专利名称：烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置的制作方法
技术领域：
本发明属于能源利用领域，涉及一种烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置。
背景技术：
在石油 化工企业工艺流程中，会产生大量的高温烟气，烟气中含有大量的热能。烟气轮机是利用这些高温烟气做功的叶轮机械，广泛应用于石油、化工行业中，是炼化企业中的关键设备。烟气轮机既充分利用了能源，又减少了企业的废气排放以及这些废气对环境的污染，在国家的节能减排和保护生态环境方面发挥着非常重要的作用。然而，烟气轮机的工作状况却十分恶劣，烟气轮机的工质中为带有固体颗粒的高温烟气，高温烟气中含有一定量的催化剂硬质粒子及腐蚀性介质，固体颗粒对叶片的冲蚀、氧化、热蚀及其交互作用，往往造成叶片过早损坏，从而导致停机带来具大的经济损失。例如山东东明石化集团催化装置的烟气轮机自2004年9月17日投入运行，至2008年8月8日累计运行1241天，期间更换过3套动叶片，出现过4次动叶片断裂情况；抚顺石油二厂使用的E232烟气轮机，在运行过程中，烟气轮机的动、静叶片磨损和轮盘冲蚀经常造成停机事故，影响其正常运行；某炼油厂采用的YLII-6000D型烟气轮机，在2006年至2008年期间运行，发生过数次一级静叶片报废，二级动叶、二级静叶部分损坏事故。据美国埃利奥特公司对60多台烟气轮机的运转情况统计，叶片寿命在一年或一年以下的占58. 9%。烟气轮机工质中的固体颗粒对叶片的冲蚀问题造成烟气轮机运行周期短、运行成本高、工作不稳定，因此如何解决这一问题对于节能环保意义重大。
发明内容
为解决工质中的固体颗粒对烟气轮机叶片的冲蚀问题，提出一种烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置。本发明的技术方案如下一种烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置，包括收缩段、旋流器外壳、叶片、导流体、分离段、扩压段。旋流器外壳、导流体、多个叶片组合成一个整体，在组合时需要保证叶栅的叶型进口角为90° ;收缩段、旋流器外壳、分离段、扩压段依次通过法兰连接。收缩段是一个带有锥度的圆环，两侧带有法兰。旋流器外壳为一个直的圆环，两侧带有法兰。叶片是直叶片，多个叶片安装在旋流器外壳内壁上，组成烟气的叶栅通道，叶栅的叶型进口角为90°，叶型出口角在30° 45°范围之内。导流体由三部分组成，前部为半球形，中部为圆柱形，后部为圆锥形，锥度在1:10到1:20的范围之内。分离段是一个直的圆环，其内壁带有多个环形凹槽，凹槽宽度在lmnT2mm范围之内，凹槽深度在5mnTlO_范围之内，分离段两侧带有法兰。扩压段是一个带有锥度的圆环，锥度值在1:10到1:20的范围内，两侧带有法兰。
本发明的有益效果将烟气轮机工质中的大部分固体颗粒去除，从而减弱固体颗粒对烟气轮机叶片的冲蚀程度，烟气轮机的叶片寿命得到延长，解决了烟气轮机的工作周期短、运行成本高问题，提高了烟气轮机的经济性。具有更换方便、成本低廉、延长烟气轮机运行周期和关键部件寿命的优点。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明图I (a)为烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置的结构示意图。图I (b)为烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置的剖视图。图2 Ca)为叶片、旋流器外壳、导流体的连接示意图。 图2 (b)为连接示意图的剖视图。图2 (C)为图2 (b)中的A向视图。图2 (d)为图2 (C)中的B-B展开视图，图中黑色箭头表示烟气的流动方向，图中a为叶栅的叶型进口角，b为叶栅的叶型出口角。图3 (a)为收缩段的外形图。图3 (b)为收缩段的剖视图。图4 (a)为叶片的外形图。图4 (b)为多个叶片形成的叶栅示意图。图5 (a)为分离段的外形图。图5 (b)为分离段的剖视图，图中5-1为分离段的环形凹槽结构。图6 (a)为扩压段的外形图。图6 ( b )为扩压段的剖视图。图7 (a)为装置工作时烟气流经叶栅的速度方向改变示意图，图中7-1为固体颗粒A为叶栅进口的烟气速度，C为叶栅出口的烟气速度，Cz为速度C的轴向分速度，Cu为速度C的周向分速度；Fk为固体颗粒受到的离心力，Ce为固体颗粒的径向分速度。图7 (b)为装置工作时固体颗粒在分离段内的运动示意图，图中7-1为固体颗粒；图中Cz为速度C的轴向分速度，Ce为固体颗粒的径向分速度；S为固体颗粒的运动轨迹示
o图中1收缩段、2旋流器外壳、3叶片、4导流体、5分离段、6扩压段。
具体实施例方式如图所示，本发明烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置由收缩段I、旋流器外壳
2、叶片3、导流体4、分离段5、扩压段6组成。导流体4和旋流器外壳3通过多个叶片2连接组成一个整体后，安装时保证叶栅的叶型进口角为90 °，收缩段I、旋流器外壳2、分离段5、扩压段6依次通过法兰连接。本装置安装在烟气轮机的进口烟气管路中的某一段位置，收缩段I的一侧通过法兰与烟气管路的一端相连接，扩压段6的一侧与烟气管路的另一端相连接。安装时要注意烟气在本装置内的流动方向是从收缩段至扩压段，具体的工作原理为烟气从收缩段至扩压段的流动过程中，在收缩段内烟气加速。加速后的烟气在叶栅通道内流动时方向发生改变，烟气在分离段内流动时形成具有圆周方向分速度的流动(参见图7(a))。因为具有圆周方向的分速度，烟气在半径方向受到离心力的作用。进一步由于烟气中的固体颗粒密度大于烟气，因此固体颗粒受到的离心力较大，固体颗粒在离心力的作用下做径向运动，向分离段的表面堆积(参见图7 (b))。
分离段的表面带有环形凹槽，凹槽能够起到吸附固体颗粒的作用。大部分固体颗粒在凹槽内堆积和吸附，进而得到去除。去除大部分固体颗粒的烟气经扩压段扩压后，进入烟气轮机内部。由于烟气中的大部分固体颗粒已经被去除，因此烟气轮机叶片受到的冲蚀程度减弱，从而烟气轮机的叶片寿命得到延长。烟气在本装置内流动过程中，经过加速、改变流动方向、减速增压的过程。在流动过程中，必然会产生总压损失。为了减少流动过程的总压损失，扩压段锥度和导流体后部锥度应该在1:10到1:20的范围内，导流体的前部应采用半球形。分离段的多个环形凹槽能够有效地吸附和阻挡颗粒，经过理论分析，分离段内壁环形凹槽的尺寸在宽度为lmnT2mm、深度为5mnTl0mm的范围之内时，都能够起到吸附和阻挡固体颗粒的作用。在设计实施过程中，具体的最佳宽体、最佳深度、凹槽数量与烟气工质中的颗粒尺寸和种类有关。本装置在运行一段时间后，将分离段更换掉。相对烟气轮机的叶片来说，分离段的成本非常低，并且更换非常方便。由于烟气中的大部分固体颗粒被去除，烟气轮机叶片受到的冲蚀程度大大降低，叶片的寿命得到延长。因此本发明具有更换方便、成本低廉、延长烟气轮机运行周期和关键部件寿命的优点，从而解决了烟气轮机的工作周期短、运行成本高问题。
权利要求
1.一种烟气轮机エ质中的固体颗粒去除装置，包括收缩段(I)、旋流器外壳(2)、叶片(3)、导流体(4)、分离段(5)、扩压段(6);其特征在于旋流器外壳(2)、导流体(4)、多个叶片(3)组合成一个整体，在组合时需要保证叶栅的叶型进口角为90°，收缩段(I)、旋流器外壳(4)、分离段(5)、扩压段(6)依次通过法兰连接；收缩段(I)是ー个带有锥度的圆环，两侧带有法兰；旋流器外壳(2)为ー个直的圆环，两侧带有法兰；叶片(3)是直叶片，多个叶片安装在旋流器外壳内壁上，组成烟气的叶栅通道，叶栅的叶型进口角为90 °，叶型出口角在30° ^45°范围之内；导流体(4)由三部分组成，前部为半球形，中部为圆柱形，后部为圆锥形，锥度在1:10到1:20的范围之内；分离段(5)是ー个直的圆环，其内壁带有多个环形凹槽，分离段两侧带有法兰；扩压段(6)是ー个带有锥度的圆环，锥度值在1:10到1:20的范围内，两侧带有法兰。
2.如权利要求I所述的烟气轮机エ质中的固体颗粒去除装置，其特征还在于分离段(5)的凹槽宽度在lmnT2mm范围之内，凹槽深度在5mnTl0mm范围之内。
全文摘要
本发明属于能源利用领域，涉及一种烟气轮机工质中的固体颗粒去除装置。包括收缩段、旋流器外壳、叶片、导流体、分离段、扩压段。装置在工作时，烟气在收缩段内加速，加速后的烟气在叶栅通道内改变流动方向，在分离段内烟气形成具有圆周方向分速度的运动。因为具有圆周方向的分速度，烟气在半径方向受到离心力的作用，固体颗粒在离心力的作用下做径向运动，向分离段的表面堆积。分离段的表面带有环形凹槽，大部分固体颗粒在凹槽内堆积和吸附。去除大部分固体颗粒的烟气经扩压段扩压后，进入烟气轮机内部。由于烟气中的大部分固体颗粒已经被去除，因此烟气轮机叶片受到的冲蚀程度减弱，从而烟气轮机的叶片寿命得到延长。
文档编号B01D45/16GK102650220SQ201210137210
公开日2012年8月29日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者王晓放, 田夫, 袁国凯, 赵广, 马明 申请人:大连理工大学