CN104903004A - 旋风分离器、旋风除雾器和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于旋风除雾器的旋风分离器。所述旋风分离器具有：围起具有入口端和相反的出口端的内室的内壁，包围内壁并且向外与内壁隔开以在内壁和外壁之间的间隔中形成外室的外壁，在内壁中形成以允许内室中的液体经过开口并且进入外室中的开口，位于内室的入口端的旋流器；以及位于外室中的纤维垫。
Description
发明背景
本发明一般地涉及用于分离被流动蒸气流中气体夹带的液滴的装置，更具体涉及旋风分离器、旋风除雾器和使用其从流动蒸气流中的气体分离液滴的方法。
旋风除雾器用于提供液滴和雾从蒸气流中的高容量移除，以在各种过程中提高过程效率，降低产品损失，并且防止设备损坏。在一种常规类型的旋风除雾器中，多个旋风分离器并排位于外壳内，并且多个这种含有旋风分离器的外壳安装至位于容器内的塔盘板的下部。每个旋风分离器具有由圆柱形或圆台形(frusta-conical)壁形成的端部开放的内室。蒸气流经过外壳的底板中的开口并且进入内室的入口端。旋流器引起蒸气流的旋转涡流运动而导致液滴和雾在壁的内表面上碰撞并凝结。已经从其中将液体移除的气体从内室的出口端轴向流出并且和经过塔盘板以用于随后从容器中移除。
已经在旋风分离器的壁的内表面上凝结的液体膜被少量气体经由壁中的窄开口带入外壳的开放空间中。液体之后从气体中脱离并且在外壳的底板上聚集，在那里，其进入用于向容器的底部运送的排水管以用于随后的移除。已经将液体膜带入外壳的开放空间的气体之后被回收至旋风分离器的内室中。
需要改进旋风除雾器的设计以提供在一定范围的运行压力内的高分离效率同时降低旋风除雾器的制造和组装的复杂性。
发明概述
在一个方面中，本发明涉及用于旋风除雾器的旋风分离器。所述旋风分离器具有围起具有入口端和相反的出口端的内室的内壁，包围内壁并且向外与内壁隔开以在内壁和外壁之间的间隔中形成外室的外壁，在内壁中形成以允许内室中的液体经过开口并且进入外室中的开口，位于内室的入口端的旋流器；以及位于外室中的纤维垫。在一个实施方案中，内壁和外壁具有圆台形构造，并且外室在一端是开放的，以允许液体经由开放端离开外室。
在另一个方面中，本发明涉及旋风除雾器，其中上述多个旋风分离器直接安装至塔盘板的与接收流体流的侧面相反的侧面。旋风分离器不像在一些旋风除雾器的常规设计中在外壳内成组(grouped)，而是简单地安装在塔盘板上，没有将旋风分离器彼此分隔的壁或结构。
在另外的方面中，本发明涉及使用上述旋风分离器和旋风除雾器从蒸气流中的气体中移除液滴和雾的方法。所述方法包括下列步骤：使所述蒸气流通过所述旋风分离器中的旋流器，以在所述气流进入所述旋风分离器的内室时向所述气流赋予涡流运动，所述气体流的所述涡流运动使得所述蒸气流中的液滴抛向所述内室的内壁的内表面；将至少一些所述液滴通过使它们与一部分所述气体经过所述内壁中的槽缝并且进入包围所述内室的外室从所述内壁的所述内表面移除；通过使所述液滴和所述一部分气体经过所述外室中的纤维垫，从所述一部分气体中使所述液滴去夹带；以及经由所述内室的开放出口端从所述内室移除另一部分所述气体以离开所述旋风分离器。
附图简述
图1是垂直剖取的容器的侧面垂直投影图，以示出位于容器内的开放内部区域内的根据本发明的一个实施方案的旋风除雾器；
图2是安装在塔盘板的一段上的图1中所示的旋风分离器之中的一个的放大的垂直剖取的侧面垂直投影图。
图3是旋风分离器中的一个的侧面垂直投影图。
详细描述
现在更详细地转向附图并首先转向图1，容器通常由附图标记10表示并且包括限定开放内部区域14的直立圆柱形壳12。容器10可以是分离鼓、蒸发器、蒸汽鼓、蒸馏塔、洗涤器或在其中发生液滴从流体流中移除的各种其他类型容器中的任何一种。入口喷嘴16位于壳12中的预先选择的高度，用于将由箭头18表示的流体流引入至开放内部区域14中。在一个实施方案中，入口喷嘴16是径向喷嘴。在另一个实施方案中，入口喷嘴16是沿切线朝向的喷嘴。
上出口喷嘴20位于壳12中，用于从容器10中移除由箭头22表示的经过处理的流体流。在一个实施方案中，出口喷嘴20位于壳12中与入口喷嘴16大体相同的高度。在所示的实施方案中，出口喷嘴20位于高于入口喷嘴16的高度的壳12的顶部。当出口喷嘴20位于入口喷嘴16上方时，蒸气分布器24可以位于开放内部区域14中，如位于入口喷嘴16的高度，以降低进入的流体流18的速度并且使其横跨容器10的横截面水平分布。下出口喷嘴26设置在壳12的底部以将已经在容器10的底部积累的液体27排出。
本发明的旋风除雾器28包括位于容器10的开放内部区域14中的塔盘板32上的预先选择的数量的单独的旋风分离器30。旋风除雾器28用于从进入的流体流18(在其作为经过处理的流体流22经由出口喷嘴20排出之前)中移除液滴和雾。网垫29可以位于蒸气分布器24和旋风除雾器28之间以增加流体流18中的液滴的尺寸，因此它们在旋风除雾器28中更容易被移除。
此外转向图2和3，每个旋风分离器30具有基本相同的结构，并且包括从旋流器36向上延伸的内壁34，所述旋流器36包括在流体流18经过旋流器36时向其赋予旋转涡流的以一定角度放置的叶片38。内壁34限定端部开放的内室40，其对流体流18的在其经过旋流器36后的部分的轴向流动开放。在一个实施方案中，内壁34在构造上是大体圆台形的，并且在另一个实施方案中是大体圆柱形的。其他构造是可行的并且在本发明的范围内。内壁34包括多个开口，在一个实施方案中，所述开口是轴向伸长的、狭窄的槽缝42的形式，其允许液体经由内壁34通向外部。开口的其他实施方案可以与槽缝42组合使用或者代替槽缝42使用。
外壁44包围内壁34并且向外与内壁34隔开以在外壁44和内壁34之间的空间中形成环形外室46。在一个实施方案中，外壁44具有与内壁34互补的形状的圆台形构造，从而环形外室46具有均匀的宽度。在另一个实施方案中，外壁44具有与内壁34互补的形状的圆柱形构造，从而环形外室46具有均匀的宽度。在其它实施方案中，外壁44的形状不需要与内壁34的形状互补，从而环形外室46的宽度变化。例如，环形外室46可以在旋风分离器30的远端具有比接近旋风分离器30的入口端小的宽度。
外壁44可以具有相同的轴向长度并且与内壁34共同延伸放置。在所示的实施方案中，外壁44具有比内壁34短的轴向长度，并且以以下方式放置：外壁44和内壁34在旋风分离器30的出口端的边缘处于大体相同的平面，而外壁44的相反的边缘位于沿着内壁34的中间位置，从而内壁34在内室40的入口端的一部分48未被外壁44包围。在一个实施方案中，内壁34的未被外壁44包围的部分48具有圆柱形构造而不是圆台形构造。
向内弯曲的环50形成于或位于外壁44在旋风分离器30的出口端的远边缘，以封闭或约束环形外室46的一端，而环形外室46的相反的一端保持开放。环50可以向内壁34内延伸预先选择的距离以形成凸缘52。在一个实施方案中，由内壁34的远边缘和环50之间的隔离体55形成间隙54，以允许流体从内室40经由间隙54流入环形外室46中。间隙54也允许流体从环形外室46流入内室40中。在另一个实施方案中，环50作为与外壁44分开的部件而形成并且稍微高于外壁44和内壁34二者的远边缘而隔开，以允许流体在外壁44的远边缘和环50之间的间隔中离开环形外室46。
每个旋流器36还包括：具有与相关联的旋风分离器30的内壁34的圆柱形部分48近似相同的直径的圆柱形壁56，在圆柱形壁56的一端的用于将旋流器36与塔盘板32螺栓连接的底部法兰58，以及用于将旋流器36与在旋风分离器30的内壁34的圆柱形部分48的一端的相配的法兰62螺栓连接的另一个法兰60。在一个实施方案中，旋流器36的叶片38在其径向内部边缘与中心轮轴64连接并且在其径向外部边缘与安装环66连接，所述安装环66夹在法兰60和62之间并且与它们螺栓连接。在所示的实施方案中，设置两组叶片38以及相关联的中心轮轴64和安装环66。一组叶片38在旋流器36的圆柱形壁56内延伸，并且另一组叶片在旋风分离器30的内壁34的圆柱形部分48内延伸。圆柱形壁56内的叶片38的攻角可以大于内壁34内的叶片38的攻角以减小流体流18在其经过旋流器36时的压降。在另一个实施方案中，旋流器36的安装环66简单地焊接至内壁34的圆柱形部分48的内表面，从而避免对圆柱形壁56以及法兰58和60的需要。在内壁34的圆柱形部分48的一端的法兰62则直接螺栓连接至塔盘板32。
在一种形式中是纤维垫68的去夹带装置位于用于在流体流18流经外室46时从流体流18中移除液滴或雾的外室46中。纤维垫68包括纺织纤维或无纺纤维，在其上液滴或雾的形式的液体凝结并且形成较大的液滴，其之后流过纤维垫68并且在向塔盘板32上排出之前经由环形外室46的开放端离开。纤维垫68覆盖槽缝42并且填充预先选择的量的外室46的体积，如大于50％的体积或者全部或基本上全部体积。选择纤维垫68的密度和单独纤维的粗细以提供所需的分离效率。
在一个实施方案中，在纤维垫68中使用的纤维可以由金属、金属合金、玻璃、陶瓷、碳或聚合物材料制成。金属的实例包括钛、铝和铜。金属合金的实例包括基于不锈钢和/或镍的那些合金，如合金100、300、400、600、800等。聚合物材料的实例包括聚丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯-氯三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酯纤维或碳纤维。
在其上安装旋风分离器30的塔盘板32是大体平坦的并且具有一系列与旋风分离器30的内室40对准的通道70，因此流体流18能够流经通道70并且进入旋风分离器30。在一个实施方案中，塔盘板32竖直延伸并且旋风分离器30在塔盘板32的与面向入口喷嘴16的表面相反的表面上水平延伸。在所示的实施方案中，塔盘板32横跨容器10的整个横截面水平放置，并且旋风分离器30在塔盘板32的上表面上方竖直延伸。一个或多个排水管72从塔盘板32中的一个或多个开口74向下延伸至蒸气分布器24下方的高度。
在本发明的方法中，流体流18经由入口喷嘴16进入容器10并且在其通过经过塔盘板32中的通道70进入旋风除雾器28时被进一步分开。被进一步分开的流体流18经过旋风分离器30中的旋流器36，并且径向延伸的倾斜叶片38在被进一步分开的流体流18经过旋流器36并且进入旋风分离器30的内室40时向其赋予涡流运动。
涡流运动使得流体流18中的液滴或雾抛向内壁34的内表面，同时流体流18中的大部分气体轴向流经内室40并且经由内室40的开放出口端离开旋风分离器30。已经被抛向内壁34的液体凝结为沿着内壁34移动的液体膜。液体膜之后连同流体流18中的小部分或较小部分气体通过经过内壁34中的槽缝42离开内室40并且进入外室46。任何绕过槽缝42的液体膜均被凸缘52捕获在内壁34的顶部并且之后连同流体流18中的另一小部分气体经过间隙54进入外室46中。
外室46中的液体和小部分气体之后以相反的轴向移动通过纤维垫68。因为液体向纤维垫68中的纤维冲击并且凝结为移动通过纤维垫68并且经由外室46的开口端排出的较大液滴，液滴从气体中去夹带。当塔盘板32是水平朝向时，去夹带的液体排出至塔盘板32的上表面上并且进入排出管72，在那里其被运送至蒸气分布器24下方的容器10的下部。当塔盘板32是竖直取向时，去夹带的液体简单地排出至容器10的底部。随后经由底部出口喷嘴26从容器10中移除液体。
已经通过从气体中移除液滴或雾而处理的流体流18的主要部分经由内室40的开口端离开。经过纤维垫68的来自流体流18的小部分气体经由外室46的开口端离开并且在作为经过处理的流体流22经由上出口喷嘴20离开容器10前重新加入流体流18的主要部分。
根据前述，应看到，本发明是非常适合获得在上文给出的全部结果和目的以及对于结构来说固有的其他优势的发明。
应理解的是，某些特征和子组合是实用的并且可以采用而无需参照其他特征和子组合。这是由本发明的范围预期的并且在本发明的范围内。
因为可以由本发明做出许多可能的实施方案而不背离其范围，应该理解的是，在附图中给出或示出的本文的所有事项应被解释为说明性的而不是限制的含义。
Claims (20)
1.一种用于旋风除雾器的旋风分离器，所述旋风分离器包括：
内壁，所述内壁围起具有入口端和相反的出口端的内室；
外壁，所述外壁包围所述内壁并且向外与所述内壁隔开以在所述内壁和所述外壁之间的间隔中形成外室；
开口，所述开口在所述内壁中形成以允许流体当在所述内室中存在时经过所述开口并且进入所述外室中；
旋流器，所述旋流器位于所述内室的所述入口端；和
纤维垫，所述纤维垫位于所述外室中。
2.根据权利要求1所述的旋风分离器，其中所述内壁具有大体上圆台形的构造。
3.根据权利要求2所述的旋风分离器，其中所述外壁具有大体上圆台形的构造。
4.根据权利要求1所述的旋风分离器，其中所述纤维垫包含纺织纤维或无纺纤维。
5.根据权利要求1所述的旋风分离器，其中所述内壁中的所述开口是槽缝。
6.根据权利要求1所述的旋风分离器，所述旋风分离器包括凸缘，所述凸缘位于所述内室的所述出口端并且向内延伸至所述内室中。
7.根据权利要求1所述的旋风分离器，所述旋风分离器包括在所述内壁的所述出口端和所述外壁之间延伸以封闭所述外室的一端的环。
8.根据权利要求7所述的旋风分离器，其中所述外室的相反的一端是开放的。
9.根据权利要求1所述的旋风分离器，其中所述外室在一端是开放的。
10.一种旋风除雾器，所述旋风除雾器包括安装在塔盘板的表面上的多个旋风分离器，所述旋风分离器中的每一个包括：
内壁，所述内壁围起具有入口端和相反的出口端的内室；
外壁，所述外壁包围所述内壁并且向外与所述内壁隔开以在所述内壁和所述外壁之间的间隔中形成外室；
开口，所述开口在所述内壁中形成以允许流体当在所述内室中存在时通过所述开口并且进入所述外室中；
旋流器，所述旋流器位于所述内室的所述入口端；和
纤维垫，所述纤维垫位于所述外室中。
11.根据权利要求10所述的旋风分离器，其中所述内壁具有大体上圆台形的构造。
12.根据权利要求11所述的旋风分离器，其中所述外壁具有大体上圆台形的构造。
13.根据权利要求10所述的旋风分离器，其中所述纤维垫包含纺织纤维或无纺纤维。
14.根据权利要求10所述的旋风分离器，其中所述内壁中的所述开口是槽缝。
15.根据权利要求10所述的旋风分离器，所述旋风分离器包括凸缘，所述凸缘位于所述内室的所述出口端并且向内延伸至所述内室中。
16.根据权利要求10所述的旋风分离器，所述旋风分离器包括在所述内壁的所述出口端和所述外壁之间延伸以封闭所述外室的一端的环。
17.根据权利要求16所述的旋风分离器，其中所述外室的相反的一端是开放的。
18.根据权利要求10所述的旋风分离器，其中所述外室在一端是开放的。
19.一种从流经旋风除雾器中旋风分离器的蒸气流中的气体中分离液滴的方法，所述方法包括下列步骤：
使所述蒸气流经过所述旋风分离器中的旋流器，以在所述气流进入所述旋风分离器的内室时向所述气流赋予涡流运动，所述气流的所述涡流运动使得所述蒸气流中的液滴抛向所述内室的内壁的内表面；
将至少一些所述液滴通过使它们与一部分所述气体经过所述内壁中的槽缝并且进入包围所述内室的外室从所述内壁的所述内表面移除；
通过使所述液滴和所述一部分气体经过所述外室中的纤维垫，使所述液滴从所述一部分气体中去夹带；以及将另一部分所述气体经由所述内室的开放出口端从所述内室移除以离开所述旋风分离器。
20.根据权利要求19所述的方法，所述方法包括将来自所述网垫的去夹带了的液滴经由所述外室的开口端排出以离开所述旋风分离器。
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