CN112238005A - 分离装置、粉煤气化的分离系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分离装置及粉煤气化的分离方法，主要解决现有技术中旋风分离器内部流场不稳定、压降高、分离效率低、较多细颗粒从升气管中逃逸的问题。本发明通过一种粉煤气化的分离装置及分离方法，分离装置的内部中心设置一根稳压杆，用于降低分离器的分离空间与底部尾涡强度，同时在分离装置的进口、环形分离空间、锥形分离空间及灰斗等不同位置设置扬声器声场，通过声场传递声波辐射，将旋风分离器内部的细粉颗粒团聚成较大的颗粒团，再进行旋流分离的技术方案，较好的解决了上述技术问题，可应用于粉煤气化分离或其他气固分离的工业生产中。

Description

分离装置、粉煤气化的分离系统
技术领域
本发明涉及一种粉煤气化的分离系统。
背景技术
旋风分离器作为一种广泛使用的气固分离设备，特别适用于高温高压的分离工艺。煤气化(或其他煤转化)工艺中的无论是气流床反应器还是流化床反应器，直接影响碳转化率、环保与经济性的就是气固分离设备了，常用的分离设备不能满足环保要求，尤其是分离效率较低时，水洗的压力非常大，对于水污染很严重；另外一方面，由于跑掉的含碳颗粒较多，碳转化率很低，经济性也很非常差，尤其是对于大型化的工业装置来说，分离设备的效率决定了整套系统的可行性与经济性。现有技术的分离设备主要为常规的旋风分离器，由于粉煤具有飞灰颗粒低的特点，所以效率一直是瓶颈。
专利CN101422757A公布了一种高效低阻旋风分离器。其特征是包括：筒体、锥体和排灰斗，筒体、锥体和排灰斗从上到下依次连接在一起，筒体上开有进气口，筒体内装有排气管，排气管的上端伸出筒体外，其中排气管包括：直筒、上扩口锥环、开槽锥体和下扩口锥环，沿着开槽锥体的圆周方向开有开锥口。其效率高、压降低，它比一般高效旋风分离器的压降可降低10-20％，效率可提高2-3个百分点，并且操作弹性大、结构简单、实施容易和成本很低，尤其适合细微颗粒的捕集。
专利CN102615005B公布了一种带减阻装置的旋风分离器。减阻装置设置在旋风分离器顶部的芯管内；减阻装置设有一段与芯管同轴设置的圆管状叶片根，沿着叶片根周向设有多个叶片；叶片是连续光滑的曲面，叶片在圆管状叶片根外壁展开面上的内准线由上部的直线段和下部的光滑曲线构成，该直线段与圆管状叶片根的轴线平行。圆管状叶片根和叶片整体构成减阻装置。该带减阻装置的旋风分离器，能够将芯管中气流的旋转运动，部分转为直线运动，将部分气流的旋转动能转化为静压能，可有效减少旋风分离器的总压降，进而达到减阻增效的作用。该减阻装置制做成本较低，结构简单，无运动部件，带该减阻装置的旋风分离器在复杂工况下能够长时间稳定工作。
研究表明旋风分离器内的旋转流存在着明显的不稳定性，其表现形式为旋转流的旋转中心和旋风分离器的几何中心不同心，旋转中心线是一条摆动曲线，流场呈现非轴对称分布。这种不稳定性严重影响着旋风分离器对细粉的收集，也对设备的长期稳定运行有着潜在影响，表现在分离器内旋流压力信号上，压力信号具有明显的波动频率。因此，控制旋风分离器流动的不稳定，是有效提高细粉分离效率、降低旋风阻力的重要目标。
综上所述，粉煤流化气化技术的关键问题之一就是解决分离的问题，分离效率的低下导致碳转化率降低，影响了经济性与环保性，因而有必要开发一种能够压降低、分离效率高的分离装置及方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中旋风分离器内部流场不稳定、压降高、分离效率低、较多细颗粒从升气管中逃逸的问题，提供一种分离装置。该装置的气固分离效率高，压降低，能够达到经济又环保的要求。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的粉煤流化气化的分离系统。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的反应方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种分离装置，所述旋风分离器3由旋风分离器入口31、升气管32、环形分离空间33、锥形分离空间34、灰斗35与料腿36组成，所述环形分离空间33的上端的侧面与旋风分离器入口31相连通，所述升气管32的底部在环形分离空间33腔体内并与环形分离空间33相连通、顶部在环形分离空间33的上方，所述锥形分离空间34的顶部与环形分离空间33的底部相连通，所述灰斗35的顶部与锥形分离空间34相连通、底部与料腿36的顶部相连通，分离装置还包括稳压杆8，所述稳压杆8位于分离装置3的内部、与升气管32、锥形分离空间34、灰斗35为同心圆。
所述升气管32直径是环形分离空间33直径的0.3-0.6倍，所述料腿35的直径是环形分离空间33直径的0.2-0.5倍。所述稳压杆8结构为圆柱体、圆锥体或上段为圆柱体下段为圆锥体的组合体。所述稳压杆8为实心不通气、或其底面与侧面由具有通道的网孔组成、或柱体内外侧均设置流道进行整流。所述稳压杆8的任一段横截面积与环形分离空间33的横截面积比为0.001-0.3，所述稳压杆8的高度与环形分离空间33的高度比为0.5-4。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种粉煤气化的分离系统，主要包括：流化床反应器1、沉降段2、分离装置、旋风进口扬声器4、环形分离空间扬声器5、锥形分离空间扬声器6、灰斗上端扬声器7，上述技术方案中，所述气固分离装置由1级或多级串联的分离装置3组合而成，所述每一级旋风分离器可由1个或多组旋风分离器并联组成，所述分离装置3可设置在沉降段2的内部或者外部。
所述分离装置3由旋风分离器入口31、升气管32、环形分离空间33、锥形分离空间34、灰斗35与料腿36组成。
上述技术方案中，旋风进口扬声器4固定在旋风分离器入口31处；所述环形分离空间扬声器5固定在环形分离空间33；所述锥形分离空间扬声器6固定在锥形分离空间34；所述灰斗上端扬声器7固定在灰斗35的靠近顶部处。
为解决上述问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种粉煤气化的分离方法，包括如下几个步骤：
a、从流化床反应器1中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段2进入分离装置3中；
b、细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口31前的管道中，经过旋风进口扬声器4的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入分离装置3中进行分离；
c、细灰与未完全反应的含碳颗粒进行分离装置3后，经过环形分离空间33、锥形分离空间34与灰斗35时，分别在环形分离空间扬声器5、锥形分离空间扬声器6、灰斗上端扬声器7所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
上述技术方案中，所述旋风分离器入口31固体颗粒浓度不大于10kg/m3，所述旋风分离器入口31的表观气速为4-30m/s。所述旋风分离器3的表观截面气速不大于6m/s。所述旋风进口扬声器4、环形分离空间扬声器5、锥形分离空间扬声器6、灰斗上端扬声器7的声波信号的频率范围为600-3800Hz。所述旋风进口扬声器4、环形分离空间扬声器5、锥形分离空间扬声器6、灰斗上端扬声器7的声波信号的声压级范围在100-160dB。所述扬声器信号发生器中声波的波形为正弦波、三角波或方波中的一种，优选正弦波。
本发明中，由于粉煤的颗粒逐渐反应后变细，所以含碳细粉的半焦较多，这部分细粉如果未被有效分离下来，则严重影响到碳转化率，因此粉煤流化气化技术对分离设备的要求很高。现有技术的1级旋风分离器很难将含碳细粉分离下来，因此本发明采用组合式的分离方法，加入多级旋风分离器组串联以满足分离要求，提高碳转化率。所述串联的多级旋风分离器中，由于单组体积过大的话，每级的旋风分离器可以由几组并联的较小的旋风分离器代替。
本发明中，由于所述流化床反应器1内的操作压力不低于1MPa，相对而言较高，对于气固分离设备来说，其压降也较常压状态大了很多，因此现有技术中针对常压条件下的旋风分离器内的工艺条件与结构参数不能完全适用于本发明中的分离方法。因此本发明在针对加压条件下的旋风分离器进行了结构限定与工艺条件的限定，从旋风分离器的入口浓度、升气管与环形分离空间直径比，料腿与环形分离空间的直径比、表观截面气速等方面对旋风分离器的设计进行了优化，能够达到在满足分离效率的同时大幅度降低旋风分离器的压降。同时在本发明的限定范围内，根据经济性与现场的实际条件，选择是需要高转化率、高压降的分离技术方案还是选择相对较低转化率、较低压降的分离技术方案。本发明的分离装置及方法能够大幅度减轻后续的水洗的负荷与压力，有利于绿化环保。
本发明中，稳压杆能够起到稳定旋风分离器内部流场的作用。尤其是稳定了内旋流的旋流中心位移的作用，从而使得整体分离空间的流动中心线及轴对称线的摆动幅度大大减小，进而减小了分离空间的短路流(细粉由边壁直接流入内旋流区直接从升气管中逃逸)现象。轴向上看，旋风分离器底部的漩涡尾端尤为明显，严重影响着颗粒的返混与夹带，由于稳压杆的高度较高，稳压杆的底部有效破坏了漩涡尾流的甩尾现象，人为干预该处的返混与夹带，使得原本通过灰斗又返回内旋流进而逃逸的颗粒不再返混。因此加入稳压杆，旋流器的环形分离空间、分离空间与底部的灰斗附近区域的流场的稳定性大大提高，压力脉动强度大大降低。另外一方面，带流道的稳压杆能够改善内旋流至升气管处的旋转流动，将旋转的动压转换成静压，从而降低旋风分离器的整体压降。
本发明中，通过在分离器的多个位置进行分段声波辐射传递，让颗粒在声场的作用下进行团聚，大量的细粉颗粒团聚后相当于形成了粗颗粒，有利于颗粒的分离，通过研究团聚过程中频率、声压级等声波的关键参数在耦合旋风分离技术后的最佳团聚选择范围，团聚后就被立马离心分离出去后，有效避免了返混与短路流的产生，大大加强了颗粒的分离效率，进而提高了碳转化率与整条技术的经济性。
本发明的反应装置与方法不仅仅限于用粉煤流化气化工艺中，还包括煤炭的气流床气化技术的后端颗粒的分离、气固流化催化反应工艺中的气固分离等工艺中。
采用本发明的技术方案，相比现有技术，具有分离效率高、系统压降低以及碳转化率高的特点，保证系统的高效与稳定，在压降不变的条件下，单级分离效率提高了3％。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图2为2级串联、每级为1组旋风分离器的气固分离设备俯视图。
图3为2级串联、每级为2组旋风分离器的气固分离设备俯视图。
图4为旋风分离器结构示意图。
图1中，1为流化床反应器；2为沉降段；3为旋风分离器；4为旋风进口扬声器；5为环形分离空间扬声器；6为锥形分离空间扬声器；7为灰斗上端扬声器；8为稳压杆。
图2中，3为流化床反应器；11为第一级旋风分离器；12为第二级旋风分离器。第一级旋风分离器11与第二级旋风分离器12串联。
图3中，3为流化床反应器；21、24为2组并联的第一级旋风分离器；22、23为第二级旋风分离器。其中21与22串联，23与24串联。
图4中，8为稳压杆；31为旋风分离器入口；32为升气管；33为环形分离空间；34为锥形分离空间；35为灰斗；36为料腿。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
【实施例1】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.4％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表1。
【实施例2】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.001，与环形空间的高度比为4。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.9％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表1。
【实施例3】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.3，与环形空间的高度比为0.5。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.8％，旋风分离器压降为2.6kPa，结果详见表1。
【实施例4】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.3，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为96.8％，旋风分离器压降为3.7kPa，结果详见表1。
【实施例5】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器入口截面比为5，升气管直径与环形分离空间直径之比为0.6，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.0％，旋风分离器压降为2.3kPa，结果详见表1。
【实施例6】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.2，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为94.3％，旋风分离器压降为2.5kPa，结果详见表1。
【实施例7】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.5，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.1％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表2。
【实施例8】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为10kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.5％，旋风分离器压降为2.6kPa，结果详见表2。
【实施例9】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为0.4kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为94.7％，旋风分离器压降为2.3kPa，结果详见表2。
【实施例10】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为4m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为91.8％，旋风分离器压降为1.9kPa，结果详见表2。
【实施例11】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为30m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.2％，旋风分离器压降为4.1kPa，结果详见表2。
【实施例12】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为6m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.2％，旋风分离器压降为2.3kPa，结果详见表2。
【实施例13】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为1m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.9％，旋风分离器压降为3.9kPa，结果详见表3。
【实施例14】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为600Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为94.3％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表3。
【实施例15】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为3800Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.2％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表3。
【实施例16】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为100dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为94.8％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表3。
【实施例17】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的频率均设置为2500Hz，环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器的声波信号的声压级均设置为160dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为95.3％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表3。
【比较例1】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中进行分离。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为92.7％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表3。
【比较例2】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，环形分离空间扬声器的声波信号的频率设置为2500Hz，环形分离空间扬声器的声波信号的声压级设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为93.5％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表4。
【比较例3】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，锥段分离空间扬声器的声波信号的频率设置为2500Hz，锥段分离空间扬声器的声波信号的声压级设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为93.2％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表4。
【比较例4】
分离流程如下：从流化床反应器中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段进入旋风分离器中；细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口前的管道中，经过旋风进口扬声器的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入旋风分离器中进行分离；细灰与未完全反应的含碳颗粒进行旋风分离器后，经过环形分离空间、锥形分离空间与灰斗时，分别在环形分离空间扬声器、锥形分离空间扬声器、灰斗上端扬声器所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤。旋风分离器升气管直径与环形分离空间直径之比为0.4，料腿直径与环形分离空间直径之比为0.35，旋风分离器入口浓度为5kg/m3，旋风分离器入口气速为20m/s，表观截面气速为4m/s，灰斗扬声器的声波信号的频率设置为2500Hz，灰斗扬声器的声波信号的声压级设置为140dB，稳压杆为实心圆柱体，与环形空间的横截面积比为0.01，与环形空间的高度比为2。实验结果显示旋风分离器分离效率为93.0％，旋风分离器压降为2.4kPa，结果详见表4。
【比较例5】
采用现有技术的PV型旋风分离器，原料选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤，入口浓度为5kg/m3，入口气速为20m/s。实验结果显示PV型旋风分离器分离效率为91.8％，旋风分离器压降为2.3kPa，结果详见表4。
【比较例6】
采用现有技术的常规旋风分离器，原料选用内蒙褐煤，将其破碎制3mm以下得到粉煤，入口浓度为5kg/m3，入口气速为20m/s。实验结果显示常规旋风分离器分离效率为89.5％，旋风分离器压降为2.5kPa，结果详见表4。
表1
Figure BDA0002135666140000151
Figure BDA0002135666140000161
表2
Figure BDA0002135666140000162
Figure BDA0002135666140000171
表3
Figure BDA0002135666140000172
Figure BDA0002135666140000181
表4
Figure BDA0002135666140000182
Figure BDA0002135666140000191

Claims (14)

1.一种分离装置，所述分离装置(3)由旋风分离器入口(31)、升气管(32)、环形分离空间(33)、锥形分离空间(34)、灰斗(35)与料腿(36)组成，所述环形分离空间(33)的上端的侧面与旋风分离器入口(31)相连通，所述升气管(32)的底部在环形分离空间(33)腔体内并与环形分离空间(33)相连通、顶部在环形分离空间(33)的上方，所述锥形分离空间(34)的顶部与环形分离空间(33)的底部相连通，所述灰斗(35)的顶部与锥形分离空间(34)相连通、底部与料腿(36)的顶部相连通，分离装置还包括稳压杆(8)，所述稳压杆(8)位于分离装置(3)的内部、与升气管(32)、锥形分离空间(34)、灰斗(35)为同心圆。
2.根据权利要求1所述分离装置，其特征在于所述升气管(32)直径是环形分离空间(33)直径的0.3-0.6倍，所述料腿(35)的直径是环形分离空间(33)直径的0.2-0.5倍。
3.根据权利要求1所述分离装置，其特征在于所述稳压杆(8)结构为圆柱体、圆锥体或上段为圆柱体下段为圆锥体的组合体。
4.根据权利要求3所述分离装置，其特征在于所述稳压杆(8)为实心不通气、或其底面与侧面由具有通道的网孔组成、再或者其柱体内外侧均设置流道。
5.根据权利要求1所述分离装置，其特征在于所述稳压杆(8)的任一段横截面积与环形分离空间(33)的横截面积比为0.001-0.3，所述稳压杆(8)的高度与环形分离空间(33)的高度比为0.5-4。
6.一种粉煤气化的分离系统，主要包括：流化床反应器(1)、沉降段(2)、分离装置、旋风进口扬声器(4)、环形分离空间扬声器(5)、锥形分离空间扬声器(6)、灰斗上端扬声器(7)；其特征在于所述分离装置由1级或多级串联的分离装置(3)组合而成，所述每一级分离装置由1个或多组旋风分离器并联组成，所述分离装置设置在沉降段(2)的内部或者外部。
7.根据权利要求6所述粉煤气化的分离系统，其特征在于所述分离装置(3)由旋风分离器入口(31)、升气管(32)、环形分离空间(33)、锥形分离空间(34)、灰斗(35)与料腿(36)组成。
8.根据权利要求7所述粉煤气化的分离系统，其特征在于所述旋风进口扬声器(4)固定在旋风分离器入口(31)处；所述环形分离空间扬声器(5)固定在环形分离空间(33)；所述锥形分离空间扬声器(6)固定在锥形分离空间(34)；所述灰斗上端扬声器(7)固定在灰斗(35)的靠近顶部处。
9.一种粉煤气化的分离方法，采用权利要求1～8中任一种粉煤气化的分离系统或分离装置，包括如下几个步骤：
(a)、从流化床反应器(1)中反应后的细灰、未完全反应的含碳颗粒与粗煤气一起经沉降段(2)进入分离装置(3)中；
(b)、细灰、未完全反应的含碳颗粒在旋风分离器入口(31)前的管道中，经过旋风进口扬声器(4)的声场中的声波团聚后，形成较大的颗粒团进入分离装置(3)中进行分离；
(c)、细灰与未完全反应的含碳颗粒进行分离装置(3)后，经过环形分离空间(33)、锥形分离空间(34)与灰斗(35)时，分别在环形分离空间扬声器(5)、锥形分离空间扬声器(6)、灰斗上端扬声器(7)所传递的声波辐射传播过程中被逐步团聚后分离下来。
10.根据权利要求9所述的粉煤气化的分离方法，其特征在于所述旋风分离器入口(31)固体颗粒浓度不大于10kg/m3，所述旋风分离器入口(31)的表观气速为4-30m/s。
11.根据权利要求6所述的粉煤气化的分离方法，其特征在于所述分离装置(3)的表观截面气速不大于6m/s。
12.根据权利要求6所述的粉煤气化的分离方法，其特征在于所述旋风进口扬声器(4)、环形分离空间扬声器(5)、锥形分离空间扬声器(6)、灰斗上端扬声器(7)的声波信号的频率范围为600-3800Hz。
13.根据权利要求6所述的粉煤气化的分离方法，其特征在于所述旋风进口扬声器(4)、环形分离空间扬声器(5)、锥形分离空间扬声器(6)、灰斗上端扬声器(7)的声波信号的声压级范围在100-160dB。
14.根据权利要求6所述的粉煤气化的分离方法，其特征在于所述扬声器信号发生器中声波的波形为正弦波、三角波或方波中的一种，优选正弦波。
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