CN114405205A - 高温气固混合相分离设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高温气固混合相分离设备，包括：涡旋状的涡旋流道，包括至少一圈侧壁；设置在第一侧壁内侧面，且沿纵向方向从所述涡旋流道一端延伸到另一端的第一喷水口；第一喷水口连通水泵，并在水泵的作用下喷水，使得至少一圈侧壁中每个侧壁的内侧面覆盖水膜；设置在至少一个圆筒状流道中第一流道末端的出口流道，出口流道连通第一流道和气液分离装置；气液分离装置包括排气装置和排水装置；其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相通过第一开口，射向第一侧壁的内侧面，并进入至少一个圆筒状流道；至少一个圆筒状流道中的含熔化态颗粒的高温气固混合相在排气装置的带动下，在至少一个圆筒状流道中流动。

Description

高温气固混合相分离设备

技术领域

本发明实施例涉及气固分离技术领域，尤其涉及一种高温气固混合相分离设备。

背景技术

在粉末燃烧，粉末冶金等行业，需要对含有熔化态颗粒的高温气固混合相进行气固分离与冷却，例如：在粉末燃烧行业，使用煤粉作为燃料的燃烧炉所排放出的高温烟气，是一种含有熔化态颗粒的高温气固混相，如直接向大气环境排放，则会污染环境。在粉末冶金行业，生产非晶态金属粉末需要将气流中的熔化态颗粒快速冷却，由于气体冷却速率不满足此要求，需要将含有熔化态颗粒的高温气固混合相进行气固分离并入水冷却。

现有针对高温气固混合相分离的设备如：旋风分离器、静电除尘器、刚性过滤器等，不适合分离含熔化态颗粒的高温气固混合相。通常而言，在含有熔化态颗粒的高温气固混合相中，熔化态及固态颗粒温度≥1000℃。常用分离设备的金属材料在如此高温长期作用下会发生金属氧化、高温塑性变形等问题，并且含有熔化态颗粒的高温气固混合相进入常用的气固分离设备后，熔化态颗粒会吸附、粘黏在分离设备内壁面上，随着熔化态颗粒的冷却及凝固，颗粒与设备内壁融为一体，并且凝固的颗粒与熔化态颗粒之间相互吸附、粘黏并冷却凝固，最终在设备内壁面上形成大块的堆积，破坏、堵塞分离设备的内部结构，导致分离设备失效。

发明内容

本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备，可以对含有熔化态颗粒的高温气固混合相中的熔化态颗粒、固态颗粒与气体进行分离及冷却，其中，可以用于分离和冷却含有粒径为2um-2000um、温度为500℃-1500℃的熔化态颗粒的高温气固混合相。冷却后的颗粒温度≤100℃，分离效率≥99％。并且，可以避免分离设备的材料、结构失效。

第一方面，提供了一种高温气固混合相分离设备，包括：涡旋状的涡旋流道，包括至少一圈侧壁，所述至少一圈侧壁首尾相接，以组成相互连通的至少一个圆筒状流道；其中，所述涡旋流道在纵向方向上的一端封闭，另一端设置有第一挡流板；所述第一挡流板的中央具有第一开口，使得所述至少一圈侧壁中第一侧壁的内侧面暴露，第二侧壁被所述第一挡流板封闭；其中，所述第一侧壁为所述至少一圈侧壁中最靠近所述涡旋流道中心的一圈侧壁，所述第二侧壁为所述至少一圈侧壁中除所述第一侧壁之外的侧壁；所述纵向方向为与所述第一侧壁平行，且垂直所述圆筒状流道的半径；设置在所述第一侧壁内侧面，且沿所述纵向方向从所述涡旋流道一端延伸到另一端的第一喷水口；所述第一喷水口连通水泵，并在所述水泵的作用下喷水，使得所述至少一圈侧壁中每个侧壁的内侧面覆盖水膜；设置在所述至少一个圆筒状流道中第一流道末端的出口流道，所述出口流道连通所述第一流道和气液分离装置；所述第一流道为所述至少一个圆筒状流道中最远离所述涡旋流道中心线的流道；所述气液分离装置包括排气装置，所述排气装置用于抽吸所述至少一个圆筒状流道中的气体；所述气液分离装置包括排水装置，所述排水装置用于排放所述涡旋流道通过所述出口流道排出的液体；其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相通过所述第一开口，射向所述第一侧壁的内侧面，并进入所述至少一个圆筒状流道；所述至少一个圆筒状流道中的所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在所述排气装置的带动下，在所述至少一个圆筒状流道中流动。

在一个实施例中，所述至少一圈侧壁包括至少两圈侧壁，其中，所述至少两圈侧壁中相邻侧壁之间在第一方向上的距离为20-60mm；其中，所述第一方向朝向所述涡旋流道的中心线。

在该实施例的一个示例中，所述至少两圈侧壁中相邻侧壁之间在第一方向上的距离为40mm。

在一个实施例中，所述含熔化态颗粒的粒径为2um-2000um。

在一个实施例中，所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在进入到所述出口流道时，所述含有熔化态颗粒的高温气固混合相中的固态温度≤100℃。

在一个实施例中，所述第一喷水口位于所述第一侧壁的起始位置，且所述第一喷水口的出水方向与所述第一侧壁在所述起始位置的内侧面相切。

在该实施例的一个示例中，所述第一喷水口的出水速度满足公式(1)：

V_l≥a√(r*g) (1)

其中，V_l是水流速度，a是预设系数，r是所述涡旋流道的最外圈半径，g是重力加速度；

其中，当所述至少一圈侧壁为一圈侧壁时，a＝7；当所述至少一圈侧壁为两圈侧壁时，a＝14；当所述至少一圈侧壁为三圈侧壁时，a＝20。

在一个实施例中，所述排气装置的排气量Q_g应满足公式(2)：

Q_g≥72000LW (2)

L是所述涡旋流道的纵向长度，W是所述至少一圈侧壁中相邻侧壁的间距。

在一个实施例中，所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过所述第一开口时的行进方向与所述纵向方向的夹角≥20°。

第二方面，提供了一种高温气固混合相分离设备，包括：涡旋流道，包括第一侧壁，所述第一侧壁形成圆筒状流道；所述涡旋流道在纵向方向上的一端连通出口流道，另一端设置有第一挡流板；所述第一挡流板的中央具有第一开口，使得所述第一侧壁的内侧面暴露；所述纵向方向为与所述第一侧壁平行，且垂直所述圆筒状流道的半径；设置在所述第一侧壁内侧面，且沿所述纵向方向从所述涡旋流道一端延伸到另一端的第一喷水口；所述第一喷水口连通水泵，并在所述水泵的作用下喷水，使得所述第一侧壁的内侧面覆盖水膜；所述出口流道连通所述圆筒状流道和气液分离装置；所述气液分离装置包括排气装置，所述排气装置用于抽吸所述至少一个圆筒状流道中的气体；所述气液分离装置包括排水装置，所述排水装置用于排放所述涡旋流道通过所述出口流道排出的液体；其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相通过所述第一开口，射向所述第一侧壁的内侧面，并进入所述圆筒状流道；所述圆筒状流道中的所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在所述排气装置的带动下，在所述圆筒状流道中流动。

在一个实施例中，所述含熔化态颗粒的粒径为2um-2000um。

在一个实施例中，所述第一喷水口的出水方向与所述第一侧壁的内侧面相切。

在该实施例的一个示例中，所述第一喷水口的出水速度满足公式(1)：

V_l≥a√(r*g) (1)

其中，V_l是水流速度，a＝7，r是所述圆筒状流道的半径，g是重力加速度。

本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可以避免在分离设备内壁面堆积熔化态颗粒，避免气固混合相的高温对分离设备造成高温氧化、高温塑性变形问题，解决含熔化态颗粒的高温气固混合相的气固分离与冷却问题。并且，在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，熔化态及固体颗粒相粒径大于等于2um、小于等于2000um。以及在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，500≤融化态及固态颗粒相温度≤1500℃，经分离与冷却后,0≤颗粒相温度≤100℃。此外，本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备对气固混合相的分离效率≥99％。

附图说明

为了更清楚地说明本申请披露的多个实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请披露的多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1A为本申请实施例提供的一种高温气固混合相分离设备的结构示意图；

图1B为图1A所示高温气固混合相分离设备中的气固分离装置的结构示意图；

图1C为图1B所示气固分离装置中涡旋流道的透视图；

图1D为图1A所示高温气固混合相分离设备中的气液分离装置的透视图；

图2A为本申请实施例提供的一种高温气固混合相分离设备的结构示意图；

图2B为图2A所示高温气固混合相分离设备中的气固分离装置的结构示意图；

图2C为图2B所示气固分离装置中涡旋流道的透视图；

图3为涡旋流道的中心线和被分离的气固混合相的入射方向的夹角示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例提供了一种含熔化态颗粒的高温气固混合相分离设备，可以用于对含熔化态颗粒的高温气固混合相进行分离和冷却；其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相可接触到的部分覆盖有水膜，该水膜可以捕捉混合相中的熔化态颗粒以及其他高温固定颗粒，并对其进行冷却。由于水膜的存在，熔化态颗粒以及其他高温固定颗粒不会损伤设备，由此，在实现对高温气固混合相高效分离和冷却的同时，提高了设备的使用寿命。

接下来，结合附图，对本申请实施例提供的含熔化态颗粒的高温气固混合相分离设备进行详细介绍。其中，在下文描述中，本申请实施例的含熔化态颗粒的高温气固混合相分离设备可以简称为高温气固混合相分离设备、气固混合相分离设备、气固混合相分离设备或分离设备。其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相也可以称为气固混合相。

图1A、图1B、图1C和图1D示出了一种高温气固混合相分离设备1。该设备1可以由气固分离装置和气液分离装置组成。

其中，该设备1的气固分离装置包括涡旋状的涡旋流道11。涡旋流道11的横截面呈涡旋形或者圆形。其中，涡旋流道11包括至少一圈侧壁，该至少一圈侧壁首尾相接，以组成相互连通的至少一个圆筒状流道。示例性的，如图1C所示，涡旋流道11包括侧壁192、侧壁191。其中，相比侧壁192，侧壁191更靠近涡旋流道11的中心线。侧壁192和侧壁191之间的间距大于0mm，由此，在侧壁192和侧壁191之间形成圆筒状流道A1。侧壁191的内部也形成圆筒状流道A2。圆筒状流道A1和圆筒状流道A2相互连通。

在一些实施例中，侧壁192和侧壁191之间在第一方向上的距离为20-60mm；其中，第一方向是指朝向涡旋流道11中心线的方向。优选地，侧壁192和侧壁191之间在第一方向上的距离为40mm。

如图1B所示，涡旋流道11在纵向方向上的一端封闭，其中，该端设置有挡流板121，挡流板121封闭该端。另一端设置有挡流板122。其中，挡流板122的中央具有开口，使得侧壁191的内侧壁暴露，侧壁192被挡流板122封闭。也就是说，涡旋流道11所包括的至少一圈侧壁中的最靠近涡旋流道11中心线的一圈侧壁的内侧面可以暴露在外，而至少一圈侧壁中的其他侧壁的内侧壁被挡流板122封闭。

其中，如图1B所示，纵向方向为与侧壁(侧壁191或侧壁192)平行，且垂直圆筒状流道的半径。

继续参阅图1B和图1C，设备1的气固分离装置还包括设置在侧壁191(即涡旋流道11所包括的至少一圈侧壁中的最靠近涡旋流道11中心线的侧壁)的内侧面的喷水口14。喷水口14沿着纵向方向从涡旋流道11的一端延伸到另一端。其中，喷水口14连通水泵。在水泵的作用下，喷水口可以向侧壁191的内侧面喷水，使得涡旋流道11所包括的每个侧壁(例如侧壁191和侧壁192)的内侧面覆盖水膜。

其中，水泵可以为高压水泵，喷水口14可以通过高压管道连接高压水泵。

在一些实施例中，如图1C所示，喷水口14位于侧壁191的起始位置，且喷水口14的出水方向与侧壁191在起始位置的内侧面相切。

在一些实施例中，喷水口14的出口形状为矩形，矩形高度≥1mm。其中，矩形高度是指在第一方向上的高度。

水流在高压水泵用作下由喷水口14射出，喷水口14射出的高速水流作用在涡旋流道11的内圈起始位置，并沿涡旋流道11做涡旋圆周运动。水流运动过程中需要在克服重力、涡旋流道11沿程阻力、涡旋流道11局部阻力以及需要被分离的气固混合相的冲击干扰力的作用下，依然可以完全覆盖涡旋流道11内侧面并做涡旋圆周运动。如此，喷水口14的出水速度需要满足公式(1)。

V_l≥a√(r*g) (1)

其中，V_l是水流速度,单位m/s，a是设计系数，根据仿真与试验结果，当涡旋流道1包括的侧壁的圈数为1时，a＝7；当圈数为2时，a＝14；圈数为3时，a＝20。r是涡旋流道11的最外圈半径。其中，涡旋流道11的最外圈半径是指涡旋流道11所包括的侧壁中最外圈侧壁的内侧面到涡旋流道11中心线的距离，单位是m，g是重力加速度，单位是m/s²。

喷水口14的出水速度需要满足公式(1)时，可以在涡旋流道11的所包括的每个侧壁的内侧面形成完全覆盖呈涡旋圆周运动的水膜。

参阅图1A，设备1还包括设置在流道B末端的出口流道13。其中，流道B为上述至少一个圆筒状流道中最远离涡旋流道11中心线的流道。例如，上述侧壁192和侧壁191之间形成圆筒状流道A1。

出口流道13连接到气液分离装置的储水箱15。由此，在涡旋流道11内侧面呈涡旋圆周运动的水膜经由出口流道13流向气液分离设备的储水箱15中。

参阅图1D，气液分离装置包括储水箱15、排水装置17、排气装置18和挡流板19。

储水箱15内部空间由挡流板19分为两部分，一部分与气固分离设备的出口流道13相连接，另外一部分设置气体出口，并与排气装置18相连接。在储水箱15的下方设置液体出口，与排水装置17连接。挡流板19中间开孔并与储水箱15的底面相连接。挡流板19分为上下两层流道，储水箱15内的液体经由挡流板19的下层流道通过，储水箱15内的气体经挡流板19的上层流道通过。

其中，排气装置18用于抽吸上述至少一个圆筒状流道中的气体。在一些实施例中，排气装置18具体可以为抽气泵。

排水装置17用于排放涡旋流道11通过出口流道13排出的液体。在一些实施例中，排气装置18具体可以为抽水泵。其中，排水装置17，排水装置的排水量17与喷水口14的出水量相同，使储水箱15中水位不超过挡流板19的上层流道。

其中，排气装置17的排气流量Q_g应满足如下公式(2)。

Q_g≥72000LW (2)

Q_g是排气装置在标压下的排气流量，单位是nm³/h。L是涡旋流道11的纵向长度，单位是m，W是涡旋流道11内除去水膜厚度后两个相邻壁面之间的间距，单位为m。开启排气装置后，气流由气固分离装置的入口进入，然后在气固分离设备的涡旋流道11内形成平均速度≥20m/s呈涡旋圆周运动的气流场，涡旋圆周运动的≥20m/s气流场可以进一步提高气固分离效率。气流经由气固分离装置的出口流道13进入到气液分离装置的储水箱15中，然后经过储水箱15中挡流板19的上层流道，由排气装置18排出。当被分离的含熔化态颗粒的气固混合相进入到气固分离装置后，调整排气装置18的排气量，使得气固分离装置的涡旋流道内呈涡旋圆周运动的气流场平均速度保持≥20m/s。

在经过上述配置后，可以将含熔化态颗粒的高温气固混合相通过挡流板122的中央开口，射向侧壁191的内侧面。由此，进入上述至少一个圆筒状流道。其中，至少一个圆筒状流道中的含熔化态颗粒的高温气固混合相在排气装置17的带动下，在至少一个圆筒状流道中流动，从而实现含熔化态颗粒的高温气固混合相的分离和冷却。

在一些实施例中，参阅图3，含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过挡流板122的中央开口时的行进方向与纵向方向(即涡旋流道11的中心线)的夹角≥20°。由此，含熔化态颗粒的高温气固混合相以与水膜夹角≥20°冲击到呈涡旋圆周运动的水膜上，发生第一次气、固相分离与冷却后。在涡旋流道11内速度≥20m/s的呈涡旋圆周运动的气流场以及需要被分离的气固混合相自身动能作用下，含熔化态颗粒的高温气固混合相在涡旋流道11内开始做涡旋圆周运动，运动速度≥20m/s。在离心力作用下，含熔化态颗粒的高温气固混合相中的熔化态颗粒及其他固体颗粒做离心运动，与水膜接触并被捕捉，而后被运动的水膜带走，同时水发生相变吸热，熔化态颗粒及其他高温固体颗粒放热冷却，至与水膜温度相近。此时，含熔化态颗粒的高温气固混合相中气、固相发生第二次分离与冷却。由此，可以实现含熔化态颗粒的高温气固混合相的高效分离和冷却。

在一些实施例中，该设备1可以旋转，例如，在水平方向(即平行于地面的方向)上旋转。可以根据被分离的含熔化态颗粒的气固混合相的喷射方向，调整设备1的倾斜角度，使得涡旋流道11中心线与被分离的含熔化态颗粒的气固混合相中心线之间形成≥20°的夹角，从而使得含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过挡流板122的中央开口时的行进方向与纵向方向(即涡旋流道11的中心线)的夹角≥20°。实验发现，当涡旋流道11中心线与被分离的含熔化态颗粒的气固混合相中心线之间夹角≥20°，会导致气固混合相分离效率更高。

本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可以避免在分离设备内壁面堆积熔化态颗粒，避免气固混合相的高温对分离设备造成高温氧化、高温塑性变形问题，解决含熔化态颗粒的高温气固混合相的气固分离与冷却问题。

并且，在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，熔化态及固体颗粒相粒径大于等于1um、小于等于2000um。

以及在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，500≤融化态及固态颗粒相温度≤1500℃，经分离与冷却后,0≤颗粒相温度≤100℃。

此外，本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备对气固混合相的分离效率≥99％。

参阅图2A、图2B和图2C，本申请实施例提供了一种高温气固混合相分离设备2。该设备2可以由气固分离装置和气液分离装置组成。

参阅图2B和图2C，设备2的气固分离装置包括涡旋流道21，涡旋流道21包括侧壁29，侧壁29形成圆筒状流道。其中，涡旋流道21在纵向方向上的一端连通出口流道23，另一端设置有挡流板222。挡流板222的中央具有开口，使得侧壁29的内侧面暴露。

其中，如图2B所示，纵向方向为与侧壁29平行，且垂直圆筒状流道的半径。

示例性的，如图2B所示，涡旋流道21连通出口流道23的一端，设置有挡流板221。挡流板221的中央开口，使得涡旋流道21通过该开口连通出口流道23。

也就是说，涡旋流道21两端分别设置的挡流板，并且两端的挡流板皆留出呈圆形的通道。其中一端的圆形通道为含熔化态颗粒的高温气固混合相的入口，另外一端的圆形通道为气、固、液相的出口。并且，入口的挡流板的高度要大于出口的挡流板高度。此时，出口的挡流板与出口流道23相连接，出口流道23另外一端与气液分离设备相连接。气固分离设备中的气、固、液相经由出口的挡流板圆形通道以及出口流道23流至气液分离设备中。

如图2C所示，设置在侧壁29内侧面的喷水口24。喷水口24沿着纵向方向从涡旋流道21的一端延伸到另一端。其中，喷水口24连通水泵。在水泵的作用下，喷水口可以向侧壁29的内侧面喷水，使得侧壁的内侧面覆盖水膜。

其中，水泵可以为高压水泵，喷水口24可以通过高压管道连接高压水泵。

在一些实施例中，喷水口24的出水方向与侧壁29的内侧面相切。

在一些实施例中，喷水口24的出口形状为矩形，矩形高度≥1mm。其中，矩形高度是指在第一方向上的高度。

水流在高压水泵用作下由喷水口24射出，喷水口24射出的高速水流作用在涡旋流道21的内侧面，并沿涡旋流道21做涡旋圆周运动。水流运动过程中需要在克服重力、涡旋流道21沿程阻力、涡旋流道21局部阻力以及需要被分离的气固混合相的冲击干扰力的作用下，依然可以完全覆盖涡旋流道21内侧面并做涡旋圆周运动。如此，喷水口24的出水速度需要满足公式(1)。

V_l≥a√(r*g) (1)

其中，V_l是水流速度,单位m/s，a是设计系数，根据仿真与试验结果，a＝7。r是涡旋流道11的最外圈半径，单位是m，g是重力加速度，单位是m/s²。

喷水口24的出水速度需要满足公式(1)时，可以在侧壁29的内侧面形成完全覆盖呈涡旋圆周运动的水膜。

参阅图2A，出口流道23连通圆筒状流道和气液分离装置。其中，气液分离装置包括储水箱25、排水装置27、排气装置28和挡流板C1(未示出)。

储水箱25内部空间由挡流板C1分为两部分，一部分与气固分离设备的出口流道23相连接，另外一部分设置气体出口，并与排气装置28相连接。在储水箱25的下方设置液体出口，与排水装置27连接。挡流板C1中间开孔并与储水箱25的底面相连接。挡流板C1分为上下两层流道，储水箱25内的液体经由挡流板C1的下层流道通过，储水箱25内的气体经挡流板C1的上层流道通过。

其中，排气装置28用于抽吸上述至少一个圆筒状流道中的气体。在一些实施例中，排气装置28具体可以为抽气泵。

对于设备A2，不需要提前开启排气装置28。当被分离的含熔化态颗粒的气固混合相进入到气固分离装置后，再开启排气装置28。排气装置28的排气量与气固混合相的气量相同。

排水装置27用于排放涡旋流道21通过出口流道23排出的液体。在一些实施例中，排气装置28具体可以为抽水泵。其中，排水装置27，排水装置的排水量27与喷水口24的出水量相同，使储水箱25中水位不超过挡流板C1的上层流道。

可以将含熔化态颗粒的高温气固混合相通过挡流板222的中央开口，射向侧壁29的内侧面。由此，进入上述圆筒状流道。在惯性力作用下，气固混合相中密度更大的熔化态颗粒及其他固体颗粒撞击到水膜上并被水膜捕捉，而后被呈涡旋圆周运动的水膜带走,同时熔化态颗粒及其他高温固体颗粒接触到水膜后，水发生相变吸热，熔化态颗粒及其他高温固体颗粒放热冷却。同时由于圆筒状流道内侧面被水膜完全覆盖，熔化态颗粒不会对圆筒状流道内侧面造成破坏。此时，含熔化态颗粒的高温气固混合相中气、固相发生分离与冷却。

在一些实施例中，含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过挡流板222的中央开口时的行进方向与纵向方向(即涡旋流道21的中心线)的夹角≥20°。实验发现，当涡旋流道21中心线与被分离的含熔化态颗粒的气固混合相中心线之间夹角≥20°，会导致气固混合相分离效率更高。

在一些实施例中，该设备2可以旋转，例如，在水平方向(即平行于地面的方向)上旋转。可以根据被分离的含熔化态颗粒的气固混合相的喷射方向，调整设备2的倾斜角度，使得涡旋流道21中心线与被分离的含熔化态颗粒的气固混合相中心线之间形成≥20°的夹角，从而使得含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过挡流板222的中央开口时的行进方向与纵向方向(即涡旋流道21的中心线)的夹角≥20°。

本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可以避免在分离设备内壁面堆积熔化态颗粒，避免气固混合相的高温对分离设备造成高温氧化、高温塑性变形问题，解决含熔化态颗粒的高温气固混合相的气固分离与冷却问题。

并且，在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，熔化态及固体颗粒相粒径大于等于1um、小于等于2000um。

以及在本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备可分离的含融化态颗粒的高温气固混合相中，500≤融化态及固态颗粒相温度≤1500℃，经分离与冷却后,0≤颗粒相温度≤100℃。

此外，本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备对气固混合相的分离效率≥99％。

上文示例介绍了本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备的结构。接下来，通过与现有技术比较，示例介绍本申请实施例提供的高温气固混合相分离设备的技术效果。

实施例1

采用图1A所示的设备，其中，涡旋流道11所包括的侧壁的圈数需要≥1。其中，涡旋流道11所包括的侧壁的圈数越多，对气固混合相的分离效率越高，冷却效果越好。不同圈数涡旋流道11的设备参数及试验结果如表1所示。

其中，涡旋流道11的最内圈半径200mm，涡旋流道11壁厚10mm，涡旋流道11所包括的侧壁中的相邻侧壁间距分别为0mm(在只包括一个侧壁时)以及40mm，涡旋流道11的纵向长度500mm，涡旋流道11的喷水口高度10mm。涡旋流道11的的喷水口喷水速度为30m/s，涡旋流道11所包括的侧壁中的相邻侧壁间距为40mm时，初始时刻排气装置的排气量为1080nm³/h。

进入分离设备时，被分离的含熔化态颗粒的气固混合相中，熔化态及固体颗粒粒径在2um-2000um之间，熔化态及固态颗粒的浓度为120000mg/m³，气流最大温度为500℃，气流流量为400nm³/h，气流最大速度为30m/s。

以专利号为CN201603502U的中国申请所记载的卧试旋风水膜除尘器为对比例，试验结果如表1所示。

表1，涡旋流道11的圈数、工艺参数与试验结果

完成试验后发现：卧试旋风水膜除尘器内部流道壁面出现无法清理掉的颗粒吸附，分析为是熔化态颗粒吸附在壁面后冷却凝固，导致流道壁面出现颗粒堆积，最终会引起流场紊乱，降低分离效率。引起此现象的原因为：卧试旋风水膜除尘器内部壁面未被水膜完全覆盖，含熔化态颗粒的高温气固混合相中部分熔化态颗粒吸附到流道壁面后，冷却凝固并于流道壁面形成一体。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高温气固混合相分离设备，其特征在于，包括：

涡旋状的涡旋流道，包括至少一圈侧壁，所述至少一圈侧壁首尾相接，以组成相互连通的至少一个圆筒状流道；其中，所述涡旋流道在纵向方向上的一端封闭，另一端设置有第一挡流板；所述第一挡流板的中央具有第一开口，使得所述至少一圈侧壁中第一侧壁的内侧面暴露，第二侧壁被所述第一挡流板封闭；其中，所述第一侧壁为所述至少一圈侧壁中最靠近所述涡旋流道中心的一圈侧壁，所述第二侧壁为所述至少一圈侧壁中除所述第一侧壁之外的侧壁；所述纵向方向为与所述第一侧壁平行，且垂直所述圆筒状流道的半径；

设置在所述第一侧壁内侧面，且沿所述纵向方向从所述涡旋流道一端延伸到另一端的第一喷水口；所述第一喷水口连通水泵，并在所述水泵的作用下喷水，使得所述至少一圈侧壁中每个侧壁的内侧面覆盖水膜；

设置在所述至少一个圆筒状流道中第一流道末端的出口流道，所述出口流道连通所述第一流道和气液分离装置；所述第一流道为所述至少一个圆筒状流道中最远离所述涡旋流道中心线的流道；

所述气液分离装置包括排气装置，所述排气装置用于抽吸所述至少一个圆筒状流道中的气体；

所述气液分离装置包括排水装置，所述排水装置用于排放所述涡旋流道通过所述出口流道排出的液体；

其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相通过所述第一开口，射向所述第一侧壁的内侧面，并进入所述至少一个圆筒状流道；

所述至少一个圆筒状流道中的所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在所述排气装置的带动下，在所述至少一个圆筒状流道中流动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一圈侧壁包括至少两圈侧壁，其中，所述至少两圈侧壁中相邻侧壁之间在第一方向上的距离为20-60mm；其中，所述第一方向朝向所述涡旋流道的中心线。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述至少两圈侧壁中相邻侧壁之间在第一方向上的距离为40mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述含熔化态颗粒的粒径为2um-2000um。

5.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在进入到所述出口流道时，所述含熔化态颗粒的高温气固混合相中的固态温度≤100℃。

6.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述第一喷水口位于所述第一侧壁的起始位置，且所述第一喷水口的出水方向与所述第一侧壁在所述起始位置的内侧面相切。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一喷水口的出水速度满足公式(1)：

其中，V_l是水流速度，a是预设系数，r是所述涡旋流道的最外圈半径，g是重力加速度；

其中，当所述至少一圈侧壁为一圈侧壁时，a＝7；当所述至少一圈侧壁为两圈侧壁时，a＝14；当所述至少一圈侧壁为三圈侧壁时，a＝20。

8.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述排气装置的排气量Q_g应满足公式(2)：

Q_g≥72000LW (2)

L是所述涡旋流道的纵向长度，W是所述至少一圈侧壁中相邻侧壁的间距。

9.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在通过所述第一开口时的行进方向与所述纵向方向的夹角≥20°。

10.一种高温气固混合相分离设备，其特征在于，包括：

涡旋流道，包括第一侧壁，所述第一侧壁形成圆筒状流道；所述涡旋流道在纵向方向上的一端连通出口流道，另一端设置有第一挡流板；所述第一挡流板的中央具有第一开口，使得所述第一侧壁的内侧面暴露；所述纵向方向为与所述第一侧壁平行，且垂直所述圆筒状流道的半径；

设置在所述第一侧壁内侧面，且沿所述纵向方向从所述涡旋流道一端延伸到另一端的第一喷水口；所述第一喷水口连通水泵，并在所述水泵的作用下喷水，使得所述第一侧壁的内侧面覆盖水膜；

所述出口流道连通所述圆筒状流道和气液分离装置；

所述气液分离装置包括排气装置，所述排气装置用于抽吸所述圆筒状流道中的气体；

所述气液分离装置包括排水装置，所述排水装置用于排放所述涡旋流道通过所述出口流道排出的液体；

其中，含熔化态颗粒的高温气固混合相通过所述第一开口，射向所述第一侧壁的内侧面，并进入所述圆筒状流道；

所述圆筒状流道中的所述含熔化态颗粒的高温气固混合相在所述排气装置的带动下，在所述圆筒状流道中流动。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述含熔化态颗粒的粒径为2um-2000um。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第一喷水口的出水方向与所述第一侧壁的内侧面相切。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述第一喷水口的出水速度满足公式(1)：

其中，V_l是水流速度，a＝7，r是所述圆筒状流道的半径，g是重力加速度。

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