CN110846084B - 一种粉尘分离回收设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉尘分离回收设备及方法，设备包括：外壳1、高温气固分离器2、内锥封头3、冷却装置4和气液分离器5；外壳1包括依次相连的上封头11、直筒段12，下锥封头13；内锥封头3设置在外壳1内，与直筒段12在其中上部相连；高温气固分离器2位于高温区内并在内锥封头3上部，高温气固分离器2包含合成气入口连接件21、内件支撑件22、高温气固离心分离元件23；冷却装置4包含冷却器41和气水下降管42；气液分离器5位于内锥封头3下部，气液分离器5的气液入口设置在其中部，气液分离器5分离后的气体出口设置在其上部并与直筒段12的低温气出口19相连。本发明可以实现对高温气体中的粉尘进行分离并降温回收。
Description
技术领域
本发明涉及气体净化除尘技术领域，尤其适用于需要对含尘高温合成气进行粉尘分离和回收的煤化工领域，尤指一种粉尘分离回收设备及方法。
背景技术
在煤化工领域，对于全废锅流程工艺，经过辐射废锅换热从气化炉出来的合成气出来的温度为600℃～800℃，此粗合成气中含有大量的粉尘，同时粉尘在此温度下有一定的粘度，后续工段利用此合成气来生产饱和蒸汽或过热蒸汽的时候由于气体中粉尘含量太大，经常引起设备的堵塞，导致整套工艺不能够长周期的运行，对合成气中粉尘的处理成为此工艺路线的技术瓶颈。
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。
干法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。
湿法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旋风子，进而影响分离效果。(2)该除尘器的结构不适用于高温带压的工况，同时对高浓度粉尘分离效果差，使用具有局限性。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种粉尘分离回收设备及方法，能有效去除气体中的粉尘颗粒和其它杂质，以解决现有技术中的合成气中粉尘含量过高使得后续工段设备堵塞的问题，从而增加化工装置的经济效益。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种粉尘分离回收设备，所述粉尘分离回收设备包括：外壳1、高温气固分离器2、内锥封头3、冷却装置4和气液分离器5；
所述外壳1包括依次相连的上封头11、直筒段12，下锥封头13；下锥封头13和直筒段12下段共同形成洗涤池；直筒段12下部设有松动风入口16、冷却水入口17、黑水出口18和低温气出口19；所述上封头11中心设置有高温合成气出口14，直筒段12上部设置有合成气入口15，或者，高温合成气出口14设置在直筒段12上，合成气入口15设置在上封头11；
所述内锥封头3设置在外壳1内，与直筒段12在其中上部相连，把外壳1分成高温区和低温区；
所述高温气固分离器2位于高温区内并在内锥封头3上部，高温气固分离器2包含合成气入口连接件21、内件支撑件22、高温气固离心分离元件23；内件支撑件22与直筒段12连接，高温气固离心分离元件23上端固定在内件支撑件22上；
所述冷却装置4包含冷却器41和气水下降管42；内锥封头3的下端与冷却装置4上端相连；从冷却水入口17过来的冷却水通过冷却器41喷入气水下降管42的上端；
所述气液分离器5位于内锥封头3下部，气液分离器5的气液入口设置在其中部，气液分离器5分离后的气体出口设置在其上部并与直筒段12的低温气出口19相连。
可选的，所述合成气入口连接件21包含连接接管211和气体分布器212；连接接管211与合成气入口15相连，气体分布器212上部固定在内件支撑件22上，气体分布器212下部尾端用球封头封死；高温气固离心分离元件23的合成气入口与气体分布器213相连。
可选的，所述内件支撑件22形状为蝶形封头和/或平封头。
可选的，所述高温气固离心分离元件23在圆周方向上空间均布。
可选的，所述内锥封头3的锥角要小于需要分离的粉尘的安息角；内锥封头3的下部设置3～4个松动风口，松动风入口16设置在低温区的直筒段上；所述冷却器41结构为激冷环或者多个喷嘴均布。
可选的，所述气水下降管42的下端部是锯齿状，和/或气水下降管42的下端低于最低液位不少于500mm。
可选的，所述气液分离器5的分离液体出口的低端低于最低液位不少于100mm；所述气液分离器5为离心分离或者其它物理型式分离。
可选的，所述高温气固离心分离元件23为多个，所述高温气固离心分离元件23当一层均布不能布下可为两层均布。
可选的，所述上封头11、直筒段12和内锥封头3组成的高温区内附有隔热耐磨材料。
本发明实施例还提供了一种粉尘分离回收方法，所述方法包括：
步骤301：含粉尘合成气从合成气入口15进入合成气入口连接件21，在合成气入口连接件21的末端分配到多个高温气固离心分离元件23；
步骤302：高温含尘合成气在高温气固离心分离元件23内部进行气固分离，干净合成气从高温气固离心分离元件23上部出去，进入内件支撑件22与直筒段12、上封头11形成的分离上腔并从上封头11的高温合成气出口14进入下游；
步骤303：被分离出来的粉尘从高温气固离心分离元件23下部进入内件支撑件与直筒段12、内锥封头3形成的分离下腔，从内锥封头3底部进入冷却装置4；
步骤304：在冷却装置4中合成气和粉尘被从冷却水入口过来的经冷却器41喷出的冷却水降温润湿，合成气和粉尘从冷却装置4的气水下降管42底部进入洗涤池；
步骤305：在洗涤池中，合成气中粉尘被水洗涤出来，通过黑水出口18和冷却水一起进入下游再次处理；洗涤后的合成气从洗涤池上部出来后进入气液分离器5，合成气中分离的水再次进入洗涤池，合成气从低温气出口19进入下游。
与现有技术相比，本发明实施例提供的粉尘分离回收设备及方法，可以对高温气体中的粉尘进行分离并降温回收，特别是对于在高温下有一定粘性的粉尘，本发明有很好的分离效果，同时设备利用冷却水洗涤合成气吸收粉尘，粉尘的温度也从高温降到了200℃温度，便于粉尘后续工段的处理。根据本发明实施例的粉尘分离回收设备及方法能够对合成气中的粉尘进行分离，使得分离后的合成气在后续设备使用时能够不堵塞设备，满足煤化工气化装置安全连续运行的要求。本发明实施例的粉尘分离回收设备具有粉尘分离效果好，结构紧凑等优点，尤其适合于气流床全废锅煤气化工艺产生的高温合成气粉尘分离回收。本发明实施例的粉尘分离回收设备设计巧妙，结构简洁，制造及维护成本低。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的粉尘分离回收设备的结构示意图。
图2为本发明实施例的高温气固离心分离元件均布示意图。
图中：
1-外壳，11-上封头，12-直筒段，13-下锥封头，14-高温合成气出口，15-合成气入口，16-松动风入口，17-冷却水入口，18-黑水出口，19-低温气出口，2-高温气固分离器，21-合成气入口连接件，211-连接接管，212-气体分布器，22-内件支撑件，23-高温气固离心分离元件，3-内锥封头，4-冷却装置，41-冷却器，42-气水下降管，5-气液分离器，7-最低液位。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1所示，为本发明实施例提供的粉尘分离回收设备的结构示意图。所述粉尘分离回收设备包括：外壳1、高温气固分离器2、内锥封头3、冷却装置4和气液分离器5。
所述外壳1从上到下依次包括上封头11、直筒段12，下锥封头13，外壳能够承受一定的压力和温度；下锥封头13和直筒段12下段共同形成洗涤池，里面有一定高度的液体，用来给含尘气体进行洗涤除尘。在本实施例中，上封头11中心有高温合成气出口14，直筒段12上部有合成气入口15，直筒段下部有松动风入口16、冷却水入口17、黑水出口18和低温气出口19；
内锥封头3在外壳承压腔内，与直筒段12在其中上部相连，把外壳1分成高温区和低温区；上封头11、直筒段12和内锥封头3组成的高温区内附有隔热耐磨材料，以保护高温区的承压件使用温度不超过设计温度；
高温气固分离器2位于高温区内并在内锥封头3上部，高温气固分离器2包含合成气入口连接件21、内件支撑件22、多个高温气固离心分离元件23；合成气入口连接件21包含连接接管211和气体分布器212；合成气入口连接件21上的连接接管211与合成气入口15相连，气体分布器212上部固定在内件支撑件22上，气体分布器212下部尾端用球封头封死；
内件支撑件22与直筒段12连接，所述内件支撑件22形状可以是蝶形封头也可以平封头的，或者两者的结合；
高温气固离心分离元件23的合成气入口设置在侧部，高温气体经过离心分离后，干净气体从高温气固离心分离元件23上部出去，被分离的粉尘从高温气固离心分离元件23下部出去；
高温气固离心分离元件23的合成气入口与气体分布器212相连，高温气固离心分离元件23上端固定在支撑件上；所述高温气固离心分离元件23的数量可为2～12个。
高温气固离心分离元件23的数量根据工艺计算所需的分离效率确定，高温气固离心分离元件23在圆周方向上空间均布，如图2所示；
内锥封头3的锥角要小于需要分离的粉尘的安息角；内锥封头3的下部设置3～4个松动风口，松动风口的入口设置在低温区的直筒段上；内锥封头3的下端与冷却装置4上端相连；冷却装置4包含冷却器41和气水下降管42；冷却器41结构可以是激冷环也可以是多个喷嘴均布，从冷却水入口17过来的冷却水通过冷却器41喷入气水下降管42的上端；气水下降管42的下端部是锯齿状；气水下降管42的下端应低于最低液位7不少于500mm；
气液分离器5位于内锥封头3下部，气液分离器5气液入口设置在气液分离器中部，气液分离器5分离后的气体出口设置在上部并与直筒段低温气出口19相连；气液分离器5的分离液体出口的低端低于最低液位7不少于100mm；气液分离器5要求能够对气液进行分离，气体中的液体分离至少100％；气液分离器5可采用离心分离或者其它物理型式分离，但需满足分离效果；作为一种技术改进，当所需的高温气固离心分离元件23个数较多时，圆周方向上空间均布不下时，可以把高温气固离心分离元件23做成两层均布；作为一种技术改进，高温合成气出口14可以设置在直筒段12上，合成气入口15设置在上封头11。
本发明实施例还提供了一种粉尘分离回收方法，所述方法包括以下步骤：
步骤301：含粉尘合成气从合成气入口15进入合成气入口连接件21，在合成气入口连接件21的末端分配到多个高温气固离心分离元件23；
步骤302：高温含尘合成气在高温气固离心分离元件23内部进行气固分离，干净合成气从高温气固离心分离元件23上部出去，进入内件支撑件22与直筒段12、上封头11形成的分离上腔并从上封头11的高温合成气出口14进入下游；
步骤303：被分离出来的粉尘从高温气固离心分离元件23下部进入内件支撑件与直筒段12、内锥封头3形成的分离下腔，从内锥封头3底部进入冷却装置4；
步骤304：在冷却装置4中合成气和粉尘被从冷却水入口过来的经冷却器41喷出的冷却水降温润湿，合成气和粉尘从冷却装置4的气水下降管42底部进入洗涤池；
步骤305：在洗涤池中，合成气中粉尘被水洗涤出来，通过黑水出口18和冷却水一起进入下游再次处理；洗涤后的合成气从洗涤池上部出来后进入气液分离器5，合成气中分离的水再次进入洗涤池，合成气从低温气出口19进入下游。
在本方法中，还包括：一直从松动风口16往内锥封头3下部通入惰性气体的步骤，防止分离出来的粉尘在内锥封头3上架桥。
在本发明实施例中，冷却器41结构可以是激冷环也可以是多个喷嘴均布，从冷却水入口17过来的冷却水通过冷却器41喷入气水下降管42的上端；气水下降管42的下端部是锯齿状；气水下降管42的下端应低于最低液位7不少于500mm。
下面参考图1描述根据本发明实施例的高温粉尘分离回收设备的工作过程。
从上游来的600℃～800℃含粉尘合成气从合成气入口15进入合成气入口连接件21，在合成气入口连接件21的末端分配到多个高温气固离心分离元件23，高温含尘合成气在高温气固离心分离元件23内部进行气固分离，干净合成气从高温气固离心分离元件23上部出去，进入内件支撑件22与直筒段12、上封头11形成的分离上腔并从上封头11的高温合成气出口14进入下游。
被分离出来的粉尘从高温气固离心分离元件23下部进入内件支撑件与直筒段12、内锥封头3形成的分离下腔，从内锥封头3底部进入冷却装置4，在冷却装置4中合成气和粉尘被从冷却水入口过来的经冷却器41喷出的冷却水降温润湿，合成气和粉尘从冷却装置4的气水下降管42底部进入洗涤池。在洗涤池中，合成气中粉尘被水洗涤出来，通过黑水出口18和冷却水一起进入下游再次处理。洗涤后的合成气从洗涤池上部出来后进入气液分离器5，合成气中分离的水再次进入洗涤池，合成气从低温气出口19进入下游。
在工作过程中，一直从松动风口16往内锥封头3下部通入惰性气体，防止分离出来的粉尘在内锥封头3上架桥。
根据本发明实施例的粉尘分离回收设备可以对高温气体中的粉尘进行分离并降温回收，特别是对于在高温下有一定粘性的粉尘，本发明有很好的分离效果，同时设备利用冷却水洗涤合成气吸收粉尘，粉尘的温度也从高温降到了200℃温度，便于粉尘后续工段的处理。本发明实施例的高温粉尘分离回收设备能够对合成气中的粉尘进行分离，使分离后的合成气在后续设备使用时能够不堵塞设备，满足煤化工气化装置安全连续运行的要求。
本发明实施例的粉尘分离回收设备具有粉尘分离效果好，结构紧凑等优点，尤其适合于气流床全废锅煤气化工艺产生的高温合成气粉尘分离回收。
本发明实施例的粉尘分离回收设备可以根据介质压力和负荷的不同，选用不同的尺寸结构或组合件。所述粉尘分离回收设备可以应用与干煤粉气流床和水煤浆气流床煤气化工艺。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种粉尘分离回收设备，其特征在于，所述粉尘分离回收设备包括：外壳（1）、高温气固分离器（2）、内锥封头（3）、冷却装置（4）和气液分离器（5）；
所述外壳（1）包括依次相连的上封头（11）、直筒段（12），下锥封头（13）；下锥封头（13）和直筒段（12）下段共同形成洗涤池；直筒段（12）下部设有松动风入口（16）、冷却水入口（17）、黑水出口（18）和低温气出口（19）；所述上封头（11）中心设置有高温合成气出口（14），直筒段（12）上部设置有合成气入口（15），或者，高温合成气出口（14）设置在直筒段（12）上，合成气入口（15）设置在上封头（11）；
所述内锥封头（3）设置在外壳（1）内，与直筒段（12）在其中上部相连，把外壳（1）分成高温区和低温区；
所述高温气固分离器（2）位于高温区内并在内锥封头（3）上部，高温气固分离器（2）包含合成气入口连接件（21）、内件支撑件（22）、高温气固离心分离元件（23）；内件支撑件（22）与直筒段（12）连接，高温气固离心分离元件（23）上端固定在内件支撑件（22）上；
所述冷却装置（4）包含冷却器（41）和气水下降管（42）；内锥封头（3）的下端与冷却装置（4）上端相连；从冷却水入口（17）过来的冷却水通过冷却器（41）喷入气水下降管（42）的上端；
所述气液分离器（5）位于内锥封头（3）下部，气液分离器（5）的气液入口设置在其中部，气液分离器（5）分离后的气体出口设置在其上部并与直筒段（12）的低温气出口(19)相连。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述合成气入口连接件（21）包含连接接管（211）和气体分布器（212）；连接接管（211）与合成气入口（15）相连，气体分布器（212）上部固定在内件支撑件（22）上，气体分布器（212）下部尾端用球封头封死；高温气固离心分离元件（23）的合成气入口与气体分布器（213）相连。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内件支撑件（22）形状为蝶形封头和/或平封头。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述高温气固离心分离元件（23）在圆周方向上空间均布。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内锥封头（3）的锥角要小于需要分离的粉尘的安息角；内锥封头（3）的下部设置3~4个松动风口，松动风入口（16）设置在低温区的直筒段上；所述冷却器（41）结构为激冷环或者多个喷嘴均布。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气水下降管（42）的下端部是锯齿状，和/或气水下降管（42）的下端低于最低液位不少于500mm。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气液分离器（5）的分离液体出口的低端低于最低液位不少于100mm；所述气液分离器（5）为离心分离器或者其它物理型式分离器。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述高温气固离心分离元件（23）为多个，所述高温气固离心分离元件（23）当一层均布不能布下为两层均布。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述上封头（11）、直筒段（12）和内锥封头（3）组成的高温区内附有隔热耐磨材料。
10.一种粉尘分离回收方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的设备实施，所述方法包括：
步骤301 ：含粉尘合成气从合成气入口（15）进入合成气入口连接件（21），在合成气入口连接件（21）的末端分配到多个高温气固离心分离元件（23）；
步骤302：高温含尘合成气在高温气固离心分离元件（23）内部进行气固分离，干净合成气从高温气固离心分离元件（23）上部出去，进入内件支撑件（22）与直筒段（12）、上封头（11）形成的分离上腔并从上封头（11）的高温合成气出口（14）进入下游；
步骤303：被分离出来的粉尘从高温气固离心分离元件（23）下部进入内件支撑件与直筒段（12）、内锥封头（3）形成的分离下腔，从内锥封头（3）底部进入冷却装置（4）；
步骤304：在冷却装置（4）中合成气和粉尘被从冷却水入口过来的经冷却器（41）喷出的冷却水降温润湿，合成气和粉尘从冷却装置（4）的气水下降管（42）底部进入洗涤池；
步骤305：在洗涤池中，合成气中粉尘被水洗涤出来，通过黑水出口（18）和冷却水一起进入下游再次处理；洗涤后的合成气从洗涤池上部出来后进入气液分离器（5），合成气中分离的水再次进入洗涤池，合成气从低温气出口（19）进入下游。
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