CN108410507B - 旋风分离器及预热式气化*** - Google Patents

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Abstract

一种旋风分离器，包括入口通道、旋风筒体、锥段和出口，其中，入口通道包括与旋风筒体相切的切向侧壁；入口通道与旋风筒体的上部连通，入口通道开设供待分离物进入的入口，使待分离物从该入口进入后再沿旋风筒体的切向进入筒体内部；旋风筒体的下部与锥段的敞口端连接，锥段收口端作为下部出口，被分离出的固体配置为通过旋风筒体落入锥段；出口与旋风筒体顶部连通，被分离出的气体通过旋风筒体进入出口，离开旋风分离器；切向侧壁面上和/或旋风筒体上开设有至少一个扰流风入口。本发明的旋风分离器可实现预热式气化工艺中预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径分配的连续、定量调节。

Description

旋风分离器及预热式气化***
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，具体地涉及一种旋风分离器，以及包含该旋风分离器的预热式气化***。
背景技术
煤炭气化技术是我国洁净煤技术的重要组成部分，是高效、洁净利用煤炭的主要途径之一，已成为众多现代能源和化工***的核心技术。气流床煤气化工艺反应温度高、可以采用液态排渣，气化强度高、生产能力大、碳转化率高，已成为现在煤气化技术的主要发展方向。但现有的气流床气化工艺存在入炉煤粉粒径小、制备成本高、对煤种限制大等问题。预热式气化工艺通过将煤的预热和气化相结合，实现对煤气化反应过程的梯级控制，在有效降低***对原料煤粒径的要求的同时，以富氧/纯氧或空气加水蒸气为气化剂，实现高效气化，同时可提高产品气中有效气含量。
预热气化工艺中，预热单元和气化单元之间热量、质量及燃料粒径的匹配是工艺实现、***运行稳定、***气化性能指标优化的关键因素。现有技术中，可以针对指定输入条件(例如煤种、煤粒径、气化负荷)，在***设计时通过设计获得预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径的最佳匹配关系，但当***运行偏离设计负荷或实际运行变换煤种、粒径时，预热单元和气化单元之间的最优匹配关系被破坏，会使得气化性能指标(例如有效气比例、碳转化率、冷煤气效率等)不能满足生产要求，严重时会导致***无法稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种旋风分离器及预热式气化***，以解决以上所述的至少部分技术问题。本发明的目的还在于提供一种预热气化工艺中预热单元和气化单元之间热量、质量及燃料粒径分配的调节装置，其能够提高预热气化***运行的稳定性和灵活性，拓宽单套***的气化煤种及煤粒径的适应性。
本发明的目的还在于提供一种预热气化***，其能够确保预热单元和气化单元之间热量、质量及燃料粒径分配的可调节性，以保证***运行的稳定性及灵活性。
根据本发明的一方面，提供一种旋风分离器，包括入口通道、旋风筒体、锥段和出口，其中，
所述入口通道包括与旋风筒体相切的切向侧壁；
所述入口通道与旋风筒体的上部连通，入口通道开设供待分离物进入的入口，使待分离物从该入口进入后再沿旋风筒体的切向进入筒体内部；
旋风筒体的下部与锥段的敞口端连接，锥段收口端作为下部出口，被分离出的固体配置为通过旋风筒体落入锥段；出口与旋风筒体顶部连通，被分离出的气体通过旋风筒体进入出口，离开旋风分离器；
所述切向侧壁面上和/或所述旋风筒体上开设有至少一个扰流风入口。
在进一步的方案中，所述扰流风入口为多个，沿着所述切向侧壁的高度方向布置。
在进一步的方案中，所述扰流风入口与所述切向侧壁的夹角为大于30°。
在进一步的方案中，还包括一扰流风角度调节装置，与所述扰流风入口机械连接，用于调节扰流风入口与切向侧壁面或者旋风筒体壁面的夹角。
在进一步的方案中，所述扰流风入口至少有一列位于切向侧壁面与旋风筒体相切的切线上。
在进一步的方案中，所述扰流风入口设置于旋风筒体顶板，使扰流风垂直向下通入旋风筒体内部。
在进一步的方案中，所述扰流风入口还分布于所述锥段和/或旋风筒体的侧壁上，沿着所述锥段和/或旋风筒体的周向布置。
在进一步的方案中，所述扰流风入口，与旋风筒体侧壁壁面或者锥段侧壁的夹角小于90°。
根据本发明的另一方面，还提供一种预热式气化***，包括：
以上任意所述的旋风分离器；
预热炉膛，其出口与所述旋风分离器的入口连接；
扰流风供给装置，连接至所述旋风分离器的扰流风入口。
在进一步的方案中，所述扰流风供给装置配置为向所述扰流风入口输入水蒸气、CO2或煤气。
在进一步的方案中，在扰流风供给装置和扰流风入口之间还设置有扰流风量调节装置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明的旋风分离器可实现预热式气化工艺中预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径分配的连续、定量调节。
(2)本发明的预热式气化***可提高预热气化***运行的稳定性和灵活性，拓宽单套***的气化煤种和煤粒径的适应性，实现***宽负荷和变煤种运行。
(3)工艺结构简单，可靠性高，工程实施容易，适用于对现有***的技术改造。
附图说明
图1为根据本发明的实施例1的旋风分离器中扰流风布置示意图；
图2为根据本发明的实施例2的旋风分离器中扰流风布置示意图；
图3为根据本发明的实施例3的旋风分离器中扰流风布置示意图；
图4为根据本发明的预热式气化***流程图。
图5为根据本发明的实施例的预热式气化***流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
常规的旋风分离器，包括入口通道、旋风筒体、锥段和出口，其中，入口通道包括与旋风筒体相切的切向侧壁；入口通道与旋风筒体的上部连通，入口通道开设供待分离物进入的入口，使待分离物从该入口进入后再沿旋风筒体的切向进入筒体内部；旋风筒体的下部与锥段的敞口端连接，锥段收口端作为下部出口，被分离出的固体通过旋风筒体落入锥段；出口与旋风筒体顶部连通，被分离出的气体通过旋风筒体进入出口，离开旋风分离器。如图1，2或3所示，根据本发明的实施例提供的旋风分离器，包括入口通道2和旋风筒体1，其中入口通道2与所述旋风筒体1的上部连通，入口通道2开设供待分离物进入的入口，使待分离物从该入口进入后再沿旋风筒体1的切向进入筒体内部；在入口通道2与旋风筒体1相切布置的切向侧壁面上和/或所述旋风筒体上开设有至少一个扰流风入口。通过从扰流风入口通入扰流风，可以改变旋风分离器内部气流分布，进而改变旋风分离器出口气体带出的固体颗粒量和粒径，从而改变热量、质量及燃料粒径在预热单元和气化单元之间的分配，其能够提高预热气化***运行的稳定性和灵活性，拓宽单套***的气化煤种及煤粒径的适应性。
图1为根据本发明实施例1的旋风分离器中扰流风布置的示意图。如图1所示，在预热单元的旋风分离器入口通道2的切向侧壁面上沿入口高度方向布置三列扰流风R，其中一列扰流风位于切向侧壁面与旋风筒体1相切的切线上。扰流风为170℃饱和水蒸气，速度为15m/s，从旋风分离器入口切向侧壁面进入分离器，且入射角度β可在60°～100°之间调节，通过调节入射角，可以改变旋风分离器入口主气流方向的偏转量。数值计算结果显示，在相同的运行条件下，旋风分离器内颗粒流贴着入口通道2的切向侧壁进入旋风分离器，可使气固处于较好的分离状态，降低旋风分离器出口气体中固体携带量；而当旋风分离器入口通道处颗粒受到扰动，偏离切向侧壁时，切向流场被破坏，旋风分离器出口气体中固体携带量明显增大，偏转量越大，旋风分离器出口气体中固体携带量越大。
随着旋风分离器出口气体中固体携带量的增大，预热单元固体循环量减小，进入气化单元的未完全反应半焦量增加，从而增大了气化燃料在气化单元的气化份额，实现对***预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径分配的调节。
图2为根据本发明的实施例2的扰流风布置的示意图。如图2所示，在旋风分离器筒体1及锥段3沿周向布置两圈扰流风R。扰流风为预热至800℃的CO2气体，入射速度10m/s；扰流风斜向上布置，与旋风分离器壁面的夹角α可在20°～50°之间调节，通过调整夹角，可以改变旋风分离器筒体内的切向旋流与壁面之间的偏离量和上升气流对颗粒的携带量，进而改变旋风分离器效率，从而实现对旋风分离器出口气体带出的固体颗粒量和粒径的调节。
在预热单元，在炉膛内完成反应的气固混合物进入旋风分离器后，在分离空间产生旋流运动，近壁面的旋流气体向下运行，把分离到壁面的颗粒带到旋风分离器底部，中心处为携带少量固体的上升气流，携带未完全反应的固体颗粒离开预热单元进入气化单元。由于旋风分离器内存在径向的压力梯度，壁面附近的扰动极易使近壁面的旋流含尘气体离开壁面并作径向流动，从而使分离到壁面的颗粒进入中心上升气流，被携带离开预热单元进入气化单元，增加气化单元的气化反应份额，实现对***内预热气化份额的调整。
图3为根据本发明的实施例3的扰流风布置的示意图。如图3所示，在旋风分离器顶板靠近旋风筒外壁面侧沿周向布置一圈扰流风R。扰流风为预热至800℃的CO2气体，入射速度5m/s；扰流风垂直向下射入，与旋风分离器顶板夹角为90°。
在预热单元，在炉膛内完成反应的气固混合物进入旋风分离器后，在分离空间产生旋流运动，近壁面的旋流气体向下运行，把分离到壁面的颗粒带到旋风分离器底部，中心处为携带少量固体的上升气流，携带未完全反应的固体颗粒离开预热单元进入气化单元。在旋风分离器顶板靠近旋风筒外壁面侧沿周向布置扰流风，一方面，可有效破坏旋风筒内的切向流场，使近更多的颗粒被中心上升气流携带离开预热单元进入气化单元；另一方面，增加中心筒末端短路流量，是旋风分离器分离性能下降，增加了气化单元的气化反应份额，实现对***内预热气化份额的调整。
如图4所示，本发明提供一种用于预热气化工艺的预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径分配的调节单元和包含有上述调节单元的预热式气化***。所述预热式气化***包括预热单元、气化单元、调节单元和尾部单元。所述调节单元包括通过管道依次相连的扰流风供给装置213、扰流风量调节装置212以及扰流风角度调节装置211。所述预热单元包括有预热炉膛20，旋风分离器21及返料***22；气化单元包括气化炉炉膛10；尾部单元包括煤气冷却装置11和煤气净化装置12。其中，在所述预热炉膛20上设置有燃料入口、第一气化剂入口和混合物出口，所述预热炉膛20被配置为对通入预热炉膛20的燃料A和第一气化剂B进行预热并生成还原性烟气C和固体燃料D，并将生成的还原性烟气C和固体燃料D通过混合物出口排出；在所述气化炉炉膛10上设置有燃料入口、第二气化剂入口、粗煤气出口和底渣出口，所述气化炉炉膛10被配置为使通过燃料入口通入的还原性烟气C和固体燃料D与通过第二气化剂入口通入的第二气化剂E发生气化反应，生成粗煤气G和底渣F，并将粗煤气G从粗煤气出口排出，将底渣F从底渣出口排出；粗煤气G进入尾部单元，经过所述的煤气冷却装置11冷却和煤气净化装置12的净化，生成最终煤气G1离开***；所述预热单元的旋风分离器上设置有扰流风入口，由所述调节单元的扰流风供给装置213提供的扰流风通过扰流风量调节装置212对风量进行调节、通过扰流风角度调节装置211对扰流风角度进行调节后，进入旋风分离器，改变旋风分离器内的气固流场，实现对旋风分离器出口气体带出的固体颗粒量和颗粒粒径的调节，同时配合通入预热单元和气化单元的气化剂成分及气化剂流量的调整，控制进入***的原料在预热单元的反应份额和在气化单元的气化反应份额，实现预热单元和气化单元之间热量、质量和燃料粒径分配的调节。
图5为根据本发明的一个实施例的预热式气化***示意图。该实施例与图4所示实施例基本相同，不同之处在于：所述粗煤气G进入尾部单元，依次经过煤气预热装置13、煤气冷却装置11的冷却和煤气净化装置12的净化，生成最终煤气G1，一部分煤气离开***，另一部分进入所述煤气预热装置13预热到500℃后作为扰流风。
以上通过本发明的实施例，提供了一种旋风分离器及预热式气化***，提供预热气化工艺中预热单元和气化单元之间热量、质量及燃料粒径分配的调节方法，解决现有技术中***运行偏离设计负荷或实际运行变换煤种时，预热单元和气化单元之间的最优匹配关系被破坏，使气化性能指标(例如有效气比例、碳转化率、冷煤气效率等)不能满足生产要求、***无法稳定运行的问题，实现预热单元和气化单元之间热量、质量及燃料粒径分配的连续、定量调节，实现提高预热气化***运行的稳定性和灵活性，拓宽单套***的气化煤种及煤粒径的适应性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋风分离器，包括入口通道、旋风筒体、锥段和出口，其中，
所述入口通道包括与旋风筒体相切的切向侧壁；
所述入口通道与旋风筒体的上部连通，入口通道开设供待分离物进入的入口，使待分离物从该入口进入后再沿旋风筒体的切向进入筒体内部；
旋风筒体的下部与锥段的敞口端连接，锥段收口端作为下部出口，被分离出的固体配置为通过旋风筒体落入锥段；出口与旋风筒体顶部连通，被分离出的气体通过旋风筒体进入出口，离开旋风分离器；
所述旋风筒体上开设有至少一个扰流风入口；
所述至少一个扰流风入口设置于旋风筒体顶板，使扰流风垂直向下通入旋风筒体内部；
所述的旋风分离器，还包括一扰流风角度调节装置，与所述扰流风入口机械连接，用于调节扰流风入口与切向侧壁面或者旋风筒体壁面的夹角；
所述扰流风入口为多个，沿着所述切向侧壁的高度方向布置，所述扰流风入口至少有一列位于切向侧壁面与旋风筒体相切的切线上；
所述扰流风入口还分布于所述锥段，沿着所述锥段的周向布置。
2.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述扰流风入口与所述切向侧壁的夹角为大于30°。
3.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述扰流风入口还分布于所述旋风筒体的侧壁上，沿着所述旋风筒体的周向布置。
4.根据权利要求3所述的旋风分离器，其特征在于，所述扰流风入口，与旋风筒体侧壁壁面或者锥段侧壁的夹角小于90°。
5.一种预热式气化***，包括：
权利要求1-4任一所述的旋风分离器；
预热炉膛，其出口与所述旋风分离器的入口连接；
扰流风供给装置，连接至所述旋风分离器的扰流风入口。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述扰流风供给装置配置为向所述扰流风入口输入水蒸气、CO2或煤气。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，在扰流风供给装置和扰流风入口之间还设置有扰流风量调节装置。
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Inventor before: Zhu Zhiping

Inventor before: Na Yongjie

Inventor before: Gao Ming

Inventor before: Ren Qiangqiang

Inventor before: Sun Hongming

Inventor before: Li Wei

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
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