旋风分离器的入口、生气管、料腿与所述外壳接触处也采用固定密闭式连接。所谓的固定密闭式连接可采用现有技术中可实现固定连接并同时密封效果的连接方式，如焊接、锻件等。

为了满足高耐磨的要求，在所述常规旋风分离器内壁设置有耐磨衬里，如果在高温下工作，在所述常规旋风分离器内壁还设置有隔热耐磨衬里，这样，所述高温高压夹套式旋风分离装置就具有了高温高耐磨的性能。所述的耐磨衬里和隔热衬里均可采用现有技术中的耐磨隔热衬里材料。

为了提高分离效率和减少污染，所述的密闭压力容器外壳内可布置一台或者多台旋风分离器，也可以在所述的密闭压力容器外壳内布置一组或多组的一级或多级旋风分离器。

本发明的工作原理是将旋风分离器密闭在所述密闭压力容器外壳内，同时在此密闭空间内充满高压介质，另外在旋风分离器的内壁设置隔热耐磨衬里，这样在不改变原有各种旋风分离器的结构、尺寸、材质、效率和性能的情况下，实现了旋风分离器在高温高压下的高性能操作和使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过把已有的常规旋风分离器放置在密闭压力容器外壳内，任何类型的常规旋风分离器的结构优化和尺寸匹配方案可以不经修改，就能满足耐高温高压耐磨的要求；(2)保持了常规旋风分离器原有的分离效率和其它先进性能；(3)减小了设计和制造难度，节约了大量的开发时间和费用；(4)有利于中小氮肥厂的技术改造，实现了加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的大规模工业化应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1：本发明高温高压夹套式旋风分离装置立式结构示意图。

图2：本发明高温高压夹套式旋风分离装置俯视结构示意图。

具体实施方式

本发明的高温高压夹套式旋风分离装置如图1所示，包括常规旋风分离器6和密闭压力容器外壳。将一组常规的一级旋风分离器6置于所述密闭压力容器外壳内，其入口6b、升气管6a和料腿6c分别从所述外壳的相应位置穿出外壳，与外部管线连接。为了使常规旋风分离器6适应高压的工况，在所述常规旋风分离器6外壁和密闭压力容器外壳之间的夹套空间7内充满高压介质空气。为了更好地保持温度和热量平衡，本实施例所述高压介质在所述夹套空间流动。在密闭压力容器外壳上设置有介质进出口，介质入口布置在壳体上部，介质出口布置在壳体下部。

如图1所示所述密闭压力容器外壳是由上封头1、筒体2、锥体3、下部筒体4和下封头5连接组成的立式容器，同时采用裙座结构来支撑所述高温高压夹套式旋风分离装置。另外，为了在所述常规旋风分离器6和外壳之间形成密闭的夹套空间，所述外壳各部分之间均采用焊接连接。所述常规旋风分离器6的入口6b从筒体2侧壁穿出，两者接触处采用焊接连接；升气管6a从上封头1穿出，两者接触处采用焊接连接；料腿6c从下封头5穿出，两者接触处采用焊接连接。

为了满足高耐磨的要求，而且适用于高温下工作，本实施例中所述常规旋风分离器内壁还设置有隔热耐磨衬里，这样所述高温高压夹套式旋风分离装置就具有了高温高耐磨的性能。

采用本发明，通过把已有的常规旋风分离器放置在密闭压力容器外壳内，任何类型的常规旋风分离器的结构优化和尺寸匹配方案可以不经修改，就能满足耐高温高压耐磨的要求，同时保持了已有的常规旋风分离器原有的分离效率和其它先进性能；减小了设计和制造难度，节约了大量的开发时间和费用，有利于中小氮肥厂的技术改造，实现了加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的大规模工业化应用。

Claims (8)

1.一种高温高压夹套式旋风分离装置，包括旋风分离器[6]，其特征在于，所述高温高压夹套式旋风分离装置包括密闭压力容器外壳；所述旋风分离器[6]置于所述密闭压力容器外壳内；所述旋风分离器[6]的入口[6b]、升气管[6a]和料腿[6c]分别从所述外壳的相应位置穿出外壳，与外部管线连接；在所述旋风分离器[6]外壁和密闭压力容器外壳内壁之间形成夹套空间[7]，其内充满气相或液相的高压介质。

2.根据权利要求1所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述密闭压力容器外壳是由上封头[1]、筒体[2]、锥体[3]、下部筒体[4]和下封头[5]从上至下依顺序固定连接组成的塔器或立式容器。

3.根据权利要求2所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述旋风分离器[6]的入口[6b]、升气管[6a]、料腿[6c]与所述密闭压力容器外壳接触处采用固定密闭式连接。

4.根据权利要求3所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述高压介质为气相或液相，其填充在所述夹套空间内，或者是在所述夹套空间内流动。

5.根据权利要求4所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述气相的高压介质选自空气和/或惰性气体，液相的高压介质选自水。

6.根据权利要求1至4之一所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述旋风分离器内壁设置有耐磨衬里。

7.根据权利要求6所述的高温高压夹套式旋风分离装置，其特征在于所述旋风分离器内壁设置有隔热耐磨衬里。

8.根据权利要求1所述的夹套式旋风分离装置，其特征在于所述的密闭压力容器外壳内布置一组或多组的一级或多级旋风分离器。 

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