CN103201099A - 旋风分离器 - Google Patents

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Abstract

一种从气流收集夹带的固体粒子的旋风分离器，其包括柱形本体、连接于本体的入口管道以及在本体的上端部处连接于本体的气体出口管。从旋风分离器的末端下降的面的平行线与气体出口管的最近点之间的距离与本体的内径的比率为至少0.1，如在气体出口管的下端处测量的。在旋风分离器的末端处并垂直于面测量的入口管道面积与本体的截面面积的比率介于0.24到0.32之间。入口管道的高度与入口管道在旋风分离器的末端处的宽度的比率不超过4。

Description

旋风分离器
技术领域
本发明涉及旋风分离器，并且更特别地，针对用于循环流化床(CFB)锅炉的旋风分离器。
背景技术
循环流化床锅炉需要捕集由反应器气体从反应器夹带出的粒子并使它们与气体分离，以便使其再循环到所述反应器中用于完全反应。
分离通常借助于旋风分离器进行。旋风分离是在不使用过滤器的情况下通过旋涡分离来从气体除去微粒的方法。旋转效应和重力用于分离固体与气体的混合物。
最小粒子的捕集效率为关键问题。
已知减小旋风分离器的直径从而在保持相同的相似比率的同时增大旋风分离器本体中的轴向平均速度导致横跨旋风分离器的压降的强烈增大，并且最终在试图通过使进入旋风分离器的气体-固体进口的入口截面保持几乎恒定而使压降保持在恒定极限值处时导致捕集效率的降低。出于理解的目的，这些类型的旋风分离器可视为(qualified as)“相似的”，该旋风分离器具有减小的形状比率但具有几乎恒定的入口气体/固体进口截面尺寸以得到与以6m/s操作的基础旋风分离器相同的压降。
当前在循环流化床锅炉中使用的大多数旋风分离器对于大约5m/s至6m/s的本体平均轴向速度而言显示良好的收集效率。然而，“相似”旋风分离器在以7m/s以上的本体平均轴向速度使用时导致下降的捕集效率。因此，如果要求以8m/s操作的旋风分离器的旋风收集效率与以6m/s操作的旋风分离器的收集效率相同，则不可以使用“相似”旋风分离器，并且必须创造一些变化。
文献US 5,771,844公开了能够以8m/s的本体平均轴向速度操作的旋风分离器，其具有与对于6m/s的轴向平均速度而言有效的旋风分离器的效率相似的捕集效率。
US 5,771,844公开了旋风分离器入口的开口的高度/深度比率为至少4/1。
该旋风分离器遭受如下缺点，该缺点为其使入口管道由于异常宽的竖直尺寸的加强需要而更昂贵。另外，旋风分离器筒为较高的以便使高竖直尺寸的开口定位。因此，旋风分离器本体比对于较低的比率而言更昂贵。此外，这种旋风分离器的总高度不利地影响整个系统的布置。
发明内容
本发明的目的是以解决以上描述的问题的方式提供旋风分离器。
以上提到的目的通过一种用于从包含夹带的固体粒子的气流收集粒子的旋风分离器实现，所述旋风分离器包括：
柱形本体部，
入口管道，其具有内弧面和外弧面，并且连接于本体部，
气体出口管，其在本体部的上端部处连接于本体部。
根据本发明：
从旋风分离器的末端下降的外弧面的平行线与气体出口管的最近点之间的距离(d)与本体部的内径(D)的比率(d/D)大于或等于0.1，所述距离(d)在气体出口管的下端处测量，
在旋风分离器的末端处并垂直于外弧面测量的入口管道面积(s)与本体部的截面面积(S)的比率(s/S)介于0.24到0.32之间，并且
入口管道的高度(h)与入口管道在旋风分离器的末端处的宽度(w)的比率(h/w)不超过4，并且可例如小于4。
从旋风分离器的末端下降的外弧面的平行线与气体出口管的最近点之间的距离(d)与本体部的内径(D)的比率(d/D)优选为介于0.1到0.2之间，更优选为介于0.1到0.15之间，并且更加优选为介于0.12到0.15之间，
入口管道的高度(h)与入口管道在旋风分离器的末端处的宽度(w)的比率(h/w)优选为介于3到4之间，并且更优选为介于3.5到4之间。
例如，可执行的比率d/D、s/S和h/w的不同关联在表1中提到。
d/D s/S h/w
≥0.1 0.24-0.32 ≤4
≥0.1 0.26-0.30或0.27-0.29 ≤4
0.1-0.2 0.24-0.32 ≤4
0.1-0.2 0.26-0.30或0.27-0.29 ≤4
0.1-0.15 0.24-0.32 ≤4
0.1-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 ≤4
0.12-0.15 0.24-0.32 ≤4
0.12-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 ≤4
≥0.1 0.24-0.32 3-4
≥0.1 0.26-0.30或0.27-0.29 3-4
0.1-0.2 0.24-0.32 3-4
0,1-0.2 0.26-0.30或0.27-0.29 3-4
0.1-0.15 0.24-0.32 3-4
0.1-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 3-4
0.12-0.15 0.24-0.32 3-4
0.12-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 3-4
≥0.1 0.24-0.32 3.5-4
≥0.1 0.26-0.30或0.27-0.29 3.5-4
0.1-0.2 0.24-0.32 3.5-4
0.1-0.2 0.26-0.30或0.27-0.29 3.5-4
0.1-0.15 0.24-0.32 3.5-4
0.1-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 3.5-4
0.12-0.15 0.24-0.32 3.5-4
0.12-0.15 0.26-0.30或0.27-0.29 3.5-4
根据本发明的旋风分离器避免了小粒子从旋风分离器进口到气体出口管中的旋风分离器出口的大部分直接泄漏，从而即使对于诸如8m/s及以上的高平均气体轴向速度而言，仍提供小粒子的良好旋风捕集效率，并且允许减小本体部的直径。
中心在外弧面的垂线上的本体部的突出部与中心在外弧面的垂线上的气体出口管下端的突出部之间的距离可介于0.04D到0.08D之间，D为本体部的内径。
气体出口管下端的截面面积(a)与本体部的截面面积(S)的比率(a/S)可介于0.13到0.20之间，并且更优选为介于0.15到0.20之间。
优选地，入口管道的高度不超过本体部的内径(D)。
本体部的高度可小于1.2D，D为本体部的内径。
气体出口管可包括下锥形部和上柱形部。气体出口管的入口孔口可具有比气体出口管的上柱形部的截面小的截面。
柱形部的直径(DV)和锥形部的下部处的直径(dV)可使得：0≤DV-dV<0.3L，L为气体出口管的锥形部的高度。
内弧面在旋风分离器的末端处终止，使入口管道的起点连接于旋风分离器的末端处的点的所述内弧面可具有如下轮廓使得其包括至少两条不同的切线，以使一条切线在位于从旋风分离器的末端取得的外弧面的垂线的垂足上游的点处与外弧面相交，并且所述内弧面可以以具有直线轮廓的第一部分从所述点开始，该第一部分后面是具有带有拐点的弯曲轮廓的第二部分或与旋风分离器的末端相遇的第二直线部分，所述点位于炉的出口处。
内弧面可具有第一部分，其具有直线轮廓，该第一部分后面是第二直线部分，并且其中，第一部分的直线轮廓与外弧面形成介于25°到35°之间的角度，以便获得分离效率(通过在外弧面上投射固体)与压降之间的良好折中。
附图说明
从仅经由非限制性实例并参考附图给出的本发明的实施例的下列描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在该附图中：
图1是根据本发明的旋风分离器的正视图，
图2是旋风分离器的仰视图，以及
图3示出具有特定入口管道的根据本发明的旋风分离器。
具体实施方式
如图1和图2所示，根据本发明的旋风分离器包括入口管道2、本体部3和气体出口管4。
粒子与气体的混合物通过其进入旋风分离器1的入口管道2可为矩形入口流动通路，并且通常部分地延伸到流化床燃烧炉的上部中。入口管道2包括内弧面2a和外弧面2b。内弧面2a在旋风分离器1的末端T处终止。
入口管道2切向地连接到旋风分离器1的柱形本体部或筒部3上。
气体出口管4为在本体部3的上端部处连接于本体部3的旋涡溢流管(vortex finder)。
根据本发明，从旋风分离器1的末端T下降的外弧面2b的平行线与气体出口管4的最近点之间的距离d与本体部3的内径D的比率d/D大于或等于0.1。所述距离d在气体出口管4的下端处(即，在气体出口管的下水平线4a处)测量。如图1所示，在旋风分离器1的末端T处终止的内弧面2a的第二部分平行于外弧面2b。还可设想，内弧面2a的第二部分朝向外弧面2b会聚。
这种比率d/D允许微小粒子的高收集效率。实际上，微小粒子从入口管道2直接经过至气体出口管4被避免或者使这种比率保持非常有限。
比率d/D优选为介于0.1到0.15之间。比率d/D对于经济的压降解决方案而言小于0.15。比率d/D更优选为介于0.11到0.13之间。
于是，在旋风分离器1的末端T处并垂直于外弧面2b测量的入口管道面积s与本体部3的截面面积S的比率s/S介于0.24到0.32之间。
这种比率s/S使得可以具有高于7m/s的本体部3中的气体轴向平均速度。轴向平均速度可限定为气体体积流量与本体部3的截面面积S的比率。
比率s/S高于0.24，以便避免横跨旋风分离器1的任何过大的压降。比率s/S小于0.32，以便允许粒子的高速度并便于服从d/D比率。
比率s/S优选为介于0.26到0.30之间，并且更优选为介于0.27到0.29之间。
最后，入口管道2的高度h与入口管道2在旋风分离器1的末端T处的宽度w的比率不超过4。
该比率允许经济的入口管道。
入口管道2的高度h优选为不高于本体部3的内径D，其限制旋风分离器本体部3的高度。
本体部3的高度H优选为小于1.2D，并且更优选为小于1.1D，D为本体部3的内径。该高度为非常有利的，这是因为其提供小的旋风分离器表面、重量和尺寸，这降低钢支承结构的成本。此外，旋风分离器1的小高度便于流化床热交换器的布置(如果需要)。
为了提高旋风分离器效率，旋涡溢流管4的孔口优选为不定心在本体部3的中心处。因此，中心在外弧面2b的垂线上的本体部3的突出部与中心在外弧面2b的垂线上的气体出口管4下端的突出部之间的距离l可介于0.04D到0.08D之间，D为本体部2的内径，如图2所示。
为了提高旋风分离器效率，气体出口管4下端的截面面积a与本体部3的截面面积S的比率可介于0.13到0.20之间，更优选为介于0.15到0.20之间。
气体出口管4可包括下锥形部和上柱形部。因此，气体出口管4中的压降与具有相同的恒定最小截面的系统的压降相比减小。气体出口管4可被至少部分锥形地设计，气体出口管4的入口孔口具有较小截面，并且气体出口管4的上部为具有较大截面的柱体。在该情况下，柱形部的直径(DV)和锥形部的下部处的直径(dV)可使得：DV-dV<0.3L，L为气体出口管4的锥形部的高度。
入口管道2可为EP 1020229中公开的入口管道，如图3所示。例如，内弧面2a在旋风分离器1的末端T处终止，使入口管道2的起点S连接于旋风分离器1的末端处的点T的所述内弧面2a可具有如下轮廓使得其包括至少两条不同的切线，以使一条切线D在位于从旋风分离器1的末端T取得的外弧面2b的垂线的垂足B上游的点A处与外弧面2b相交，并且所述内弧面2a可以以具有直线轮廓R的第一部分从所述点S开始，该第一部分后面是具有带有拐点5的弯曲轮廓V的第二部分或与旋风分离器1的末端T相遇的第二直线部分，所述点S位于炉的出口处。
内弧面2a可具有第一部分，其具有直线轮廓，该第一部分后面是第二直线部分，并且第一部分的直线轮廓可与外弧面形成介于25°到35°之间的角度，如图2所示。因此，入口管道2中的压降减小。
根据本发明的旋风分离器接受8m/s至10m/s的本体轴向速度(其具有与以5m/s至6m/s操作的已证实当前有效旋风分离器相同的捕集效率)，同时保持可接受的压力损失。此外，因为旋风分离器大小减小，所以提供了经济的设计。旋风分离器适合于循环流化床锅炉，其能够支持分离可研磨的固体的功能，并且与气体流动相比夹带大量固体(例如，对于大约2kg/m3或以上的夹带固体量的气体而言)流动。旋风分离器可具有大流动能力，并且可具有5m及以上的内径。

Claims (10)

1. 一种用于从包含夹带的固体粒子的气流收集粒子的旋风分离器(1)，所述旋风分离器(1)包括：
柱形本体部(3)，
入口管道(2)，其具有内弧面(2a)和外弧面(2b)，并且连接于所述本体部(3)，
气体出口管(4)，其在所述本体部(3)的上端部处连接于所述本体部(3)，
其特征在于：
从所述旋风分离器(1)的末端下降的所述外弧面(2b)的平行线与所述气体出口管(4)的最近点之间的距离(d)与所述本体部(3)的内径(D)的比率(d/D)大于或等于0.1，所述距离(d)在所述气体出口管(4)的下端(4a)处测量，
在所述旋风分离器(1)的末端(T)处并垂直于所述外弧面(2b)测量的入口管道面积(s)与所述本体部(3)的截面面积(S)的比率(s/S)介于0.24到0.32之间，并且
所述入口管道(2)的高度(h)与所述入口管道在所述旋风分离器(1)的末端(T)处的宽度(w)的比率(h/w)不超过4。
2. 根据权利要求1所述的旋风分离器(1)，其特征在于，中心在所述外弧面（2b）的垂线上的所述本体部（3）的突出部与中心在所述外弧面（2b）的垂线上的所述气体出口管（4）下端的突出部之间的距离（l）介于0.04D到0.08D之间，D为所述本体部（3）的内径。
3. 根据权利要求1或2所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述气体出口管(3)下端的截面面积(a)与所述本体部(3)的截面面积(S)的比率(a/S)介于0.13到0.20之间。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述入口管道(2)的高度(h)不超过所述本体部(3)的内径(D)。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述本体部(3)的高度(H)小于1.2D，D为所述本体部(2)的内径。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述气体出口管(4)包括下锥形部和上柱形部。
7. 根据权利要求6所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述气体出口管(4)的入口孔口具有比所述气体出口管(4)的上柱形部的截面小的截面。
8. 根据权利要求6或7所述的旋风分离器（1），其特征在于，所述柱形部的直径(DV)和所述锥形部的下部处的直径(dV)使得：0≤DV-dV<0.3L，L为所述气体出口管（4）的锥形部的高度。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述内弧面(2a)在所述旋风分离器(1)的末端(T)处终止，使所述入口管道(2)的起点(S)连接于所述旋风分离器(1)的末端处的点(T)的所述内弧面(2a)具有如下轮廓使得其包括至少两条不同的切线，以使一条切线(D)在位于从所述旋风分离器(1)的末端取得的所述外弧面(2b)的垂线的垂足(B)上游的点(A)处与所述外弧面(2b)相交，并且其中，所述内弧面(2a)以具有直线轮廓(R)的第一部分从所述点(S)开始，所述第一部分后面是具有带有拐点(5)的弯曲轮廓（V）的第二部分或与所述旋风分离器(1)的末端(T)相遇的第二直线部分，所述点(S)位于炉的出口处。
10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的旋风分离器(1)，其特征在于，所述内弧面(2a)具有第一部分，其具有直线轮廓，所述第一部分后面是第二直线部分，并且其中，所述第一部分的直线轮廓与所述外弧面(2b)形成介于25°到35°之间的角度。
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