CN103056048B - 一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可应用于炼油、化工、环保等行业的多级串联旋风分离器系统。它包括两个或多个旋风分离器，其特征在于多级分离器级间连接通道内设置一块或多块分隔板，将级间连接通道分隔成两条或多条等间距或不等间距通道，使后级分离器变成为多入口旋风分离器；使前级旋风分离器排气管排出的气流按含尘浓度高低分流，分别沿不同的通道进入后级旋风分离器中进行分离净化，从而在不增加分离器压降的情况下显著提高后级旋风分离器的效率及串联系统的总效率。前级旋风分离器可以是单进口、多进口的切流反转式旋风分离器，也可以是直流式旋风分离器；前级分离器排气管顶部排气出口形式可以是直切式，蜗壳式，或直角弯头结构。

Description

一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统

技术领域

本发明属于气固、气液非均相分离技术领域，具体涉及一种用于气固、气液两相分离的多级旋风分离器系统。

背景技术

旋风分离器具有结构简单、造价低、几乎免维护、压降适中、分离效率较高以及能够在高温、高压、高浓度条件下长周期连续运行等优点，广泛应用于炼油、化工、发电、建材、冶金、食品、环保等众多的行业，并且是石油催化裂化、煤粉气化、循环流化床燃烧、粉料产品干燥等许多生产装置的一项关键设备。在许多场合，仅用一级旋风分离器已不能满足现代工业生产及日益严格的环保排放要求，往往需要将多台旋风分离器串联或旋风分离器与过滤、电除尘等串联起来，以获得更好的分离效率、更低的粉尘排放量。如，发明专利CN1259404公布了一种丙烯腈流化床反应器用的两级旋风分离器组，通过在常规的旋风分离器排气管下口加一开有多条纵缝的分流型排气管使两级串联分离器达到常规三级串联方案的分离效率，简化了设备。但该方案获得高效率是以增大压降为代价的，其两级的压降也与常规三级结构的基本相同；发明专利申请CN101748980A，CN101451069A公布的两级串联分离器系统由以下几部分组成：一个大尺寸的旋风分离器作为第一级，多个小尺寸的旋风分离器作为第二级。该方案虽然能够有效提高分离效率，但增加了设备数量，总体系统结构更为复杂，所占空间大，不利于现有装置的改造。

对旋风分离器内流场和颗粒浓度分布的研究发现在排气管内气流旋转强度依然很大，颗粒在旋转气流离心力的作用下被甩向排气管边壁，最终形成排气管中心低、边壁高的颗粒浓度分布，最大和最小浓度的差距可达十倍以上，即排气管内旋转气流将大部分颗粒都浓集到排气管边壁。但现有的多级旋风分离器串联系统未能有效的利用分离器排气管的这种旋流浓集颗粒的作用，在级间连接管中上级分离器排气管中已浓集到排气管边壁的颗粒又重新与排气管中心区较洁净的气流混合，然后一起进入下一级旋风分离器。显然，这种排气管边壁颗粒浓度相对较高的气流与排气管中心区较洁净的气流重新混合是不合理的，应当进行分离器串联系统结构创新，充分利用上级分离器排气管中旋流对颗粒的浓集作用，提高下一级分离器的效率，从而提高多级旋风分离器串联系统的总分离效率。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有的多级旋风分离器串联系统中上一级旋风分离器排气管中已浓集到排气管边壁的颗粒在下级旋风分离器入口又重新与排气管中心区较洁净的气流混合的问题，利用上级分离器排气管中旋流对颗粒的浓集作用提高下一级旋风分离器的分离效率，从而提高多级串联旋风分离器系统的总效率。

本发明是通过下面的技术方案来实现的：在多级串联旋风分离器的级间连接通道中增设一个或数个分隔板，将上级分离器排气管到下级分离器入口的连接通道分隔两条或多条通道，结果使下级旋风分离器变成多入口分离器，使上级分离器排气管排出的含尘气流分流，即分别沿不同的通道流入下级分离器；上级排气管边壁区较浓的含尘气流由靠近下级分离器外壁的通道流入下级分离器，贴着下级分离器壁面旋转下行，这部分气流入口离下级分离器中心的排气管距离较大，气流的离心旋转半径大，颗粒容易被分离；上级排气管中心区较洁净的气流则沿靠近下级旋风分离器中心一侧的通道流向下级旋风分离器，可将边壁高浓度的尘流与中心排气管隔开，从而减少颗粒走短路进入排气管逃逸。该多级串联旋风分离器的上级分离器可以是单入口或多入口的切流返转式旋风分离器，也可以是轴流式旋风分离器；上级旋风分离器的排气管出口结构可以是直切式，蜗壳式，或直角弯头结构。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、上级旋风分离器排气管蜗壳或直切的出口结构与带分隔板的级间连接通道相组合可以有效利用上级排气管中旋流的能量，实现排气管排气分流，使上级排气管边壁高浓度的尘流由离下级分离器中心较远的外侧通道进入下级分离器，不与上级排气管中心区低尘浓度的气流混合，从而提高下级旋风分离器的效率和多级串联的总效率；

2、上级分离器排气管边壁高浓度的尘流沿离下级分离器中心较远的外侧通道进入下级分离器，贴着下级分离器壁面旋转下行，颗粒容易到达气壁，有利于效率提高。同时，颗粒浓度高，有利于增加细颗粒的团聚，提高对细颗粒的捕集；

3、上级排气管中心区较洁净的气流进入下级分离器，离排气管较近，有利于隔开下级分离器边壁的高浓度尘流，减少颗粒走短路从排气管的逃逸，也有利于提高下级分离器的效率；

此外，本发明对各级旋风分离器本身未做改动，因而不会损害各级分离器原有的分离性能；未改变多级旋风分离器串联系统、未增加设备，因而不增加系统占用空间、操作维护的难度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1多级串联旋风分离器系统示意图

图2常规级间连接结构

图3本发明所设计的新级间连接结构

图4冷态性能对比试验装置流程图

图5本发明与常规结构的一级效率对比

图6本发明与常规结构的二级效率对比

图7本发明与常规结构的总效率对比

图8本发明与常规结构的两级总压降对比

具体实施方式

为更清楚的理解本发明的技术内容及效果，下面举一实施例进行详细说明：

一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统，它包括两个Φ300、180°蜗壳切向进气口的逆流反转式旋风分离器，一级分离器的排气管顶部排气口为蜗壳式出口结构，通过级间通道与下一级旋风分离器入口相连；在一级出口到二级入口的级间连接通道内加设一块纵向挡板，将级间连接通道分成两部分，挡板首端位于一级排气管边壁，末端延伸到二级分离器蜗壳附近。采用图4所示的实验室冷模试验系统进行试验，对比本发明与常规两级旋风分离器串联系统的分离性能。试验所用的两级旋风分离器结构及尺寸完全相同，一级KA＝5.5，(KA为筒体对入口截面积比、是排气管对筒体半径比)，二级KA＝7.5， ${\tilde{d}}_r=0.4.$

试验在常温下进行，试验装置采用吸风式负压操作。气体直接从大气吸入，经分离器、出口通道由风机抽出排空。气体流量由安装在旋风分离器的排气管道上的毕托管测定。压降由连接在分离器出口的U型管直接读出。试验粉料为800目滑石粉。试验粉料先称量后，由人工通过加料斗加入进气管，在进气管中分散后被气流带入分离器内分离。在15m/s，17m/s，19m/s，21m/s四个气速下测定两种串联系统的性能。气流的含尘浓度由加料时间控制，试验中固定为10g/m3。含尘气流由旋风分离器入口进入分离器内，颗粒在离心力的作用下向边壁分离下来，并收集。粉尘由收灰斗收集，称重，计算分离器本身的除尘效率η。每一实验条件下至少重复3次，待数据稳定后，取其平均值作为该实验条件下

常规两级串联系统与本发明的带有一级排气管排气分流净化的两级串联旋风分离器系统分离性能试验对比结果如图5、图6、图7及图8所示。可见，在同一气速下，一级旋风分离器排气是否分流对一级分离器效率基本没有影响(图5)，二级分离器的效率则随进口气速的不同而有所不同。一级分离器排气管排气分流后进入二级分离器净化，在高气速下二级效率可以比常规无排气分流的串联系统的二级效率提高约10％(图6)，由此本发明的两级串联总效率也高于常规的两级串联的总效率(图7)。如图8所示，本发明未对旋风分离器本体做改动，所以所消耗的压降与常规结构基本相同。可见本发明的带有一级排气管排气分流净化的两级串联旋风分离器系统技术优势明显。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰同样涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统，包括多个旋风分离器(1、6、7、8)，其前一级旋风分离器的排气管出口和后一级旋风分离器入口相联，其特征在于：前级分离器排气管出口(2、4、5)与后级分离器入口之间的级间连接通道(3)内设有一块或多块分隔板(9)，将级间连接通道(3)分隔成等间距或不等间距的多条通道，前级旋风分离器排气管排出的气体被分为多股，分别进入后一级旋风分离器。

2.如权利要求1所述的前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统，其特征在于：各级之间的连接通道(3)中所设置的分隔板(9)长度等于或小于级间连接通道的长度，隔板间距可以相等，也可以不相等。

3.如权利要求1所述的前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统，其特征在于：前级旋风分离器为单进口或多进口切流返转式，或直流旋风分离器。

4.如权利要求1所述的前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统，其特征在于：前一级分离器的排气管出口形式为直切式(4)、或蜗壳式(5)、或弯头(2)，将经一级分离器排出的气体由自下而上的旋流转变为流向下级旋风分离器入口的直管流。