[发明专利]一种高温高压旋风分离器

说明书

技术领域

本发明涉及从气体中分离固体颗粒、液滴的技术领域，具体为一种从高温、高压气体中分离颗粒物的旋风分离器。

背景技术

从高温、高压(带压)气体中分离固体颗粒或液固混合物，即高温高压气体的净化除尘是石油、化工、清洁煤利用等过程工业生产中的一个重要的问题，例如，石油催化裂化工艺催化剂再生系统中需要除尘净化的气体工况是700℃～750℃、0.2～0.3MPa；煤的增压流化燃烧联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)工艺中需要净化的气体温度和压力为800℃～1000℃、1～5MPa；煤直接液化工艺中热气体高压分离器的操作温度是440～470°，15～30MPa；天然气长输管道中天然气压力也可超过10MPa。这些苛刻的操作条件几乎排除了过滤、电除尘等其他高精度分离技术在这些过程中的大规模应用，旋风分离器因其结构简单紧凑、无可动部件、造价低、操作维护方便、分离效率较高等优点而成为上述领域高温、高压(带压)气体除尘净化的首选设备。

现有技术，普通的旋风分离器一般都是平顶板、切向矩形入口的筒体加锥体的结构。这种结构是实现高效旋风分离的基本条件，但存在多处直角连接焊缝，且矩形入口也是分离器筒体上较大尺寸的开孔，这就导致普通的旋风分离器不能够承受较高的气体介质压力与温度载荷，因而通常只能使用于0.2MPa以下的工况环境。因为应用于高压或高温带压工况时，普通旋风分离器局部几何突变区域、直角连接焊缝处的应力较大，应力集中会很严重。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，还增加旋风分离器的设备投资，同时也增加设备制造难度。

为解决上述问题，将普通的旋风分离器应用于高温高压工况下的气固分离、气液固分离操作，通常的做法是对旋风分离器局部应力集中的地方进行设备壁厚加厚、补强或加筋板加强等处理，但由于旋风分离器结构复杂，这种机械加强、补强的效果难以精确计算，只能凭经验处理，因而并不能完全保证旋风分离器在高温、高压工况下使用的机械强度与安全性。中国专利申请ZL200810118430.8公布了一种高温高压夹套式旋风分离器，即希望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，将旋风分离器置于密闭压力容器外壳内，利用压力容器外壳来承受高温高压载荷，旋风分离器只承受分离器自身的进出口压差。旋风分离器的入口、升气管、料腿分别从压力容器外壳的相应位置穿出，与外部管线联接。但这一方案的缺点：一是增加了压力容器外壳的投资；二是结构复杂，旋风分离器的入口、升气管和料腿与外壳间变形不协调，需要设置膨胀节等。ZL01276178.8则公布了一种直接用压力容器作为分离器壳体的高压旋流分离器，其分离器壳体为由圆筒壁、顶部半圆形封头和低端半圆球封头构成的耐高压壳体，在壳体设有进料管，溢流管和底流管，这一结构易于制造，易用于高压状态下，设备的机械强度容易保证，但是分离效率受到的损害较大。《华东理工大学学报》2003年29卷第四期，第416～419页，报道了一种与ZL01276178.8类似的旋风分离器，分离器壳体也是一压力容器，但旋风分离器的入口采用径向圆形入口，将入口圆柱伸入分离器壳内的管段沿其轴线方向剖去一半，且旋转一定的角度，并在端部设置一个圆柱弧形导流板，用于水煤浆气化炉合成气净化，使灰水与气化合成气经过混合器后撞向导流板，导流板起到引流的作用，冲击导流板后的气体携带液体及颗粒急速转向形成切向速度进入旋风分离器，在离心力的作用下沿筒壁旋转，液滴及其包裹的灰渣甩到筒壁被液膜捕集。这一设计除进气口会受到进料冲蚀外，同样也是以损失分离效率为代价来保障分离器的机械性能。由此可见，用于高温高压条件下，旋风分离器同时具有先进的分离性能和可靠的设备机械强度的问题目前还没有很好地解决。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷与不足，提供一种具有先进的分离性能并同时能够保证设备机械强度的适用于高温高压条件下使用的旋风分离器。