CN105289861B - 一种旋风分离器 - Google Patents

Abstract

一种旋风分离器，包括自上至下相连通的分离器筒体、分离器锥体和分离器固相收集箱；所述分离器筒体的侧壁上设置有进气口，分离器筒体顶部设置有穿过分离器筒体并延伸至分离器锥体内下部的出气管，分离器筒体内设置有能够相对分离器筒体转动的筒体内衬；筒体内衬内壁上设置有多个震动子和旋片。本发明通过设置筒体内衬、震动子、旋片等，使分离效率有很好的保障的同时，可以省去很多制作过程中为了达到高分离效率的考虑，从而进一步降低设备成本。通过热模实验，证实了本发明能够实现粒径5微米以下颗粒的分离。

Description

一种旋风分离器

技术领域

本发明涉及一种煤化工行业气-固分离方法及装置，具体涉及一种旋风分离器。

背景技术

旋风分离器结构种类非常多，但都是利用含固体颗粒的气体旋转所产生的离心力，将颗粒从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。主要过程为夹杂着尘粒的气体从进气口进入筒体后，沿筒内壁做向下的旋转运动，在这个过程中由于离心力的作用，气流内的尘粒被甩向桶壁，实现气体和固体的分离，尘粒在重力作用下沿桶壁旋转下降落入灰斗。这个由上而下沿桶壁的旋流叫外旋流。锥体使得外旋流的旋转半径不断减小，根据“旋转矩”不变原理，在锥体里外旋流的切向速度不断提高。当气流到达锥体某一位置，即在分离器中部形成由下而上的旋风，并由排气口排除，这个中部的由下而上的旋流称为内旋流。外旋流转化为内旋流的区域称为回流区。

旋风分离器结构简单，制造、安装投资省；属静设备，操作维护容易；性能稳定，操作弹性大；不受气体种类、气体中固体颗粒浓度以及温度、压力的限制，应用范围非常广。只要非均相混合物(如液液、液固、液气、气固等)存在密度差，都可以考虑用旋风分离器进行两相分离。对于有密度差存在的非均相物系，可用重力沉降的原理将它们分离。采用旋风分离器增加非均相物系所受的惯性离心力，从而可扩大轻、重两物相受力的差异，强化分离过程。

尽管旋风分离器应用广泛，也得到了不少研究和发展，然而仍存在不足，主要是对细小颗粒(粒径)的介质分离效率不高(分离5-10微米以上的颗粒效率较高)。这方面的原因是气体旋转不够以及内旋转涡流易将已分离下来的颗粒物扬起夹带走。特别在煤热解/气化/燃烧等煤转化过程中，尾气中由煤/焦颗粒、煤气、未冷凝焦油(蒸气)等组成，在传统旋风分离器中会有部分重焦油冷凝并与煤/焦颗粒形成粘性混合物，长期堆积容易发生堵塞，另外传统旋风分离器只能分离捕获直径大于5微米的颗粒，未捕获的煤/焦颗粒也会与焦油在后旋风分离器管道中聚集并发生堵塞，再者，这些小颗粒部分还会进入煤气净化工段，掺混在冷凝下来的煤焦油中，这对煤焦油的后续加工会产生不利影响。

中国发明专利CN104089281A中描述了一种带有双偏心中心筒的循环流化床锅炉旋风分离器，该旋风分离器从上至下依次连通的分离器筒体、分离器锥体和分离器立管，分离器筒体的侧部和入口烟道连接，入口烟道底部和分离器筒体连通处内凹形成烟气末端增速口，分离器筒体的顶部插入双偏心中心筒。该发明可提高旋风分离器的分离效率。

中国实用新型专利CN204051944U中描述了一种高效旋风分离器，该旋风分离器本体内部设有中空腔体，中空腔体内设有竖直向上的使气体转向的中心管，中心管与气体出口连通。特别是本体内壁设有波纹管，波纹管与中心管形成空腔，中心管与波纹管之间设有套管。

中国实用新型专利CN203342962U中描述了一种粉粹料的除尘系统，该实用新型主要是由三级传统的旋风分离器相互连接构成，特别之处在于，在第一级旋风分离器出口设有粉碎料滤网，在第三级旋风分离器出口设有多根小粉尘滤芯。该实用新型基本没有对传统旋风分离器做任何改变，即使设置了三级旋风分离器，还会有更小的颗粒没有分离下来，所以在第三级旋风分离器出口设有多根小粉尘滤芯。上述3个专利中的装置均无法实现粒径5微米以下的颗粒的分离。

综上所述，目前，现有工业中使用的气-固分离设备主要为旋风分离器，以及辅助其他过滤系统的旋风分离器。还没有如煤热解/气化/燃烧中使用的专用旋风分离器，致使在上述煤转化过程中经常发生旋风分离器后管道堵塞以及后续产品中掺有固体颗粒的情况。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种分离效率高的旋风分离器，分离具有复杂组成的气-固产物，使粒径5微米以下的固体颗粒能有效分离下来。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种旋风分离器，包括自上至下相连通的分离器筒体、分离器锥体和分离器固相收集箱；所述分离器筒体的侧壁上设置有进气口，分离器筒体顶部设置有穿过分离器筒体并延伸至分离器锥体内下部的出气管，分离器筒体内设置有能够相对分离器筒体转动的筒体内衬；筒体内衬内壁上设置有多个震动子和旋片。

所述分离器筒体包括相连接的上分离器筒体A和下分离器筒体B，上分离器筒体A底端设置有多个第一滚轮，下分离器筒体B顶端设置有多个第二滚轮，筒体内衬与第一滚轮、第二滚轮相连接。

所述筒体内衬外壁上设置有第一齿轮，第一齿轮通过传动装置与调速电机相连。

所述分离器锥体内设置有能够相对分离器锥体转动的锥体内衬，锥体内衬内壁上设置有多个震动子和旋片；所述分离器锥体包括相连接的上分离器锥体和下分离器锥体，上分离器锥体下端设置有多个第三滚轮，下分离器锥体上端设置有多个第四滚轮，锥体内衬与第三滚轮、第四滚轮相连接。

所述锥体内衬外壁上设置有第二齿轮，第二齿轮通过传动装置与调速电机相连。

所述旋片与竖直方向的夹角为5-40度。

所述分离器筒体外部设置有第一带保温的电加热装置，分离器锥体外部设置有第二带保温的电加热装置。

所述分离器固相收集箱顶部设有柱形圆筒，分离器固相收集箱通过柱形圆筒与分离器锥体底部相连通；柱形圆筒内设置有螺杆推灰装置。

所述筒体内衬的转动方向、锥体内衬的转动方向均与分离器筒体侧壁进气口气体流入方向一致。

所述筒体内衬设置于进气口下方。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)含固体颗粒的气体从进气口中进入，通过筒体内衬和锥体内衬旋转使固体颗粒分离下来，经分离后的气体从旋风分离器出气管排出，从而有效实现气体和固体小颗粒的分离。本发明通过设置分离器筒体、分离器锥体和分离器固相收集箱，在分离器筒体内设置能够相对分离器筒体进行旋转的筒体内衬，在筒体内衬旋转下，使进入到筒体内衬的含固体颗粒的气体在震动子和旋片的作用下，进行有效分离，由于筒体内衬旋转使得离心力增加，震动子能够避免含固体颗粒的气体中的粘性成分粘附在筒体内壁上，旋片使得含固体颗粒的气体能够向下运动，从而加快了分离速率，处理能力大大加强，提高了生产强度。并且本发明通过设置筒体内衬、震动子、旋片等，使分离效率有很好的保障的同时，可以省去很多制作过程中为了达到高分离效率的考虑，从而进一步降低设备成本。通过热模实验，证实了本发明能够实现粒径5微米以下颗粒的分离。

(2)与一般为了提高分离效率只能采用提高高径比旋风分离器的方式相比，本发明可以充分利用原有设备，避免设备的浪费，节省投资费用。

(3)本发明采用气-固分离装置，可以实现煤转化过程中气-固的有效分离，特别是气相含有未凝焦油的体系，可有效解决目前煤转化过程中气-固分离困难这一问题。

进一步的，在固相收集箱顶部的柱形螺杆推灰装置会将堆积的固体小颗粒旋进分离器固相收集箱，能够防止固体小颗粒在下部发生堵塞等现象。

进一步的，将旋片与竖直方向的夹角设置为5-40度，可以使气流向下进行旋转运动，提高分离效率。

进一步的，本发明的筒体内衬和分离器锥体内衬均由调速电机带动，具有灵活的调变离心力能力，降低了运行成本。

进一步的，本发明中分离器筒体包括相连接的上分离器筒体A和下分离器筒体B，上分离器筒体A底端设置有多个第一滚轮，下分离器筒体B顶端设置有多个第二滚轮，筒体内衬与第一滚轮、第二滚轮相连接，将分离器筒体分为上分离器筒体和下分离器筒体，且在上分离器筒体和下分离器筒体之间设置第一滚轮、第二滚轮是为了在筒体内衬上设置第一齿轮，第一齿轮由变速电机电带动，实现筒体内衬的旋转。

进一步的，本发明中分离器锥体包括相连接的上分离器锥体和下分离器锥体，上分离器锥体下端设置有多个第三滚轮，下分离器锥体上端设置有多个第四滚轮，锥体内衬与第三滚轮、第四滚轮相连接。将分离器锥体分为上分离器锥体和下分离器锥体，上分离器锥体和下分离器锥体之间设置第三滚轮、第四滚轮，是为了在锥体内衬上设置第二齿轮，第二齿轮由变速电机带动，实现锥体内衬的旋转。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为分离器筒体的结构示意图；其中，图2(a)为分离器筒体的震动子和旋片位置示意图，图2(b)为上分离器筒体和下分离器筒体示意图。

图3为分离器锥体的结构示意图；其中，图3(a)为第二齿轮位置示意图，图3(b)为上分离器锥体和下分离器锥体示意图。

图4为固体收集箱的结构示意图。

图5为煤样粒径分布图。

图中，1、分离器筒体；2、分离器锥体；3、分离器固相收集箱；4、第一带保温的电加热装置；5、进气口；6、出气管；7、筒体内衬；8、第二带保温的电加热装置；9、锥体内衬；10、柱形圆筒；11、第一滚轮；12、第二滚轮；13、第一齿轮；14、震动子；15、旋片；16、第二齿轮；17、第三滚轮；18、第四滚轮；19、传动装置；20、调速电机；21、螺杆推灰装置；22、上分离器筒体；23、下分离器筒体；24、上分离器锥体；25、下分离器锥体。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，本发明包括自上至下连通分离器筒体1、分离器锥体2和分离器固相收集箱3。参见图2(a)和图2(b)，所述分离器筒体1包括上分离器筒体22和下分离器筒体23，即分为上A下B两部分，参见图3(a)和图3(b)，上分离器锥体24下端设置有多个第三滚轮17，下分离器锥体25上端设置有多个第四滚轮18；分离器筒体1外部设有第一带保温的电加热装置4，分离器筒体1的侧壁上设置有进气口5，分离器筒体1顶部中心设置有穿过分离器筒体1顶部并且可从分离器筒体1内延伸至分离器锥体2内下部的出气管6，分离器筒体1内设置有可独自、相对于分离器筒体1转动的筒体内衬7，筒体内衬7低于进气口5设置；筒体内衬7内壁上设置有多个震动子14和多个独立旋片15。相对于分离器筒体1侧壁进气口5一侧，旋片15与竖直方向的夹角为5-40度，旋片能够使空气向下运动。

锥体内衬9中部与第三滚轮17、第四滚轮18相连接；筒体内衬7外壁上设置有第一齿轮13，第一齿轮13通过传动装置19与调速电机20相连。传动装置19可以为链条。

所述分离器锥体2外部设有第二带保温的电加热装置8，分离器锥体2内设置有可独自、相对于分离器锥体2转动的锥体内衬9；分离器锥体2包括上分离器锥体24和下分离器锥体25，即分为上部分A’和下部分B’；分离器锥体2包括相连接的上分离器锥体24和下分离器锥体25，上分离器锥体24下端设置有多个第三滚轮17，下分离器锥体25上端设置有多个第四滚轮18，锥体内衬9中部与第三滚轮17、第四滚轮18相连接；锥体内衬9外壁上设置有第二齿轮16，第二齿轮16通过传动装置19与调速电机20相连。

参见图4，所述分离器固相收集箱3顶部设有柱形圆筒10，分离器固相收集箱3通过柱形圆筒10与分离器锥体2底部相连通。所述柱形圆筒10内设置有螺杆推灰装置21。

所述筒体内衬7上设置的第一齿轮13和锥体内衬9上设置的第二齿轮16转动方向与分离器筒体1侧壁进气口气体流入方向一致。

本发明的工作过程如下：

该旋风分离器工作开始前，开启调速电机20、分离器筒体1外部的第一带保温的电加热装置4、柱形圆筒10内的螺杆推灰装置21和分离器椎体的第二带保温的电加热装置8的电源，含固体颗粒的气体从进气口5中进入，通过由传动装置19带动筒体内衬7外壁中部设置的有可链条带动的第一齿轮13和锥体内衬9上的第二齿轮16使分离器筒体1的筒体内衬7和锥体内衬9旋转使固体颗粒分离下来。经分离后的气体从旋风分离器出气管6排出，为防止固体小颗粒在下部发生堵塞等现象，在固相收集箱3顶部的柱形螺杆推灰装置21会将堆积的固体小颗粒旋进分离器固相收集箱，从而有效实现气体和固体小颗粒的分离。

本发明中在下面通过实施例说明本发明的分离效果。

实施例1

在某流化床小试煤热解装置中(煤样粒径分布见图5，煤样有约10％(质量分数)为粒径小于5微米部分)，该旋风分离器进气口5与流化床反应器物料出口相连，旋风分离器出气管6与煤焦油冷凝装置进口(在冷凝装置进口处设置有石英棉)相连，进行冷模(只将煤样加入流化床，不进行反应，调节气体流速使待反应煤样带出)实验。首先打开调速电机20和螺杆推灰装置21的电源，通过改变供给调速电机20的电流，将其转速控制在500转/分钟；调节流化床气速和进煤样气速，使煤样进入流化床反应器，并使煤样在流化床中呈流化状态；进一步增大流化床气速，煤样被气流带出进入该旋风分离器进行气-固分离。冷模实验后，在石英棉中未发现煤样颗粒。

实施例2

在某流化床小试煤热解装置中(煤样粒径分布见图5和表1，煤样有约10％(质量分数)为粒径小于5微米部分)，该旋风分离器的进气口5与流化床反应器物料出口相连，旋风分离器的出气管6与煤焦油冷凝装置进口(在冷凝装置进口处设置有石英棉)相连，进行热模(打开流化床外置电炉加热电源，使流化床温度保持在600℃)实验。首先打开分离器筒体1外部带保温的电加热装置4和分离器锥体2外部带保温的电加热装置8，使温度维持在200℃；然后打开电机20和螺杆推灰装置21的电源，通过改变供给调速电机20的电流，将其转速控制在500转/分钟；调节流化床气速和进煤样气速，使煤样进入流化床反应器，并使煤样在流化床中呈流化状态，保持30秒；进一步增大流化床气速，煤样被气流带出进入该旋风分离进行气-固分离。热模实验后，在石英棉中未发现煤样颗粒，而且在煤焦油的甲苯不溶物中没有发现固体颗粒(表1为煤焦油性质分析数据)。

表1煤焦油的基本性质

*通过差减法得到

本发明包括从上至下依次连接的分离器筒体、分离器锥体和分离器固相收集箱。分离器筒体和锥体外部均设有带保温层的电加热系统，内部设有内壁带有旋片和可发生震动的震动子，可以由调速电机带动内衬的旋转，分离器固相收集箱上部设有螺旋脱灰装置。本发明可加快气-固相分离速率，处理能力大大加强，提高了生产强度；本发明可充分利用原有设备，避免设备的浪费，节省投资费用；本装置的分离效率有很好的保障，可以省去很多制作过程中为了达到高分离效率的考虑，可以进一步降低设备成本。

Claims (8)

1.一种旋风分离器，其特征在于，包括自上至下相连通的分离器筒体(1)、分离器锥体(2)和分离器固相收集箱(3)；所述分离器筒体(1)的侧壁上设置有进气口(5)，分离器筒体(1)顶部设置有穿过分离器筒体(1)并延伸至分离器锥体(2)内下部的出气管(6)，分离器筒体(1)内设置有能够相对分离器筒体(1)转动的筒体内衬(7)；筒体内衬(7)内壁上设置有多个震动子(14)和旋片(15)；

所述分离器筒体(1)包括相连接的上分离器筒体A和下分离器筒体B，上分离器筒体A底端设置有多个第一滚轮(11)，下分离器筒体B顶端设置有多个第二滚轮(12)，筒体内衬(7)与第一滚轮(11)、第二滚轮(12)相连接；

所述分离器锥体(2)内设置有能够相对分离器锥体(2)转动的锥体内衬(9)，锥体内衬(9)内壁上设置有多个震动子(14)和旋片(15)；

所述筒体内衬(7)的转动方向、锥体内衬(9)的转动方向均与分离器筒体(1)侧壁进气口气体流入方向一致；

2.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述筒体内衬(7)外壁上设置有第一齿轮(13)，第一齿轮(13)通过传动装置(19)与调速电机(20)相连。

3.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述分离器锥体(2)包括相连接的上分离器锥体(24)和下分离器锥体(25)，上分离器锥体(24)下端设置有多个第三滚轮(17)，下分离器锥体(25)上端设置有多个第四滚轮(18)，锥体内衬(9)与第三滚轮(17)、第四滚轮(18)相连接。

4.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述锥体内衬(9)外壁上设置有第二齿轮(16)，第二齿轮(16)通过传动装置(19)与调速电机(20)相连。

5.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述旋片(15)与竖直方向的夹角为5-40度。

6.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述分离器筒体(1)外部设置有第一带保温的电加热装置(4)，分离器锥体(2)外部设置有第二带保温的电加热装置(8)。

7.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述分离器固相收集箱(3)顶部设有柱形圆筒(10)，分离器固相收集箱(3)通过柱形圆筒(10)与分离器锥体(2)底部相连通；柱形圆筒(10)内设置有螺杆推灰装置(21)。

8.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述筒体内衬(7)设置于进气口(5)下方。