CN111085049B - 中心弯曲偏置出气的除尘分离装置 - Google Patents

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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
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Abstract

一种中心弯曲偏置出气的除尘分离装置，为锥筒结构，其内部轴向偏置有曲线形中心筒锁气机构和阻断机构，锁气机构设置于锥筒结构的底部，阻断机构位于锁气杋构的中心，锥筒结构内部沿轴向设有旋风分离区和净化室区。本发明的中心筒偏置且在内壁设有耐热内衬材料，使旋风分离器内部流场的非轴对称性得到改善，内部流场稳定性増强，烟气中的大颗粒物质能更好被脱除。在中心筒与髙温烟气相接触的外壁面及中心筒对面本体的壁面裝设耐髙温内衬材料，拓宽装置使用的温度范围，同时，能够有效防止中心筒入口处与其对面的两部分因烟气温度过高及烟气冲击而变形。

Description

中心弯曲偏置出气的除尘分离装置
技术领域
本发明涉及的是一种除尘领域的技术，具体是一种中心弯曲偏置出气的除尘分离装置。
背景技术
户外设施长期处于沙尘、雨雪、盐雾等恶劣环境下，空气中的外来物也会对户外设施造成损伤，甚至使其停机。面对这种恶劣工况环境，可以为设施配备空气净化装置以解决外来物带来的威胁。现有技术通过将旋风分离器安装在设备上以解决上述问题，但现有分离器大都采用排气管与中心筒同一轴心布置，在工业应用中，这种结构常常因底部气流压力过大而造成烟气回流，降低分离效率，圆筒形结构的中心筒也易因局部高温受热变形；目前市场上的分离器均用于低温环境(小于300℃)，而面对更为苛刻高温应用环境，现有设备无法满足，适用于中高温环境的分离装置亟待开发。
发明内容
本发明针对现有除尘分离设备存在的适用温度范围小、易损坏、分离效率低等问题，提出一种中心弯曲偏置出气的除尘分离装置，采用轴向偏置的弯曲中心筒，并在装置内壁设耐高温内衬结构，减小中心筒的热应力，优化内部流场分布，使得烟气中的大颗粒物质能更好被脱除，增强分离效率。该装置可适用于高温环境，且其使用寿命可显著提高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为锥筒结构，其内部轴向偏置有曲线形中心筒、锁气机构和阻断机构，其中：锁气机构设置于锥筒结构的底部，阻断机构位于锁气机构的中心，锥筒结构内部沿轴向设有旋风分离区和净化区。
所述的轴向偏置是指：在中心筒每段上均为曲段，每个曲段相对于中心线与锥体来说都是偏置的。
所述的净化室区的外侧设有裙座支撑。
所述的曲线形中心筒的入口处与其对面的旋风分离区和底部的净化室区壁面采用耐火内衬，该内衬每平方米采用1500-2000个爪钉固定。
所述的爪钉为外螺纹顶带丝扣，从而达到更高耐火内衬强度，冲蚀裕量更优。
技术效果
与现有技术相比，本发明中采用偏置的弯曲型中心筒，使旋风分离器内部流场的非轴对称性得到改善，内部流场稳定性增强，有利于烟气中的大颗粒物质脱除，同时，相对与常规的圆柱形中心筒，弯曲型中心筒可有效阻止分离装置底部烟气回流，在应用过程中，减小高温热应力对中心筒的破坏，大大增加其使用寿命。在中心筒与高温烟气相接触的外壁面及对面的旋风分离区和底部的净化室区的壁面装设耐高温内衬材料，使用温度提高到300-1100℃，扩大装置的应用范围，同时能够有效防止中心筒入口处与对面的旋风分离区和底部的净化室区因烟气温度过高及烟气冲击而变形。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为烟气在本发明中的轨迹示意图；
图3为本发明的截面图；
图中：曲线形中心筒1、阻断机构2、流线型旋风分离区3、净化室区4、裙座支撑5、锁气机构6、爪钉7。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：在锥筒结构内轴向偏置的曲线形中心筒1、锁气机构6和用于提高除尘效率的阻断机构2，其中：锁气机构6设置于锥筒结构的底部，阻断机构2位于锁气机构6的中心。
所述的锥筒结构内部沿轴向设有旋风分离区3和净化室区4，其中：旋风分离区占总旋风分离器的高度大于净化室区的。
所述的旋风分离区内壁处设有每平方米900个爪钉与耐火内衬材料牢固结合，该爪钉为螺纹顶带丝扣从而达到更高耐火内衬强度，冲蚀裕量更优。
所述的净化室区的内壁设有用于局部吹灰的细小风帽，通过导入高压头气体进行间歇吹灰，防止旋风分离器净化区由于除尘效率过高而堵塞。
所述的曲线形中心筒1为流线型布置，从而显著减小旋风分离器阻力同时提高除尘效率，具体为：最顶部为直管段，该部分占总体中心筒长度的25％，该部分与分离器顶部盖板进行焊接固定。中下部为耐热铸钢一体成型弯管，弯管与上部直管段进行焊接固定，中心筒弯曲部分顶部在旋风分离室部分互相用赶紧进行支撑。
在满足气体处理量的情况下，中心筒直管段尺寸满足
Figure RE-GDA0002409798550000021
其中：dZ为中心筒直管段直径，DFW为除尘器分离室直径。弯曲段偏离轴线高度
Figure RE-GDA0002409798550000022
所述的中心筒为耐磨铸钢一体铸造成型，外部内部均浇筑有带爪钉的防磨耐火材料，耐火材料厚度不小于100mm。
通过分离性能和整体压损来评价。首先引入中心弯曲偏置出气的旋风分离装置的临界粒径概念，临界粒径是分离器能完全除去的最小颗粒的空气动力学当量直径，用dpc表示，确定了dPC就可以与分离效率来倒推确定中心筒的高度的尺寸。当量直径是根据现场鼓引风设备的压头高低进行选取，取值范围为0-3μm。
Figure RE-GDA0002409798550000031
确定分离器性能参数就能与临界粒径推出中心筒的尺寸分离性能参数满足
Figure RE-GDA0002409798550000032
其中：d为入口当量直径，D为最大弯曲当量直径，n为中心筒弯曲数，ω为圆筒旋转的角速度，单位rad/s；ρ为筒内混合物的密度，kg/m3，ρp为混合物中颗粒物的密度，kg/m3，μ为混合物的黏度，单位Pa·s；dp为在半径r＝(0.5D-b)处的粒径，单位m；压降性能参数满足：
Figure RE-GDA0002409798550000033
Figure RE-GDA0002409798550000034
其中：ξ为阻力系数，ρ为筒内混合物的密度，单位kg/m3；u为混合物进入的速度，单位m/s，b为旋风分离器进口的宽，单位m，h为旋风分离器进口的高，单位m，L 为旋风分离器的宽度，一般和D相等，单位m，H为旋风分离器的高，单位m。
由于中心弯曲偏置出气的旋风分离装置各部分的尺寸都是中心筒弯曲部分高度的倍数。由上式可以得出通过临界直径与分离效率的计算可以推出中心弯曲偏置出气的中心筒各尺寸位置。因此，小型分离器的旋风分离区与净化区比值较大，压损较低，由上式可知，相比普通分离器，本发明中心弯曲偏置出气的旋风分离装置可以提高分离效率，降低压力损失。
所述的曲线形中心筒1的入口处与其对面的两部分增设了耐火内衬材料，该耐火内衬每平方米采用2000个爪钉以确保结合牢固，该爪钉为外螺纹顶带丝扣从而达到更高耐火内衬强度，冲蚀裕量更优。
所述的耐火材料为耐火可塑料或碳化硅，根据使用温度定，使用温度范围为0-1100℃。
所述的阻断机构2为圆台型锥体结构，中部镂空，底部设有锁气机构。
所述的锁气机构6只允许粉通过而不允许气体通过，达到额定重量落灰一次，该锁气机构6采用摆线针轮减速机，采用铸铁制成，锁气器轴承、轴承支座远离壳体，内部星形叶轮采用45#钢制成，锁气器壳体上部带有检视孔，发生故障时以便检查。
如图2所示，当微粒进入旋风分离器后，经旋风分离器四壁及中心筒流线部分处理，从而降低了大颗粒的停留时间，增加了小颗粒在分离器内的局部速度，提高了除尘效率。
如图3所示，图中ra为锥筒结构的半径，ri为中心筒半径，U为颗粒在截面上的平均流速，Ua为能够被除去颗粒的最小流速，Ui为最大流速，e为进口颗粒与未脱除颗粒运动耦合曲线。
所述的净化室区的外侧设有锥形结构的裙座支撑5，该裙座支撑5的裙座坡度增大以减小占地面积、减小阻力且增大除尘效率。
所述的坡度增大是指：坡度的增大程度为整体锥座的半锥顶角不大于15°。
上述装置通过以下方式工作：烟气经过曲线形中心筒1，大颗粒物质在中心筒1的壁面阻挡下滞留在旋风分离器中。锁气机构将滞留在旋风分离器中的大颗粒物质自动排除且烟气不易泄露，从而对污染空气进行高效分离和排尘。在中心筒1入口处和与其对面的旋风分离区和底部的净化室区铺设耐火内衬材料以避免因烟气温度过高及烟气冲击而发生变形。
经过具体实际实验，在含颗粒气体的条件下，以旋风分离器入口平均风速在5-30m/s 之间，除尘效率达到99％。
与现有技术相比，本装置显著提高了旋风分离器对气流中含有颗粒粒度的宽容度，在粒径极小的情况下依然可以保持高分离效率。另外提高了介质流量的宽容度，可以适应大范围流量变化，在设计值20％-150％分离气体条件下均可达到99％除尘效率。在耐磨方面通过爪钉的结构与数量的耦合变化，使得旋风分离器的冲蚀裕量大大优化，可以适应高硬度的含固气流。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种中心弯曲偏置出气的旋风分离装置，其特征在于，为锥筒结构，其内部轴向偏置有曲线形中心筒、锁气机构和阻断机构，其中：锁气机构设置于锥筒结构的底部，阻断机构位于锁气机构的中心，锥筒结构内部沿轴向设有旋风分离区和净化室区，旋风分离区占总旋风分离器高度大于净化室区；
所述的轴向偏置是指：在中心筒每段上均为曲段，每个曲段相对于中心线与锥体来说都是偏置的；
所述的曲线形中心筒为流线型布置从而显著减小旋风分离器阻力同时提高除尘效率，具体为：最顶部为直管段，该部分占总体中心筒长度的25％，该部分与分离器顶部盖板进行焊接固定，中下部为耐热铸钢一体成型弯管，弯管与上部直管段进行焊接固定，中心筒弯曲部分顶部在旋风分离室部分互相用以进行支撑；
所述的阻断机构为圆台型锥体结构，中部镂空，底部设有锁气机构。
2.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征是，所述的中心筒的直管段尺寸满足
Figure FDA0003193536050000011
Figure FDA0003193536050000012
其中：dZ为中心筒直管段直径，DFW为除尘器分离室直径，弯曲段偏离轴线高度
Figure FDA0003193536050000013
3.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征是，所述的分离器能完全除去的最小颗粒的空气动力学当量直径
Figure FDA0003193536050000014
通过确定dpc取值范围为0-3μm，与分离效率倒推确定中心筒的高度的尺寸，其中：b为旋风分离器进口的宽，ρp为混合物中颗粒物的密度，ρ为筒内混合物的密度，n为中心筒弯曲数，u为混合物进入的速度，ui为混合物进入最大线速度；
所述的中心筒的尺寸分离性能参数
Figure FDA0003193536050000015
其中：d为入口当量直径，D为最大弯曲当量直径，dp为在半径r＝(0.5D-b)处的粒径；
所述的中心筒的阻力系数
Figure FDA0003193536050000016
其中：h为旋风分离器进口的高，L为旋风分离器的宽度，H为旋风分离器的高。
4.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征是，所述的净化室区的外侧设有裙座支撑。
5.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征是，所述的曲线形中心筒的入口处与其对面的旋风分离区和底部的净化室区壁面采用增设了耐火内衬材料，该耐火内衬每平方米采用1500-2000个爪钉固定。
6.根据权利要求5所述的旋风分离装置，其特征是，所述的爪钉为外螺纹顶带丝扣从而达到更高耐火内衬强度，冲蚀裕量更优。
7.根据权利要求1或4所述的旋风分离装置，其特征是，所述的净化室区的内壁设有用于局部吹灰的细小风帽，通过导入高压头气体进行间歇吹灰。
8.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征是，所述的锁气机构只允许粉通过而不允许气体通过，达到额定重量落灰一次，该锁气机构采用摆线针轮减速机，采用铸铁制成，锁气器轴承﹑轴承支座远离壳体，内部星形叶轮采用45#钢制成，锁气器壳体上部带有检视孔，发生故障时以便检查。
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