一种新型结构的细颗粒预团聚装置的制作方法

本发明属于气固两相流细颗粒脱除技术领域，特别涉及一种催化裂化装置再生烟气中细颗粒催化剂的预团聚装置。

背景技术：
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目前，国内外多数石油化工炼厂的催化裂化装置都装有带烟气轮机的能量回收系统，烟汽轮机是催化裂化能量回收系统中的关键设备，能回收高温烟气中几乎全部压力能和25％左右的热能，烟机的功率回收率，即烟机输出功率与主风机所需功率之比可达130％，既满足了节约能源的要求，又降低了企业能耗投入，提高了经济效益。

烟机结垢问题是炼厂最棘手的问题。研究发现引起烟机结垢的催化剂颗粒尺寸低于10μm，且颗粒浓度较低，一般低于200mg/Nm3，对于该类颗粒，很难利用传统旋风分离器对其分离。若能在进旋风分离器之前，使这些细颗粒团聚成旋风分离器能够分离的大颗粒，则能避免这些细颗粒进入烟机，从而解决烟机结垢问题，避免了因烟机结垢停工所造成的经济损失，同时避免了细颗粒通过烟机被排入大气中造成环境污染，符合国家环保和节能减排的重要战略。

实现颗粒团聚的方法有很多，比如：电团聚，声团聚，热团聚，磁团聚，光团聚，湍流团聚，梯度团聚等。

电团聚，这种方法通过增加微细颗粒的荷电能力，促进微细颗粒以电泳方式到达飞灰颗粒表面的数量，从而增加颗粒间的团聚效应。但是，电团聚能耗很高，并且团聚之后的颗粒所带的电荷很难除尽，给后期颗粒的分离造成很大不便。

声团聚，声团聚是根据声学原理，利用具有很高能量密度的声区，使超细颗粒物发生较大振幅的振动，从而发生团聚。但声波的能量很容易被气体分子所吸收，高频声波有时并不能使烟气中的细颗粒催化剂产生较大的振幅，并且，为了产生几十甚至几百千赫的声波，需耗费大量的电能，同时还需要消除噪声的危害。

热团聚，热团聚是指超细颗粒物在没有外力、温度较高的环境下产生明显的成核和团聚的现象。通常，对于浓度高且粒径相差较大的颗粒物，热团聚的效果比较明显。即使这样，热团聚的团聚过程仍十分缓慢.，因而难以在工业中得到应用。

磁团聚，磁团聚指的是强磁性颗粒经磁场作用，即磁选或预磁后，由于其剩磁的相互作用而产生的团聚现象。但是，目前面临的主要问题是很难高效收集弱磁性颗粒，并且很难清除和解磁附着在面上的被收集的颗粒。

光团聚，是应用光辐射的原理促进颗粒物的团聚。通过改变激光传播的折射角、光的强度等多种参数可以促使超细颗粒发生团聚.但其成本相当大，目前还不可能大规模利用。

湍流团聚，是细颗粒物在湍流流动中有明显的成核和凝聚现象，而且成核和凝聚的颗粒将进一步长大，且随着湍流程度的增强，细颗粒湍流团聚效果显著增强。

梯度团聚是由于横向速度梯度引起的碰撞而导致的团聚现象，在边界层的横向速度梯度最大，故梯度团聚也称为边界层团聚。且细颗粒在横向速度梯度大的区域发生团聚的效果十分显著。

湍流团聚和梯度团聚在高温下，或雷诺数较大时效果很明显。湍流团聚和梯度团聚并没有以上其他团聚方法所带来的诸多副影响和难以解决的技术难关，利于工业实践生产应用。

实践证明，即使是高温环境下，喷入水蒸气也可大大增加小颗粒团聚成大颗粒的几率。

再生烟气中的细颗粒催化剂所处环境属于高温环境，且流动雷诺数很大，十分符合湍流团聚和梯度团聚的适用条件。

技术实现要素：
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根据现有技术存在的不足和缺陷，本实用新型提供一种新型结构的细颗粒预团聚，该装置可以实现再生烟气中的细颗粒的团聚，使小颗粒团聚成大颗粒，最后被传统旋风分离器从再生烟气中分离出来。该装置通过改变进入旋风分离器前的管道结构，增大再生烟气中细颗粒的湍流团聚和梯度团聚，从而使得细颗粒团聚成大颗粒，最终被旋风分离器分离出去。

本实用新型的目的是这样实现的，装置主体包括三部分：按照再生烟气流动的方向，依次为水蒸气喷入管道区，湍流团聚圆柱区，梯度团聚层板区。水蒸气喷入管道区的结构包括两部分：水蒸气上部喷入管和水蒸气下部喷入管(之所以选择上下同时喷入水蒸气，是因为只在上部或只在下部喷入水蒸气会造成未喷入水蒸气的一侧水蒸气含量微少，会降低细颗粒团聚效果)，水蒸气上部喷管与水蒸气下部喷管均与烟气管道垂直，垂直安置能大大增加水蒸气喷入后与细颗粒的接触面积，提高水蒸气对细颗粒团聚的促进效果，并且，水蒸气垂直喷入比水蒸气倾斜喷入更能增强再生烟气的湍流程度，利于细颗粒团聚。同时为防止上下水蒸气对喷造成不必要的动量损失，上下喷入管错开一定距离(1D-2D，D为烟气管道直径)。湍流团聚圆柱区的结构是由呈三角形排布的24根竖直实心圆柱组成的，圆柱直径为0.15D，圆柱径向距离为0.4D，圆柱之间沿烟气管道轴向的距离为0.5D，湍流团聚圆柱区总长9D。在此区域内，细颗粒随再生烟气绕实心圆柱运动，细颗粒湍流程度大大增强，彼此碰撞的频数大大增加，细颗粒团聚效果显著。梯度团聚层板区的结构由4层水平放置的钢板组成，钢板厚度为1-2厘米，钢板长6D，钢板之间的垂直距离为0.2D。在每个钢板上下表面处都存在较大范围的边界层，存在很大的横向速度梯度，再生烟气中的细颗粒在这个横向速度梯度很大的区域内会发生大量的有效碰撞，从而团聚成大颗粒。并且，装置主体包括的三部分是依靠法兰连接在一起。

本实用新型的有益效果是：再生烟气夹带的1-3μm的细颗粒催化剂经过水蒸气喷入区的上下双向水蒸气的作用、湍流团聚圆柱区的湍流团聚作用和梯度团聚层板区的梯度团聚作用，细颗粒催化剂显著团聚成为大颗粒催化剂，能够被旋风分离器从烟气中分离出来，从而大大降低排入空气中的细颗粒数量。本装置具有运行成本低、安装和检修方便、细颗粒团聚效果好、不用改变工厂原有的设备系统条件、具有重要的环保意义。

附图说明：

图1是本实用新型的装置结构原理示意图。

图2是湍流团聚圆柱区2的俯视图。

图3是梯度团聚层板区3的A-A剖面图。

具体实施方式：

结合附图对本实用新型的装置进行说明，如附图1所示本装置主体分为三部分，包括：水蒸气喷入管道区1，湍流团聚圆柱区3，梯度团聚层板区4。三部分由法兰连接在一起，其中，水蒸气喷入管道区1包括水蒸气上部喷入管2和水蒸气下部喷入管5；湍流团聚圆柱区3由若干呈三角形分布的竖直实心圆柱组成，两圆柱之间径向距离为0.4D，沿烟气管道轴向的距离为0.5D，实心圆柱直径为0.15D，见附图2；梯度团聚层板区4由四块水平的钢板构成，钢板长6D，相邻两块钢板之间的垂直距离为0.2D，见附图3。

本实用新型装置实施时，夹带着细颗粒催化剂的再生烟气从水蒸气喷入管道区1的烟气管道进入，同时，水蒸气上部喷入管2和水蒸气下部喷入管5同时喷入水蒸气，与进来的烟气充分混合，增大了细颗粒的湍流程度，增强了细颗粒的湍流团聚效果；接着，烟气与水蒸气的混合物夹带着经一定湍流团聚作用过后的催化剂颗粒从水蒸气喷入管道区1进入湍流团聚圆柱区3中，由于圆柱的存在，颗粒的湍流程度进一步增大，颗粒有效碰撞几率大大增加，细颗粒不断团聚为大颗粒，效果显著；烟气从湍流团聚圆柱区3中出来后，紧接着进入梯度团聚层板区4中，气流在层板的上下表面附近存在很大的横向速度梯度，致使已经团聚的较大颗粒进一步发生有效碰撞，经梯度团聚后颗粒进一步团聚变大。最后，气流夹带着团聚变大的颗粒进入旋风分离器中，旋风分离器将经团聚作用变大的颗粒从烟气中分离出来。

本实用新型涉及的一种新型结构的细颗粒预团聚装置实现了直径1-3μm细颗粒的团聚，使这些细颗粒团聚成足以被旋风分离器分离的大颗粒，并且，本装置操作简便，便于安装和维护，不用改变工厂原有的设备系统条件，运行成本低，细颗粒团聚效果好，减少外排细颗粒的数量，不用改变工厂原有的设备系统条件，具有重要的环保意义。