擴大水位範圍的蒸汽/水圓錐形旋風分離器的製作方法

2023-05-19 21:58:01

專利名稱：擴大水位範圍的蒸汽/水圓錐形旋風分離器的製作方法
擴^7jc位範圍的蒸n/水圓錐形力^M分離器
獄領域
概括來講，本發明涉及一種用於從例如在鍋爐汽包中的蒸n/水的混^tJ中 分離出蒸汽的旋風分離器。
背景駄
蒸n/水混合物通常由用於諸如紙漿造紙行業的生產過程和發電站發電工 業的鍋爐產生。分離出來的蒸汽可以用於工序加熱或這些工，用中熟知的其 它用途，或者也可以用作在發電中4頓的汽輪發電機的驅動九關於設飽用 於工業或發電站的汽包的蒸~水旋風分離器的附加信息，讀者可以參考蒸n/
它的產生SHOT (Steam/its generation and use) 4"版，編者Kitto和Stultz， Copyright 2005，巴布考3^lll爾禾鬥斯公司(TlieBabcock& Wilcox Company)。
目前已經開發出多種用於把蒸汽從蒸n/水混合物中分離出來的裝置。下面 的論述僅僅是為了說明這些mi勢。
授予Fletcher的美國專利Na2271634公開了一禾中圓鄉方諷分離器，縣
有圓形旋渦室、切線進口、位於圓形旋渦室頂部的中心蒸汽出口和位於旋渦室 底部的水出口。為了防止7jC從蒸汽出口流出，設置了用於增加蒸汽和水混合物 弓l入流的向下分量的體。該體是一個具有向下禾響後傾斜職的扇形微， 能促使弓l入的蒸汽和水的混，朝著分離器出水口向下轉向。
授予Kooistm的美國專利No.2293740公開了一種類似設計的J艦分離器， 其不4頓扇形微而在旋渦室底部採用一個底罩，iM罩將蒸汽限制在旋渦室 的上部，並防止蒸n/人旋渦室排進汽包時向下進入己經分離出的水中。
授予Fletcher的美國專利No.2298285公開了另一種圓蹄旋風分離器的變 形，絲方艦分離器蒸汽出口的頂部艦凸誠罩以M形微。該凸緣用於 提高水的分離以及M^分離器中的壓降。
授予Rowand等的美國專利No.2321628公開了一種類似本申請的旋風分離 器。該引用文件中的環形旋渦室其上部是圓錐體的錐臺，而下部排7K處基本呈
圓柱形。itW卜，還細切線進口用於把蒸汽水的混^jir]^SA旋風分離器，
該切線進口的垂鼓巨離基本等於旋渦室的錐形部分高度。該錐形構造用於jea 入的蒸汽水的混合物弓l入至訴肖微向下的方向，以防止轉向的水向上擴散鵬高 蒸汽的分離效果。
授予Fletcher的美國專利No.2346672公開了一種基本上呈圓柱形的旋風分 離器，其不，切線進口，而^ffl—個大的蒸n/7Kii口，皿口佔據了旋風 分離器圓周的大部分。如該弓閱文件所指出的，該進口可以擴大到旋風分離器 圓周的大約1/3，以Jlf共足夠的、iM容積。其一個目的在TSJ造一種分離器或增 密爐，其可以在低壓降下有效工作，從而在小壓頭的地方也可以有利地i頓。
授予Fletcher的美國專利No.2395855公開了一種基本上呈圓柱形的旋風分 離器，其具有切線進口，並且蒸汽出口中心與旋渦室中心偏心安裝，以提高蒸 汽和水的分離$媒。該設計如同前面戶腿的專利，也《頓了扇形微。
授予Fletcher的美國專利No.2402154和上述的美國專利No.2395855是同 一個申請的兩個分案。其中專利2395855描述了流體分離器本身的特殊類塾 而專利2402154則描述了該，在蒸汽發生器中的一種結合。
授予Brister的美國專利No.2434637、授予Letvin的美國專利No.2434663 和授予Stillman的美國專利No.2434677都描述了在旋風分離器頂部的帶孔錐體
的多個方面，用來提高蒸汽,A;K分離的效果。
授予Rowand的美國專利No.2532332描述了分離器的一種特殊構造，其目
前一，慮作為次級^;器。
授予Coulter的美國鍋U No.2732028也描述了一種非常類似於現在1頓的 旋風分離器體。域定風分離器具有J^的錐臺形的上部和誠圓鄉的下部， 並且錐臺形部分的側面具有切線蒸汽7乂進口 。該弓間文件總的重點在於描述了 為汽包內元件的修理可達性而簡化結構的方法。其 過將汽包內的蒸汽空間 分成多個分離室而達到的， 一個或更多分離室通向進入到必需的汽包安全閥的 汽包的水空間，而一個或更多的其它室通向汽包的蒸汽和水分離器的飽和蒸汽 出口。隔板用於完成空間的分隔，並且在正常運行期間它們能有效地維持汽包 部件的分離，但是在安全閥開通時，它們很容易!射員壞。
授予Coulter的美國舒U No.2891632描述了一種旋賊7乂分離器，其非常 類似於前面所皿的Fletcher的專利(美國專利No.2346672)，所不同的是，蒸
汽7Kii口不是僅僅位於g分離器圓周的，1/3，該旋風分離器的整個圓周都
設置有一排葉片，該葉片將iax的蒸汽水的混合物"切"成薄片，以提高蒸n/A7乂 中分離的效果。
授予Albrecht的美國專利No.5033915描述了一種非常類似於現在所公開的 旋風汽水分離器。該旋風分離器是標準圓錐形旋風分離器的一種改進類型，其 為分離器的相等數量或相等蒸汽容積JI^了比標準圓錐形旋MM氐的壓降。該 分離器的主要,在於旋風分離器的切線進口被延長了 3英寸。這^:度上的 增加使5iWS口流通面積增加了 28。丄
在1980年代的後期和1990年代的早期，巴布考M威爾科斯公司(B&W) 進行了^T蒸n/水圓錐形旋風分離器的試驗，其目的是為了找到改善標準圓錐 形旋風分離器性能的方法，尤其是尋求一種在不會不利地增加通過旋風分離器 的壓降盼瞎況下提高分離器的分離容積的方法。圖1示出了標準的圓錐形旋風 分離器10。作為這^i^的1分，對延長旋風分離器長度的效魏行了研究。 已經所知的是，分離性能和通過分離器的壓降受圓錐形葉片底板的設計和所處 位置的影響，其中圓錐形葉片底板一般位於分離器的下面圓錐形部分的內部。
參考圖i，圓錐形蒸n/水圓錐形分離器或分離器10可以安驗汽包(參見
下面的圖IO)內，其具有殼體，該殼M有上部圓錐形部分12和下部圓柱形部 分14，具有軸向長度的蒸~7，口 16提供了一個把蒸n/水混，沿切線引導 ^A分離器10的上部圓錐形部分的裝置。M、皿分離器10內部的高速旋轉 混，，蒸n/水混，分離成薪m詠。大部分的水被傳送到旋渦流的外面， 在中心部分剩下集中的蒸汽。蒸汽iliii:部圓柱形出口17排出。如果需要，通 過出口 17排出的分離的蒸汽還可以用傳統的^器及其它設備(參見下面的圖 10)進行處理，以除去可能還含有的7jC滴。從混合物中去除的水可以通過下面 的圓,部分14和位於分離器10底部的環形的圓錐形葉片板18從分離器10 中排出。分離器10總的軸向長度為約20"。
上面對蒸n/水圓錐形旋風分離器運作的基本描述通常適用於其它的與此 次公開等同的蒸、^/水圓錐形方^M分離器。
作為試驗的一部分，已發5JO定風分離器10的長度可以再增加6至8英寸， 而圓錐形葉片板18仍留在旋風分離器10的底部。這^131使得圓鄉部分14' 增長6至8英寸而實現的，這樣的分離器20如圖2戶際。如此，分離器20總
的軸向長度為大約28英寸。對於具有較長圓挪部分14怖擴大了長度的分離 器20，令人驚訝的微結果是，分離器20盼性能和壓降等方面保持著殿擋於 才示準的圓錐形MK分離器10，參見圖3、 4和5。
Albrecht的蒸~水圓錐形旋風分離器如圖6戶標。分離器30和分離器10、 20之間的一個差別是分離器30的^H己為16怖蒸n/7Xa口部分地延伸到下面 的圓柱形部分14，其在圓柱形部分內的總長度也比圖1所示的分離器長大約3"。 參見圖7，當擴大了長度的下部圓，部分14'應用於那種類型的旋風分離器設 計時，也育諷領倒上一段中描述的那些類似盼性能和壓降結果。圖7戶標的分 離器的總長度為大約28英寸。
如上戶皿，i，的主要目的已在1980年代的後期和1990年代的早期完成， 即得到一種低壓降的旋風分離器。然而，還需要獲得對延長分離器長度的效果 以及圓錐形葉片板18所處位置的重要性的理解。由於當時市場需要汽包內的更 大的7k容量，因此延長旋風分離器是一種很有價值的技術，用於增加汽包內的 水總量同時又不增加汽包的直徑。試驗所研究的問題是，當旋風分離 延長 時，圓錐形葉片板18所處位置的重要性。M增加旋風分離器的總長度，圓錐 形葉片板18的隨在分離器的設計中被考慮作為一個非常重要的元素，其能強 烈地影響分離器盼性能和分離效率。這敏去旋風分離駒開究所得出的結論， 是在1980年代以前完成的(其中一些追溯到1930年代，並且這些知i口通, 術討論而非文件結果傳遞下來)。因此如果圓錐形葉片板的健與圖1戶際分離 器不同，則分離器的性能是有疑問的。由^^顯示基本上沒有差別，圖2和 圖7的旋風分離器織作為B&W汽包的一賴爐部件。然而，將圓錐形葉片 板方爐在分離器延，過6英寸的旋風分離器上的性能結果是不確定的。以本 發明人的認識，沒有一種B&W蒸、n/水圓錐形旋風分離器在圓錐形旋風分離器 的底部上僅利用開口附加長度的圓錐形延伸。所有擴大長度的旋風分離驟卩把 圓錐形葉片板安,分離器的底部。

發明內容
基B微結果，已經確定的是，蒸n/水圓錐形分離器的性能和效率由底部 圓錐形葉片板的所處，確定，並且應考慮不皿6英寸的分離器的延長。
因此，本發明的一個方面是描述一種鵬的擴大被的蒸^/水圓錐形方艦分離器，其可用於需要比汽包內部的正常使用範圍的水位更大的場合。根據本
發明的分離器可以裝駐內部直徑大於66英寸的汽包內。根據本發明的新的分離 器是由當前的11 、英寸ID圓錐形方m分離器，而來，該當前的11 V2英寸ID 圓錐形方艦分離器是由巴布考克&威爾科斯公司設計禾蹄隨，可以具有現有的進 口或低壓降的進口設計。根據本發明的新的擴大範圍的圓錐形旋風分離器的優 點在於可以達到大的持水容積而並不犧牲分離器設計的性能方面。本發明的 擴大了長度的蒸n/水圓錐形旋風分離器可用於多種體的汽包中，例如(敘匕
僅是鄉i麗並非限制)，oik或實用的蒸微生器、用於一^^氏:r4k的鍋爐、
餘熱回收蒸汽發生器(HRSGs)、輻射合成氣7t4P機鍋爐的設計或其它在汽包內
或其它用來從水中分離蒸汽的容器內需要一個擴大的水位工作範圍的任何種類 的鍋爐設計。擴大的長度由汽包內部的運行水位的範圍所決定。
根據本發明的擴大了長度的蒸n/水圓錐形旋風分離器並不要求圓錐形葉 片板位於分離器的底部。
本發明的另一個方面描述了一種汽包，其使用多個根據本發明的改進的擴 大了長度的蒸n/水圓錐形旋風分離器。
本發明的再另一個方面描述了一種擴大了長度的蒸n/水圓錐形旋風分離 器，其在圓錐形葉片板下設置有圓柱形延伸部，而圓錐形葉片板結合有孔以保 持圓錐形葉片板的壓,性。這些孔可以沿著延伸部的長度設置在一個或更多 隔開的高度或間隔上。
表徵本發明的多種新穎的特徵將隨著附加的權利要求中的特徵而指出，並 構成本公開的一個部分。為了更加透徹地理解本發明，參照附解了其操作 優點和由其^頓帶來的具體 ，以及本發明雌實施例的描述性要素。


圖中
圖1是已知圓錐形旋風分離器的透視圖，其具有位於下部圓柱形水出口的
底部的圓錐形葉片板；
圖2是類似於圖1中的另一禾中已知圓錐形旋風分離器的透視圖，其具有位
於下部圓柱形出水口的底部的圓錐形葉片板，但是在上部圓錐形部分和圓錐形
葉片fe間具有一個更長的圓TO部分；
圖3為圖i的圓錐形方，分離器和圖2的圓錐形;^M分離器的夾帶水分與
蒸汽流量的l系的圖表；
圖4為圖1的圓錐形旋風分離器和圖2的圓錐形^M分離器的圓錐旋Kffi 降與蒸汽流量的^^的圖表；
圖5為圖1的圓錐形旋風分離器和圖2的圓錐形方艦分離器的夾帶7jC分與 水位的關係的圖表；
圖6是另一種己知的圓錐形旋風分離器的透視圖，其中蒸n/7j^口部分地 延伸駄圓鄉部分，並且具有位於下部圓柱形水出口的底部的圓錐形葉片板；
圖7是另一種已知圓錐形旋風分離器的透視圖，其中的蒸n/7爐口部分地 延伸^A圓鄉部分，並且具有位於下部圓蹄出水口的底部的圓錐形葉片板， 但是在上部圓錐形部分和圓錐形葉片lfct間具有一個更長的圓鄉部分；
圖8是根據本發明的擴力K位範圍的圓錐形旋風分離器的第一實施例的透
視圖，其具有僅延伸SA圓錐形部分的蒸n/7爐口、圓錐形葉片板以及位於圓
錐形葉片板下的延伸套筒部分，藉此圓錐形葉片板位於上部圓錐形部分禾嚇部 圓柱形水出口底部之間的中間位置；
圖9是根據本發明的擴力K位範圍的圓錐形旋風分離器的第二實施例的透 視圖，其具有部分地延伸駄圓柱形部分的蒸n/7爐口、圓錐形葉片板以及位 於圓錐形葉片板下的延伸套筒部分，藉此圓錐形葉片板位於上部圓錐形部分和 下部圓柱形水出口的底部之間的中間位置；以及
圖10是傳統汽包的剖視圖，其中i頓了三排旋風分離器，對此可以應用根 據本發明的改進的蒸^/水圓錐形旋風分離器。
總地參照附圖，所有附圖中中涉及相同的附圖標己指代同一個^^似功能
的元件，特別地參照圖8，其顯示了總的以附圖標己50，的擴:^K位範圍的 蒸^/水圓錐形旋風分離器的第一實施例。本發明結合利用了一個敞開的底部圓
柱形延伸套筒部分19，其附連在例如如圖2和7所示的那些具有下部圓柱形部 分14怖、當前的擴大了長度的旋風分離器上。砂版計中，圓錐形葉片板19 被保留在為當前的擴大了長度的旋風分離器(圖2和圖7)而粒的正常健上。 m圓錐形葉片板18相對於延伸套筒部分19的如此定位，圓錐形葉片板位於 上部圓錐形部分12和下部圓柱形部分14'的底部之間的中間皿，其中下部圓 柱形部分14怖底離見在是延伸套筒19的敞開的底部部分。敞開的底部延伸套 筒19允許新的分離器的長度增加同時保持分離器設計20、 40的性能。延伸套 筒19增加了分離器50的總總，使得汽包的運行7jC位範圍可以延伸至最高禾口 最低變化，其為汽包尺寸的函數。因此，對於HRSG、輻射合成氣7軸卩 任 何其它鍋爐的應用，汽包的持水容積可以最大化。
新的擴大了長度的旋風分離器顯示在圖8中(延長6英寸)和圖9中，即 分離器60，(延長6英寸)。這些新的蒸^/水圓錐形旋風分離器50、 60分別把 圓錐形葉片板18保持在如，的分離器20、 40的相同位置，並具有大約34英 寸的總長度。M31將圓錐形葉片板18定位在這離置，圓錐形葉片板18提供 給分離器50、 60的壓降特性有助於穿過汽包的更大的7K位範圍保持分離器50、 60的性能和分離效率。在圓錐形葉片板18下的圓,延伸套筒19可以結t 些小孔或開口70 (大致如圖8和9所示)，以使得圓錐形葉片板18的壓降特性 可保持用於很旭徑的汽包(大於70英寸ED)，其中水位靜水壓頭並不影響穿 過圓錐形葉片板18的壓降恃性。優超也，，圍繞旋風分離器延伸套筒19的上部 倒氐於圓錐形葉片板18的位置，均勻分布最少4個約1/4'至不大於約1/2"的孔 70。如果{頓長的(例如大於1英尺)圓柱形旋風分離器延伸套筒19，這些孔 70可以沿著圓TO方^l分離器延伸套筒19的長度方向以平均間隔隔開，但是分 開不繊6"。
孔70與圓錐形旋風分離器延伸部分19的結合有助於減小穿過力M分離器 圓錐形葉片板18的壓降。當旋風分離器50、 60經歷在汽包內的很高赫很低 水位時，這些 L 70有助於減小圓錐形旋風分離器葉片板18上的流體靜壓頭。 這^MT徵使得圓錐形旋風分離器50、 60以與沒有延伸部分19的旋風分離M 似的性能而運行。
圖10顯示了傳統汽包的咅艦圖，來自戰的^mJll的參考正文，其中 ^ffl了三排方fM分離器，對此可以應用根據本發明的,的蒸^水圓錐形旋風 分離器。本領域技術人員將可理解的是，汽包的內徑將要增加到足以容納本發 明的蒸n/水圓錐形方^l分離器50、 60的擴大了的^g。
本發明具有^P優點，其中包括，它的可以使用於長度更短的汽包，以滿 足需要比正常水保持時間更長的應用。在特殊應用中，為特殊的過渡或負荷限
制，使用者需要汽包包含一設定量的水。該設定量的水用於在當供水系統未能
J^共充足的水時(例如炭黑廠、負荷偏移等等)的過渡或特^ig行事件期間保 護鍋爐的管過熱。自用於大量的水總量的汽包定尺寸時，大直徑但長度短的 汽包比長度更長但直徑更小的汽包更加經濟；因此，該新構思的優點對於保持 汽包性能剛贈加了汽包的水位範圍和水位總量是重要的。
根據本發明改進的蒸^/水圓錐形旋風分離器保持了通用的旋風分離器設 計的性能和壓附寺性，同時增加了汽包的7jC位範圍和持水容積。為特鄉爐設 計的以符合持水容積的唯一替換裝置將可使用正常尺寸的汽包，即大大長於利 用擴大了範圍的圓錐形旋風分離器設計的汽包。
根據本發明，因此以出乎意外的方式用相對簡單的^S達到了基本改進的 結果。
已經對本發明的具體實施例進行了顯示和詳細描述，用以說明本申請的發 明原則，很清楚的是，本發明可以在不背離這樣原貝啲情況下具體化。例如， 本發明可以用於新的汽包構造或用於修理、置換和改進或翻新現有的汽包，設 置有足夠的汽包內徑即可。此外，本發明的某^#徵可以在不使用其它相應特 徵的情況下而有利糹 用。因此，本發明的所有這^^變化和修6^t本領域的技 術人員來說是顯而易見的，本發明的意圖包括在附加的權禾腰求中，所有這些 修改和等同物被下歹敗利要求所髓。
權利要求
1、一種用於在蒸汽/水的混合物中把蒸汽從水中分離的旋風分離器，包括分離器殼體，具有圓錐形部分和連接到該圓錐形部分的上部圓柱形蒸汽出口部分，所述上部圓柱形蒸汽出口部分具有中心開口用於從分離器中排出蒸汽；下部圓柱形水出口部分，所述圓柱形水出口部分連接到圓錐形部分並具有圓錐形葉片板；軸向延伸的蒸/水混合物進口，其切線地連接到殼體的圓錐形部分；和敞開的底部延伸套筒部分，用於從殼體排出水並連接到下部圓柱形水出口部分，使得圓錐形葉片板位於在上部圓錐形部分和下部圓柱形部分的敞開的底部延伸套筒部分之間的中間位置。
2、 根據權利要求i戶;M的旋風分離器，其特徵在於，進口沿著圓錐形部分的,由向長度延伸並部分iikitA下部圓,水出口部分。
3、 根據權利要求1戶服的旋風分離器，辦徵在於，用於從殼糊咄水的敞開的底部延伸套筒部分設置有開口 ，用於減少穿過旋風分離器圓錐形葉片板 的壓差。
4、 根據權利要求1戶脫的旋風分離器，辦徵在於，敞開的底部延伸套筒 部分設置有隔開分布的孔，所述孔沿敞開的底部延伸套筒部分以大致平均間隔 隔開並分開不^31大約6"。
5、 根據權利要求1所述的旋風分離器，其特徵在於，圓錐形葉片板位於距 離延伸套筒部分的敞開的底部大約6英寸處。
6、 根據權利要求i戶腿的旋風分離器，^tr徵在於，用於從殼糊咄水的敞開的底部延伸套筒部分設置有約1/4'至不大於約1/2"的開口，戶腿開口髓延 伸套筒部分的上部均勻分布，但位於圓錐形葉片板之下，用於減少穿過旋風分 離器圓錐形葉片板的，。
7、 一種多個擴^K位的蒸n/水圓錐形旋風分離器與用於把蒸n/水混合物 分離成蒸汽部分和水部分的汽包的結合體，其中旨戶;M分離器包括分離器殼體，具有圓錐形部分和連接到該圓錐形部分的上部圓柱形蒸汽出口部分，戶mi:部圓,蒸汽出口部分具有中心開口用於從分離器中排出蒸汽; 下部圓柱形水出口部分，所述圓柱形水出口部，接到圓錐形部分並具有 圓錐形葉片板；軸向延伸的蒸n/水混^S口，其切線i腿接到殼體的圓錐形部分；禾口 ,的底部延伸套筒部分，用於從殼糊咄水並連接到下部圓鄉水出口部分，使得圓錐形葉片板位於^Jt部圓錐形部分禾嚇部圓柱形部分的敞開的底部延伸套筒部分之間的中間健。
8、 根據權利要求7戶脫的結合體，其特徵在於，蒸^/水圓錐形旋風分離 器的進口沿著圓錐形部分的^tf由向長度延伸並部分i皿入下部圓柱形水出口 部分。
9、 根據權利要求7戶脫的結合體，其特徵在於，用於從殼糊咄水的蒸汽 /水圓錐形旋風分離器的敞開的底部延伸套筒部分設置有開口，用於減少穿過圓 錐形葉片板的隨。
10、 根據權利要求7戶艦的結合體，其特徵在於，蒸^7水圓錐形旋風分離 器的敞開的底部延伸套筒部分設置有隔開分布的 L，所述 liS^敞開的底部套 筒部分，以織平均間隔隔開並分開不艦大約6"，圓錐形葉片板位於距離延 伸套筒部分的敞開底部大約6英寸處，並_^誠孔為大約1/4'至不大於大約1/2"， 並具圍繞延伸套筒部分的上部但位於圓錐形葉片板之下均勻分布，用於減少穿 過旋風分離器圓錐形葉片板的壓差。
全文摘要
一種擴大了水位範圍的蒸汽/水圓錐形旋風分離器，用於在供給到鍋爐汽包的蒸汽/水混合物中從水中分離出蒸汽，其具有殼體，該殼體包括圓錐形部分連同上部和下部的圓柱形部分和圓錐形葉片板。敞開的底部延伸套筒部分，用於從蒸汽/水圓錐形旋風分離器的殼體排出水，其連接到下部圓柱形水出口部分，使得圓錐形葉片板位於在上部圓錐形部分和下部圓柱形部分的敞開的底部延伸套筒部分之間的中間位置。因此在保持蒸汽/水旋風分離器足夠的性能特性時，提供了擴大了水位範圍的容積。
文檔編號F22B37/32GK101178174SQ20071019441
公開日2008年5月14日 申請日期2007年9月20日 優先權日2006年9月20日
發明者D·L·格洛文, E·L·韋爾斯, M·J·阿爾布雷克特 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司