CN104399607A - 一种旋风分离装置及基于该装置的旋风分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋风分离装置技术领域，具体为一种旋风分离装置及基于该装置的旋风分离系统。该旋风分离装置，包括掺混气流进口、排气管、分离室、分离室下方的锥体筒等；所述掺混气流进口的上平面为水平平面，掺混气流进口的下平面为上倾斜面，气流进口逐渐变小；在旋风分离装置中设有与分离室同轴的螺旋叶片，螺旋叶片的上端固定在分离室的顶部，螺旋叶片上部的第一个叶片的位置低于排气管；基于该装置的旋风分离系统，包含所述旋风分离装置、供气系统、物料供给系统、管道系统、传感系统等。本装置提高了气体利用率，降低了分离过程中内旋涡产生的无效压损，有益于提高旋风分离器的分离效率，并且简单易操作、改造成本低。

Description

一种旋风分离装置及基于该装置的旋风分离系统

技术领域

本发明属于旋风分离装置技术领域，具体为一种旋风分离装置及基于该装置的旋风分离系统。

背景技术

旋风分离装置是一种通过高速旋转的气流所产生的离心力将气固混合物进行分离的装置。旋风分离装置具有结构简单、制造成本低、分离效率高、维修方便、使用寿命长的特点，广泛应用于能源、环保、化工、冶金、制药等行业，在国民经济中发挥着重要作用。目前，常用的气固旋风分离装置一般由掺混气流进口、排气管、分离室、分离室下方的锥体筒、灰斗和料腿组成。

对旋风分离装置内气体和固体颗粒流动特征、浓度分布和压损的详细研究发现：绝大部分的含尘气流进入分离室后将沿壁面向下螺旋运动，形成富含固体颗粒的外旋涡；外旋涡气流到达旋风分离装置底部附近时，净化后的气体沿分离室中心轴线螺旋向上运动，形成含尘量非常低的内旋涡并最终沿着排气管排出。分离室中心区的气体比较清洁，甚至可以达到直接排放的指标要求。目前使用的旋风分离装置大都没有对分离室中心区的洁净气流进行处理，而是任由内旋涡里气流在旋风分离装置内流动，从而形成了无用的压力损失。显然这种压力损失属于无效的压力损失，增加了分离室甚至是整个气固处理系统的压力损失，降低了旋风分离装置的性能，缩短了分离装置使用寿命。因此需要在保证分离效率的前提下，通过对旋风分离装置结构的改进和优化达到降低分离装置压损、减少旋风分离器中心区内旋涡处较洁净气体形成的无效压损的效果。

发明内容

本发明的目的在于降低旋风分离装置压损，减少分离室中心区内旋涡处较洁净气体形成的无效压损，提供一种旋风分离装置及基于该装置的旋风分离系统。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种旋风分离装置，包括掺混气流进口、排气管、分离室、分离室下方的锥体筒、灰斗和料腿。

所述掺混气流进口的上平面为水平平面，掺混气流进口的下平面为上倾斜面，气流进口逐渐变小。这种结构使掺混气流进口下部的大量气流产生了斜向上的速度，阻止含尘气流直接进入排气管逃逸。掺混气流进口的顶部为水平方向，一方面是由于掺混气流进口上部的气流量小；另一方面是在提高气体利用率的同时需要考虑具有斜向上速度的旋转含尘颗粒会对筒体顶部内壁面形成强大冲击，磨损设备，降低寿命。

在旋风分离装置中设有与分离室同轴的螺旋叶片，螺旋叶片的上端固定在分离室的顶部，螺旋叶片上部的第一个叶片的位置低于排气管。在旋风分离装置中心轴位置安装的螺旋叶片，破坏了内旋涡中气体的流动方向、减弱了内旋涡的强度、减小了内旋涡的几何范围，降低了内旋涡产生的无效压损。

本发明所述掺混气流进口的下平面与水平方向的夹角为10°至25°。

本发明所述螺旋叶片的螺距为分离室的高度的0.2-0.3倍。螺旋叶片的上端距分离室的顶部的距离为分离室的高度的0.5-0.6倍，螺旋叶片的下端不超过椎体筒的顶部，螺旋叶片的外径为分离室的直径的0.3-0.4倍，螺旋叶片的内径为分离室的直径的0.2-0.3倍。将螺旋叶片安装在内旋涡和外旋涡交接处，一方面可以提供足够的面积与内旋涡中的气流接触，并改变气流的运动方向；另一方面使其尽可能远离外旋涡，避免螺旋叶片对分离室近壁面的高浓度固体颗粒和携带气体产生影响，造成分离效率降低。

基于所述旋风分离装置的旋风分离测试系统，包含所述旋风分离装置、供气系统、物料供给系统、管道系统、传感系统、除尘系统和工控机。

空压机通过气体输送管路与含尘混合气流输送管路连接；空压机的出气口处设有电动阀。空压机提供系统运行所需气源，通过控制电动阀获得所需气量。气体输送管路上依次设有压力传感器、湿度传感器、固体颗粒进口和流量传感器。固体颗粒进口与固体颗粒给料机的出料口连接，固体颗粒给料机可以根据实验需要调节给料速度，获得不同的颗粒给料量。湿度传感器和流量传感器，可以获得不同给气和给料条件下气体输送管道内气固两相流动的状态数据。压力传感器可以获得旋风分离装置的气流进口处的压力。

含尘混合气流输送管路与所述旋风分离装置的气流进口连接。

含尘混合气流输送管路的下端安装排渣阀，实验结束时，通过开启排渣阀，将系统管路内的固体颗粒收集清理。

所述旋风分离装置的排气管通过管道与除尘设备连接，保证从旋风分离装置的排气管排出的气体达到大气排放标准的要求。

空压机、电动阀、固体颗粒给料机、压力传感器、温度传感器、质量流量计和除尘设备通过各自的变送模块与工控机连接，由工控机控制。

所述气体输送管路和含尘混合气流输送管路由有机玻璃制造。

所述除尘设备为布袋除尘器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明提供的旋风分离装置阻止含尘气流直接进入排气管逃逸，避免了气流短路现象，提高了气体利用率，有益于提高旋风分离器的分离效率；在提高气体利用率的同时，旋转含尘颗粒不会对筒体顶部内壁面形成强大冲击，减少设备的磨损，延长设备寿命；

2)在旋风分离装置中心轴位置安装的螺旋叶片，破坏了内旋涡中气体的流动方向、减弱了内旋涡的强度、减小了内旋涡的几何范围，降低了内旋涡产生的无效压损，达到了整个旋风分离器系统节约能耗的目的；

3)本装置简单易操作、效果显著、改造成本低，对旋风分离装置的设计优化以及工程放大具有重要意义。

附图说明

图1：一种旋风分装置的示意图；

图2：掺混气流进口的俯视图；

图3：掺混气流进口的上平面与下平面的示意图；

图4：旋风分离测试系统的示意图；

附图标号：1—掺混气流进口，2—螺旋叶片，3—排气管，4—分离室，5—锥体筒，6—灰斗，7—料腿，8—排渣阀，9—含尘混合气流输送管路，10—空压机，11—管道，12—电动阀，13—气体输送管路，14—压力传感器，15—湿度传感器，16—固体颗粒给料机，17—除尘设备，18—流量传感器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示。旋风分离装置，包括掺混气流进口1、排气管3、分离室4、分离室4下方的锥体筒5、灰斗6和料腿7。

如图2和图3所示，掺混气流进口1的上平面为水平平面，掺混气流进口1的下平面为上倾斜面，气流进口逐渐变小。

在旋风分离装置中设有与分离室4同轴的螺旋叶片2，螺旋叶片2的上端固定在分离室4的顶部，螺旋叶片2上部的第一个叶片的位置低于排气管3。

掺混气流进口1的下平面与水平方向的夹角α为10°至25°。

螺旋叶片2的螺距为分离室4的高度的0.2-0.3倍。螺旋叶片2的上端距分离室4的顶部的距离为分离室4的高度的0.5-0.6倍，螺旋叶片2的下端不超过椎体筒的顶部。螺旋叶片2的外径为分离室4的直径的0.3-0.4倍，螺旋叶片2的内径为分离室4的直径的0.2-0.3倍。

基于上述旋风分离装置的旋风分离测试系统，空压机10通过气体输送管路13与含尘混合气流输送管路9连接。空压机10的出气口处设有电动阀12，气体输送管路13上依次设有压力传感器14、湿度传感器15、固体颗粒进口和流量传感器18。固体颗粒进口与固体颗粒给料机16的出料口连接。含尘混合气流输送管路9的下端安装排渣阀8，含尘混合气流输送管路9与所述旋风分离装置的包括气流进口1连接。

所述旋风分离装置的排气管3通过管道11与除尘设备17连接；

空压机10、电动阀12、固体颗粒给料机16、压力传感器14、温度传感器15、质量流量计18和除尘设备17通过各自的变送模块与工控机连接，由工控机控制。

基于上述旋风分离装置的旋风分离测试系统的工作过程为：

首先，关闭固体颗粒给料机16，将一定量的固体颗粒加入固体颗粒给料机16中，关闭排渣阀8。打开空压机10，打开电动阀12，压缩空气通过气体输送管路13进入。开启固体颗粒给料机16，向旋风分离测试系统内加入固体颗粒。

通过所测量的气体流量、温度值、各测量点的压力值、得到含尘气流内气固两相流的流动状态。通过计算分析调整空压机10的气量以及固体颗粒给料机16的给料量来实现所需的旋风分离装置的掺混气流进口1的速度和浓度。

随后，含尘气体以一定的速度进入倾斜的掺混气流进口1，由于掺混气流进口1的底部设计为倾斜向上，含尘气流在掺混气流进口1的筒壁的约束下，向上螺旋进入旋风分离装置的分离室4中。随后在颗粒重力的作用下，含尘气流在旋风分离装置内形成向下的旋转流动。由于气固两相的密度差异，固体颗粒被甩向分离装置的壁面，形成边壁颗粒浓度高、中心颗粒浓度低的分布。气体在螺旋叶片2的作用下，不会快速通过排气管3溢出分离室4，而是在分离室4的内旋涡和外旋涡之间形成气旋涡，再次参与气固两相的分离。

最后，大部分固体颗粒螺旋滑入分离室4下部的锥体筒5和灰斗6，最后进入料腿7。极少部分的含尘颗粒通过排气管3排出，并流向除尘装备17。

Claims (6)

1.一种旋风分离装置，包括掺混气流进口、排气管、分离室、分离室下方的锥体筒、灰斗和料腿，其特征在于，所述掺混气流进口的上平面为水平平面，掺混气流进口的下平面为上倾斜面，气流进口逐渐变小；

在旋风分离装置中设有与分离室同轴的螺旋叶片，螺旋叶片的上端固定在分离室的顶部，螺旋叶片上部的第一个叶片的位置低于排气管。

2.根据权利要求1所述旋风分离装置，其特征在于，所述掺混气流进口的下平面与水平方向的夹角为10°至25°。

3.根据权利要求1所述旋风分离装置，其特征在于，所述螺旋叶片的螺距为分离室的高度的0.2-0.3倍；螺旋叶片的上端距分离室的顶部的距离为分离室的高度的0.5-0.6倍；螺旋叶片的下端不超过椎体筒的顶部；螺旋叶片的外径为分离室的直径的0.3-0.4倍；螺旋叶片的内径为分离室的直径的0.2-0.3倍。

4.基于权利要求1所述旋风分离装置的旋风分离测试系统，其特征在于，空压机通过气体输送管路与含尘混合气流输送管路连接；空压机的出气口处设有电动阀；气体输送管路上依次设有压力传感器、湿度传感器、固体颗粒进口和流量传感器；固体颗粒进口与固体颗粒给料机的出料口连接；含尘混合气流输送管路的下端安装排渣阀，含尘混合气流输送管路与所述旋风分离装置的包括气流进口连接；

所述旋风分离装置的排气管通过管道与除尘设备连接；

空压机、电动阀、固体颗粒给料机、压力传感器、温度传感器、质量流量计和除尘设备通过各自的变送模块与工控机连接，由工控机控制。

5.根据权利要求4所述的旋风分离系统，其特征在于，所述气体输送管路和含尘混合气流输送管路由有机玻璃制造。

6.根据权利要求4所述的旋风分离系统，其特征在于，所述除尘设备为布袋除尘器。