CN105498986B - 一种分隔进气分流排气的旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种分隔进气分流排气的旋风分离器，包括壳体，壳体包括上下连接的直筒段和直径向下渐缩的过渡锥段，直筒段的侧壁顶部设置有分隔进气结构，直筒段的顶板上穿设有连通壳体内部和外部的分流型芯管，过渡锥段的底部连接有过渡型灰斗。该分隔进气分流排气的旋风分离器，能够满足工业生产中对含尘气体分离过程中高效率、低能耗的需求，并满足日趋严格的含尘气体排放环保需求。

Description

一种分隔进气分流排气的旋风分离器

技术领域

本发明涉及气液或气固分离技术领域，尤其涉及一种从气流中分离固体颗粒或液滴的分隔进气分流排气的旋风分离器。

背景技术

旋风分离器是一种常见的气固分离设备。普通的旋风分离器由排气芯管、进气管、直筒段、分离锥段和灰斗组成。其工作原理具体如下：

含尘气流由进气管切向进入旋风分离器，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿直筒段内壁呈螺旋形向下朝分离锥段流动，通常称为外旋气流。含尘气体在旋转过程产生离心力，将密度大于气体密度的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠外旋流向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进入灰斗。旋转下降的外旋气流在到达分离锥段下端某个位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下而上继续做螺旋形流动，即内旋气流。最后净化气体经排气芯管排出旋风分离器外，一部分未被捕集的尘粒也同时被夹带而逃逸。旋风分离器的主要性能指标有两个，分别是分离效率和压降。分离效率表明了旋风分离器捕集颗粒的能力，压降则反映了旋风分离器的能耗。

1980年代以来，由于石油化工、高效燃煤发电技术(如PFBC、IGCC)的发展以及对粉尘排放的严格控制，要求对含尘气体进行更加精细的分离，所以工业界对高效率低能耗的旋风分离器的需求日益突出。但由于这些应用领域要求苛刻，条件特殊，关于粒径在5-10μm工况下旋风分离性能很难满足需求，所以需要进一步优化设计和优化组合。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种分隔进气分流排气的旋风分离器，以实现旋风分离器高效率低能耗的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分隔进气分流排气的旋风分离器，能够满足工业生产中对含尘气体分离过程中高效率、低能耗的需求，并满足日趋严格的含尘气体排放环保需求。

本发明的目的是这样实现的，一种分隔进气分流排气的旋风分离器，包括壳体，所述壳体包括上下连接的直筒段和直径向下渐缩的过渡锥段，所述直筒段的侧壁顶部设置有分隔进气结构，所述直筒段的顶板上穿设有连通壳体内部和外部的分流型芯管，所述过渡锥段的底部连接有过渡型灰斗。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流型芯管包括密封穿设通过所述顶板的芯管直筒段，所述芯管直筒段下方密封连接有直径向下渐缩的第一芯管锥段，所述第一芯管锥段下方连接有分流直筒段，所述分流直筒段下方连接有直径向下渐缩的分流锥段。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流直筒段的侧壁上周向均匀平行设置有多道开口方向与所述分流直筒段侧壁的切线方向呈第一夹角设置的第一纵向缝孔；所述分流锥段的侧壁上均匀设置有多道开口方向与所述分流锥段侧壁的切线方向呈第二夹角设置的第二纵向缝孔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一夹角的范围是30°～60°，所述第二夹角的范围是30°～60°。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分隔进气结构包括两端开口的270°蜗壳结构，所述270°蜗壳结构的顶部设置有与所述顶板一体成型的蜗壳顶板，所述270°蜗壳结构的底部设置有蜗壳底板，所述270°蜗壳结构的内部设置有分隔板，所述分隔板与所述270°蜗壳结构的内侧壁之间形成第一进气通道，所述分隔板与所述270°蜗壳结构的外侧壁之间形成第二进气通道，所述内侧壁、所述外侧壁、所述分隔板均与所述直筒段的侧壁相切连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述直筒段的侧壁顶部径向对称设置有第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气通道的出口与所述第一进气孔密封连接，所述第二进气通道的出口与所述第二进气孔密封连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述内侧壁为一立板结构；所述分隔板包括第一直立板和第一弧形板，所述第一直立板与所述内侧壁平行设置，所述第一弧形板的一端与所述第一直立板连接，所述第一弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈135°处与所述直筒段的侧壁相切连接；所述外侧壁包括第二直立板、第二弧形板和第三弧形板，所述第二直立板与所述内侧壁平行设置，所述第二弧形板的一端与所述第二直立板连接，所述第二弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈135°处与所述第三弧形板的一端相切连接，所述第三弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈270°处与所述直筒段的侧壁相切连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述过渡型灰斗包括顶部设置的与所述过渡锥段的底部连接的直径向下渐增的灰斗第一锥段，所述灰斗第一锥段的锥角为60°；所述灰斗第一锥段的下方依次连接有灰斗第一直筒、直径向下渐缩的灰斗第二锥段和设置于底部的灰斗第二直筒。

在本发明的一较佳实施方式中，所述直筒段的高度与所述直筒段的直径之间的比例为2.5～4。

在本发明的一较佳实施方式中，所述过渡锥段的高度与所述直筒段的直径之间的比例为2～3，所述过渡锥段的底部直径与所述直筒段的直径之间的比例为0.38～0.42。

由上所述，本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器，采用分流型芯管，能够在不降低分离效率的同时大幅度降低旋风分离器的压降，达到低能耗的生产需求；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器采用分隔式进气方式减少分离过程的短路流，增加颗粒在旋风分离器中的停留时间，提升整体的分离效率；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器采用过渡型灰斗结构，削弱灰斗顶部的灰环，降低灰斗中气流的夹带返混，提升了分离效率；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器对粒径为5～10μm的极细微粒的分离效果明显增强。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的分隔进气分流排气的旋风分离器的结构示意图。

图2a：为本发明的分流型芯管的结构示意图。

图2b：为图2a中A-A处剖视图。

图2c：为图2a中B-B处剖视图。

图3：为本发明的分隔进气结构的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器100，包括壳体1，壳体1包括上下连接的直筒段11和直径向下渐缩的过渡锥段12，直筒段11的侧壁顶部设置有分隔进气结构2，直筒段11的顶板111上穿设有连通壳体1内部和外部的分流型芯管3，过渡锥段12的底部连接有过渡型灰斗4。本发明的分隔进气分流排气的旋风分离器100采用加长型的直筒段11和加长型的过渡锥段12，直筒段11的高度H1与直筒段11的直径D1之间的比值为2～4，过渡锥段12的高度H2与直筒段11的直径D1之间的比值为2～3，过渡锥段12的底部直径D2与直筒段11的直径D1之间的比值为0.38～0.42。直筒段11和过渡锥段12组成的壳体1的长度较现有技术中旋风分离器的壳体长度大，增加了气流的自然旋风长度，提升了旋流的稳定性，有助于提高分离效率。

进一步，如图1、图2a、图2b、图2c所示，分流型芯管3包括密封穿设通过顶板111的芯管直筒段31，芯管直筒段31下方密封连接有直径向下渐缩的第一芯管锥段32，第一芯管锥段32下方连接有分流直筒段33，分流直筒段33下方连接有直径向下渐缩的分流锥段34。

进一步，如图1、图2a、图2b、图2c所示，分流直筒段33的侧壁上周向均匀平行设置有多道开口方向与分流直筒段33侧壁的切线方向呈第一夹角α设置的第一纵向缝孔331；分流锥段34的侧壁上均匀设置有多道开口方向与分流锥段34侧壁的切线方向呈第二夹角β设置的第二纵向缝孔341。在本实施方式中，第一夹角α的范围是30°～60°，第二夹角β的范围是30°～60°。第一纵向缝孔331和第二纵向缝孔341的数量为18～24条。分流锥段34底部的直径D6与直筒段11的直径D1之间的比值为0.22～0.32。第一纵向缝孔331和第二纵向缝孔341起到了气流通道的作用，增大了气流的出口面积，能够有效降低压降，同时，第一纵向缝孔331和第二纵向缝孔341的开口方向与侧壁的切线方向呈一定夹角设置并顺着气流旋转方向，气流在此急剧变向后才可以通过纵向缝孔进入分流型芯管3内侧，在这样的流动方式下气流中夹带的颗粒会因惯性大而难以进入纵向缝孔，从而确保分离效率不会下降。

进一步，如图1、图3所示，分隔进气结构2包括两端开口的270°蜗壳结构21，270°蜗壳结构21的顶部设置有与顶板111一体成型的蜗壳顶板211，270°蜗壳结构21的底部设置有蜗壳底板212，270°蜗壳结构21的内部设置有分隔板213，为了使得气流进入壳体1的切向速度控制在分离效果较佳的范围内(考虑到气流切向速度以及颗粒在分离器内的停留时间这两个因素的综合作用)，270°蜗壳结构21的入口的高宽比为2.55～2.7，直筒段11的横截面积与270°蜗壳结构21的入口的面积之比为4.0～7.5；分隔板213与270°蜗壳结构21的内侧壁214之间形成第一进气通道22，分隔板213与270°蜗壳结构21的外侧壁215之间形成第二进气通道23，第一进气通道22与第二进气通道23的宽度比为0.9～1.0。本发明的旋风分离器为切流返转式旋流分离器，内侧壁214、外侧壁215、分隔板213均与直筒段11的侧壁相切连接，270°蜗壳结构21与直筒段11的侧壁相切，其构成的较大的包角增加了气流中颗粒在进气入口阶段的停留时间，可以有效减少短路流，提升分离效率。

在本实施方式中，如图1、图3所示，直筒段11的侧壁顶部径向对称设置有第一进气孔112和第二进气孔113，第一进气通道22的出口与第一进气孔112密封连接，第二进气通道23的出口与第二进气孔113密封连接。分流型芯管3插入直筒段11内的深度H6与第一进气孔112、第二进气孔113的孔高H8之间的比值为3～3.6。分隔板213位于270°蜗壳结构21的内部，气流的进气通道被分隔为互不连通的第一进气通道22和第二进气通道23，有效地避免了入口气流与回转气流的互相掺混现象，而且气流分为两部分进入壳体内部提高了分离空间流场的对称性，增强了底部旋流的稳定性，抑制了过渡锥段12的横向返混和底部的窜流返混。

进一步，如图1、图3所示，内侧壁214为一立板结构；分隔板213包括第一直立板2131和第一弧形板2132，第一直立板2131与内侧壁214平行设置，第一弧形板2132的一端与第一直立板2131连接，第一弧形板2132的另一端于相对于内侧壁214与直筒段11的侧壁连接处呈135°处与直筒段11的侧壁相切连接(内侧壁214与直筒段11的侧壁相切连接于第一连接处a，第一弧形板2132的另一端与直筒段11的侧壁相切连接于第二连接处b，第二连接处b与第一连接处a之间的圆周夹角为135°)，第一弧形板2132的半径为R1，第一弧形板2132的半径R1与直筒段11的直径D1之间的比值为0.57～0.65；外侧壁215包括第二直立板2151、第二弧形板2152和第三弧形板2153，第二直立板2151与内侧壁214平行设置，第二弧形板2152的一端与第二直立板2151连接，第二弧形板2152的另一端于相对于内侧壁214与直筒段11的侧壁连接处呈135°处与第三弧形板2153的一端相切连接(内侧壁214与直筒段11的侧壁相切连接于第一连接处a，第二弧形板2152的另一端与第三弧形板2153的一端相切连接于第三连接处c，第三连接处c与第一连接处a之间的圆周夹角为135°)，第三弧形板2153的另一端于相对于内侧壁214与直筒段11的侧壁连接处呈270°处与直筒段11的侧壁相切连接(内侧壁214与直筒段11的侧壁相切连接于第一连接处a，第三弧形板2153的另一端与直筒段11的侧壁相切连接于第四连接处d，第四连接处d与第一连接处a之间的圆周夹角为270°)，第二弧形板的半径为R2，第三弧形板的半径为R3，第二弧形板的半径R2与直筒段11的直径D1之间的比值为0.7；第三弧形板的半径R3与直筒段11的直径D1之间的比值为0.57。

进一步，如图1所示，过渡型灰斗4包括顶部设置的与过渡锥段12的底部连接的直径向下渐增的灰斗第一锥段41，灰斗第一锥段41的锥角γ为60°；灰斗第一锥段41的下方依次连接有灰斗第一直筒42、直径向下渐缩的灰斗第二锥段43和设置于底部的灰斗第二直筒44，灰斗第二直筒44的底部连接底部封闭的料斗(现有技术，图中未示出)，保证气流不会自过渡型灰斗4底部排出。过渡型灰斗4的整体高度H3与直筒段11的直径D1之间的比值为1.0～2.0，灰斗第一直筒42的直径D4与直筒段11的直径D1之间的比值为0.65～0.72，灰斗第一直筒42的高度H4与直筒段11的直径D1之间的比值为0.478；灰斗第二锥段43的底部直径D5与直筒段11的直径D1之间的比值为0.36，灰斗第二锥段43的高度H5与直筒段11的直径D1之间的比值为0.73。过渡型灰斗4的结构可以削弱灰斗顶部的灰环，降低过渡型灰斗4中气流的夹带返混，提升了分离效率。

在本发明的一具体实施例中，直筒段11的直径D1为300mm，直筒段11的高度H1为930mm，过渡锥段12的高度H2为600mm，过渡锥段12的底部直径D2为120mm。分流型芯管3的芯管直筒段31直径D7为150mm，分流锥段34的底部直径D6为96mm，分流型芯管3的插入深度为645mm，第一纵向缝孔331和第二纵向缝孔341的数量为18条。270°蜗壳结构21上第一弧形板2132的半径R1为171mm，第二弧形板2152的半径R2为209mm，第三弧形板2153的半径R3为170mm，270°蜗壳结构21的入口的高宽比为2.65，直筒段11的横截面积与270°蜗壳结构21的入口的面积之比为5.53，第一进气通道22的宽度为33mm，第二进气通道23的宽度为35mm。过渡型灰斗4的整体高度H3为450mm，灰斗第一直筒42的直径D4为220mm，灰斗第一直筒42的高度H4为143mm，灰斗第二锥段43的高度H5为220mm，灰斗第二锥段43的底部直径D5为108mm。

本发明的分隔进气分流排气的旋风分离器100使用时，待分离气流自270°蜗壳结构21的入口经第一进气通道22、第二进气通道23沿直筒段11侧壁的切向径向对称进入直筒段11内部，气流由直线运动变为圆周运动。旋转气流在加长的直筒段11和过渡锥段12内部螺旋形向下运动，气流中的尘粒在旋转下降过程中与直筒段11的内壁碰撞沿内壁下落，进入底部的过渡型灰斗4中，进过分离的旋转气流在下降到过渡锥段12内某高度位置时以同样的旋转方向从过渡锥段12的中部由下而上地继续做螺旋形流动，向上的气流经分流锥段34的底部开口、第一纵向缝孔331和第二纵向缝孔341进入分流型芯管3内侧，最后排出旋风分离器。

由上所述，本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器，采用分流型芯管，能够在不降低分离效率的同时大幅度降低旋风分离器的压降，平均降幅达35％，达到低能耗的生产需求；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器采用分隔式进气方式减少分离过程的短路流，增加颗粒在旋风分离器中的停留时间，提升整体的分离效率；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器采用过渡型灰斗结构，削弱灰斗顶部的灰环，降低灰斗中气流的夹带返混，提升了分离效率；本发明提供的分隔进气分流排气的旋风分离器对粒径为5～10μm的极细微粒的分离效果明显增强。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种分隔进气分流排气的旋风分离器，包括壳体，所述壳体包括上下连接的直筒段和直径向下渐缩的过渡锥段，其特征在于：所述直筒段的侧壁顶部设置有分隔进气结构，所述直筒段的顶板上穿设有连通壳体内部和外部的分流型芯管，所述过渡锥段的底部连接有过渡型灰斗；

所述分流型芯管包括密封穿设通过所述顶板的芯管直筒段，所述芯管直筒段下方密封连接有直径向下渐缩的第一芯管锥段，所述第一芯管锥段下方连接有分流直筒段，所述分流直筒段下方连接有直径向下渐缩的分流锥段；

所述过渡型灰斗包括顶部设置的与所述过渡锥段的底部连接的直径向下渐增的灰斗第一锥段，所述灰斗第一锥段的锥角为60°；所述灰斗第一锥段的下方依次连接有灰斗第一直筒、直径向下渐缩的灰斗第二锥段和设置于底部的灰斗第二直筒；

所述分流直筒段的侧壁上周向均匀平行设置有多道开口方向与所述分流直筒段侧壁的切线方向呈第一夹角设置的第一纵向缝孔；所述分流锥段的侧壁上均匀设置有多道开口方向与所述分流锥段侧壁的切线方向呈第二夹角设置的第二纵向缝孔；

所述第一夹角的范围是30°～60°，所述第二夹角的范围是30°～60°；

所述分隔进气结构包括两端开口的270°蜗壳结构，所述270°蜗壳结构的顶部设置有与所述顶板一体成型的蜗壳顶板，所述270°蜗壳结构的底部设置有蜗壳底板，所述270°蜗壳结构的内部设置有分隔板，所述分隔板与所述270°蜗壳结构的内侧壁之间形成第一进气通道，所述分隔板与所述270°蜗壳结构的外侧壁之间形成第二进气通道，所述内侧壁、所述外侧壁、所述分隔板均与所述直筒段的侧壁相切连接；

所述直筒段的侧壁顶部径向对称设置有第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气通道的出口与所述第一进气孔密封连接，所述第二进气通道的出口与所述第二进气孔密封连接；

所述内侧壁为一立板结构；所述分隔板包括第一直立板和第一弧形板，所述第一直立板与所述内侧壁平行设置，所述第一弧形板的一端与所述第一直立板连接，所述第一弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈135°处与所述直筒段的侧壁相切连接；所述外侧壁包括第二直立板、第二弧形板和第三弧形板，所述第二直立板与所述内侧壁平行设置，所述第二弧形板的一端与所述第二直立板连接，所述第二弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈135°处与所述第三弧形板的一端相切连接，所述第三弧形板的另一端于相对于所述内侧壁与所述直筒段的侧壁连接处呈270°处与所述直筒段的侧壁相切连接。

2.如权利要求1所述的分隔进气分流排气的旋风分离器，其特征在于：所述直筒段的高度与所述直筒段的直径之间的比例为2.5～4。

3.如权利要求1所述的分隔进气分流排气的旋风分离器，其特征在于：所述过渡锥段的高度与所述直筒段的直径之间的比例为2～3，所述过渡锥段的底部直径与所述直筒段的直径之间的比例为0.38～0.42。