CN101954317B

CN101954317B - 径向喷射规整旋流分离器

Info

Publication number: CN101954317B
Application number: CN2010105183852A
Authority: CN
Inventors: 刘根凡
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: CN101954317A

Abstract

本发明公开了一种径向喷射规整旋流分离器，主要包括同轴安装的内圆筒和外圆筒，两筒侧壁之间形成分离室，分离室内安装有螺旋导叶片，内圆筒的上端连通出气管，出气管与套装在其外部的圆筒整流管之间形成与分离室连通的环形通道，外圆筒上端与内圆筒上端之间的空腔以出气管为中心安装有径向叶轮；含尘气流从环形通道进入，通过径向叶轮导向外圆筒内壁，再90度转向进入分离室。本发明在径向喷射惯性力和螺旋转动离心力共同作用下将固体颗粒分离，增强了离心分离力，含尘气流在螺旋流分离室内做规整的螺旋形旋转运动，避免分离室内气流冲击引起漩涡，提高了分离效率。

Description

径向喷射规整旋流分离器

技术领域

本发明涉及气(液)固分离技术领域，具体涉及一种径向喷射规整螺旋流分离器，主要应用于石油、化工、医药、钢铁冶炼、有色金属冶炼、水泥厂、火电厂、粮食加工厂、炼焦厂等行业的除尘系统。

背景技术

含尘气流的气固分离是石油、化工、医药、矿山、冶金、水泥、火电、粮食加工等行业的主要工艺流程。减少各类工业粉尘对大气的污染，是当今全世界重视的环保课题。

在上述领域中，旋风分离器是被应用较多的分离设备。旋风分离器的基本原理是含尘气流沿切线进入圆筒做螺旋形旋转运动，固体颗粒在离心力的作用下向圆筒内壁面运动，从而被捕集，如图1所示。因其结构简单，运行可靠，所以一百多年以来在相关行业中得到广泛应用。旋风分离器的缺点是对细小颗粒的分离效率很低。根据参考文献“张殿印，王纯.除尘器手册.北京.化学工业出版社.2004.10”中的表1-18介绍，当含尘气流中的固体颗粒粒径≥50μm时，旋风分离器的分离效率可达94％，但当含尘气流中固体颗粒粒径为5μm时，分离效率仅27％，当粒径为1μm时，分离效率仅为8％。根据该参考文献表1-21规定，当含尘气流中的固体颗粒粒径≤10μm时，旋风分离器不再起到除尘作用，必须采用袋式除尘器或静电除尘器。

自从1886年以旋风分离器为发明主题申请得到第一个专利以来，旋风分离器的技术一直得到不断的发展，对其研究主要分两方面，一是理论研究，二是实验研究。为了提高旋风分离器的分离效率和减少流动损失，实验研究又分为两方面，一是优化旋风分离器的各个几何参数和进口速度；二是改变旋风分离器的结构形式。到目前为止，在这两方面都取得了明显的效果。在优化参数方面效果较好的是美国专利US2941621，该专利是将分离室圆筒的直径缩小到几十毫米，大大提高了分离效率，对于粒径≤10μm的催化剂粉尘有了较好的分离效果。为了满足大的流量，将多个单台小管经旋风分离器做成并联的阵列。由于小管数量较多，致使设备庞大，结构复杂，制造困难，各单管之间易产生流量分配不均，粉尘反串等问题，导致分离效率降低。特别在进气流量波动较大时，分离效率更低，时常在炼油厂催化裂化装置周围数百米远的地面上，肉眼就可看到一层白色的催化剂粉尘。由于旋风分离器的分离力取决于含尘气流进口速度和分离室的直径，所以进口气流流量的波动对分离效率的影响是旋风分离器不可避免的缺点。

改变结构形式有一定的创新性，专利文献CN85200870U就是将旋风分离器由一个进气口改成数个，具体结构见图2所示。该专利文献中将每个进气口的气流速度提高到100m/s，比原旋风分离器进气口的速度提高4～5倍，这一改进提高了分离效率。但进口处流动阻力会增加，并且气流速度仅在进口处可达100m/s，当气流进入环形分离室后，气流速度会迅速下降，不能在整个环流室内一直保持高的离心加速度。同时进口处的气流速度大小波动会影响分离效率。

增加离心力是提高气固分离器分离效率的最有效途径。中国专利文献ZL02103986.O、02103989.5和CN2766964Y在这方面做出了有效成绩，他们共同的特点是在类似于旋风分离器的圆筒壳体内装一个旋转的针状轮，如CN2766964Y所描述的针轮结构：“针轮由U字形针状苗呈辐射状均匀密集排列分层叠置组合在轮毂上而成。有至少一件针轮固定在转动轴上。”其结构原理如图3所示，图中针轮是由电机带动做定轴转动。含尘气流的流动方向可与针轮呈切向流动(或螺旋流动)，也可呈轴向流动。针轮的作用是与气流中的固体颗粒发生冲撞，使颗粒获得较高的离心力，从而提高超细颗粒的分离效率。据该专利文献表述，对粒径为2μm的颗粒，分离效率可提高2倍。这是一大进展。显然，专利文献中附加的这种针状轮主要给固体颗粒增加旋转动能，提高分离效率。这一改进增加了一套转子，附加了能耗，而含尘气流的进入和排出，必须由风机提供动能。

发明内容

本发明提出一种径向喷射规整旋流式分离器，通过简单的结构设计提高了对气流中固颗粒的离心力，增强了对超细颗粒的除尘效果。

径向喷射规整旋流分离器，包括同轴安装的内圆筒和外圆筒，内圆筒和外圆筒侧壁之间的空腔形成分离室；外圆筒的下端接有倒圆锥筒，倒圆锥筒的锥口为固体颗粒出口；内圆筒的上端连通出气管；出气管外部套装有整流圆筒，整流圆筒与出气管侧壁之间形成与分离室连通的环形通道；外圆筒上端与内圆筒上端之间的空腔以所述出气管为中心安装有径向叶轮；含尘气流从环形通道进入，通过径向叶轮导向外圆筒内壁，再90度转向进入分离室。

作为优化，所述分离室内安装有螺旋导叶片。

本发明相对于现有技术，具有以下特点：

1、提高了离心力：已有的旋风分离器的基本原理是含尘气流沿切线进入圆筒做螺旋形旋转运动，固体颗粒只在螺旋转动离心力的作用下向圆筒内壁面运动，从而被捕集，而本发明中的含尘气流从分离室上部中心进入，由中心沿径向喷射流入外圆筒内壁面，再沿轴线向下急转90度，经一组轴向螺旋导叶片的引导产生螺旋形旋转运动，在径向喷射惯性力和螺旋转动离心力共同作用下将固体颗粒分离，增强了离心分离力，提高了分离效率。

2.避免漩涡：由于含尘气流在螺旋流分离室内一组螺旋导叶片的引导下做规整的螺旋形旋转运动，可避免分离室内气流冲击引起漩涡，而影响分离效率。

3.缩短分离路径：由于螺旋流分离室的圆环形流道的径向尺寸小，缩短了分离固体颗粒的径向路经，同时也提高了螺旋形旋转运动的速度，提高分离效率。

由于上述三项优点，本发明可代替由多个小管径旋风分离器组成的旋风分离器，结构比小管径分离器简单，但同样能够保证对超细颗粒的高效分离。

附图说明

图1为现有技术中的一种旋风分离器结构示意图。

图2为现有技术中的一种离心分离装置结构示意图。

图3为现有技术中的机械转子离心分离器结构示意图。

图4为本发明的径向喷射规整旋流分离器结构示意图。

具体实施方案

径向喷射规整旋流式分离器(如图4所示)，在一个轴线垂直安装的螺旋流分离室外圆筒6的最顶部固定一个径向叶轮4，径向叶轮4轴线与外圆筒6轴线重合。在外圆筒6内同轴线安装一个内圆筒7，两个直径不同的同心圆筒构成螺旋流分离室8。内圆筒7的最上端固定在径向叶轮4的轮盘上。在螺旋流分离室8的上部沿环向均匀安装一组螺旋导叶片5，每个螺旋导叶片5的最上端与径向叶轮4的叶片分别对应固定连接，且又分别与螺旋流分离室8的外圆筒和内圆筒对应紧密接触。净化气流出气管1固定安装在径向叶轮4的中心且与径向叶轮4同轴线安装，并穿透径向叶轮4的轮盘与内圆筒7的内腔连通。整流圆筒3与净化气流出气管1同轴线安装，且与径向叶轮4的轮盖板固定连接。整流圆筒3与净化气流出气管1共同构成一个圆环形流道。含尘气流进气管2的轴线与整流圆筒3的轴线相互构成一定角度(一般40至90度)且固定安装在一起。倒圆锥筒9的轴线与外圆筒6的轴线重合且固定安装在其下端部。固体颗粒出口圆筒10的轴线与倒圆锥筒9的轴线重合且固定安装在其最下端的小圆锥口。

所述径向叶轮4的作用是将含尘气流均匀地从中心沿径向喷射到外圆筒6最上端内壁面，然后再急转90度沿轴线向下进入螺旋流分离室8的环形流道。含尘气流径向喷射进入分离室的优点是将气流中的固体颗粒直接送到螺旋流分离室8的外圆筒内壁面，与已有旋风分离器相比增强了分离效果。

所述螺旋导叶片5的作用是规整进入螺旋分离室8的含尘气流能够按照给定的螺旋角做螺旋形旋转运动。与已有旋风分离器相比避免流量波动时，气流在分离室内产生冲击漩涡，影响分离效果。

所述螺旋流分离室8的圆环形流道的径向尺寸(见图4所示)与同直径旋风分离器(见图1所示)的圆环形流道的尺寸要小，其原理是缩短分离固体颗粒的径向路经，同时也提高了螺旋转动的速度，提高分离效率。

下面结合附图对本发明作进一步原理说明。

本发明径向喷射规整旋流分离器的工作原理为：含尘气流由含尘气流进口2进入，经整流圆筒3与净化气流出气管1构成的圆环形流道进入径向叶轮4的中心部位，径向叶轮4将含尘气流均匀地分布在叶轮叶道内，从中心沿径向喷射到螺旋流分离室8内的最上端，气流直接冲向外圆筒6的内壁面，然后再急转90度沿轴线向下进入螺旋流分离室8的环形流道。含尘气流在螺旋导叶片5的引导下作规整的螺旋形旋转运动。含尘气流中的固体颗粒在径向喷射进入螺旋流分离室8时，已经有一部分在惯性作用下到达外圆筒6内壁面，另一部分在螺旋形旋转运动中继续分离。气流流出螺旋流分离室8后继续向下作螺旋转动。当气流到达倒圆台筒9时，开始呈螺旋形向上流动，向上流动的气体中固体颗粒含量很少。被净化后的气流向上流动到净化气流出气管1排出分离器。含尘气流在螺旋流分离室8内做螺旋转动的过程中，绝大部分固体颗粒被分离到外圆筒6的内壁面，该部分固体颗粒又在螺旋转动气流带动下向下通过倒圆锥筒的内壁面运动到固体颗粒出口管10，排入灰斗(没有标出)。

本发明与已有的旋风分离器相比有较大区别：已有的旋风分离器的基本原理是含尘气流沿切线进入圆筒做螺旋形旋转运动，固体颗粒在离心力的作用下向圆筒内壁面运动，从而被捕集。其结构如图1所示。其中螺旋形转动的螺旋角因流量的变化是变动的。本发明的基本原理是含尘气流从上部中心进入，由中心沿径向喷射流入圆筒内壁面，再沿轴线向下急转90度，经一组轴向螺旋导叶片的引导产生螺旋形旋转运动，在径向喷射惯性力和螺旋转动离心力共同作用下将固体颗粒分离；用一组螺旋导叶片规整进入螺旋分离室的含尘气流，使其能够按照给定的螺旋角做螺旋形旋转运动。与已有旋风分离器相比避免流量波动时，气流在分离室内产生冲击漩涡，影响分离效果。

Claims

1.径向喷射规整旋流分离器，包括同轴安装的内圆筒和外圆筒，内圆筒和外圆筒侧壁之间的空腔形成分离室；外圆筒的下端接有倒圆锥筒，倒圆锥筒的锥口为固体颗粒出口；内圆筒的上端连通出气管；出气管外部套装有整流圆筒，整流圆筒与出气管侧壁之间形成与分离室连通的环形通道；外圆筒上端与内圆筒上端之间的空腔以所述出气管为中心安装有径向叶轮；在分离室的上部沿环向均匀安装一组螺旋导叶片，每个螺旋导叶片的最上端与径向叶轮的叶片分别对应固定连接，且又分别与分离室的外圆筒和内圆筒对应紧密接触；含尘气流从环形通道进入，通过径向叶轮导向外圆筒内壁，再90度转向进入分离室。

2.根据权利要求1所述的径向喷射规整旋流分离器，其特征在于，所述分离室内安装有螺旋导叶片。