一种热量回收旋风分离器的制作方法

本发明属于煤炭化工技术领域，具体涉及一种能够承受高温高压且能够热量回收的旋风分离器。

背景技术：

煤(焦)气化技术多采用固定床加压气化，煤(焦)炭气化炉气化中心温度达1000～1350℃，气化炉出口温度也高达500～700℃，压力最高可达7mpa。由煤(焦)炭气化炉出来的煤气带有大量的灰尘以及煤(焦)颗粒。为防止煤(焦)颗粒造成后续设备的堵塞，首先就要去除煤气中的灰尘和煤(焦)颗粒，目前的加压气化技术多用湿法除尘方法，就是用水洗涤煤气，来到达除去煤气中的大部灰尘和煤(焦)颗粒的目的；然而这将产生大量的含有灰尘、煤(焦)颗粒以及有机物的废水；随同高温煤气的热量由水带走，煤气温度大幅下降，能量损失很大。

目前，普通的旋风分离器一般都是平顶板，且由带有切向矩形入口的筒体和锥体组成。这种结构是实现高效旋风分离的基本条件。但分离器平顶板和切向矩形入口承压能力较差，因此通常普通的旋风分离器只能使用与0.2mpa以下的工况环境。在工作压力提高的情况下，简单的提高设备材质和增加设备壁厚，不仅不能完全保证分离器的机械强度，还增加旋风分离器设备投资和设备制造难度。

因此，现有技术公开了一种夹套式旋风分离器，在不改变旋风分离器的结构与尺寸、不损害旋风分离器的分离性能情况下，将旋风分离器置于密闭的压力容器外壳内，利用压力容器外壳来承受气化炉出来的煤气的高压载荷；利用在旋风分离器内设置隔热耐磨衬里来承受高温。

此外，现有技术公开了一种高温高压旋风分离器，将分离器的部件形状结构形状进行改变，即将分离器顶部改为凸形封头结构，从而提高分离器顶部的承压能力；锥体改为不同锥角的上下两个人锥体；下部料腿设置过渡料斗(或称破涡斗)；耐热层采用耐磨隔热衬里，或不设衬里层。

然而即便是如上述两篇专利的改进，仍然存在以下技术问题：一是采用高温载荷时，旋风分离器的直径会因耐磨隔热衬里的厚度加厚而增大，其夹套直径也会相应增大，设备重量也会加大；二是由于旋风分离器结构较为紧凑，耐磨隔热衬里施工困难；三是由于气体线速度较大，长时间运行耐磨隔热衬里会磨损减薄，会使旋风分离器壁承受高温高压下的效果失效；四是高温煤气的热量并未到收集，在上述两专利中也均未提及解决方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，改进了加压煤或焦炭气化工艺，将煤或焦炭气化炉出口的湿式除尘工艺改为干式除尘工艺。本发明提供了一种不仅适用于高温高压环境而且还能热量回收的旋风分离器。

本发明提供了一种热量回收旋风分离器，包括：旋风分离器和夹套，所述旋风分离器包括升气管、内凸形封头、筒体、切向进气管、下锥体和灰尘出口；所述夹套包括凸形封头、上筒体、切向进气管夹套管、锥体和下筒体；

其中，所述凸形封头内壁上部固定有呈倒锥形的气液分离器，所述凸形封头在气液分离器范围内设有蒸汽出口管，气液分离器的下方设有溢流圈，所述气液分离器下端面低于溢流圈的上端面，所述溢流圈通过下端的环板固定在上筒体内壁上；所述上筒体在高于溢流圈下端环板设有降液回流管，所述降液回流管下端与下筒体连接，与夹套和旋风分离器之间的空间形成循环回路；所述热量回收旋风分离器的支撑为侧向支撑。

所述切向进气管内部设有与出气管相切且安装角为0～15°的导流板。

在所述升气管的外壁环设有纵向导流板，纵向导流板高于切向进气管上沿0～100mm，所述纵向导流板与筒体之间具有缝隙。

所述筒体的内壁在周向上贴设有防冲板，所述防冲板从切向进气管中心线与筒体相交的相交线处沿切向进气管方向延伸180～360°，所述防冲板的宽度比切向进气管直径大50～200mm。

所述下锥体的下部内设有气体返流装置，所述下锥体与所述灰尘出口之间设有膨胀补偿器，所述灰尘出口上设有防堵装置。

所述切向进气管的外部设有切向进气管夹套管且呈半锥角为0～5°的锥形。

所述气液分离器上满布φ5～30mm分离孔。

还包括人孔，所述人孔贯穿旋风分离器筒体壁和夹套上筒体壁。

所述上筒体的上部、下筒体的下部以及回流管的上部均设有补液口；回流管的下部与下筒体之间通过排液口连通。

所述旋风分离器的筒体外部周向固定有若干个限位板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)适用于高温高压和采用干法除尘方法；进入热量回收旋风分离器的高温高压并携带有灰尘及固体颗粒的气体，通过旋风分离器将高温高压气体中的灰尘和固体颗粒进行了分离；(2)可以回收热量；高温高压气体的部分热量通过旋风分离器壁传递给夹套内介质；夹套内介质吸收热量后汽化，没有汽化的夹套内介质由夹套上部进入夹套外侧的降液回流管至夹套下部回到夹套，汽化的介质由夹套顶部输出，用于补充系统内或系统外热量，降低了系统能量消耗；(3)使用普通碳钢就可以适用于高温高压环境；夹套内介质的汽液混合温度在400℃以内，使得旋风分离器以及夹套的材料使用普通碳钢即可满足要求，避免了使用高温材料和内衬耐火材料，节约投资。

附图说明

图1为本发明的热量回收旋风分离器的一个实施例结构图；

图2为本发明的热量回收旋风分离器的切向进气管中心线向下的剖面图；

图3显示了图1中切向进气管与旋风分离器和夹套处的放大图。

附图标记：1—旋风分离器；2—夹套；10—切向进气管；11—内凸形封头；12—筒体；121-限位板；13—下锥体；131—气体返流装置；14—升气管；15—膨胀补偿器；16—固体灰尘出口；161—防堵装置；17—纵向导流板；18—导流板；19—防冲板；20—凸形封头；21—上筒体；211—切向进气管夹套管；212—人孔；22—锥体；221—设备侧支撑；23—下筒体；24—回流管；25—气液分离器；26—溢流圈；261—环板；27—蒸汽出口管；28—补水口；29—排液口。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应理解为仅限于该实施例结构。

如图1根据本发明热量回收旋风分离器的结构图；包括：旋风分离器1和夹套2，旋风分离器1置于夹套2的内部。

旋风分离器1包括升气管14、内凸形封头11、筒体12、下锥体13、波形的膨胀补偿器15和灰尘出口16。

在筒体12上设有切向进气管10；升气管14贯穿凸形封头20和内凸形封头11的顶部，并伸入旋风分离器1内部至切向进气管10的下部，其中升气管14的最底端的端面低于切向进气管10最底端的距离为0.5～1倍切向进气管直径；灰尘出口16从夹套2的下部穿出；

在切向进气管10的内部还设有导流板18(如图2所示)，用于进入分离器气体的导流和提高气速，所述导流板18与旋风分离器1的升气管外壁14相切，且导流板18的安装角α为0～15°；在升气管14的外壁处环设有纵向导流板17，纵向导流板17高于切向进气管10的上沿0～100mm，纵向导流板17与筒体12之间具有缝隙(如图3所示)，。

在筒体12的内壁的环贴一层防冲板19，而且防冲板19是从切向进气管10中心线与筒体12相交处沿进气管切向方向延伸180～360°，所述防冲板的宽度比切向进气管10直径大50～200mm。

旋风分离器1的下锥体13内部的下部设有气体返流装置131，固体灰尘出口16和下锥体13之间设有膨胀补偿器15，固体灰尘出口16还上设有防堵装置161。

夹套2包括由上而下依次连接的凸形封头20、上筒体21、锥体22、下筒体23和1～5个回流管24；回流管24的上部与上筒体21连接，回流管24的下部与下筒体23连接，这样回流管24与夹套2与旋风分离器1之间的空间便形成循环回路，回流管24上部位于环板261上方50～100mm处，所述上筒体21的上部、下筒体23的下部以及回流管24的上部均设有补液口28。

在所述夹套内部设置有内件：凸形封头20内壁上部固定有呈倒锥形气液分离器25，所述气液分离器上满布φ5～30mm分离孔；气液分离器25的下方设有锥形的溢流圈26，所述气液分离器25下端面低于溢流圈26的上端面10～200mm，所述溢流圈26的下端通过环板261固定在上筒体21的内壁上。

所述上筒体21在高于溢流圈26下端环板261设有回流管24为1～5个，所述回流管24下端与下筒体23连接，与夹套2和旋风分离器1之间的空间形成循环回路。回流管24的下部与下筒体23之间通过排液口29连通；所述上筒体21上设置有切向进气管的夹套管211，夹套管211与上筒体21相连接，且夹套管211内壁呈锥形，半锥角为0～5°。所述旋风分离器1的筒体12外部周向固定有至少一个限位板121。

凸形封头20在气液分离器25包围的范围内设有蒸汽出口管27。人孔212贯穿夹套2的上筒体21和旋风分离器1的筒体12，在人孔内设有人孔内导筒，在人孔内导筒的内设有耐高温隔热材料。夹套2的锥体22外固定的设有设备侧支撑221，即位于设备的一侧用于侧支撑。

下面将对本发明的使用步骤结合实施例进行详细说明：

步骤1：旋风分离器1内充满惰性气体，夹套2内充满锅炉水并至溢流圈26的上端面；

步骤2：旋风分离器1和夹套2内同时充压至工作压力，并使得夹套2的压力比旋风分离器1大0～0.2mpa；

步骤3：煤焦气化炉的含尘高温高压煤气(3.5mpa，700℃)从切向进气管10进入旋风分离器1的筒体12内，经纵向导流板17以及导流板18共同作用，含尘高温高压煤气沿着筒体12和下锥体13做螺旋向下运动，当气体向下运动碰到下锥体13下部的气体返流板131时，气体在旋风分离器1的中心往上返回，经出气管14出旋风分离器1进入后续设备继续能量回收；灰尘和煤焦颗粒经下锥体13下部的固体灰尘出口16进入灰仓；

步骤4：夹套2的锅炉水吸收由含尘高温高压煤气经内凸形封头11、筒体12、下锥体13、膨胀补偿器15传导的热量锅炉水在夹套2内被加热并蒸发，带有蒸汽的锅炉水上升至溢流圈26上沿高度，饱和蒸汽从饱和水中溢出，继续上升到呈倒锥形的汽液分离器25时蒸汽和锅炉水分离，蒸汽通过汽液分离器25至蒸汽出口27；液体水则沿呈倒锥形的汽液分离器25的外壁流回到锅炉水中锅炉水进行经溢流圈26上沿溢流到溢流圈26外侧，同经补充水进口28新添加的锅炉水一起进入降液回流管24进入下筒体23下部。如此往复。

实施例1

用于某焦炭气化制甲醇工程，旋风分离器直径1000mm，进气温度680℃，压力3.5mpa；除灰效率大于90％；夹套温度245℃，压力3.7mpa；回收饱和蒸汽1t/h。