CN104525392A - 带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器和实验系统 - Google Patents

Abstract

带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器和实验系统属于气固非均相分离技术领域。该旋风分离器的进口为渐扩型入口，在渐扩型入口内安装两块一级导流板和二级导流板，中心排气管的底部安装防尘网。所述旋风分离实验系统结构为：空压机通过气体输送管路与旋风分离器的渐扩型入口连接；气体输送管路上依次设有温度传感器、质量流量计、第一压力传感器、固体颗粒给料机的进口、第二压力传感器；旋风分离器的中心排气管与除尘设备。本发明实现了单一含尘气源的多通道分流，优化了含尘气流的流动状态，在相同的进气总量下提高了分离器的处理量；防尘网改变了含尘颗粒的流动路径，有效防止了细小颗粒从中心排气管中溢出，提高分离效率，减小系统压损。

Description

带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器和实验系统

技术领域

本发明属于气固非均相分离技术领域，具体涉及一种带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器和实验系统。

背景技术

气-固旋风分离器是一种将含尘气体中的固体颗粒与其携带气体进行分离的装置。气体由切向或轴向进口进入旋风的分离筒，旋转气流产生的离心力将气固混合物进行分离。旋风分离器一般由进气口、分离筒、中心排气管、灰斗等部分组成。旋风分离器具有结构简单、使用简便、操作稳定、成本低、效率高、维修方便等优点，广泛应用于环保、水泥、制药、发电、化工等行业，尤其是循环流化床锅炉燃烧与气化、药品制备与干燥、催化裂化等气固接触生产装置的重要组成部分。

高速的含尘气流进入旋风分离器时，会对进口区域壁面产生强烈冲刷，这种物理磨损随着含尘气流的速度和含尘浓度的增加而剧烈增大。一旦旋风分离器处于恶劣的工作环境中，内部壁面的严重磨损将会对设备性能、使用寿命甚至人员安全产生重大隐患。当需要增加旋风分离器的处理能力时，通常会多设计几个含尘气流进口，这样会造成设备尺寸和占地面积的增大，合理分配不同进口的气流比列也是设计的难题。旋风分离器内绝大部分的含尘气流进入旋风筒后将沿壁面向下螺旋运动，形成富含固体颗粒的外旋涡；外旋涡气流到达分离器底部附近时，净化后的气体沿旋风筒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中心排气管排出。当含尘气流内固体颗粒直径较小、密度较轻时，少部分颗粒不跟随主流气体沿分离筒螺旋运动，而是直接从旋风筒的中心排气管直接溢出，这会严重影响分离器的效率，不利于节能减排。

发明内容

本发明公开了一种带有渐扩型入口、分级导流板和防尘网结构的旋风分离器，克服了现有旋风分离器的不足。

该旋风分离器采用的技术方案为：

该旋风分离器包括掺混气流进口、中心排气管、分离筒、分离筒下部的锥体筒、灰斗和料腿；所述掺混气流进口为渐扩型入口，其顶部壁面为水平平面，外侧壁面与分离筒的切面平行，进口壁面为竖直平面，内侧壁面由外到内向外侧壁面倾斜，底部壁面由外到内向顶部壁面倾斜；

在所述渐扩型入口内安装两块水平与垂直位置均交错布置的一级导流板和二级导流板；

所述中心排气管的底部安装防尘网。

所述一级导流板和二级导流板均与底部壁面平行。

所述一级导流板与进口壁面相齐。

所述二级导流板与渐扩型入口的出口端距离为d₂，一级导流板和二级导流板在水平方向的间距为d₁；一级导流板和二级导流板的长度均为L，为底部壁面长度的0.25～0.3倍，并且0.3L<d₁<d₂<0.4L。

所述一级导流板的前沿到底部壁面前沿的垂直距离为h₁，一级导流板的前沿到二级导流板的前沿的垂直距离为h₂，二级导流板的前沿到顶部壁面的垂直距离为h₃，且h₁＝h₂＝h₃。

所述底部壁面与顶部壁面之间的角度α为15°～25°；内侧壁面与外侧壁面的夹角β为5°～15°。

所述防尘网的网眼直径小于待分离的颗粒粒径分布中的最小直径。

本发明还提供了一种基于所述旋风分离器的旋风分离实验系统，具体结构为：空压机通过气体输送管路与旋风分离器的渐扩型入口连接；空压机的出气口处设有空压机电动阀；气体输送管路上依次设有温度传感器、质量流量计、第一压力传感器、固体颗粒给料机的进口、第二压力传感器；旋风分离器的中心排气管依次与排气调节阀门、输出管路、除尘设备连接；

所述固体颗粒给料机与气体输送管路之间的管道上设置固体颗粒给料机控制阀；

所述空压机、空压机电动阀、温度传感器、质量流量计、压力传感器、固体颗粒给料机、固体颗粒给料机控制阀、排气调节阀门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输出管路由有机玻璃制造。

所述除尘设备为布袋除尘器。

本发明的有益效果为：

渐扩形进口结构保证了含尘气流的逐渐稳定增速，缓和了瞬间高速气流对旋风分离器壁面的强烈冲撞，提高了含尘气流含尘量的均匀度、稳定了气固两相流场、减少了设备的磨损、增加了使用寿命。

两个导流板的结构设计，可以在一个进气源的条件下，通过干扰气流的进气方向，对总气流进行分流引导。从而在不增加装置体积和整个系统占地面积，同时不影响旋风分离器分离效率的前提下，解决了含尘气体的均匀分配问题，提高了旋风分离器的处理量。

在中心排气管底部设计防尘网，改变了含尘颗粒的流动路径，有效防止细小颗粒从中心排气管中溢出，暂时附着在防尘网上的细小颗粒在高速来流的吹动下，将离开防尘网，在旋风分离器的分离筒内重新开始运动。当遇到高速气流时，有可能再次被携带，重新多次参与分离过程。这种结构能够防止细小颗粒的逃逸，有效提高分离效率，达到节能减排的目的。

附图说明

图1为带有渐扩型入口、分级导流板和防尘网结构的旋风分离器的结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为渐扩型入口的三维示意图；

图4为旋风分离实验系统的结构示意图。

图中标号：

1-一级导流板、2-二级导流板、3-渐扩型入口、301-顶部壁面、302-外侧壁面、303-进口壁面、304-内侧壁面、305-底部壁面、4-中心排气管、5-防尘网、6-分离筒、7-分离筒下部的锥体筒、8-灰斗、9-料腿、10-排气调节阀门、11-输出管路、12-连接管路、13-第二压力传感器、14-气体输送管路、15-固体颗粒给料机控制阀、16-固体颗粒给料机、17-第一压力传感器、18-温度传感器、19-空压机电动阀、20-空压机、21-质量流量计、22-布袋除尘器。

具体实施方式

本发明提供了一种带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器和实验系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，该旋风分离器包括渐扩型入口3、中心排气管4、分离筒6、分离筒下部的锥体筒7、灰斗8和料腿9。渐扩型入口3由顶部壁面301、外侧壁面302、进口壁面303、内侧壁面304、底部壁面305组成，顶部壁面301为水平平面，外侧壁面302与分离筒6的切面平行，进口壁面303为竖直平面，内侧壁面304由外到内向外侧壁面302倾斜，底部壁面305由外到内向顶部壁面301倾斜。

在渐扩型入口3内安装两块水平与垂直位置均交错布置的一级导流板1和二级导流板2，且一级导流板1和二级导流板2均与底部壁面305平行，一级导流板1与进口壁面303相齐；中心排气管4的底部安装防尘网5，防尘网5的网眼直径小于待分离的颗粒粒径分布中的最小直径。

二级导流板2与渐扩型入口3的出口端距离为d₂，一级导流板1和二级导流板2在水平方向的间距为d₁；一级导流板1和二级导流板2的长度均为L，为底部壁面305长度的0.25～0.3倍，并且0.3L<d₁<d₂<0.4L。

一级导流板1的前沿到底部壁面305前沿的垂直距离为h₁，一级导流板1的前沿到二级导流板2的前沿的垂直距离为h₂，二级导流板2的前沿到顶部壁面301的垂直距离为h₃，且h₁＝h₂＝h₃。

如图2和图3所示，底部壁面305与顶部壁面301之间的角度α为15°～25°；内侧壁面304与外侧壁面302的夹角β为5°～15°。

本发明提供的旋风分离实验系统参照图4，

空压机20通过气体输送管路14与旋风分离器的渐扩型入口3连接；空压机20的出气口处设有空压机电动阀19；气体输送管路上依次设有温度传感器18、质量流量计21、第一压力传感器17、固体颗粒给料机16的进口、第二压力传感器13；旋风分离器的中心排气管4依次与排气调节阀门3、输出管路11、布袋除尘器22连接；固体颗粒给料机16与气体输送管路14之间的管道上设置固体颗粒给料机控制阀15。

空压机20、空压机电动阀19、温度传感器18、质量流量计21、压力传感器13和17、固体颗粒给料机16、固体颗粒给料机控制阀15、排气调节阀门10和布袋除尘器22通过各自的变送模块与工控机连接，由工控机控制。

通过控制空压机电动阀19，可以为旋风分离实验系统提供运行时所需的气源。固体颗粒的供给由固体颗粒给料机16提供，通过调节固体颗粒给料机控制阀15控制给料速度和频率，获得拟定实验工况下的颗粒给料量。在气体的携带下，固体颗粒经输送管路14进入与旋渐扩型入口3相连的连接管路12中。输送管路14上的各传感器和流量计，可以获得不同给气和给料条件下输送管路14内气固两相流动的状态数据。布袋除尘器1保证从中心排气管4排出的气体达到要求的大气排放标准。实验结束时，在料腿10处收集分离后的固体颗粒，并检查清理整个实验系统。

该系统的工作过程为：

首先关闭固体颗粒给料机16，将实验工况所需的固体颗粒加入固体颗粒给料机16中，并关闭固体颗粒给料机控制阀15。空床条件下，打开空压机20，通过空压机控制阀19控制进入系统的气量。进行系统电路、气路以及仪器仪表的测试。测试完成后，打开固体颗粒给料机控制阀15，并调节空压机电动阀19，获得拟定的实验工况。随后，含尘气体以实验拟定的速度进入渐扩型入口3，在渐扩形结构的约束下，含尘气流稳定均匀流动，逐渐加速。在一级导流板1和二级导流板2的分流作用下，含尘气体分成多路进入旋风分离器的分离筒6中。随后在颗粒重力的作用下，含尘气流在旋风分离器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器的壁面，形成边壁颗粒浓度高、中心颗粒浓度低的分布。部分细小的颗粒不随主气流向下旋转运动，而是飘移到中心排气管4附近，附着在中心排气管4下部的防尘网5上。随后，在高速旋转气流的碰撞下，附着在防尘网5上的细小颗粒离开防尘网，被吹落进入分离筒6的空间中，并在高速旋转气流和自身重力的作用下继续运动。细小颗粒经过多次飘移、附着、撞击、被吹落的过程，细小颗粒多次参与气固两相的分离，最终经由分离筒下部的锥体筒7、灰斗8进入料腿9中，完成气固分离的过程。极少部分的微小颗粒经中心排气管4排出，被布袋除尘器1捕获。

待整个实验系统达到稳定后，读取第二压力传感器13和第一压力传感器17、温度传感器18、质量流量计21的数值，并记录、分析数据。

Claims (10)

1.带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，包括掺混气流进口、中心排气管(4)、分离筒(6)、分离筒下部的锥体筒(7)、灰斗(8)和料腿(9)，其特征在于，所述掺混气流进口为渐扩型入口(3)，其顶部壁面(301)为水平平面，外侧壁面(302)与分离筒(6)的切面平行，进口壁面(303)为竖直平面，内侧壁面(304)由外到内向外侧壁面(302)倾斜，底部壁面(305)由外到内向顶部壁面(301)倾斜；

在所述渐扩型入口(3)内安装两块水平与垂直位置均交错布置的一级导流板(1)和二级导流板(2)；

所述中心排气管(4)的底部安装防尘网(5)。

2.根据权利要求1所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述一级导流板(1)和二级导流板(2)均与底部壁面(305)平行。

3.根据权利要求2所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述一级导流板(1)与进口壁面(303)相齐。

4.根据权利要求1所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述二级导流板(2)与渐扩型入口(3)的出口端距离为d₂，一级导流板(1)和二级导流板(2)在水平方向的间距为d₁；一级导流板(1)和二级导流板(2)的长度均为L，为底部壁面(305)长度的0.25～0.3倍，并且0.3L<d₁<d₂<0.4L。

5.根据权利要求1所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述一级导流板(1)的前沿到底部壁面(305)前沿的垂直距离为h₁，一级导流板(1)的前沿到二级导流板(2)的前沿的垂直距离为h₂，二级导流板(2)的前沿到顶部壁面(301)的垂直距离为h₃，且h₁＝h₂＝h₃。

6.根据权利要求1所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述底部壁面(305)与顶部壁面(301)之间的角度α为15°～25°；内侧壁面(304)与外侧壁面(302)的夹角β为5°～15°。

7.根据权利要求1所述的带渐扩型入口、导流板和防尘网的旋风分离器，其特征在于，所述防尘网(5)的网眼直径小于待分离的颗粒粒径分布中的最小直径。

8.一种基于权利要求1所述旋风分离器的实验系统，其特征在于，空压机(20)通过气体输送管路(14)与旋风分离器的渐扩型入口(3)连接；空压机(20)的出气口处设有空压机电动阀(19)；气体输送管路上依次设有温度传感器(18)、质量流量计(21)、第一压力传感器(17)、固体颗粒给料机(16)的进口、第二压力传感器(13)；旋风分离器的中心排气管(4)依次与排气调节阀门(3)、输出管路(11)、除尘设备连接；

所述固体颗粒给料机(16)与气体输送管路(14)之间的管道上设置固体颗粒给料机控制阀(15)；

所述空压机(20)、空压机电动阀(19)、温度传感器(18)、质量流量计(21)、压力传感器、固体颗粒给料机(16)、固体颗粒给料机控制阀(15)、排气调节阀门(10)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。

9.根据权利要求8所述的实验系统，其特征在于，所述气体输送管路(14)和输出管路(11)由有机玻璃制造。

10.根据权利要求8所述的实验系统，其特征在于，所述除尘设备为布袋除尘器(1)。