CN110227299B - 一种叶片式气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片式气液分离器，包括上部设有进气口和出气口、底部设有排污口、内部设有分离机构和出气管道的分离罐，所述分离机构包括同轴设置的旋流叶片和开缝管，所述出气管道一端连通出气口，另一端连通开缝管，出气管道和开缝管相互连接形成的整体穿过旋流叶片轴心，开缝管上的缝隙顶端不超过旋流叶片上端面。通过对起分离作用的分离机构的结构设计，结合了三种分离原理，优化了分离顺序，既能够有效避免液滴飞溅、二次夹带等现象，进而提高分离效率，又能够大大缩小气液分离器的占用空间。本发明旋流叶片所需要的叶片数量极少，气液混合流流经线路短，气流折弯角度小，大大降低了气流的压力损耗。

Description

一种叶片式气液分离器

技术领域

本发明涉及气液分离器技术领域，更具体地，涉及一种新型结构的叶片式气液分离器。

背景技术

在实际生产过程中，对锅炉蒸汽的品质有着严格要求。锅炉蒸汽的质量直接影响后续流程的正常进行，为了提高蒸汽的质量并将其应用于生产和生活中，需要在锅炉内增设气液分离器来分离蒸汽中的水分，以保证后续设备的安全运行并满足用户的需求。锅炉中水被加热后以汽水混合物的形式进入汽包，进入汽包内的汽水混合物一方面将热量传给汽包内壁以克服锅炉启停时汽包上下壁温差过大的问题，可以较快的启动；另一方面经气液分离器将汽水分离，分离出来的蒸汽被引至过热器。此过程的关键在于气液分离器的性能，锅炉的给水中含有一定盐分，随着给水在汽包内不断蒸发过程中，水中的盐分浓度不断增加，导致蒸汽会携带这部分高浓度的水进入过热器，在继续加热的过程中，水不断蒸发而盐分沉积在过热器表面形成盐垢，进而降低了烟气向蒸汽的传热效率，同时盐垢还会造成过热器管壁局部过热，最终导致胀管甚至爆管。此外携带有液滴的蒸汽进入后续的汽轮机叶片后，会使得汽轮机被迫低负荷运行且产生较大振动，影响机组正常运行。

除应用在锅炉汽包外，气液分离技术还应用于其他领域，如合成氨产业中原料气的净化，发电厂烟气脱硫、天然气开采及运输过程、加氢装置循环使用的氢气脱硫、尾气除尘回收等都需要对气体中的液滴进行消除以减少对设备的损坏和对生产的影响。因此，在这些领域的生产过程中均安装气液分离器以提高产品质量，降低成本。

在生产中增设气液分离器的目的是为了处理含有少量液滴的气体，实现气体的净化或液相介质的回收利用，其结构一般是一个压力容器，设有进气口、液滴分离构件、出气口以及排液口，一般气相由上部出口排出，液相由下部收集。气液分离器可安装在锅炉汽包内以保证锅炉蒸汽的品质以及各种气体水洗塔，解析塔的气相除雾过程中等。工业中较为常用的气液分离方法有重力沉降、惯性分离、离心分离、过滤分离和填料分离。重力沉降的原理是利用气液两相的密度差，两相一起流动过程中，受重力的作用液相向下运动而气相保持原来方向运动，导致气液两相分离，其原理如图1所示，图中1为气液混合流，2为气体，3为液体。惯性分离的原理是液体与气体的密度相差大，在气液混合物一起流动过程中碰到障碍阻挡时，气体会沿着障碍物继续向前而液体由于自身的惯性还会保持原来运动的方向，当其撞到障碍物上时由于重力的作用，液体会向下汇集并由排液管排出，其原理如图2所示，图中1为气液混合流，2为气体，3为液体。离心分离主要指气液旋流分离，利用离心力将气体中的液滴杂质分离出来，其原理跟惯性分离类似也是利用气液的密度进行分离，如图3所示，图中1为气液混合流，2为气体，3为液体，4为外部气旋，5为内部气旋，由于气液的密度不同，液滴受到的离心力大于气体，导致液滴与气相产生分离倾向。

由于气体内液滴的粒径尺寸大小不一，其分布方式也各有异同，所以气液分离器的形式多种多样，其分离效率也存在很大的差距，而且使用的范围也各不相同，近年来对其的开发研究也呈上升的趋势，随着工业化发展气液分离器应用的范围越来越广，对其的开发研究也有重大的意义。查阅相关文献资料可以了解到，气液分离器分离效率不仅与分离装置的性能有关，还受入口介质特性的影响，包括含液浓度、液滴粒径和入口气量等。

现有的大部分气液分离器虽然分离效率高但压降也比较高同时可分离的液滴最小粒径也较大，气液分离不只是要考虑液滴的分离效率，在气体通过分离机构后气体的压降及气速也是需要考虑的问题，压降过大则会影响后续的生产，所以开发研究一种分离效率高且压降小的气液分离器对工业生产有很大的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种分离效率高且压降小的新型叶片式气液分离器，将离心、惯性和重力三种原理结合起来，以达到提高分离效率同时降低压降的目的。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种叶片式气液分离器，所述气液分离器包括分离罐，所述的分离罐上部设有进气口和出气口、底部设有排污口、内部设有分离机构和出气管道，所述分离机构包括同轴设置的旋流叶片和开缝管，所述出气管道一端连通出气口，另一端连通开缝管，出气管道和开缝管相互连接形成的整体穿过旋流叶片的轴心，开缝管上的缝隙的顶端不超过旋流叶片上端面。

现有的气液分离器一般只采用一种或两种分离原理相结合的方式对气液两相进行分离，本发明有别于现有的气液分离器，将重力分离、惯性分离以及离心分离三者相结合：气液混合流从进气口进入分离罐后，依次经过旋流叶片和开缝管，最后由出气口排出净化后的气体、由排污口排出分离出来的液体；气液混合流经过旋流叶片产生旋流对气液进行初步的离心分离，再经由开缝管旋流方向发生改变对气液进行进一步的惯性分离，最后经由出气管道向出气口排出经过分离的气流，离心分离和惯性分离的过程中被分离出来的液滴从排污口排出。重力分离是贯穿在整个分离过程中，一方面大液滴在跟随气流流动过程中在重力的作用下下降至分离器底部；另一方面经由离心和惯性分离至壁面的液滴在重力的作用下流至分离器底部。本发明的气液分离器通过对起分离作用的分离机构的结构设计，结合了三种分离原理，优化了分离顺序，既能够有效避免液滴飞溅、二次夹带等现象，又能够大大缩小气液分离器的占用空间。开缝管的缝隙顶端不超过旋流叶片上端面确保气液混合流先经旋流叶片离心分离再经开缝管惯性分离。与传统的开缝不同，传统开缝是为了减少短路流的存在，本发明中开缝管的设置一方面改变了旋流方向，对小粒径液滴进一步分离；另一方面有效减少了二次夹带和液滴飞溅，进而提高分离效率。本发明旋流叶片所需要的叶片数量极少，气液混合流流经线路短，气流折弯角度小，大大降低了气流的压力损耗。

所述开缝管的缝隙与开缝管径向之间的角度为30°～60°范围。所述缝隙的数量跟开缝总面积与旋流叶片入口截面积的比值有关。开缝总面积与旋流叶片入口截面积比值为0.5-0.7，开缝总面积决定了开缝数量，每条缝的宽度为2-4mm。

所述旋流叶片包括6～8片绕出气管道外壁均布的叶片。所述叶片的倾斜角为26°～30°。本发明中的旋流叶片仅起导向作用，而现有技术中旋流叶片数量一般为30-40片，排列密集，对气流中的液滴起到拦截作用但气流流经过程压力损耗较大。

所述分离机构还包括与分离罐内壁相距130mm-180mm设置的筒状的分离筒，所述旋流叶片和开缝管同轴设置于分离筒内部且旋流叶片的外侧延伸至分离筒内壁。一方面，分离筒与分离罐内壁相距设置，气液混合流从进气口进入分离罐后，保持原来的方向运动到旋流叶片上方，在这过程中，气液混合流中的部分液滴受重力作用开始向下运动，在进行旋流叶片的离心分离之前形成初步的重力分离；另一方面，旋流叶片的外侧延伸至分离筒内壁，即分离筒内壁紧贴旋流叶片外侧设置，气液混合流经由旋流叶片离心分离过程中，又有一部分液滴受离心力作用向外周运动，这时分离筒可以对这部分液滴起引流作用，避免液滴四处飞溅导致二次夹带。

所述分离机构还包括覆盖于分离筒下端面的下挡板，所述下挡板上设有位于分离筒内且靠近分离筒内壁的下液口。下挡板的设置使得气液混合流必须经过旋流叶片离心分离才能经由开缝管惯性分离并从出气管道流向出气口，避免部分气液混合流直接绕过旋流叶片从分离筒与分离罐内壁之间流向开缝管，保证分离效果。为避免从下挡板上的下液口流向排污口的液滴溅起，所述下液口连接有向下延伸的下液管，对从下液口流下的液滴进行引流。

所述分离机构还包括连接分离筒的上沿与分离罐内壁的上挡板。一方面，上挡板可以承接气液混合流从进气口流进过程中部分受重力作用向下运动的液滴，防止这些液滴直接向下运动至排污引起飞溅导致二次夹带；另一方面，上挡板的设置还可以避免气液混合流从进气口进来后进入分离筒与分离罐内壁之间的区域形成扰流，缩短气液混合流在分离罐中流程，提高分离效率。

所述分离罐包括圆筒状的罐体和分别连接于罐体上下端的上封头和下封头，进气口和出气口设置于罐体的上部，所述排污口设置于下封头底部，所述旋流叶片和开缝管设置于罐体内并与罐体同轴设置。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：

本发明的气液分离器通过对起分离作用的分离机构的结构设计，结合了三种分离原理，优化了分离顺序，既能够有效避免液滴飞溅、二次夹带等现象，又能够在保证处理量的同时大大缩小气液分离器的占用空间。开缝管的设置一方面改变了旋流方向，对小粒径液滴进一步分离；另一方面有效减少了二次夹带和液滴飞溅，进而提高分离效率。本发明旋流叶片所需要的叶片数量极少，气液混合流流经线路短，气流折弯角度小，大大降低了气流的压力损耗。

附图说明

图1是重力分离原理图；

图2是惯性分离原理图；

图3是离心分离原理图；

图4是叶片式气液分离器的结构示意图；

图5是图4叶片式气液分离器的A-A向剖视图；

图6是图4叶片式气液分离器的B-B向剖视图。

附图标记说明：分离罐100，罐体110，进气口111，出气口112，上封头120，下封头130，排污口131，分离机构200，旋流叶片210，开缝管220，分离筒230，下挡板240，下液管250，上挡板260，出气管道300。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图4～5所示，一种新型结构的叶片式气液分离器，包括上部设有进气口111和出气口112、底部设有排污口131、内部设有分离机构200和出气管道300的分离罐100，所述分离机构200包括旋流叶片210和开缝管220，所述出气管道300一端连通出气口112，另一端连通开缝管220，出气管道300和开缝管220相互连接形成的整体穿过旋流叶片210轴心，开缝管220上的缝隙顶端不超过旋流叶片210上端面。

现有的气液分离器一般只采用一种或两种分离原理相结合的方式对气液进行分离，本发明有别于现有的气液分离器，将重力分离、惯性分离以及离心分离三者相结合：气液混合流从进气口111进入分离罐100后，依次经过旋流叶片210和开缝管220，最后由出气口112排出分离出来的气体、由排污口131排出分离出来的液体；气液混合流经过旋流叶片210产生旋流对气液进行初步的离心分离，再经由开缝管220旋流方向发生改变对气液进行进一步的惯性分离，最后经由出气管道300向出气口112排出经过分离的气流，离心分离和惯性分离的过程中被分离出来的液滴从排污口131排出。重力分离是贯穿在整个分离过程中，一方面大液滴在跟随气流流动过程中在重力的作用下下降至分离器底部；另一方面经由离心和惯性分离至壁面的液滴在重力的作用下流至分离器底部。本发明的气液分离器通过对起分离作用的分离机构200的结构设计，结合了三种分离原理，优化了分离顺序，既能够有效避免液滴飞溅、二次夹带等现象，又能够大大缩小气液分离器的占用空间。开缝管220的缝隙顶端不超过旋流叶片210上端面确保气液混合流先经旋流叶片210离心分离再经开缝管220惯性分离。与传统的开缝不同，传统开缝是为了减少短路流的存在，本发明中开缝管220的设置一方面改变了旋流方向，对小粒径液滴进一步分离；另一方面有效减少了二次夹带和液滴飞溅，进而提高分离效率。本发明旋流叶片210所需要的叶片数量极少，气液混合流流经线路短，气流折弯角度小，大大降低了气流的压力损耗。

如图6所示，从开缝管220的横截面看，所述开缝管220的缝隙与开缝管220径向之间的角度α为30°～60°，优选45°。所述缝隙的数量跟开缝总面积与旋流叶片210入口截面积的比值有关。开缝总面积与旋流叶片210入口截面积比值为0.5-0.7，开缝总面积决定了开缝数量，每条缝的宽度为2-4mm(与出气管道300的直径呈正相关关系)。

所述旋流叶片210包括6-8片绕出气管道300外壁均布的叶片。所述叶片的倾斜角为26-30度。本发明中的旋流叶片210仅起导向作用，而现有技术中旋流叶片数量一般为30-40片，排列密集，对气流中的液滴起到拦截作用但气流流经过程压力损耗较大，两者的倾斜角基本一致均控制在26-30度范围内。

所述分离机构200还包括与分离罐100内壁相距130mm-180mm设置的筒状的分离筒230，所述旋流叶片210和开缝管220同轴设置于分离筒230内部且旋流叶片210的外侧延伸至分离筒230内壁。一方面，分离筒230与分离罐100内壁相距设置，气液混合流从进气口111进入分离罐100后，保持原来的方向运动到旋流叶片210上方，在这过程中，气液混合流中的部分液滴受重力作用开始向下运动，在进行旋流叶片210的离心分离之前形成初步的重力分离；另一方面，旋流叶片210的外侧延伸至分离筒230内壁，即分离筒230内壁紧贴旋流叶片210外侧设置，气液混合流经由旋流叶片210离心分离过程中，又有一部分液滴受离心力作用向外周运动，这时分离筒230可以对这部分液滴起引流作用，避免液滴四处飞溅导致二次夹带。

所述分离机构200还包括覆盖于分离筒230下端面的下挡板240，所述下挡板240上设有位于分离筒230内且靠近分离筒230内壁的下液口。下挡板240的设置使得气液混合流必须经过旋流叶片210离心分离才能经由开缝管220惯性分离并从出气管道300流向出气口112，避免部分气液混合流直接绕过旋流叶片210从分离筒230与分离罐100内壁之间流向开缝管220，保证分离效果。为避免从下挡板240上的下液口流向排污口131的液滴溅起，所述下液口连接有向下延伸的下液管250，对从下液口流下的液滴进行引流。下液口和下液管的数量可根据实际需要进行设置。

所述分离机构还包括连接分离筒230上沿与分离罐100内壁的上挡板260。一方面，上挡板260可以承接气液混合流从进气口111流进过程中部分受重力作用向下运动的液滴，防止这些液滴直接向下运动至排污引起飞溅导致二次夹带；另一方面，上挡板260的设置还可以排除气液混合流从进气口111进来后在分离筒230与分离罐100内壁之间形成扰流，缩短气液混合流在分离罐100中流程，提高分离效率。

所述分离罐100包括圆筒状的罐体110和分别连接于罐体110上下端的上封头120和下封头130，进气口111和出气口112设置于罐体110的上部，所述排污口131设置于下封头130底部，所述旋流叶片210和开缝管220设置于罐体110内并与罐体110同轴设置。

所述分离机构经试验测得其在液滴粒径小于15μm，含液质量浓度1000mg/m³，气体流量700-900m³/h的工况下分离效率可达90％以上，气体进出口压力降为900-1000Pa。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种叶片式气液分离器，其特征在于，所述气液分离器包括分离罐，所述分离罐上部设有进气口和出气口、底部设有排污口、内部设有分离机构和出气管道，所述分离机构包括同轴设置的旋流叶片和开缝管，所述出气管道一端连通出气口，另一端连通开缝管，出气管道和开缝管相互连接形成的整体穿过旋流叶片的轴心，开缝管上的缝隙的顶端不超过旋流叶片上端面；

所述分离机构还包括与分离罐内壁相距一定距离设置的筒状的分离筒，所述旋流叶片和开缝管同轴设置于分离筒内部且旋流叶片的外侧延伸至分离筒内壁；

所述分离机构还包括覆盖于分离筒下端面的下挡板，所述下挡板上设有位于分离筒内且靠近分离筒内壁的下液口；

所述分离机构还包括连接分离筒的上沿与分离罐内壁的上挡板；

所述旋流叶片包括4～8片绕出气管道外壁均布的叶片。

2.根据权利要求1所述的叶片式气液分离器，其特征在于，所述下液口连接有向下延伸的下液管。

3.根据权利要求1或2所述的叶片式气液分离器，其特征在于，所述分离罐包括圆筒状的罐体和分别连接于罐体上下端的上封头和下封头，进气口和出气口设置于罐体的上部，所述排污口设置于下封头底部，所述旋流叶片和开缝管设置于罐体内并与罐体同轴设置。

4.根据权利要求1或2所述的叶片式气液分离器，其特征在于，所述开缝管的缝隙与开缝管径向之间的角度为30°～60°。

5.根据权利要求1或2所述的叶片式气液分离器，其特征在于，所述开缝管的开缝总面积与旋流叶片入口截面积比值为0.4～0.8，缝隙的宽度为2～6mm。

6.根据权利要求1或2所述的叶片式气液分离器，其特征在于，所述旋流叶片的叶片倾斜角为24°～32°。

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