CN103920604B - 一种下排气旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种下排气旋风分离器，包括进气管、筒体、导流体、排气管、落灰斗、卸灰管和灰仓，所述导流体位于筒体中，排气管位于导流体下方，所述落灰斗倾斜向下设置，其上部连接筒体，下部连接卸灰管，所述卸灰管下部伸入灰仓中，所述进气管内安装有若干个绕流柱；所述卸灰管内通过支撑架安装有一圆锥体，所述圆锥体顶点在上，底面在下；所述灰仓内的卸灰管管壁上设有若干卸灰口。所述绕流柱的表面沿气流流动方向设有若干凹槽，中间设有若干通孔，若干个绕流柱在进气管内沿气流流动方向水平或垂直错列布置。本发明构造合理，结构简单，分离效率高。尤其是细微颗粒的去除效率高，从而有效的减少细微颗粒物排放。

Description

一种下排气旋风分离器

技术领域

本发明属于烟气除尘和气固分离领域，具体是一种下排气旋风分离器。

背景技术

常用的旋风分离器属于上排气式，其通常由进气管、筒体、锥体、排气管、卸灰管和灰仓组成。这种旋风分离器的气流首先沿烟道向上并通过进气管流入筒体，然后从排气管流出，最后再次向下进入烟道。在这个过程中气流的多次转弯会产生很大的压力损失，而这部分压力损失对分离过程并不起积极作用。而且排气管向上的上排气旋风分离器的布置和支撑也比较困难。

对上排气旋风分离器的一种改进是在筒体或锥体内加反向圆锥或小圆柱，如美国专利“Apparatus and method for separating particles from a cyclonic fluid flow”（US 2001/0010189 A1），中国专利“高效防磨筒式旋风除尘器”（CN 101121154A）、 “旋风空气净化器”（CN 1990115A）和“一种气液分离器”（CN 201423316Y）。锥体内的反向圆锥能够提高总分离效率，但小于10微米颗粒的分级分离效率反而下降（见论文：S. Obermaira, J. Woisetschlägerb, G. Staudingera, Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometries of a gas cyclone by laser doppler anemometry [J], Powder Technology, 2003, 138: 239– 251.）。小圆柱与反向圆锥有相同的缺点。而且，他们在反向圆锥或小圆柱侧面加叶片的结构会破坏内、外涡旋，这对气固分离十分不利。

为了减轻上排气旋风分离器的压力损失，降低上排气旋风分离器布置和支撑的困难，提出了下排气旋风分离器。下排气旋风分离器与上排气旋风分离器的区别在于筒体中心上半部分是导流体，导流体正下方是排气管；落灰斗（对应上排气旋风分离器的锥体）不是圆锥体，而是将圆柱体下部用斜面切去，切的方法常采用通切或两侧内外对切（两侧内外对切结构可参考黄盛珠发表在《热能动力工程》2006年第21卷第1期的论文“新型下排气旋风分离器的流场和性能数值模拟”）。下排气旋风分离器气流仍由进气管切向进入，但却从排气管向下流出，其流动方式由上排气旋风分离器的逆流式变为顺流式，这就减轻了上排气旋风分离器压力损失过大，布置和支撑困难的问题。但下排气旋风分离器大部分向下旋转的气流过早从排气管流出，使旋转距离减少；落灰斗内存在上升流，会造成己分离颗粒的夹带，通常这种夹带较上排气旋风分离器更为严重；落灰斗和卸灰管内存在压力小于大气压的负压区，这导致了外部空气倒灌入灰斗将已分离下来的颗粒再次带入上升气流的现象，其与上升气流夹带的颗粒再次分离现象都称为二次效应。因此相同条件下，下排气旋风分离器的分离效率比上排气旋风分离器低，其一直没有得到大规模使用。要使下排气旋风分离器能够大规模使用，必须减轻二次效应，提高气固分离效率。中国专利“一种下排气式旋风分离器”（CN 100484639C）在筒体内的排气管壁开孔以减小向下进入落灰斗的气流量，从而减轻二次效应。但由于向下旋转的气流惯性大，进入小孔的气流量较小，所以仍有较多气流流入落灰斗；对外部空气倒灌入灰斗的现象起不到任何减轻作用；不会减少落灰斗和卸灰管内的负压区。

旋风分离器通过离心力将气固分离，但细微颗粒物受离心力的影响很小，因此旋风分离器对细微颗粒物的分离效率低。那么在旋风分离器内在颗粒物受离心力影响前使细微颗粒团聚为大颗粒的方法可以提高旋风分离器对细微颗粒物的分离效率以及总分离效率。比较简单的团聚方法是通过增加扰动使细颗粒物团聚，如美国专利“Method and apparatus for mixing fluids for particle agglomeration”（US 20060256649 A1），其通过垂直布置的叶片使不同通道内流动的气流混合，增强扰动从而使细微颗粒团聚，但叶片形状复杂而且长时间使用片状结构不耐磨易断裂；中国专利“气固射流-声场超细颗粒耦合包裹团聚装置”（CN 101091860B），通过引入外部射流增强扰动而使细微颗粒团聚，但这种方式需另外增加射流管道，应用比较复杂，需另加投资费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造合理，结构简单，分离效率高的下排气旋风分离器。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种下排气旋风分离器，包括进气管、筒体、导流体、排气管、落灰斗、卸灰管和灰仓，所述导流体位于筒体中，排气管位于导流体下方，所述落灰斗倾斜向下设置，其上部连接筒体，下部连接卸灰管，所述卸灰管下部伸入灰仓中，其特征是：所述进气管内安装有若干个绕流柱；所述卸灰管内通过支撑架安装有一圆锥体，所述圆锥体顶点在上，底面在下；所述灰仓内的卸灰管管壁上设有若干卸灰口。

本发明所述绕流柱的表面沿气流流动方向设有若干凹槽，中间设有若干通孔，若干个绕流柱在进气管内沿气流流动方向水平或垂直错列布置。

本发明所述圆锥体与导流体上的圆锥体反向设置，其顶点在上，位于落灰斗内或卸灰管内，底面在下，位于卸灰管内；所述圆锥体的中轴线与卸灰管中心线重合，底面直径为卸灰管当量直径的0.2~0.8倍，其母线与水平面的夹角范围50°~80°。

本发明所述圆锥体底面安装在支撑架上，所述支撑架由若干直立的支撑叶片组成，支撑叶片外端固定于卸灰管内壁上。

本发明所述卸灰管管壁上的卸灰口位于支撑架下方。

本发明在进气管内安装绕流柱，并在绕流柱上开凹槽和通孔。这样含有颗粒的气流绕过绕流柱后产生很大的扰动，细微颗粒物之间或细微颗粒物与大颗粒之间碰撞并发生团聚的几率急剧增加，导致细微颗粒物的数浓度减少。而下排气旋风分离器对大颗粒的分离效率很高，从而提高了对细微颗粒物的去除效果。其次，卸灰管内通过固定支撑架安装有一圆锥体，所述圆锥体与导流体上的圆锥体反向设置，该圆锥体的导流作用使落灰斗或卸灰管内向下的旋转气流更易变为向上流动；圆锥体占据部分负压区，减少负压区以减少窜气；所述圆锥体及其下方的支撑架上的支撑叶片对气流产生阻碍作用，减弱气流在卸灰管的向下旋转，减少向下旋转的气流量。最后，在卸灰管位于灰仓内部的壁面开设卸灰口，其作用是使颗粒提前从开口流入灰仓，防止颗粒在卸灰管壁面上的沉积。因此，本发明通过绕流柱、装有支撑叶片的圆锥体和灰仓内卸灰管壁开口的共同作用，提高下排气旋风分离器的总分离效率，尤其是细微颗粒的去除效率高，从而有效的减少细微颗粒物排放。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明另一种结构示意图。

图3是图1中绕流柱的结构示意图。

图4是图2中绕流柱的结构示意图。

图中的标号是：1.进气管，2.绕流柱，3.导流体，4.筒体，5.排气管，6.落灰斗，7.卸灰管， 8.灰仓，9.圆锥体，10.支撑架，21.凹槽，22.通孔，71.卸灰口。

具体实施方式

从图1、图2中可以看出，一种下排气旋风分离器，包括进气管1、导流体3、筒体4、排气管5、落灰斗6、卸灰管7和灰仓8。所述导流体3位于筒体4中，排气管5位于导流体3下方，所述落灰斗6倾斜向下设置，其上部连接筒体4，下部连接卸灰管7，所述卸灰管7下部伸入灰仓8中。

本发明的特点是：所述进气管1内安装有若干个绕流柱2。所述绕流柱2的表面沿气流流动方向设有若干凹槽21，中间沿气流流动方向设有若干通孔22，若干个绕流柱2在进气管内沿气流流动方向水平或垂直错列布置。每一个绕流柱2两端固定于进气管内壁上。绕流柱截面可为圆形或方形，也可为其它任意形状。

所述卸灰管7内通过支撑架10安装有一圆锥体9，所述圆锥体9顶点在上，底面在下。本发明所述圆锥体9与导流体3上的圆锥体反向设置，其顶点在上，位于落灰斗6内或卸灰管7内，底面在下，位于卸灰管7内；所述圆锥体9的中轴线与卸灰管7中心线重合，底面直径为卸灰管7当量直径的0.2~0.8倍，其母线与水平面的夹角范围50°~80°。

本发明所述圆锥体9底面安装在支撑架10上，所述支撑架10由若干直立的支撑叶片组成，支撑叶片外端固定于卸灰管7内壁上。所述支撑叶片为竖直放置的长方形结构，每个支撑叶片向外的一端固定于卸灰管内壁上，向内一端与其它支撑叶片内端连接。相邻支撑叶片的夹角在30°~180°之间。

本发明所述灰仓8内的卸灰管7管壁上设有若干卸灰口71。所述卸灰管管壁上的卸灰口71位于支撑架10下方。管壁上周向分布的卸灰口可以在同一高度上，也可以从高到低布置。

如图1和图3所示，绕流柱2为垂直安装的长方体，其上下两端固定于进气管1的内壁面；沿气流流动方向的相邻列以错列方式布置。绕流柱2沿着气流流动方向开长方形凹槽21和通孔22。圆锥体9为反向锥体，其顶点在落灰斗6内，底面在圆柱形卸灰管7内。圆锥体9轴线与卸灰管7的轴线重合。圆锥体9下固定连接四个直立的支撑叶片，相邻支撑叶片夹角90°。卸灰管7的一部分位于灰仓8内部，其位于灰仓8内部的卸灰管7壁面上开四个卸灰口71，四个卸灰口71位于同一高度。

如图2和图4所示，进气管1内安装绕流柱2，绕流柱2为水平安装的椭圆柱，其水平两端固定于进气管1内壁面；沿气流流动方向的相邻列以错列方式布置。沿着气流流动方向，绕流柱2从左至右开弧形凹槽21和椭圆形通孔22。圆锥体9为反向锥体，其位移卸灰管7内。圆锥体9下固定连接三个直立的支撑叶片，相邻支撑叶片的夹角120°。卸灰管7的一部分位于灰仓8内部，其位于灰仓8内部的卸灰管7壁面上开两个卸灰口71，两个卸灰口71从高到低布置。

本发明含有颗粒的气流进入进气管1，在绕过绕流柱2后沿切向进入筒体4，在筒体4上部导流体3的作用下在环形区域做旋转运动。部分气流在筒体4的环形空间内旋转后直接进入排气管5排出；其余气流在落灰斗6和卸灰管7内继续旋转下行，下行时不断有气流折向上流动，折向上气流通过排气管5被排出。颗粒随气流进入筒体4后在离心力作用下被甩向筒体4壁面，向下先后流过落灰斗6和卸灰管7后由灰仓8收集。

本发明在进气管内安装绕流柱，并在绕流柱上开凹槽和通孔。这样含有颗粒的气流绕过绕流柱后产生很大的扰动，细微颗粒物之间或细微颗粒物与大颗粒之间碰撞并发生团聚的几率急剧增加，导致细微颗粒物的数浓度减少。而下排气旋风分离器对大颗粒的分离效率很高，从而提高了对细微颗粒物的去除效果。其次，卸灰管内通过支撑架安装有一圆锥体，所述圆锥体与导流体上的圆锥体反向设置，该圆锥体的导流作用使落灰斗或卸灰管内向下的旋转气流更易变为向上流动；圆锥体占据部分负压区，减少负压区以减少窜气；所述圆锥体及其下方的支撑架上的支撑叶片对气流产生阻碍作用，减弱气流在卸灰管的向下旋转，减少向下旋转的气流量。最后，在卸灰管位于灰仓内部的壁面开设卸灰口，其作用是使颗粒提前从开口流入灰仓，防止颗粒在卸灰管壁面上的沉积。因此，本发明通过绕流柱、装有支撑叶片的圆锥体和灰仓内卸灰管壁开口的共同作用，提高下排气旋风分离器的总分离效率，尤其是细微颗粒的去除效率高，从而有效的减少细微颗粒物排放。

Claims (4)

1.一种下排气旋风分离器，包括进气管、筒体、导流体、排气管、落灰斗、卸灰管和灰仓，所述导流体位于筒体中，排气管位于导流体下方，所述落灰斗倾斜向下设置，其上部连接筒体，下部连接卸灰管，所述卸灰管下部伸入灰仓中，其特征是：所述进气管内安装有若干个绕流柱；所述卸灰管内通过支撑架安装有一圆锥体，所述圆锥体顶点在上，底面在下；所述灰仓内的卸灰管管壁上设有若干卸灰口；所述绕流柱的表面沿气流流动方向设有若干凹槽，中间设有若干通孔，若干个绕流柱在进气管内沿气流流动方向水平或垂直错列布置。

2.根据权利要求1所述的下排气旋风分离器，其特征是：所述圆锥体与导流体上的圆锥体反向设置，其顶点在上，位于落灰斗内或卸灰管内，底面在下，位于卸灰管内；所述圆锥体的中轴线与卸灰管中心线重合，底面直径为卸灰管当量直径的0.2~0.8倍，其母线与水平面的夹角范围50°~80°。

3.根据权利要求1所述的下排气旋风分离器，其特征是：所述圆锥体底面安装在支撑架上，所述支撑架由若干直立的支撑叶片组成，支撑叶片外端固定于卸灰管内壁上。

4.根据权利要求1所述的下排气旋风分离器，其特征是：所述卸灰管管壁上的卸灰口位于支撑架下方。