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旋风、内旋系统及多管版

三、大通量高温带压多管高效旋风分离器及最优化设计技术

化工、石油、煤炭及钢铁等行业中常常会遇到高温带压的含尘气体需要回收能量或保护工艺设备的要求,例如煤化工领域中干粉流化床煤气化装置,通常需要将温度为300~800℃及运行压力0.2~4.0MPa的气体净化,随着气化装置朝大型化方向发展,单台设备的处理气量往往大于30000m3/h(操作态),有时气体含尘浓度很高(有时会超过1000g/m3),为了满足后系统要求,工艺上总是希望尽可能将气体中固体杂质除干净。就目前的技术来看,旋风分离器仍是满足上述苛刻工况要求下的首选。旋风分离器是利用气态非均一系,在作高速旋转时所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离设备。由于颗粒所受的离心力远远大于重力和惯性力,所以旋风分离器能经济地分离的最小粒径可达到5~10μm。此外,旋风分离器结构比较简单,操作、维护方便,性能稳定,又不受含尘气体的浓度、温度、物性等限制,且造价较低,所以已广泛地应用于石油、化工、煤炭、电力、环保及冶金等工业生产中。由于旋风分离器内的气流运动极为复杂,属于三维湍流的强旋流且二次涡流在旋风分离器中普遍存在,旋风分离器的结构型式将直接影响分离性能。

对于处理气量大、要求阻力低、高温带压且需分离效率高的工况条件,通常采用多组较大直径旋风并联方式,但该解决方案的运行阻力、投资费用及占地面积都比较大,同时该方案分离效率一般满足不了技术要求,主要原因是直径较大的旋风通常对细颗粒的分离都很困难。因此目前国内外工程技术人员开发了各类多管旋风分离器,但在解决高温带压问题上大多数的多管旋风分离器结构并不合理(难以应用于压力较高的场合),同时还存在其它多方面的问题(如分离器总进、出口端积灰问题,又如高温热膨胀问题)。

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司在成熟的EⅡ型高效旋风分离器基础上潜心研究,开发出具有独特创新结构的一种带有双进口双出口的旋风分离器——DEⅡ型高效旋风子,DEⅡ型高效旋风子具有单管处理气量大、运行阻力低、分离效率较高及结构简单等诸多优点,非常适合于担当大型分离器内置的高效型旋风子,DEⅡ型高效旋风子建立了数学模型并开发了最优化设计软件,在国内外已有数十套工业装置成功应用,目前该技术已获得国家专利(专利号ZL201320729367.8)。

3 高温带压多管高效旋风分离器

3.1 DEⅡ型高效旋风子

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司在EⅡ型高效旋风分离器基础上研发出DEⅡ型高效旋风子,DEⅡ型高效旋风子是一种带有双进口双出口的结构,同样采用了异型进口及导流挡板的特殊结构形式,抑制了上涡流的产生,从而提高了分离效率,同时也降低了运行阻力。DEⅡ型高效旋风子具有以下特点:

①单管处理气量大,相同条件下比EⅡ型高效旋风分离器处理气量约大1/3~1/2。

②分离效率高,对于20μm分离效率高达98%,切割粒径dcut≈3.0μm。

③结构简单,操作弹性大,操作负荷在30%内变化,对分离效率影响较小。

由于DEⅡ型高效旋风子内部结构较为简洁,其内部容易采用各种耐磨/耐热衬里方式,在高温下(600~800℃)具有优异的耐磨及隔热性能,设备寿命可达五年以上。

DEⅡ型高效旋风子主要规格如下:

 

型号

 

外形尺寸(mm)

处理风量

Q

(Nm3/h)

出口

De

直径

DN

高度

H

EII/0.14k

70

100

1100

90~140

EII/0.30k

105

150

1200

250~300

EII/0.78k

140

200

1300

650~780

EII/1.1k

175

250

1400

920~1100

EII/2.0k

210

300

1470

1680~2000

 

3.2 ZVMC系列立式多管高效旋风分离器

对于处理气量较大且气相中细颗粒(如小于20μm的颗粒)含量较多的工况条件,为了提高旋风对细颗粒的分离效率,通常采用较大直径的旋风分离器多级串联方式,但这种解决方案的运行总阻力、投资费用及占地面积都比较大,同时其分离效率亦不太高,主要原因是直径较大的旋风分离器通常对细颗粒的分离都很困难。

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司研发的ZVMC系列立式多管高效旋风分离器创造性地采用了一体化两级旋风分离方式, 针对处理气量较大且气相中细颗粒含量较多的工况条件,首先通过切向进口与大筒体形成的第一级旋风分离器,可直接将约占70~80%固体颗粒(特别是大于30μm的颗粒)分离出来,大幅降低了后续分离器的负荷。第二级分离采用了多个DEⅡ型高效旋风子的并联处理方式。在相同的工艺条件下,它比一般的旋风分离器的处理气量约大1/3~1/2,而阻力可降低约15~20%,效率可提高2~3%。ZVMC系列立式多管高效旋风分离器操作弹性大、结构简单、适应性强、易于耐磨衬里且成本较低,适用于处理气量大、细颗粒含量较多、含尘浓度高、阻力要求低且需要分离效率高的工况条件。

ZVMC系列立式多管高效旋风分离器规格参见下表:

 

型号

 

外形尺寸(mm)

处理气量

Q

(m3/h)

筒体直径

D1

支座直径

D2

出口

D3/D4

高度

H

ZVMC/0.4k

400

600

100

2300

310~420

ZVMC/0.8k

500

700

150

2600

620~840

ZVMC/0.8k

600

900

150

2700

620~840

ZVMC/1.6k

700

1000

200

2900

1240~1680

ZVMC/2.1k

800

1200

250

3000

1550~2100

ZVMC/2.5k

900

1300

250

3100

1860~2520

ZVMC/3.3k

1000

1400

300

3200

2480~3360

ZVMC/4.2k

1100

1600

300

3300

3100~4200

ZVMC/5.0k

1200

1700

350

3400

3720~5040

ZVMC/5.4k

1300

1800

350

3500

4030~5460

ZVMC/6.7k

1400

2000

400

3600

4960~6720

ZVMC/7.1k

1500

2100

400

3700

5270~7140

ZVMC/8.4k

1600

2200

450

3800

6200~8400

ZVMC/10.8k

1700

2300

500

3900

7440~10800

ZVMC/11.3k

1800

2400

500

4000

8370~11340


说明:
①表内数据以工作压力等于0.8MPa为依据设计,当工作压力大于0.8MPa时,数据会有所不同;
②分离器的操作平台图纸由上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司提供。

3.3 ZHMC系列高温带压卧式多管高效旋风分离器

针对高温带压、处理气量大、要求阻力低且需分离效率高的工况条件,工程上常采用多组较大直径旋风并联方式,但该解决方案的运行阻力、投资费用及占地面积都比较大,同时该方案分离效率一般满足不了技术要求,主要原因是直径较大的旋风通常对细颗粒的分离都很困难。因此目前国内外工程技术人员开发了各类多管旋风分离器,但在解决高温带压问题上大多数的多管旋风分离器结构并不合理(难以应用于压力较高的场合),同时还存在其它多方面的问题(如分离器总进、出口端积灰问题,又如高温热膨胀问题)。

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司研发的ZHMC系列高温带压卧式多管高效旋风分离器采用了 独特的布管方式, 分离器的上端设有排气口、下端设有主排灰口、侧面设有进气口的外壳,外壳内通过内层筒体和中层筒体隔离为三个同轴的腔体,内层筒体、中层筒体之间设有多个DEⅡ型高效旋风子,DEⅡ型高效旋风子顶部的排气口均与内层筒体内侧的腔体连通,DEⅡ型高效旋风子下部的固体出口与中层筒体外侧的腔体连通,外壳的下端分别设置有重力沉降排灰口和出口端排灰口,为适应于高温带压条件外壳的内表面采用了耐磨隔热衬里。数量众多的DEⅡ型高效旋风子以一定的水平夹角焊接固定在两个同轴筒体上,该结构的抗高温热膨胀及形变的性能优异。为了解决内部排灰问题,除主排灰口外,还增加了重力沉降排灰口及出口端排灰口,既提高了分离器的捕集效率又避免了粉尘堵塞对系统带来的严重影响,ZHMC系列高温带压卧式多管高效旋风分离器完全满足了高温带压、处理气量大、要求阻力低且需分离效率高的工况条件。

ZHMC系列高温带压卧式多管高效旋风分离器规格参见下表:

 

型号

 

外形尺寸(mm)

处理气量

Q

(m3/h)

筒体直径

DN

进口/出口

D1/D2

主排灰口

D3

高度

H

ZHMC/18.7k

3100

1200

250

8500

18700~32700

ZHMC/25.5k

3200

1300

250

9000

25500~40800

ZHMC/33.1k

3300

1400

300

9500

33100~49700

ZHMC/35.7k

3400

1500

300

10000

35700~59500

ZHMC/44.6k

3500

1600

350

10500

44600~70100

ZHMC/54.4k

3600

1700

350

11000

54400~81600

ZHMC/65.0k

3700

1800

400

11500

65000~93900

说明:
①表内数据以工作压力等于0.8MPa为依据设计,当工作压力大于0.8MPa时,数据会有所不同;
②分离器的操作平台图纸由上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司提供。