高压固液分离器的制作方法

1.本发明属于高温高压固液分离领域，特别涉及一种高压固液分离器。


背景技术：

2.在煤化工、水处理和石油化工等诸多的领域都涉及到高温或高压超细粉体与水或油等液体的固液过程。在煤化工，尤其是高压粉煤气化是一种洁净煤利用技术，在近年来得到快速的发展，进行了越来越广泛的利用。而在粉煤气化领域的高温灰水分离整个工艺中是不可缺少的技术环节。目前采取的工艺是将高温灰水逐渐降温降压在通过沉降、真空过滤的方法进行分离。但该工艺具有高耗能、高水耗等缺点，因此开发能在高温高压下对煤灰水进行直接分离的设备至关重要。本技术对高温高压超细粉体固液分离的特点，结合现有旋液分离器的优点，开发出了一种适应高温高压超细粉体分离的分离设备。
3.在现有技术中，通常采用多个进气口的方式改变了旋液分离器进料引起的受力不均和流场不平衡的问题，但该类旋液分离器只适用于气液分离或较大粒径的固液分离装置。而对颗粒粒径在10μm以下的粒径分离效率很差，如果要分离该类物料则必须减小分离器的尺寸从而造成气体进口和内壁的加工困难。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种实现高温超细粉末的连续高效固液分离的高压固液分离器。
5.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
6.提供一种高压固液分离器，其特征在于，包括：壳体，其围成一密闭的腔室；上支撑板和下支撑板，设于所述腔室内，并将所述腔室自上而下分隔为溢流液室、旋液分离室和浓浆室；多个旋液子，设于所述旋液分离室，并分别与所述溢流液室和所述浓浆室连通；高压料液在离心力的作用下在所述旋液子内进行固液分离，分离后的清液进入溢流液室，浓浆进入浓浆室。
7.在本公开的一些实施例中，所述高压固液分离器还包括多个上隔板和下隔板；所述上隔板设于所述溢流液室，并与所述上支撑板和所述壳体连接；所述上隔板将所述溢流液室分隔为多个彼此封闭的溢流液子腔室；所述溢流液子腔室与至少一个所述旋液子连通；所述下隔板设于所述浓浆室，并与所述下支撑板和所述壳体连接，所述下隔板将所述浓浆室分隔为多个彼此封闭的浓浆子腔室；所述浓浆子腔室与至少一个所述旋液子连通；所述壳体设有与所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔室分别对应的溢流液出口和浓浆出口，以排出清液和浓浆。
8.在本公开的一些实施例中，所述上支撑板和所述下支撑板均设有通孔；所述旋液子通过所述通孔分别与所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔室连通。
9.在本公开的一些实施例中，所述高压固液分离器还包括多个第一阀门和多个第二阀门；所述第一阀门和所述第二阀门均设于所述壳体外部，并位于所述溢流液子腔室、所述
旋液子和所述浓浆子腔室所构成通路的两端；其中，所述第一阀门通过所述溢流液出口与所述溢流液子腔室连通；第二阀门通过浓浆出口与所述浓浆子腔室连通；关闭或打开所述第一阀门和所述第二阀门，以控制所述通路的断开或连通。
10.在本公开的一些实施例中，所述旋液子包括筒体、溢流管和底流管；所述筒体的两端固定连接所述溢流管和所述底流管，并通过所述溢流管和所述底流管与所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔室连通。
11.在本公开的一些实施例中，所述旋液子还包括中心管；所述中心管设于所述筒体内，并通过所述筒体的端部的开口与设于所述筒体外的所述溢流管连通。
12.在本公开的一些实施例中，所述溢流管和所述中心管同轴线设置，所述轴线与所述筒体的中心线重合。
13.在本公开的一些实施例中，所述筒体的端部的端面设置为平面结构。
14.在本公开的一些实施例中，所述旋液子还包括至少一个进料口，其形成于所述筒体的筒壁边缘，以供高压料液沿外筒壁的切线方向进料。
15.在本公开的一些实施例中，所述高压固液分离器还包括高压料液进口，其设置于所述壳体的侧壁。
16.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
17.本公开实施例的高压固液分离器，在高温高压下，高压料液在离心力的作用下在所述旋液子内进行固液分离，继而实现超细粉体与液体的连续高效分离。
18.通过减小所述旋液子的直径尺寸，减小旋液子的分割粒径，提高分离效率。
19.通过并联多个旋液子，提高单体设备的处理量，避免单个旋液子分离处理量过小的问题；
20.由于本公开实施例的高压固液分离器的壳体被设置承受高压，而旋液子位于壳体的内部，在高压料液进入壳体并随后进入旋液子内部后，尽管高压料液在旋转过程中产生的离心力会对旋液子产生压力，然而，由于旋液子自身就处在高压料液的环境中，因此，旋液子的内外压差很小，从而避免将旋液子构造的过于笨重及由此导致难于加工的问题。
21.另外，由于高压固液分离器的溢流液室和浓浆室被分隔为多个溢流液子腔室和浓浆子腔室，并分别对应设有溢流液出口和浓浆出口，由此能够根据高压料液当前的流量状态，通过关闭相应的阀门，调节运行旋液子的个数，进而调节高压固液分离器所承担的负荷。
附图说明
22.图1为本发明实施例的高压固液分离器的结构示意图；
23.图2为本发明实施例的高压固液分离器的壳体内部的结构示意图；
24.图3为本发明实施例的高压固液分离器的旋液子的结构示意图。
25.附图标记说明
26.1-壳体；2-上支撑板；3-下支撑板；4-溢流液室；5-旋液分离室；
27.6-浓浆室；7-旋液子；8-上隔板；9-下隔板；10-溢流液出口；
28.11-浓浆出口；12-筒体；13-溢流管；14-底流管；
29.15-中心管；16-进料口；17-高压料液进口；
具体实施方式
30.下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
31.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
32.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
33.在粉煤气化领域中，高温灰水分离是不可缺少的技术环节。目前采取的工艺均不同程度地存在高耗能、高水耗等缺点，为此，开发一种能在高温高压下对煤灰水进行直接分离的设备至关重要。
34.参见图1，本发明提供一种高压固液分离器，其包括：壳体1，其围成一密闭的腔室；上支撑板2和下支撑板3，设于所述腔室内，并将所述腔室自上而下分隔为溢流液室4、旋液分离室5和浓浆室6；多个旋液子7，设于旋液分离室5，并分别与溢流液室4和浓浆室6连通；高压料液(在本实施例中，高压料液为含超细粉体的物料，下同)在旋液子7内旋转并在离心力的作用下在完成固液分离，分离后的清液进入溢流液室4，浓浆进入浓浆室6。通过本发明实施例的高压固液分离器，高压料液进入旋液子7后在离心力作用下在旋液子7内快速旋转，进而实现超细粉体与液体的连续高效分离。特别地，通过设置多个旋液子7，能够提高所述高压固液分离器的单体处理量，避免由于单个旋液子7分离处理量过小而降低整体处理效率的问题。
35.在本实施例中，为确保在稳定的高温高压的条件下提高固液分离效率，特别地，将高压固液分离器的壳体1设置由耐压层、外保温层和防护层构成。其中，耐压层主要为金属材料；外保温层主要为纤维；而防护层为普通防护层，主要目的是防止高温液体散热降温，进而避免出现影响分离效果的情况；通过上述设计方案能够满足高温高压下完成固液分离的条件。关于壳体1的具体结构的设置可根据实际情况对应进行调整，在此不做进一步限定。
36.在本发明的实施例中，参见图1和图2，所述高压固液分离器还包括多个上隔板8和下隔板9；上隔板8设于溢流液室4，并与上支撑板2和壳体1连接；上隔板8将溢流液室4分隔为多个彼此封闭的溢流液子腔室；所述溢流液子腔室与至少一个旋液子7连通；下隔板9设于浓浆室6，并与下支撑板3和壳体1连接，下隔板9将浓浆室6分隔为多个彼此封闭的浓浆子腔室；所述浓浆子腔室与至少一个旋液子7连通；壳体1设有与所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔分别对应的溢流液出口10和浓浆出口11，以排出清液和浓浆。在设置多个溢流液子腔室和多个浓浆子腔室后，能够根据不同的运行负荷做相应的调整。例如，当进入旋液分离室5的流量减小的情况下，通过关闭部分溢流液出口10和浓浆出口11，对应的溢流液子腔室内的清液和多个浓浆子腔室内的浓浆均无法排出至壳体1外部，因此，达到相应降低高压固液分离器排出流量的目的，进而确保维持壳体1内稳定的运行环境。尤其是确保每个旋液子
7的处理量和高压料液进入旋液子7的流速不变，保证分离效果。
37.在本发明的实施例中，参见图1，上支撑板2和下支撑板3均设有通孔(图中未示出)；旋液子7通过所述通孔分别与所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔室连通。由此分离出的清液和浓浆顺畅进入对应的溢流液子腔室和浆子腔室。根据高压料液的不同处理量，可在所述高压固液分离器设计之初，相应的调整通孔的大小，避免由于通孔的尺寸无法满足实际需求而成为运行的瓶颈部分，具体设置方式在此不做进一步限定。
38.在本发明的实施例中，参见图1，所述高压固液分离器还包括多个第一阀门(图中未示出)和多个第二阀门(图中未示出)；所述第一阀门和所述第二阀门均设于壳体1外部，并位于所述溢流液子腔室、旋液子7和所述浓浆子腔室所构成通路的两端；其中，所述第一阀门通过溢流液出口10与所述溢流液子腔室连通；第二阀门通过浓浆出口11与所述浓浆子腔室连通；关闭或打开所述第一阀门和所述第二阀门，以控制所述通路的断开或连通。由此，实现快速调整满足运行需求的旋液子7数量。
39.例如，在本技术的实施例中，根据具体应用场景调整设置合适数量的旋液子7。当所述高压固液分离器维持较大的高压料液处理量的情况下，可在设计之初选择合适数量的旋液子7进行布置。当然，考虑到高压固液分离器在投入使用后，不可避免地存在高压料液的处理量发生波动的情况，此时，可通过关闭或打开所述第一阀门和所述第二阀门调整当前运行旋液子7的数量来满足运行负荷的要求。例如，关闭所述第一阀门和所述第二阀门后，所述通路处于断开状态，使得所述通路上部分旋液子7所分离的清液和浓浆由于无法排出壳体1而维持当前状态，也就是说，所述通路上的部分旋液子7暂时停止固液分离，进而达到调整运行的旋液子7数目的目的。特别地，由于所述溢流液子腔室和所述浓浆子腔室均分别与至少一个旋液子7连通。也就是说，它们可以同时连接多个旋液子7；使得仅需要同时关闭其中一对所述第一阀门和所述第二阀门，即可使所述通路上的多个旋液子7暂停工作。进一步地，由于旋液子7内所分离出的清液和浓浆无法从已关闭的阀门的溢流液室4排出，使得旋液分离室5内始终保持高温高压稳定的运行环境，进而确保高压料液能够持续在高温高压条件下进入旋液子7，并在旋液子7内高速旋转，通过未被关闭通路上的旋液子7分离的清液和浓浆将通过该通路排出，由此实现高效的固液分离。需要说明的是，由于旋液分离室5内始终保持高温高压稳定的运行环境，因此，运行状态下的单个旋液子7的处理量不会发生任何变化。由于打开所述第一阀门和所述第二阀门而增加运行状态下的旋液子7的数量的调整方式具有与关闭相同的原理，在此不做进一步赘述。
40.需要说明的是，调整当前运行旋液子7的数量的原因在于，在其他运行条件不发生变化的前提下，一旦高压料液的进料量减少(在此特指单位时间内高压料液的进料量)，势必导致旋液分离室5内高压料液的压力下降，进而高压料液进入旋液子7后，其初始速度会由于压力下降而降低，影响固液分离效果。也就是说，当进入旋液分离室5的高压固液减少时，可通过对应减少清液和浓浆的排出量来维持旋液分离室5内高温高压的正常运行环境。
41.在本发明的实施例中，参见图3，旋液子7包括筒体12、溢流管13和底流管14；筒体12的两端固定连接溢流管13和底流管14，并通过溢流管13和底流管14与溢流液室4和浓浆室6连通。在此，基于前述高压固液分离器的壳体1的结构特征，由于其内部的运行环境属于高温高压环境，经本发明的设计方案使其具有承载高温高压的能力。因此，尽管旋液子7设于壳体1内，但是尤其旋液子7的筒体12自身属于开放式结构，即筒体12不属于密封结构，筒
体12内外均充满高压料液，使得筒体12的内外压差能够保持相对较小，即使在高压料液进入筒体12并旋转的情况下，对旋液子7当前的状态依然影响很小，甚至可以忽略。为此，在本实施例的特定结构及应用场景下，可针对不同超细粉体的粒径，设计调整旋液子7的直径尺寸，例如，粒径特别小的情况下，可减小旋液子7的直径尺寸，如筒体12直径在10-20cm区间内，通过减小旋液子7的分割粒径，提高分离效率；由于承压较小，使得可以将旋液子7的壁厚设置相对较薄，由此，避免了旋液子7过于笨重和难于加工的问题。另外，针对高压料液的处理量还可相应地调整溢流管13和底流管14的管径大小，具体调整的方式在此不做限定。
42.在本发明的实施例中，参见图3，旋液子7还包括中心管15；中心管15设于筒体12内，并通过筒体12的端部的开口与设于筒体12外的溢流管13连通。由于分离出的清液，其密度小，主要集中在旋液子7的中心，并经中心管15进入溢流管13汇入上方的溢流液室4，最终从壳体1排出。
43.在本发明的实施例中，参见图3，为提高分离效果，特别地，溢流管13和中心管15同轴线设置，所述轴线与筒体12的中心线重合。通过该设置方式，便于清液顺畅通过中心管15进入溢流液子腔室，并能够避免浓浆混入。
44.在本发明的实施例中，参见图3，筒体12的端部的端面设置为平面结构。由于壳体1主要承载高压，而使得旋液子7内外承压相对较均衡，为此，端面可设置为平面结构而非弧形或碟形结构。特别是在筒体12的端部边缘与端面的边缘之间连接处由于所受压力影响较小，且不会破坏旋液子7结构的稳定性，以及避免高压料液在分离过程中对旋液子7磨损的问题，因此，在不影响旋液子7的结构安全性的前提下，通过将筒体12的端部的端面设置为平面结构，还有效降低加工复杂度，进而相应地降低了加工成本。
45.在本发明的实施例中，参见图3，旋液子7还包括至少一个进料口16，其形成于筒体12的筒壁边缘，以供高压料液沿外筒壁的切线方向进料。通过该结构设计，高压料液能够以避开直接与筒壁正面接触的切线方向进入旋液子7的内腔，由此避免直接与筒壁发生碰撞后产生飞溅进而影响高压料液在旋液子7的内腔顺畅旋转。另外，以该方式设置的进料口16，替代目前普通旋液分离器的进口蜗壳装置，从而避免进口蜗壳装置与筒体12连接处的加工难度和在高压下在此处存在应力集中的问题。特别地，在本实施例中，当进料口16多于两个的情况下，进料口16均匀分布筒体12的筒壁边缘，由此高压料液在筒体12内持续受到均衡的外力作用，进而能够保持高效分离。在本实施例中，将进料口16设置于靠近筒体12的上端侧部，以便于实施高压料液分离，具体设置方式在此不做限定，可根据综合环境条件做相应的调整。
46.另外，为提高高压料液分离的效率，可将旋液子7的筒体12设置为从上至下彼此连接的圆柱筒与圆锥筒(参见图3)。在旋液子7工作状态下，即高压料液进行分离时，高压料液进入固液分离器，高压料液在压差的作用下分别进入每个旋液子7的物料进料口16；然后在高压和离心力的作用下在旋液子7中开始旋转并进行分离，其中，高压料液中的超细粉体与圆柱筒的内壁碰撞减速而后沿内壁向下经圆锥筒进入底流口，汇入至浓浆室6。而清液由于密度小主要集中在旋液子7中心，经过圆锥筒的内壁碰撞并反弹，随后经中心管15进入溢流管13，而后汇入溢流液室4。
47.在本发明的实施例中，参见图1，所述高压固液分离器还包括高压料液进口17，其设置于壳体1的侧壁，高压料液通过高压料液进口17直接进入旋液分离室5，并在压差作用
下，分别进入旋液子7。
48.此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本技术的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。
49.以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。