CN102039224A

CN102039224A - 一种带有防返混锥的旋风分离器

Info

Publication number: CN102039224A
Application number: CN2009101804428A
Authority: CN
Inventors: 孙国刚; 付双成; 郭广军
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明公开了一种带有防返混锥的旋风分离器，在旋风分离器灰斗入口处安装了防返混锥，可以改变灰斗中上行气流的流动方式。将传统旋风分离器灰斗气流中心上行方式改为绕防返混锥的周边环行上行方式，这样可以增加了防返混锥周边环隙中颗粒或者液滴的分离能力，减小灰斗中颗粒或者液滴的返混夹带，从而达到提高分离效率的目的。

Description

一种带有防返混锥的旋风分离器

技术领域

本发明涉及气体中固体、液体或者固液混合物分离的技术领域，具体为一种带有防返混锥的旋风分离器。

背景技术

旋风分离器是一种广泛应用于发电、化工、建材、冶金、食品、环保、炼油等众多行业的颗粒除尘设备。它具有结构简单、造价低、易于维护、种类繁多、相对较高的分离效率以及能够从高温高压装置中分离颗粒等优点。常规的旋风分离器都是在其锥体底部接上灰斗，被分离到内壁上的颗粒随着下行气流一起进入灰斗中。因为灰斗底部料腿存在着料封，气流必将反转向上重新进入到旋风分离器锥体中，同时还会把灰斗中较细的颗粒夹带到旋风分离器锥体中，产生“灰斗返混夹带”现象，这也是造成旋风分离器分离效率降低的一个重要因素。当旋风分离器用于气液分离过程中，同样存在着灰斗中液体被再次带入到旋风分离器分离分离空间的“灰斗返混夹带”现象。

旋风分离器用于气固分离过程中，“灰斗返混夹带”实际包含两个过程，一是灰斗中下行流以及底部颗粒层表面的颗粒向上行流的返混过程，由于气流旋转能量的衰减，气流及颗粒切向速度降低，降低了上下行流分界面处的临界分离粒径，同时在上下行流分界面和灰斗底部颗粒层表面存在着气流的湍流脉动，这些都会造成一些较细的颗粒再次进入到灰斗中心区的上行流中；二是进入到灰斗中颗粒被夹带上行的过程，灰斗中心区上行流的切向速度很低，轴向速度较大，这样就会造成进入此区域的较细颗粒随着上行气流被带到旋风分离器的锥体中，而进入上行流中较大的颗粒在上行过程中还会被分离到下行流中，并不会被带出灰斗。造成颗粒被带出灰斗的主要原因就是返混到上行流中的小颗粒在气体径向曳力的作用下，不断地汇集到灰斗的中心区域。由于该区域切向速度低，分离能力差，这样就会在灰斗中心区形成一个高浓度区。由于此区域的轴向速度较高，对颗粒的携带能力很强，导致该区域的颗粒会随着上行流离开灰斗。当旋风分离器用于气液分离时，存在同样的现象。要想减小灰斗中颗粒或液滴的逃逸，应该主要从改变灰斗的流场入手，取消中心上行排气的方式，改为周边上行排气，这样就可以消除中心区高浓度低分离效率的缺点，同时使颗粒或液滴在上行过程中增大离心力，使其进一步分离，从而达到减小颗粒或液滴向旋风分离器分离空间返混的目的。而在排尘口附件安装防返混锥恰好解决这个问题。

现有减小灰斗返混的技术主要有三种：一是在旋风分离器锥体底部增加直管段来增加分离高度，这样可以减小灰斗返混，但是却增加了设备高度；二是在旋风分离器排尘口加锥形稳定器，比如美国专利3,802,570在排尘口加锥形稳定器来稳定内旋流，减小灰斗返混夹带，中国专利ZL93216798.5设计的防返混锥实际上也是一个锥形稳定器；这两种技术都没有改变灰斗中心区高浓度低分离效率的特点，减小灰斗返混夹带的效果不明显。三是在排尘口附近安装防返混锥，可以降低灰斗中气流的湍流脉动，可以减小灰斗中颗粒或液滴的返混；同时改变了排气方式，由中心上行排气改为周边环隙上行排气，这样就增加了上行气流的分离能力，减小了上行气流中颗粒或液滴的夹带量。

在旋风分离器排尘口附近安装防返混锥的结构在国外已经有了应用的实例，但是都没有提出系统的设计方法，设计也都是根据半经验公式来进行的。如果防返混锥的结构参数匹配不好，不但不能抑制灰斗返混夹带，还会降低旋风分离器的分离效率。因此要想发挥防返混锥对灰斗返混夹带的抑制作用，就应该采用正确的设计方法，对其结构参数进行优化设计。

发明内容

本发明的目的是设计一种带有防返混锥的旋风分离器，以减小常规旋风分离器中存在的灰斗返混夹带，提高旋风分离器的分离效率。

本发明提供了一种带有防返混锥的旋风分离器，其主要由切向入口1或者轴向导叶式入口2、排气管8、筒体段3、锥体段4、灰斗6和灰斗入口处安装的防返混锥7等结构组成。

按照本发明提供的带有防返混锥的旋风分离器，固体颗粒随着气体进入到旋风分离器切向入口1(或者旋风分离器导叶式入口2)以后，在离心力的作用下被分离到旋风分离器筒体段3内壁，沿着旋风分离器筒体段3和锥体段4内壁面向下做螺旋运动，并随着下行气流进入到灰斗6中。进入灰斗6中气流从灰斗中上行返出时，遇到防返混锥7的阻挡，必须绕过防返混锥而从防返混锥周向环隙中通过，这样就增加了上行气流中颗粒的离心力，使颗粒进一步分离到周边的下行流中并被带入灰斗，从而减小了灰斗返混夹带，提高了旋风分离器的分离效率。

本发明提供的防返混锥设计主要包括三个结构参数：防返混锥周向截面积、防返混锥底面直径和防返混锥高度。

防返混锥周向截面积直接影响着进入灰斗和返出灰斗的气量，如果进入灰斗气量过小，进入灰斗的颗粒或液滴也会相应减小，这样就会降低旋风分离器的分离效率；如果进入灰斗气量过大，旋风分离器筒体段和锥体段中气流和颗粒或液滴的切向速度降低，也会降低旋风分离器的分离效率，因此防返混锥周向环隙面积有一个最佳值，这个最佳值Sc为

(式中，Sc为防返混锥周向环隙面积；D为旋风分离器筒体直径)。

防返混锥的底面直径决定着灰斗中气体流场分布，尤其是决定气流切向速度的分布。安装防返混锥以后，灰斗中防返混锥下方气流切向速度也呈现内外旋流金兰涡分布，内外旋流分界面半径近似等于防返混锥的底面半径，可以根据保证切向速度最大化的原则来设计防返混锥的底面直径，可以将防返混锥底面直径设计为排气管直径的0.4～0.8倍，优选为0.6倍。

防返混锥的高度对于旋风分离器气体流场影响较小，可以根据实际情况灵活设计。防返混锥的高度可以根据防返混锥在灰斗入口处的直径以及灰斗入口过渡段高度来综合设计，(首先应该保证灰斗入口截面的通过面积)，如果灰斗入口没有过渡段，则将防返混锥的锥顶角设计成90°。

本发明提供的带有防返混锥的旋风分离器不但可以用于现有旋风分离器的技术改造，提高其分离效率；还可以用于指导新制造旋风分离器的设计。同时，本发明提供的带有防返混锥的旋风分离器不但可以用去气体中固体颗粒的分离，还可以用于气体中液体或者固液混合物的分离。

最后应当申明的是，以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解：任何对本发明局部修改或等同替换，而不脱离本发明的精神和设计原则的，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

附图说明

图1为本发明的一种带有防返混锥的切向入口旋风分离器；图中：

1.旋风分离器切向入口，3.旋风分离器筒体，4.旋风分离器锥体，5.排尘口，6.灰斗，7.防返混锥，8.排气管。

图2为本发明的一种带有防返混锥的导叶式入口旋风分离器；图中：

2.旋风分离器导叶入口，3.旋风分离器筒体，4.旋风分离器锥体，5.排尘口，6.灰斗，7.防返混锥，8.排气管。

图3为本发明防返混锥结构尺寸图。图中，Sc为防返混锥轴向横截面积，da为防返混锥底面直径，ha为防返混锥高度。

图4为实施例1的分离效率图。

图5为实施例2的分离效率图。

具体实施方式

为了能够更清楚的了解本发明特点，举以下实例说明：

实施例1：

对已有的旋风分离器进行技术改造提高其分离效率，改造前旋风分离器(a)主要结构尺寸为：筒体直径为φ300mm，排尘口直径为φ180mm，灰斗直径为φ300mm，排气管直径为φ150mm。按照防返混锥周向环隙面积为

进行设计计算，可以求出在排尘口截面处防返混锥的直径应该为φ120mm。由灰斗中切向速度分布规律可以计算出防返混锥底面直径为φ90mm为宜。因为防返混锥周向环隙面积是最重要的参数，所以取防返混锥底面直径为φ120mm，底面位置位于排尘口截面。防返混锥高度可以根据防返混锥的锥顶角设计，将锥顶角设计成90°，可以计算出防返混锥高度为85mm。

利用800目滑石粉对两个结构进行分离性能测试，试验浓度为10g/m³，试验结果如图4所示。从图4中可以看出，安装防返混锥的旋风分离器结构(b)明显提高了旋风分离器的分离效率，且随着气速的增加而更加明显。

实施例2：

利用本发明专利的方法进行指导设计旋风分离器的排尘结构。常规旋风分离器结构(c)主要结构尺寸为：筒体直径为φ300mm，排尘口直径为φ120mm，灰斗直径为φ300mm，排气管直径为φ150mm。按照防返混锥周向环隙面积为

进行设计计算，可以求出在排尘口截面的直径为φ120mm。于是可以将防返混锥置于灰斗中，不改变排尘口处的截面积。由灰斗中切向速度分布规律可以计算出防返混锥底面直径为φ100mm，防返混锥底面位置位于灰斗入口过渡段底部截面。防返混锥高度可以根据灰斗入口过渡段高度来设计，将防返混锥高度设计为100mm。

利用800目滑石粉对两个结构进行分离性能测试，试验浓度为10g/m³，试验结果如图5所示。从图5中可以看出，安装防返混锥的旋风分离器结构(d)明显提高了旋风分离器的分离效率，且随着气速的增加而更加明显。

Claims

1.一种用于气体中的固体颗粒或者液滴分离的旋风分离器，旋风分离器的结构由切向入口或者轴向导叶式入口、筒体段、锥体段、灰斗和排气管等结构组成，其特征在于在灰斗入口处安装了一个防返混锥。

2.根据权利要求1所述的带有防返混锥的旋风分离器，其特征在于防返混锥的结构设计，其主要设计参数为防返混锥周向环隙面积、防返混锥底面直径和防返混锥的高度。其中防返混锥周向环隙面积是最重要的设计参数，防返混锥周向环隙面积S_c为

(式中，Sc为防返混锥周向环隙面积；D为旋风分离器筒体直径)；防返混锥底面直径是次要设计参数，防返混锥底面直径设计为排气管直径的0.4～0.8倍，优选为0.6倍；防返混锥的高度可以根据防返混锥在灰斗入口处的直径以及灰斗入口过渡段高度来综合设计，如果灰斗入口没有过渡段，则将防返混锥的锥顶角设计成90°。