CN103056047B - 一种排气分流的流化床内多级旋风分离器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可应用于炼油、化工等行业流化床内的排气分流式多级串联旋风分离器系统。其特征在于旋风分离器的排气按含尘浓度高低分流从不同的通道排出，进而进行分级净化处理：高尘浓度的气流进入下一级旋风分离器继续净化，低尘的较清洁气流直接排出流化床。该系统可显著降低下级旋风分离器的处理气量和串联系统的总压降，同时保持分离总效率基本不降。具有结构简单，设备投资低，节能等特点。

Description

一种排气分流的流化床内多级旋风分离器系统

技术领域

本发明属于气固、气液非均相分离技术领域，具体涉及一种适用于气固流化床内的多级旋风分离器系统。

背景技术

旋风分离器具有结构简单、造价低、几乎免维护、压降适中、分离效率较高以及能够在高温、高压、高浓度条件下长周期连续运行等优点，广泛应用于炼油、化工、发电、建材、冶金、食品、环保等众多的行业，并且是石油催化裂化、循环流化床燃烧、粉料产品干燥等许多气固流化床生产装置的一项关键设备。随着过程工业生产对气体净化及环保排放要求的提高，许多场合仅用单级旋风分离器已不能满足要求，常常需将多台旋风分离器串联起来使用以获得更高的分离效率、更低的粉尘排放量；但多级旋风分离器串联使旋风分离器系统的压降迅速增加、能耗增大。在石油、化工等高耗能行业，设备节能的意义重大。对于旋风分离器系统，节能主要就是降低系统压降。《Chemical Processing》1996年第7期报道了一种两级串联旋风分离器系统，其主要结构特征是：将两个型式相同但直径较小的旋风分离器并联后作为第二级与一个大直的第一级旋风分离器相串联(简称一串二)。据称，与采用两个大直径旋风分离器串联(简称一串一)的常规串联系统相比，该一大串二小的系统可以降低串联总压降。中国发明专利申请CN101748980A公布了一个类似的方案，但未对压降情况作说明。但上述旋风分离器串联系统降压降能力有限，且都要比常规一串一的分离器系统复杂，占用空间增大，还不利于现有装置的改造。

对旋风分离器内流场和颗粒浓度分布的详细研究发现，在旋风分离器排气管内气流旋转强度依然很大，甚至超过分离空间。这种旋转气流产生的离心力会将进入排气管的颗粒甩向排气管边壁，最终形成排气管中心低、边壁高的颗粒浓度分布，即排气管中心区的气体比较清洁，甚至可能达到直接排放的颗粒浓度标准。如果将排气管中心这部分较洁净气流分流出去，不再进入后续旋风分离器，则可大幅降低后续旋风分离器的压降，从而降低整个多级串联旋风分离器系统的压降。在传统的多级旋风分离器串联系统中，排气管中心这部分气流虽已比较清洁，但仍然和排气管边壁区较高尘浓的气体混合流过后续的分离器，产生不必要的压降损失，显然这种压力损失属无效损失。同时在级间连接管中上级分离器排气管中已浓集到排气管边壁的颗粒又重新与排气管中心区较洁净的气流混合一起进入下一级旋风分离器，也会影响下一级旋风分离器的分离效率。因此，这种排气管中心较清洁气流与其边壁较高浓度尘流在下级分离器入口前再次混合也是无效的混合，对下级分离器的分离效率有害无益。

发明内容

本发明的目的在于解决现有多级旋风分离器串联系统中上一级旋风分离器排气管中心区较洁净的气流继续流入下级分离器，并在与下一级旋风分离器入口连接的通道中又重新和其排气管边壁区高含尘气流再次混合的问题，提供一种压降显著降低而分离效率不显著下降的多级旋风分离器串联系统，以充分利用上级旋风分离器排气管中旋流对颗粒的浓集分离作用，实现多级旋风分离器串联系统保效降阻、节能减排。

本发明是通过以下技术方案来实现的：将前级旋风分离器的单管式排气管设计为分流式排气结构，即使前级旋风分离器排气管中心清洁的气流和边壁较高尘浓度的气流分别由不同的路径排出(即排气分流)。前级排气管壁区较浓的含尘气流进入后续的分离设备进一步净化；而中心区较清洁的气流则不再流入后续的分离器，当这部分气流含尘浓度能满足相关排放标准要求时则直接排出；因此后一级分离器只处理上级分离器排气中含尘浓度较高的那一部分气体，从而显著降低后一级分离器的处理气量和压降及多级旋风分离器串联系统的总压降。当旋风分离器中心区的气流含尘浓度不能满足相关排放标准要求时，则将该旋风分离器排气管中心区较低尘浓的气流和边壁较高尘浓的气流分别引入不同尘浓度负荷的分离器进行进一步净化处理：比如中心区低尘气流再经一级净化即达到了排放要求，边壁区高尘气流则需两级净化才能达到。由于后续净化的气量负荷、颗粒浓度负荷逐级减少，相比于全部气体依次通过各级的传统多级旋风分离器串联系统，其后续各级分离器的压降也将逐级降低，串联的总压降也将明显降低。

本发明的排气管排气分流的流化床内多级旋风分离器串联系统的各级旋风分离器可以是单入口或多入口的切流返转式旋风分离器，也可以是轴流式旋风分离器；旋风分离器的排气管出口结构可以是直切式，蜗壳式，或直角弯头结构。

与现有技术相比，本发明的技术优点是：

1、将旋风分离器排气管中心较清洁的气流和边壁含尘浓度较高的尘流分流，可以有效利用排气管内旋转气流的二次分离作用，减少下级分离器的负荷，排除了中心较清洁气流通过下级分离器产生的压降，显著节能；

2、将旋风分离器排气管排气分流，避免了排气管中心区较清洁的气流与排气管边壁区含尘浓度较高的气流再混合进入下级旋风分离器，仅排气管边壁区含尘浓度较高的气流进下级旋风分离器处理，有利于提高下级分离器的分离效率；

3、本发明对各级旋风分离器本体未做改动，因而不会损害各级分离器原有的分离性能；

4、本发明未改变多级旋风分离器串联系统、未增加设备，因而不增加系统占用的空间，结构简单。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1传统的流化床内多级串联旋风分离器系统示意图

图2本发明排气分流的流化床内多级旋风分离器串联系统示意图

图3冷态性能对比试验装置流程图

图4本发明与传统两级旋风分离器的总压降对比

图5本发明与传统两级旋风分离器的总效率对比

具体实施方式

为更清楚的理解本发明的技术内容及效果，下面结合一实施例进行详细说明：

一种排气分流的流化床内多级旋风分离器系统，它包括两个筒体直径Φ300、180°蜗壳入口的旋风分离器；一个旋风分离器作一级，一个旋风分离器作二级。一级分离器的排气管顶部接蜗壳式出气口，经由一级出口到二级入口的级间连接通道与二级旋风分离器相连，构成两级串联旋风分离器系统。在一级分离器排气管(称外管)中插入一同心的小排气管(称内管)，构成一双管排气分流结构。内管直径为外管直径的0.1～0.9倍，内管从一级排气管蜗壳出气口顶部插入的深度为蜗壳出气口高度(通常为下级旋风分离器入口高度)的0.1～2倍，但最大插入深度小于一级排气管的长度。采用图3所示的实验室冷模试验系统进行试验，对比本发明与传统两级旋风分离器串联系统的分离性能。试验所用的两级旋风分离器结构及尺寸完全相同，一级KA＝5.5，(KA为筒体对入口截面积比、是排气管对筒体半径比)，二级KA＝7.5，试验在常温下进行，试验装置采用吸风式负压操作。气体直接从大气吸入、粉料由一级旋风分离器入口管加入，经一级旋风分离器进行气固分离后，气体由一级分离器顶部的双管式排气管排出：排气管边壁区较高尘浓度的气流进入二级旋风分离器继续净化，中心约20～50％气量的较清洁的气流从内管直接排入二级旋风分离器末端的排气管道与二级排气一起由引风机抽出排空。气体流量由安装在旋风分离器的排气管道上的毕托管测定。压降可由连接在分离器出口的U型管直接读出。试验粉料为800目滑石粉。试验粉料先称量后，由人工通过加料斗加入进气管，在进气管中分散后被气流带入分离器内分离。在15m/s，17m/s，19m/s，21m/s四个一级入口气速下测定两种串联结构的性能。气流的含尘浓度由加料时间控制。含尘气流由旋风分离器入口进入分离器内，颗粒在离心力的作用下移向边壁分离下来，并收集。粉尘由收灰斗收集，称重，计算分离器本身的除尘效率η。每一实验条件下至少重复3次，待数据稳定后，取其平均值作为该实验条件下的实测值。

传统两级串联与本发明的两级串联系统性能对比结果如图4和图5。可见，在相同操作条件下，本发明的总效率虽略有降低，但降幅不足1％(图5)，基本保持了原有结构的高效率，但本发明的两级串联系统的压降大大减少。与传统的两级串联系统相比，在一级入口15m/s的低气速下，压降降低约25％，且处理量越大，节能效果越显著(图4)。可见本发明的排气分流串联系统可以在保持分离效率基本不降的基础上大大降低系统能耗，实现了分离设备的保效节能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰同样涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于气固流化床(1)内的排气分流的多级串联旋风分离器系统，它包括两个或两个以上旋风分离器(2、7、8)，前一级旋风分离器的排气管和后一级旋风分离器入口相联，组成多级旋风分离器的串联系统，其特征在于：前一级分离器排气管为同心的(3、4)或非同心(5、6)的套管式结构，使旋风分离器排气管内气流按含尘浓度高、低分别从不同的通道排出，高尘浓度的气流进入下一级旋风分离器继续净化，低尘较清洁的气流不再进入下一级旋风分离器，直接排放或进入再下面一级分离器中进一步分离净化；前级分离器排气套管的中心内管(4、6)直径为外管(3、5)直径的0.1～0.9倍；内管在外管中的最大插入深度不超过外管的长度，具体为下级旋风分离器入口高度的0.1～2倍。

2.根据权利要求1所述的排气分流的多级串联旋风分离器系统，其特征在于前级旋风分离器为单进口或多进口切流返转式旋风分离器，或直流旋风分离器；其排气管的出口形式是直切式，或蜗壳式或直角弯头式。