CN105750100A - 湿法多管旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿法多管旋风分离器，包括多个旋风子，旋风子位于分离器筒体内的上下隔板之间，旋风子的排气部件插设在上隔板中，旋风子的排污部件插设在下隔板中，旋风子的进气部件位于上下隔板之间，前置文丘里雾化器，文丘里雾化器连接安设在上下隔板之间的分离器筒体的外侧壁上并与分离器筒体的内部气路连通的气体进口并与气体进口气路连通，文丘里雾化器的喉管位置设置有加液口。本发明创新地引入旋风内壁“液膜吸收”对细微颗粒的捕集机理，在离心场及液体吸收的共同作用下，大幅提高了分离器的分离效率。适用于高温带压的操作条件，对于浓度高、粉尘粒径小(小于5～10μm)且易磨损易粘附易堵塞等工况条件，其分离效率高达99.99％以上。

Description

湿法多管旋风分离器

技术领域

本发明涉及化学工程非均相分离领域，特别涉及除尘技术领域，具体是指一种湿法多管旋风分离器和包括上述湿法多管旋风分离器的净化工艺流程，尤其适用于高温带压、易燃易爆或有毒有害的气体(如气化炉出口粗煤气、有机硅含尘合成气及多晶硅含尘合成气等)除尘，对于高浓度、小粒径(小于5～10μm)的粉尘，其分离效率高达99.99％以上。

背景技术

气化炉(如航天炉、多喷嘴对置式液煤浆气化炉及SHELL炉等)合成的高温带压粗煤气含有较高浓度的粉尘；普通固定床气化炉出口粗煤气还含有焦油及酚等杂质。在进入变换系统前需要对粗煤气进行净化，目前多采用洗涤塔对粗煤气进行净化，洗涤塔种类有填料塔、喷淋塔、板式塔等，但无论是哪种形式的洗涤塔，对粗煤气的净化效率都不太理想。这是因为：首先，由于洗涤塔的内件都相对复杂，粉尘及焦油等杂质很容易造成洗涤塔堵塞，同时为确保捕集效率，洗涤塔通常采用大量的液体(主要采用水)去洗涤，在国内日益严格的环保法压力下，大量含杂质的水需耗费大额资金进行处理，同时由于高温下富含钙、镁离子的循环水(即水硬度较高)极易结垢，经常造成因塔内件堵塞而停产；其次，大量细微粉尘及焦油逃离洗涤塔后沉积在变换系统中，造成后续换热器堵塞，导致换热器的阻力持续增大，同时变换催化剂因吸附粉尘及焦油等杂质后活性下降，大大缩短了催化剂的使用寿命，变换炉CO的含量指标降不下来，严重影响了变换能力。因此，粗煤气净化装置在整个气化工艺流程中占有举足轻重的地位，净化装置运行的优劣将直接影响到产品的质量、产量和成本。

为了解决上述问题，需要在变换系统前投入可靠的分离装置对粗煤气进行净化，使粗煤气的含尘及其他杂质的浓度达到要求指标。通过对湿法除尘器(如洗涤塔)、电除尘器、过滤式除尘器(如袋式除尘器)及离心式除尘器(如旋风分离器)等综合对比分析，对于高温带压、易燃易爆、杂质浓度高、粉尘粒径小(小于5～10μm)且易磨损易粘附易堵塞等工况条件，单一除尘机理的设备均无法满足气体高效净化的要求，结合湿法除尘及离心除尘两者机理，湿法多管旋风除尘器成为最为合理的选择。

旋风分离器是利用气态非均一系，在作高速旋转时所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种气固(液)分离设备。由于颗粒所受的离心力远远大于重力和惯性力，所以旋风分离器能经济地分离的最小粒径可达到5～10μm。此外，旋风分离器结构比较简单，操作、维护方便，性能稳定，又不受含尘气体的浓度、温度及物性等限制，且造价较低，所以已广泛地应用于石油、化工、煤炭、电力、环保及冶金等工业生产中。

由于旋风分离器内的气流运动极为复杂，属于三维湍流的强旋流，因此旋风分离器的结构形式将直接影响分离器的分离性能。二次涡流在旋风分离器中普遍存在，它由轴向速度ν_z与径向速度ν_r构成，二次涡流对旋风分离器的性能，尤其是对分离效率影响较大。几个影响旋风效率的二次涡流主要集中在旋风的头部(即旋风筒体以上部分),如“上涡流(或称短路流)”,旋风分离器顶盖、排气管外面与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，将形成局部涡流(上涡流)，夹带着相当数量的尘粒向中心流动，并沿排气管外表面下降，最后随中心上升气流逸出排气管，影响了分离效率。再如“纵向旋涡流”，是以旋风除尘器内、外旋流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流动。由于排气管内的有效流通截面小于排气管管端以下内旋流的有效流通截面，因此在排气管管端处产生节流效应，从而使排气管管端附近的气体径向速度大大提高，致使气体对大颗粒的曳力超过了颗粒所受的离心力，而造成“短路”，影响了分离性能。因此开发一种能尽量消除主要二次涡流的旋风头部结构是提高旋风效率的主要方向。

为了提高旋风分离器的分离效果，通常采用多个小直径旋风子并联处理方式(即多管旋风分离器)，多管旋风分离器大多采用干法除尘方式，干法多管旋风分离器对于粒径小于5μm的细微粉尘分离效果仍然不理想，原因在于粒径很小的颗粒在离心力的作用下被甩到壁面，到达壁面后很容易因壁面粗糙而弹跳至旋风中心环流区(即旋风内旋流)，从而被气流带出旋风分离器。另外、含尘气体在带压的工况条件下，气相露点温度会提高，此时容易出现结露现象，细颗粒粉尘流动性本身就差，细粉结露致使旋风排料更加不畅，易导致旋风子出现堵塞情况，从而影响多管旋风分离器的连续稳定运行。

湿法多管旋风分离器目前在工业生产中已有少量应用，如中国专利申请公开的湿式多管旋风除尘器和具有上述除尘器的除尘系统，公告号为CN103157561A，该湿法多管旋风除尘器采用在进风管内用喷头喷水，喷淋出的水雾与气体充分混合后进入旋风子分离，多管旋风除尘器的排尘管插入水箱内进行密封，排出的水和灰尘直接排到水箱，水箱作为储水容器,净化后的气体从排风口排出。上述除尘器虽然能够实现比干法操作要高的除尘效率，但是也存在诸多缺陷：(1)该除尘器内部的旋风子为轴流式进口，采用螺旋形或花瓣形进气结构，该类型旋风子并不能消除旋风内部存在的几个主要二次涡流，该旋风子对较大颗粒分离效果较好，但对于较细颗粒分离效果仍然不佳。(2)该除尘器内水雾是由位于进风管内固定的喷头喷出的，喷头喷出的水雾化效果不理想，水雾难以与含尘气体充分混合，同时水雾不能均匀的进入每一个旋风子，进而影响分离效果。(3)该除尘器的结构不适用于高温带压的工况，也不适用于气相为易燃易爆及有毒有害介质，同时对高浓度粉尘分离效果差，使用具有局限性。(4)该除尘器采用旋风分离器作为预处理，以降低进入湿式多管旋风分离器内空气灰尘含量，但这样就增加设备数量，提高了设备的占地面积和制造成本。

因此，需要提供一种湿法多管旋风分离器，其能有效去除气体中的粉尘颗粒和其它杂质，大大提高了分离器的分离效率，进一步地，其能适用于高温带压气体的净化，且设计巧妙，结构简洁，设备体积小，制造及维护成本低。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种湿法多管旋风分离器，创新地引入旋风内壁“液膜吸收”对细微颗粒的捕集机理，在离心场及液体吸收的共同作用下，大幅提高了分离器的分离效率。充分结合了多管旋风除尘和湿法除尘的优点，具有耗液量少、分离效率高、运行阻力小、无需检修、设备体积小且一次性投资成本低等优点。

本发明的另一目的在于提供一种湿法多管旋风分离器，其能用于高温带压的操作条件，对于浓度高、粉尘粒径小(小于5～10μm)且易磨损易粘附易堵塞等工况条件，其分离效率高达99.99％以上，特别适用于易燃易爆或有毒有害气体(如气化炉出口粗煤气、有机硅含尘合成气及多晶硅含尘合成气等等)的净化。

本发明的另一目的在于提供一种湿法多管旋风分离器，其内部旋风子为切流式双进口和环流式双出口的结构，并在旋风子的头部结构(即旋风子筒体以上部分)进行了较大改进，尽可能地消除影响旋风效率的主要二次涡流。相比一般的旋风子，其阻力可降低约25～35％，效率可提高2～3％，同时它操作弹性大、结构简单、适应性强、成本较低。

为达到以上目的，本发明的湿法多管旋风分离器，包括分离器筒体、上隔板、下隔板、气体进口和气体出口，所述上隔板和所述下隔板相互间隔设置在所述分离器筒体的内部，所述气体进口安设在所述上隔板和所述下隔板之间的所述分离器筒体的外侧壁上并与所述分离器筒体的内部气路连通，所述气体出口安设在所述上隔板上的所述分离器筒体的外侧壁上并与所述分离器筒体的内部气路连通，其特点是，所述湿法多管旋风分离器包括多个旋风子，所述旋风子位于所述上隔板和所述下隔板之间，所述旋风子的排气部件插设在所述上隔板中，所述旋风子的排污部件插设在所述下隔板中，所述旋风子的进气部件位于所述上隔板和所述下隔板之间。

较佳地，所述旋风子的数目为多个，多个所述旋风子相互间隔排列。

较佳地，所述湿法多管旋风分离器还包括文丘里雾化器，所述文丘里雾化器连接所述气体进口并与所述气体进口气路连通，所述文丘里雾化器的喉管位置设置有加液口。

较佳地，所述湿法多管旋风分离器还包括雾化喷头和雾化补液口，所述雾化补液口插设在所述上隔板和所述下隔板之间的所述分离器筒体的侧壁中，所述雾化喷头位于所述上隔板和所述下隔板之间并管路连通所述雾化补液口。

较佳地，所述下隔板上设置有排污孔。

较佳地，所述湿法多管旋风分离器还包括液封装置和降液管，所述降液管的上端插设在所述下隔板的未插设所述排污部件的位置中，所述液封装置设置在所述降液管的下端用于液封所述的降液管的下端。

更佳地，所述液封装置包括外套管和盲板，所述外套管套设在所述的降液管的下端上，所述的降液管的下端的侧壁设置有至少一个通孔，所述盲板封闭所述的降液管的下端的端面和所述外套管的下端的端面。

更进一步地，所述通孔是矩形通孔。

更进一步地，所述外套管的直径与所述降液管的直径之比为1.1～3.0，所述通孔的面积大于所述降液管的截面面积，所述外套管的高度100mm～1000mm。

较佳地，所述湿法多管旋风分离器还包括上封头和下封头，所述上封头安设在所述分离器筒体上，所述分离器筒体安设在所述下封头上。

更佳地，所述上封头为椭圆形封头，所述下封头为锥形封头。

较佳地，所述进气部件安设在所述旋风子的旋风子筒体的外侧面的上部并与所述旋风子筒体的内部气路连通，所述排气部件插设在所述旋风子筒体的顶部中并与所述的旋风子筒体的内部气路连通，所述旋风子筒体的下部安设在所述排污部件上且所述排污部件与所述的旋风子筒体的内部气路连通。

更佳地，所述进气部件包括第一切向进气口和第二切向进气口，所述第一切向进气口和所述第二切向进气口呈旋转重叠设置，所述第一切向进气口和所述第二切向进气口均与所述的旋风子筒体的外侧面的上部相切。

更进一步地，所述第一切向进气口和所述第二切向进气口呈180°旋转重叠设置。

更进一步地，所述第一切向进气口和/或所述第二切向进气口的进口端为长方形。

尤其更佳地，所述长方形的长与宽的比值为1.5～3.0，所述长方形的面积与所述旋风子筒体的截面面积的比值为0.19～0.32。

尤其更佳地，所述排气部件插设在所述旋风子筒体的顶部中的插入深度与所述长方形的长的比值为0.6～1.5。

更进一步地，所述进气部件还包括第一导流弧形板，所述第一导流弧形板从所述第一切向进气口与所述旋风子筒体相切的位置沿所述旋风子筒体的周向并远离所述第一切向进气口的进口端延伸；和/或，第二导流弧形板，所述第二导流弧形板从所述第二切向进气口与所述旋风子筒体相切的位置沿所述旋风子筒体的周向并远离所述第二切向进气口的进口端延伸。

尤其更佳地，所述第一导流弧形板的顶部距离所述的旋风子筒体的顶部之间具有第一间隙，所述第二导流弧形板的顶部距离所述的旋风子筒体的顶部之间具有第二间隙。

更优选地，所述第一切向进气口的进口端为第一长方形，所述第一间隙与所述第一长方形的长的比值为0.1～0.25，所述第二切向进气口的进口端为第二长方形，所述第二间隙与所述第二长方形的长的比值为0.1～0.25。

尤其更佳地，所述第一导流弧形板沿所述的旋风子筒体的周向延伸的角度的范围为0°～25°，所述第二导流弧形板沿所述的旋风子筒体的周向延伸的角度的范围为0°～25°。

更佳地，所述排气部件包括排气外管、排气内管和连接件，所述排气外管包括排气外管筒体和排气外管锥体，所述排气外管筒体安设在所述排气外管锥体上，所述排气内管包括排气内管筒体和排气内管锥体，所述排气内管筒体安设在所述排气内管锥体上，所述排气内管筒体插设在所述排气外管筒体中，所述连接件位于所述排气内管筒体和所述排气外管筒体之间并分别连接所述排气内管筒体和所述排气外管筒体，所述排气内管锥体的上部插设在所述排气外管锥体中，所述排气内管锥体的下部插设在所述排气外管锥体中或裸露在所述排气外管锥体外，所述排气内管锥体上沿竖向设置有至少两个梯形槽孔。

更进一步地，所述梯形槽孔的面积与所述排气外管筒体的截面面积的比值为0.5～2.5。

更进一步地，所述排气外管筒体的直径与所述排气内管筒体的直径的比值为1.1～1.5；所述排气外管锥体的下端的直径与所述排气内管锥体的下端的直径的比值为1.1～1.5；所述排气外管锥体的高度与所述排气内管锥体的高度的比值为0.3～1.0；所述排气内管锥体的下端的直径与所述旋风子筒体的直径的比值为0.1～0.5。

更佳地，所述排污部件包括旋风子锥体、中间灰斗和排污口，所述的旋风子筒体的下部安设在所述旋风子锥体上，所述旋风子锥体安设在所述中间灰斗上，所述中间灰斗安设在所述排污口上。

较佳地，所述湿法多管旋风分离器采用碳钢或不锈钢承压外壳，所有开孔及接管均符合GB150-2011《压力容器》的设计及制造标准，并满足TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规范要求，适用于高温带压的工况条件。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的湿法多管旋风分离器包括多个旋风子，旋风子位于分离器筒体内的上隔板和下隔板之间，旋风子的排气部件插设在上隔板中，旋风子的排污部件插设在下隔板中，旋风子的进气部件位于上隔板和下隔板之间，前置文丘里雾化器，文丘里雾化器连接安设在上隔板和下隔板之间的分离器筒体的外侧壁上并与分离器筒体的内部气路连通的气体进口并与气体进口气路连通，文丘里雾化器的喉管位置设置有加液口，从而实现多管旋风除尘和湿法除尘的有效结合，并创新地引入旋风内壁“液膜吸收”对细微颗粒的捕集机理，在离心场及液体吸收的共同作用下，大幅提高了分离器的分离效率，对于高浓度、小粒径(小于5～10μm)的粉尘，其分离效率高达99.99％以上，适于大规模推广应用。

2、本发明的湿法多管旋风分离器包括多个旋风子，旋风子位于分离器筒体内的上隔板和下隔板之间，旋风子的排气部件插设在上隔板中，旋风子的排污部件插设在下隔板中，旋风子的进气部件位于上隔板和下隔板之间，前置文丘里雾化器，文丘里雾化器连接安设在上隔板和下隔板之间的分离器筒体的外侧壁上并与分离器筒体的内部气路连通的气体进口并与气体进口气路连通，文丘里雾化器的喉管位置设置有加液口，具有耗液量少、雾化效率高、运行阻力小、无需检修、设备体积小且一次性投资成本低等优点，适于大规模推广应用。

3、本发明的湿法多管旋风分离器适用于高温带压和易磨损易粘附易堵塞等工况条件，特别适用于易燃易爆或有毒有害气体(如气化炉出口粗煤气、有机硅含尘合成气及多晶硅含尘合成气等等)的净化，解决各类洗涤塔分离效果不佳、耗液量过高、频繁检修及设备投资大等问题，确保后续系统能够长期稳定运行，适于大规模推广应用。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的湿法多管旋风分离器的一具体实施例的主视示意图。

图2是图1所示的具体实施例的降液管和液封装置的主视示意图。

图3是图2中C-C位置的剖视示意图。

图4是图1所示的具体实施例的旋风子的主视透视示意图。

图5是图4所示的旋风子的排气部件的主视透视示意图。

图6是图4所示的旋风子的排气部件的俯视放大示意图。

图7是图4所示的旋风子的A-A位置的剖视示意图。

图8是图4所示的旋风子的俯视示意图。

图9是图8中B-B位置的局部剖视示意图。

图10是包括本发明的湿法多管旋风分离器的净化工艺流程图。

图11是本发明的湿法多管旋风分离器采用不同旋风子在进口气速相同的条件下分离效率的比较，其中O表示双进口和双出口的旋风子，Δ表示美国Buell的代表产品B型旋风子。

图12是本发明的湿法多管旋风分离器采用不同旋风子在进口气速相同的条件下阻力降的比较，其中O表示双进口和双出口的旋风子，Δ表示美国Buell的代表产品B型旋风子。

图13是采用本发明的湿法多管旋风分离器与板式洗涤塔对相同的粗煤气的分离效率的比较，其中O表示本发明的湿法多管旋风分离器，Δ表示板式洗涤塔。

图14是采用本发明的湿法多管旋风分离器与全干式多管旋风分离器对相同的粗煤气的分离效率的比较，其中O表示本发明的湿法多管旋风分离器，Δ表示全干式多管旋风分离器。

(符号说明)

1湿法多管旋风分离器；2文丘里雾化器；3沉降缓冲罐；4第一高压液泵；5第二高压液泵；6下封头；7液位计；8液封装置；9降液管；10下隔板；11分离器筒体；12气体进口；13旋风子；14上隔板；15吊耳；16上封头；17安全阀口；18人孔；19测压口；20气体出口；21雾化喷头；22雾化补液口；23排污部件；24支座；25排气外管；26外套管；27通孔；28盲板；29排污口；30中间灰斗；31旋风子锥体；32旋风子筒体；33进气部件；34排气部件；35第一切向进气口；36第二切向进气口；37排气外管锥体；38排气外管筒体；39连接件；40排气内管筒体；41排气内管锥体；42梯形槽孔；43第一导流弧形板；44排气内管；45第二导流弧形板；46加液口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参见图10所示，本发明的湿法多管旋风分离器1使用时，可以与文丘里雾化器2、沉降缓冲罐3、第一高压液泵4、第二高压液泵5一起使用，形成一种气体净化工艺，湿法多管旋风分离器1的污液排出部件(具体是下封头6)与沉降缓冲罐3管路连接，沉降缓冲罐3通过第一高压液泵4管路连接加液口46，沉降缓冲罐3还通过第二高压液泵5管路连接雾化补液口22。

请参见图1-图3所示，本发明的湿法多管旋风分离器1包括多个旋风子13、分离器筒体11、上隔板14、下隔板10、气体进口12、气体出口20，所述上隔板14和所述下隔板10相互间隔设置在所述分离器筒体11的内部，所述气体进口12安设在所述上隔板14和所述下隔板10之间的所述分离器筒体11的外侧壁上并与所述分离器筒体11的内部气路连通，所述气体出口20安设在所述上隔板14上的所述分离器筒体11的外侧壁上并与所述分离器筒体11的内部气路连通，所述旋风子13位于所述上隔板14和所述下隔板10之间，所述旋风子13的排气部件34(请进一步参见图4)插设在所述上隔板14中，所述排污部件23(具体是排污口29，请进一步参见图4)插设在所述下隔板10中，所述旋风子的进气部件33位于所述上隔板14和所述下隔板10之间。

所述旋风子13的数目可以根据需要确定，较佳地，所述旋风子13的数目为多个，多个所述旋风子13相互间隔排列。请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风子13的数目为26个。

为了进一步提高分离效率，本发明的湿法多管旋风分离器1前置了一台文丘里雾化器2，所述的文丘里雾化器2连接所述气体进口12并与所述气体进口12气路连通，所述文丘里雾化器2的喉管位置设置有加液口46。

为了进一步提高分离效率，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述湿法多管旋风分离器1还包括雾化喷头21和雾化补液口22，所述雾化补液口22插设在所述上隔板14和所述下隔板10之间的所述分离器筒体11的侧壁中，所述雾化喷头21位于所述上隔板14和所述下隔板10之间并管路连通所述雾化补液口22。雾化喷头21和雾化补液口22对补液起雾化作用。

为了及时排出在含尘气体和液雾混合后进入分离器筒体11后由于气体流速突然降低而导致的气体中在“重力沉降”的作用下落入下隔板10的上表面的大粒径的粉尘及液滴，较佳地，所述下隔板10上设置有排污孔。或者，请参见图1-图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述湿法多管旋风分离器1还包括液封装置8和降液管9，所述降液管9的上端插设在所述下隔板10的未插设所述排污部件23的位置中，所述液封装置8设置在所述降液管9的下端用于液封所述的降液管9的下端，所述降液管9的顶部与所述下隔板10的上表面平齐。

所述降液管9的数目可以根据需要确定，较佳地，所述降液管9的数目为3-6个。请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述降液管9的数目为3个，均匀分布。

所述降液管9可以是任何合适的降液管，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述降液管9是钢质降液管。例如可以采用DN50～DN300比如DN150的钢管加工制作。

所述液封装置8可以具有任何合适的结构，请参见图1-图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述液封装置8包括外套管26和盲板28，所述外套管26套设在所述的降液管9的下端上，所述的降液管9的下端的侧壁设置有至少一个通孔27，所述盲板28封闭所述的降液管9的下端的端面和所述外套管26的下端的端面。

所述通孔27可以具有任何合适的形状，请参见图1-图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述通孔27是矩形通孔。

所述外套管26、所述降液管9和所述通孔27的相关尺寸，例如直径、高度和面积，可以根据需要确定，更进一步地，所述外套管26的直径D1与所述降液管9的直径D2之比为1.1～3.0，所述通孔27的面积大于所述降液管9的截面面积((D2/2)²*π)，所述外套管26的高度h4为100mm～1000mm。请参见图1至图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述外套管26的直径D1与所述降液管9的直径D2之比为1.8，所述通孔27的面积之和大于所述降液管9的截面面积((D2/2)²*π)，所述外套管26的高度h4为600mm。

所述加液口46的加液量可以根据需要确定，例如，优选地，加液量为20～2000g/Nm³，更优选地，加液量为600g/Nm³。可根据气体中含尘及其他杂质的浓度大小适当调整。加的液体可以是任何合适的液体，例如水，也可以是其它工艺产品液体。

所述文丘里雾化器2连接所述气体进口12可以采用任何合适的结构，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述文丘里雾化器2通过法兰连接所述气体进口12。

所述湿法多管旋风分离器1还可以包括其它部件，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述湿法多管旋风分离器1还包括上封头16和下封头6，所述上封头16安设在所述分离器筒体11上，所述分离器筒体11安设在所述下封头6上。

所述上封头16和所述下封头6可以是任何合适的部件，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述上封头16为椭圆形封头，所述下封头6为锥形封头。

这样，下隔板10、上隔板14和分离器筒体11之间形成一个较大的重力沉降室。下隔板10和下封头6之间形成一个较大的储液区。

所述旋风子13可以具有任何合适的结构，所述旋风子13一般均包括旋风子筒体32、进气部件33、排气部件34和排污部件23，请参见图4-图9所示，所述进气部件33安设在所述旋风子筒体32的外侧面的上部并与所述旋风子筒体32的内部气路连通，所述排气部件34插设在所述旋风子筒体32的顶部中并与所述的旋风子筒体32的内部气路连通，所述的旋风子筒体32的下部安设在所述排污部件23上且所述排污部件23与所述的旋风子筒体32的内部气路连通。

所述进气部件33可以具有任何合适的结构，请参见图4-图9所示，所述进气部件33包括第一切向进气口35和第二切向进气口36，所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36呈旋转重叠设置，所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36均与所述的旋风子筒体32的外侧面的上部相切。

所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36的旋转重叠可以是任何合适角度的旋转重叠，请参见图4、图7和图8所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36呈180°旋转重叠设置。即所述第二切向进气口36在图7和图8所示的平面内旋转180°后与所述第一切向进气口35重叠，或者所述第一切向进气口35在图7和图8所示的平面内旋转180°后与所述第二切向进气口36重叠。

所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36可以具有任何合适的形状，请参见图4、图7和图8所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36都采用了90°蜗壳切向进口形式。

所述第一切向进气口35和/或所述第二切向进气口36的进口端可以是任何合适的形状，更进一步地，所述第一切向进气口35和/或所述第二切向进气口36的进口端为长方形。请参见图4、图7和图8所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一切向进气口35和所述第二切向进气口36的进口端均为长方形，可以如下提及的那样分别称为第一长方形和第二长方形。

所述长方形的长a与宽b的比值、所述长方形的面积(a*b)与所述旋风子筒体32的截面面积(旋风子筒体32的截面的直径为D，则截面面积为(D/2)²*π)的比值可以根据需要确定，尤其更佳地，所述长方形的长a与宽b的比值为1.5～3.0，所述长方形的面积(a*b)与所述旋风子筒体32的截面面积((D/2)²*π)的比值为0.19～0.32。请参见图4所示，在本发明的一具体实施例中，所述长方形的长a与宽b的比值为2，所述长方形的面积(a*b)与所述旋风子筒体32的截面面积((D/2)²*π)的比值为0.25。

所述排气部件34插设在所述的旋风子筒体32的顶部中的插入深度h可以根据需要确定，尤其更佳地，所述排气部件34插设在所述的旋风子筒体32的顶部中的插入深度h与所述长方形的长a的比值为0.6～1.5。请参见图1至图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述排气部件34插设在所述的旋风子筒体32的顶部中的插入深度h与所述长方形的长a的比值为1.2。

为了进一步提高分离效率，更进一步地，所述进气部件33还包括第一导流弧形板43，所述第一导流弧形板43从所述第一切向进气口35与所述旋风子筒体32相切的位置沿所述旋风子筒体32的周向并远离所述第一切向进气口35的进口端延伸；和/或，第二导流弧形板45，所述第二导流弧形板45从所述第二切向进气口36与所述旋风子筒体32相切的位置沿所述旋风子筒体32的周向并远离所述第二切向进气口36的进口端延伸。请参见图7所示，在本发明的一具体实施例中，所述进气部件33还包括第一导流弧形板43，所述第一导流弧形板43从所述第一切向进气口35与所述旋风子筒体32相切的位置沿所述旋风子筒体32的周向并远离所述第一切向进气口35的进口端延伸；和第二导流弧形板45，所述第二导流弧形板45从所述第二切向进气口36与所述旋风子筒体32相切的位置沿所述旋风子筒体32的周向并远离所述第二切向进气口36的进口端延伸。

为了进一步提高分离效率，请参见图9所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一导流弧形板43的顶部距离所述的旋风子筒体32的顶部之间具有第一间隙e，所述第二导流弧形板45的顶部距离所述的旋风子筒体32的顶部之间具有第二间隙(图中未示出)。

所述第一间隙e和所述第二间隙的大小可以根据需要确定，更优选地，所述第一切向进气口35的进口端为第一长方形，所述第一间隙e与所述第一长方形的长的比值为0.1～0.25，所述第二切向进气口36的进口端为第二长方形，所述第二间隙与所述第二长方形的长的比值为0.1～0.25。请参见图4和图9所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一切向进气口35的进口端为第一长方形，所述第一间隙e与所述第一长方形的长的比值为0.2，所述第二切向进气口36的进口端为第二长方形，所述第二间隙与所述第二长方形的长的比值为0.2。

所述第一导流弧形板43沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度、所述第二导流弧形板45沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度的范围可以根据需要确定，尤其更佳地，所述第一导流弧形板43沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度的范围为0°～25°，所述第二导流弧形板45沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度的范围为0°～25°。请参见图7所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一导流弧形板43沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度的范围为20°，所述第二导流弧形板45沿所述的旋风子筒体32的周向延伸的角度的范围为20°。

所述排气部件可以具有任何合适的结构，更佳地，所述排气部件34包括排气外管25、排气内管44和连接件39，所述排气外管25包括排气外管筒体38和排气外管锥体37，所述排气外管筒体38安设在所述排气外管锥体37上，所述排气内管44包括排气内管筒体40和排气内管锥体41，所述排气内管筒体40安设在所述排气内管锥体41上，所述排气内管筒体40插设在所述排气外管筒体38中，所述连接件39位于所述排气内管筒体40和所述排气外管筒体38之间并分别连接所述排气内管筒体40和所述排气外管筒体38，所述排气内管锥体41的上部插设在所述排气外管锥体37中，所述排气内管锥体41的下部插设在所述排气外管锥体37中或裸露在所述排气外管锥体37外，所述排气内管锥体41上沿竖向设置有至少两个梯形槽孔42。请参见图4至图6所示，在本发明的一具体实施例中，所述排气内管锥体41的下部裸露在所述排气外管锥体37外。

所述连接件39可以是任何合适的连接件，请参见图4-图6所示，在本发明的一具体实施例中，所述连接件39是固定块。

所述梯形槽孔42的面积与所述排气外管筒体38的截面面积(排气外管筒体38的截面的直径为de2，则截面面积为(de2/2)²*π)的比值可以根据需要确定，更进一步地，所述梯形槽孔42的面积与所述排气外管筒体38的截面面积((de2/2)²*π)的比值为0.5～2.5。请参见图4至图6所示，在本发明的一具体实施例中，所述梯形槽孔42的面积与所述排气外管筒体38的截面面积((de2/2)²*π)的比值为2.2。

所述排气外管25、所述排气内管44和所述旋风子筒体32的相关尺寸，例如直径和高度，可以根据需要确定，更进一步地，所述排气外管筒体38的直径de2与所述排气内管筒体40的直径de1的比值为1.1～1.5；所述排气外管锥体37的下端的直径de2’与所述排气内管锥体41的下端的直径de1’的比值为1.1～1.5；所述排气外管锥体37的高度h3与所述排气内管锥体41的高度h2的比值为0.3～1.0；所述排气内管锥体41的下端的直径de1’与所述旋风子筒体32的直径D的比值为0.1～0.5。请参见图4至图6所示，在本发明的一具体实施例中，所述排气外管筒体38的直径de2与所述排气内管筒体40的直径de1的比值为1.2；所述排气外管锥体37的下端的直径de2’与所述排气内管锥体41的下端的直径de1’的比值为1.3；所述排气外管锥体37的高度h3与所述排气内管锥体41的高度h2的比值为0.6；所述排气内管锥体41的下端的直径de1’与所述旋风子筒体32的直径D的比值为0.3。

所述排污部件23可以具有任何合适的构成，请参见图4所示，在本发明的一具体实施例中，所述排污部件23包括旋风子锥体31、中间灰斗30和排污口29，所述的旋风子筒体32的下部安设在所述旋风子锥体31上，所述旋风子锥体31安设在所述中间灰斗30上，所述中间灰斗30安设在所述排污口29上。

针对高温带压的工况条件，较佳地，本湿法多管旋风分离器1采用碳钢或不锈钢承压外壳，所有开孔及接管均符合GB150-2011《压力容器》的设计及制造标准，并满足TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》等规范要求。在本发明的一具体实施例中，所述湿法多管旋风分离器1采用Q345R碳钢承压外壳。

请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，为了显示及测量下隔板10和下封头6之间形成的储液区的液位高度，在下封头6上安装有液位计7。为了方便移动湿法多管旋风分离器1，上封头16上设置有吊耳15。另外，为了提高安全性，上封头16上还设置有安全阀口17。为了测量湿法多管旋风分离器1内的压力，上封头16上还设置有测压口19。以及为了方便安装湿法多管旋风分离器1，分离器筒体11的外侧面的下部设置有支座24，例如耳式支座。

为了方便检修，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述湿法多管旋风分离器1上开有多个人孔18，分别在上封头16、分离器筒体11、下封头6上各开一个人孔18。

本发明的湿法多管旋风分离器1，可称为湿法高温带压多管旋风分离器，其工作原理是：高温带压含尘气体从文丘里雾化器2的气体入口进入文丘里雾化器2，沉降缓冲罐3内的循环水通过第一高压液泵4从位于文丘里雾化器2的喉管位置的加液口46加入，含尘气体通过文丘里雾化器2的喉管时由于截面积突然减小，气体速度立即变得很大，加入的水在高速气体的冲击下立即被充分雾化，含尘气体和液雾混合后进入分离器筒体11，首先进入上隔板14、下隔板10和分离器筒体11组成的空间内，此时由于气体流速突然降低，气体中的大粒径的粉尘及水滴由于“重力沉降”的作用下落入下隔板10的上表面，水滴及粉尘汇聚在一起，在下隔板10的上表面形成一定厚度的液层，大量水夹带着粉尘通过降液管9流入下隔板10及下封头6之间形成的储液区。

随后含有细微粉尘和水滴的气体进入湿法多管旋风分离器1内的旋风子13，在离心力的作用下，气体中的水滴被甩到壁面，水滴到达壁面后便失去惯性力，大量的水滴集聚在一起后便在旋风子13的壁面上形成一层均匀的液膜，液膜会在重力作用下沿着壁面降落，从旋风子13的排污口29排出，即在旋风子13的壁面上会自上而下形成一层流动液膜。同时细微粉尘在离心力的作用下，可获得加速度为10～150倍(例如，在本发明的一具体实施例中为80倍)的重力加速度g，在极高的离心加速度作用下，粉尘被强制进入旋风子13的壁面的液膜内，即被“液膜吸收”并捕集，粉尘一旦进入液膜便不会因壁面所谓的“二次涡流”夹带至旋风子13的中心环流区而带出。收集下来的细微粉尘随液膜流至旋风子13的排污口29排出，进入下隔板10及下封头6之间形成的储液区。

降液管9底部安装液封装置8，因盲板28将降液管9及外套管26末端封闭，故外套管26内始终维持有100mm～1000mm(例如，在本发明的一具体实施例中为600mm)高度的液体，起到密封作用，从而保证了所有旋风子13均能够正常工作，净化后的气体经气体出口20流出湿法多管旋风分离器1。

下隔板10及下封头6形成的储液区可通过液位计7显示液位高度，当含尘液体到达设定的高液位之后自动打开下封头6的污液排出口处的排污阀，将储液区的污液排到沉降缓冲罐3内，低于设定的低液位后污液排出口处的排污阀自动关闭。污液在沉降缓冲罐3沉降后上部的清液可以循环利用。

本发明的湿法多管旋风分离器1的旋风子13若分别采用图4至图9所示的双进口和双出口的旋风子和美国Buell公司的代表性专利产品B型旋风子，并对两者的分离效率进行对比，在旋风子数量相同、直径同为250mm的条件下，用平均粒径为11.3μm，浓度为10g/Nm³的滑石粉进行测试：

(1)在各个相同进口气速的条件下分离效率比较。测定结果参见图11，由图11可知，在相同进口气速的条件下，采用双进口和双出口的旋风子13比采用B型旋风子分离效率提高2～3％。

(2)在各个相同进口气速的条件下阻力降比较。测定结果参见图12，由图12可知，在相同进口气速的条件下，采用双进口和双出口的旋风子13比采用B型旋风子阻力降要小25～35％。

本发明的湿法多管旋风分离器1与板式洗涤塔对同一气化炉出口粗煤气净化效果进行对比，由图13可知，在相同气量下，本发明的湿法多管旋风分离器1比板式洗涤塔的分离效率提高1.5％～3％。

本发明的湿法多管旋风分离器1与全干法多管旋风分离器(即取消本发明的加液部分)的分离效率进行对比，使用同一含尘空气，即采用平均粒径为11.3μm，浓度为10g/Nm³的滑石粉进行测试，在相同工况下进行测试，测试结果参见图14，在相同进口气速下，本发明的湿法多管旋风分离器1比全干法多管旋风分离器的分离效率提高3％～6％。

中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司(原哈尔滨气化厂)采用PKM气化炉制得的粗煤气(操作压力为2.8MPa，操作温度180～240℃，标态处理气量为80000Nm³/h)在进入CO变换炉之前，首先进入洗涤塔用酚液洗涤，除去粗煤气中的粉尘及焦油等杂质，净化后的煤气经过两台换热器将温度升高到265℃，然后煤气进入变换炉进行CO变换反应。按照CO变换炉的要求，经过洗涤后焦油和粉尘的含量应小于10mg/Nm³，但是由于洗涤塔脱油、除尘不完全，经测定，经过洗涤塔分离后的煤气中含有780mg/Nm³的粉尘及560mg/Nm³的焦油，大量粉尘及焦油的沉积和局部堵塞使气体流动逐渐恶化，影响换热器的传热，同时也导致了变换炉阻力增大，催化剂活性下降，压降高、效率低的后果，缩短了催化剂的使用寿命，造成变换炉CO指标降不下来，大大影响变换能力。由于洗涤塔效率低，每年都要花较大的人力及物力对换热器进行清理，对变换炉进行维护再生。

针对上述问题，在洗涤塔和CO变换系统之间增加本发明的湿法多管旋风分离器1，本湿法多管旋风分离器1的直径为2600mm，高度为8320mm，其中内置26台旋风子13，旋风子13的直径为250mm。

本发明的湿法多管旋风分离器1投入运行后，煤气经过湿法多管旋风分离器1分离后，粉尘含量降至1.0mg/Nm³，焦油的含量降至0.1mg/Nm³，分离效率在99.92％以上，两台换热器换热效果得到了明显的改善，粗煤气进变换炉的温度显著提高，变换炉的床层压差减小了0.20MPa。

从而，本发明人考虑到离心分离机理所限，如欲大幅提高多管旋风对于粒径小于5μm的细微粉尘分离效果，必须改变对细微颗粒的捕集机理，在深入研究干式旋风内部细微颗粒运动规律及剖析湿式旋风内部三相(气体、固体及液体)三维流场后，创新引入旋风内壁“液膜吸收”对细微粉尘颗粒的捕集机理，细微颗粒在强大离心力作用下迅速被液膜粘附，进入液体内部被吸收，并在重力场作用下快速排出旋风。本发明的湿法多管旋风分离器1即是利用离心场及液体吸收的共同作用机理，大幅提高了分离器对细微颗粒的捕集效率。

本湿法多管旋风分离器1前置了一台文丘里雾化器2，可将液体雾化后与气体中的粉尘颗粒充分混合，粉尘颗粒被液体粘附并包裹后，细微粉尘颗粒的有效粒径成倍增大，非常适合被旋风子有效捕集，从而提高了分离器的分离效果。

本湿法多管旋风分离器1内部旋风子13采用一种带有切流式双进口和环流式双出口的高效旋风子，在旋风子13的头部结构(即旋风子筒体32以上部分)进行了较大改进，首先采用异形进口与导流弧形板组成的渐缩型导流式进口，导流弧形板与旋风子筒体32的顶部设置了一个间隙，这种结构使旋风进口气流分布规律符合准自由涡(V_θ/r＝Const)，即促使进口气流趋向稳定的圆周运动，这样可以避免产生靠近器壁的外层气流向内流动，阻滞粉尘颗粒流向排气管，极大地消弱了“纵向旋涡流”，有利于分离效率的提高。其次采用了内、外双层结构的排气管即排气部件34，排气内管锥体41上设置了若干个梯形槽孔42；通过旋风子内流场及浓度场的研究表明，“上涡流(或称短路流)”主要集中在排气管的下部区域，本发明的排气内管锥体41的下端口直径较其他旋风可设计的更小，原因是梯形槽孔42增大了排气管的有效面积且降低了旋风阻力，同时排气外管25对排气内管44提供了保护及整流作用，所以“上涡流(或称短路流)”对本结构形式的效率影响亦大为减小。可以说本发明是针对两个主要影响旋风效率的二次涡流均做到了尽可能地消除。在相同的工艺条件下，它比美国Buell专利产品B型旋风子的阻力可降低约25～35％，效率可提高2～3％，同时它操作弹性大、结构简单、适应性强、成本较低。尤其适用于要求单台处理量大、阻力低且需要分离效率高的工况条件。

因此，本发明的湿法多管旋风分离器1，创新地引入旋风内壁“液膜吸收”对细微颗粒的捕集机理，同时其内部的旋风子13采用切流式双进口和环流式双出口的结构，在离心场及液体吸收的共同作用下，大幅提高了分离器的分离效率。适用于高温带压的操作条件，对于浓度高、粉尘粒径小(小于5～10μm)且易磨损易粘附易堵塞等工况条件，其分离效率高达99.99％以上，特别适用于易燃易爆或有毒有害气体(如气化炉出口粗煤气、有机硅含尘合成气及多晶硅含尘合成气等等)的净化，解决各类洗涤塔分离效果不佳、耗液量过高、频繁检修及设备投资大等问题，确保后续系统能够长期稳定运行。

本发明充分结合了多管旋风除尘和湿法除尘的优点，具有耗液量少、分离效率高、运行阻力小、无需检修、设备体积小且一次性投资成本低等优点，可以满足各种工况条件并取代洗涤塔。

综上，本发明的湿法多管旋风分离器能有效去除气体中的粉尘颗粒和其它杂质，对于高浓度、小粒径(小于5～10μm)粉尘分离效率高达99.99％以上，进一步地，其能适用于高温带压、易磨损易粘附易堵塞等工况条件，特别适用于易燃易爆或有毒有害的气体净化，且设计巧妙，结构简洁，设备体积小，制造及维护成本低，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (10)

1.一种湿法多管旋风分离器，包括分离器筒体、上隔板、下隔板、气体进口和气体出口，所述上隔板和所述下隔板相互间隔设置在所述分离器筒体的内部，所述气体进口安设在所述上隔板和所述下隔板之间的所述分离器筒体的外侧壁上并与所述分离器筒体的内部气路连通，所述气体出口安设在所述上隔板上的所述分离器筒体的外侧壁上并与所述分离器筒体的内部气路连通，其特征在于，所述湿法多管旋风分离器还包括多个旋风子，所述旋风子位于所述上隔板和所述下隔板之间，所述旋风子的排气部件插设在所述上隔板中，所述旋风子的排污部件插设在所述下隔板中，所述旋风子的进气部件位于所述上隔板和所述下隔板之间。

2.如权利要求1所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述湿法多管旋风分离器还包括文丘里雾化器，所述文丘里雾化器连接所述气体进口并与所述气体进口气路连通，所述文丘里雾化器的喉管位置设置有加液口。

3.如权利要求1所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述湿法多管旋风分离器还包括雾化喷头和雾化补液口，所述雾化补液口插设在所述上隔板和所述下隔板之间的所述分离器筒体的侧壁中，所述雾化喷头位于所述上隔板和所述下隔板之间并管路连通所述雾化补液口。

4.如权利要求1所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述湿法多管旋风分离器还包括液封装置和降液管，所述降液管的上端插设在所述下隔板的未插设所述排污部件的位置中，所述液封装置设置在所述降液管的下端用于液封所述的降液管的下端。

5.如权利要求4所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述液封装置包括外套管和盲板，所述外套管套设在所述的降液管的下端上，所述的降液管的下端的侧壁设置有至少一个通孔，所述盲板封闭所述的降液管的下端的端面和所述外套管的下端的端面。

6.如权利要求1所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述进气部件安设在所述旋风子的旋风子筒体的外侧面的上部并与所述旋风子筒体的内部气路连通，所述排气部件插设在所述旋风子筒体的顶部中并与所述的旋风子筒体的内部气路连通，所述旋风子筒体的下部安设在所述排污部件上且所述排污部件与所述的旋风子筒体的内部气路连通。

7.如权利要求6所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述进气部件包括第一切向进气口和第二切向进气口，所述第一切向进气口和所述第二切向进气口呈旋转重叠设置，所述第一切向进气口和所述第二切向进气口均与所述的旋风子筒体的外侧面的上部相切。

8.如权利要求7所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述进气部件还包括第一导流弧形板，所述第一导流弧形板从所述第一切向进气口与所述旋风子筒体相切的位置沿所述旋风子筒体的周向并远离所述第一切向进气口的进口端延伸；和/或，第二导流弧形板，所述第二导流弧形板从所述第二切向进气口与所述旋风子筒体相切的位置沿所述旋风子筒体的周向并远离所述第二切向进气口的进口端延伸。

9.如权利要求8所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述第一导流弧形板的顶部距离所述的旋风子筒体的顶部之间具有第一间隙，所述第二导流弧形板的顶部距离所述的旋风子筒体的顶部之间具有第二间隙。

10.如权利要求6所述的湿法多管旋风分离器，其特征在于，所述排气部件包括排气外管、排气内管和连接件，所述排气外管包括排气外管筒体和排气外管锥体，所述排气外管筒体安设在所述排气外管锥体上，所述排气内管包括排气内管筒体和排气内管锥体，所述排气内管筒体安设在所述排气内管锥体上，所述排气内管筒体插设在所述排气外管筒体中，所述连接件位于所述排气内管筒体和所述排气外管筒体之间并分别连接所述排气内管筒体和所述排气外管筒体，所述排气内管锥体的上部插设在所述排气外管锥体中，所述排气内管锥体的下部插设在所述排气外管锥体中或裸露在所述排气外管锥体外，所述排气内管锥体上沿竖向设置有至少两个梯形槽孔。