CN112275458A

CN112275458A - 一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器

Info

Publication number: CN112275458A
Application number: CN202010833697.6A
Authority: CN
Inventors: 敬旭业; 石战胜; 徐建国; 马治安; 徐波; 孙权; 柳冠青; 彭丽; 李宗慧; 董方
Original assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-01-29

Abstract

本发明公开了一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，包括切向进气管道、圆柱筒体、圆锥筒体、固定中心筒、集料管、排气管、扰流管、轴向进气装置和高度调节装置；其中，轴向进气装置包括送气管道、环形气体均布器和轴向进气管道，高度调节装置包括调节轴、调节中心筒、中置物和密闭传动装置；本发明结构设计合理，可以根据工艺条件改变的需要来提升或者降低旋风分离器的效率。

Description

一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器

技术领域

本发明涉及一种旋风分离器，特别涉及一种应用于火力发电、水泥、化工、冶金领域的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器。

背景技术

旋风分离器作为一种重要的气固分离设备，利用离心力进行分离，具有结构简单、无运动部件、操作方便、处理量大等特点，已经在火力发电、水泥、化工、冶金领域等领域得到了广泛的应用。

在既有旋风分离器的实际运行过程中，往往会遇到上下游工艺条件改变的需求，从而对旋风分离器的分离效率有调整的要求，比如循环流化床锅炉深度调峰或者大比例不同性质燃料的掺烧则具有调整旋风分离器效率方面的需求。公开号为CN110145736A的中国专利申请，公开了一种旋风分离器、循环流化床锅炉和旋风分离器分离效率的调节方法，通过在锥体部分增加扰动装置减低旋风分离器的分离效率，提高锅炉的煤质适应性，不过该技术的调节方法只能降低并不能提高旋风分离器的分离效率；公告号为CN203598956U的中国实用新型专利，提出了一种可调式旋风分离器，通过改进进风装置并调节中心筒插入深度来提高旋风分离器效率，不过实用新型调节方式中随着中心筒插入深度的提高，旋风分离器的压力损失会有较大幅度的提高。根据工艺条件的需求，设计一种效率可以提高、也可以降低的旋风分离器，在旋风分离器应用领域是很有必要的。

典型的反转式旋风分离器一般包括入口、圆筒体、圆锥体、中心筒、排气管和排尘口，对于该种形式的旋风分离器，在其中心筒、顶板和壁面之间构成的环形空间内，普遍存在一个缓慢流动的纵向环流，那些已经被收集到壁面的颗粒会被重新带入纵向环流的动态空间内，造成颗粒聚集，形成“顶灰环”。此外，在中心筒下端附近，由于流体径向速度的存在，使得一部分颗粒不参与分离过程直接被排除分离器，形成“短路流”。“顶灰环”和“短路流”均会影响旋风分离器的效率。旋涡尾端到排气管下端的距离为自然旋风长，是旋风分离器的有效分离空间，采取一些措施减小自然旋风长，则可以降低其分离效率。可见，通过降低或消除顶灰环和短路流可以提高旋风分离器效率，通过采取降低其自然旋风长的措施则可以降低旋风分离器的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，可以根据工艺条件改变的需要来提升或者降低旋风分离器的效率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，包括切向进气管道、圆柱筒体、圆锥筒体、固定中心筒、集料管、排气管、扰流管、轴向进气装置和高度调节装置；其中，轴向进气装置包括送气管道、环形气体均布器和轴向进气管道，高度调节装置包括调节轴、调节中心筒、中置物和密闭传动装置；

所述切向进气管道切向连接在圆柱筒体的侧壁，所述固定中心筒与圆柱筒体的顶部连接并插入圆柱筒体的内部，所述排气管连接在圆柱筒体的顶部，所述圆锥筒体连接在圆柱筒体的下端，所述集料管连接在圆锥筒体的底端；所述送气管道的出口与环形气体均布器连接，所述轴向进气管道的两端分别连通环形气体均布器和圆柱筒体；所述密闭传动装置与调节轴的上端连接，所述调节中心筒与调节轴的下端连接，所述中置物与调节轴的下端连接；所述扰流管连接在集料管的上端；所述排气管、固定中心筒、环形气体均布器、调节轴、调节中心筒、中置物、圆柱筒体、圆锥筒体和集料管同轴布置。

进一步的，所述轴向进气管道呈扭曲形状，气体在轴向进气管道内的旋转方向与圆柱筒体内气体的旋转方向一致；所述轴向进气管道呈周向均匀布置，其数量为4~36个；通过轴向进气管道上下两端的开口连通环形气体均布器和圆柱筒体，所述轴向进气管道上下两端的开口垂直投影的旋转角度α为0°~60°，优选的，α为30°~45°；所述轴向进气管道的横截面可以是矩形或者圆形或者其它形状；所述轴向进气管道内气体流速为10~30m/s，优选18-25m/s。

进一步的，所述环形气体均布器的内径略大于排气管的外径，所述环形气体均布器的外径与圆柱筒体的外径相等。

进一步的，所述送气管道呈周向均匀布置，其数量为2~10个，所述送气管道内的气体切向或者垂直进入环形气体均布器。

进一步的，所述调节轴通过密闭传动装置可以上下移动，其上下移动范围的上限为调节中心筒的下端与固定中心筒的下端平齐，其上下移动范围的下限为调节中心筒的上端与固定中心筒的下端平齐；所述调节中心筒固定在调节轴的下端，所述调节中心筒的直径略小于固定中心筒的直径，所述调节中心筒的侧壁上开设有竖向斜切缝隙，所述竖向斜切缝隙的斜切角度β的范围为10°~80°，所述竖向斜切缝隙呈周向均匀分布，其数量为0~36个。

进一步的，所述中置物为纺锤形，其数量为n，n≥1，n个中置物由下到上依次固定在调节轴上；所述中置物的最下端与调节中心筒下端的距离H₁为调节中心筒直径的0~1/2；所述中置物的垂直高度H₂为调节中心筒直径的1~2倍；所述中置物的最大直径D_max为调节中心筒直径的1/3~1/2；相邻两个中置物之间的距离H₃为D_max的0~1；所述中置物的最上端与排气管顶部的距离为H₄，随着调节轴的上下移动，保证H₄≥0。

进一步的，所述扰流管呈周向均匀布置，其数量为1~4个，所述扰流管内的气体垂直进入集料管，所述扰流管内气体流速为2~15m/s。

进一步的，所述送气管道设有阀门，用于开启或者关闭轴向进气装置；所述扰流管上设有阀门，用于开启或者关闭扰流管。

进一步的，所述送气管道和扰流管中的气体介质可以是烟气或者空气或者水蒸气或者氮气。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明可以通过轴向进气装置提高旋风分离器的分离效率，当开启轴向进气装置时，旋风分离器以切向进气为主，轴向进气为辅，通过增加轴向的旋转进气，增强旋风顶部流体的离心运动，可消除典型旋风分离器的顶灰环，从而提高旋风分离器的分离效率。

2、本发明可以通过调节中心筒的上移或下降，来降低或者提高旋风分离器的分离效率。同时采取了降低旋风压力损失的措施：调节中心筒壁面开设有带切线角度的缝隙，增加调节中心筒的高度，提效的同时可以有效减缓压力损失的增加；调节轴上布置中置物，可以降低排气管内部气流扰动消耗、减小湍流损失，进一步降低压力损失。

3、通过扰流管内的扰流风，可以减小旋风分离器的自然旋风长，从而降低其分离效率。

4、上述调节手段配合使用，通过采取轴向的旋转进气和下移调节中心筒的措施，可以增加旋风分离器效率；通过采取上移调节中心筒和增加集料管扰流风的措施，可以降低旋风分离器效率。

附图说明

图1是本发明实施例1中效率可调的切轴流组合旋风分离器的结构示意图。

图2是本发明实施例1中轴向进气装置的结构示意图。

图3是本发明实施例1中轴向进气管道上下两端开口旋转角度的示意图。

图4是本发明实施例1中调节中心筒上竖向斜切缝隙的示意图。

图5是本发明实施例2中轴向进气装置的结构示意图。

图6是本发明实施例2中轴向进气管道上下两端开口旋转角度的示意图。

图7是本发明实施例2中扰流管的布置示意图。

图中：切向进气管道1、圆柱筒体2、圆锥筒体3、固定中心筒4、集料管5、排气管6、扰流管7、送气管道81、环形气体均布器82、轴向进气管道83、节轴91、调节中心筒92、中置物93、密闭传动装置94、竖向斜切缝隙921。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1。

参见图1，本实施例中，一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，包括切向进气管道1、圆柱筒体2、圆锥筒体3、固定中心筒4、集料管5、排气管6、扰流管7、轴向进气装置和高度调节装置；其中，轴向进气装置包括送气管道81、环形气体均布器82和轴向进气管道83，高度调节装置包括调节轴91、调节中心筒92、中置物93和密闭传动装置94。

切向进气管道1切向连接在圆柱筒体2的侧壁，固定中心筒4与圆柱筒体2的顶部连接并插入圆柱筒体2的内部，排气管6连接在圆柱筒体2的顶部，圆锥筒体3连接在圆柱筒体2的下端，集料管5连接在圆锥筒体3的底端；送气管道81的出口与环形气体均布器82连接，轴向进气管道83的两端分别连通环形气体均布器82和圆柱筒体2；密闭传动装置94与调节轴91的上端连接，调节中心筒92与调节轴91的下端连接，中置物93与调节轴91的下端连接；扰流管7连接在集料管5的上端；排气管6、固定中心筒4、环形气体均布器82、调节轴91、调节中心筒92、中置物93、圆柱筒体2、圆锥筒体3和集料管5同轴布置。

参见图2，轴向进气管道83呈扭曲形状，气体在轴向进气管道83内的旋转方向与圆柱筒体2内气体的旋转方向一致；轴向进气管道83呈周向均匀布置，数量为5个；通过轴向进气管道83上下两端的开口连通环形气体均布器82和圆柱筒体2，轴向进气管道83上下两端的开口垂直投影的旋转角度α=30°，如图3所示；轴向进气管道83的横截面是矩形；轴向进气管道83内气体流速为20m/s。

具体的，环形气体均布器82的内径略大于排气管6的外径，环形气体均布器82的外径与圆柱筒体2的外径相等。

具体的，送气管道81呈周向均匀布置，数量为3个，送气管道81内的气体切向进入环形气体均布器82，如图3所示。

具体的，调节轴91通过密闭传动装置94可以上下移动，其上下移动范围的上限为调节中心筒92的下端与固定中心筒4的下端平齐，其上下移动范围的下限为调节中心筒92的上端与固定中心筒4的下端平齐。

具体的，调节中心筒92固定在调节轴91的下端，调节中心筒92的直径略小于固定中心筒4的直径，调节中心筒92的侧壁上开设有竖向斜切缝隙921，如图4所示，竖向斜切缝隙921的斜切角度β=30°，竖向斜切缝隙921呈周向均匀分布，数量为15个。

具体的，中置物93为纺锤形，其数量为n，n=3，3个中置物93由下到上依次固定在调节轴91上；中置物93的最下端与调节中心筒92下端的距离H₁为调节中心筒92直径的1/3；中置物93的垂直高度H₂为调节中心筒92直径的1.2倍；中置物93的最大直径D_max为调节中心筒92直径的1/3；相邻两个中置物93之间的距离H₃为D_max；中置物93的最上端与排气管6顶部的距离为H₄，随着调节轴91的上下移动，保证H₄≥0。

具体的，扰流管7呈周向布置，数量为1个，扰流管7内的气体垂直进入集料管5，扰流管7内气体流速为8m/s。

具体的，送气管道81设有阀门，用于开启或者关闭轴向进气装置；扰流管7上设有阀门，用于开启或者关闭扰流管7。

具体的，送气管道81中的气体介质是烟气，扰流管7中的气体介质是压缩空气。

某电厂循环流化床锅炉有深度调峰需求，当由100%负荷稳定运行降低为40%负荷稳定运行时，为了维持床压需适当增加循环倍率，从而需要适当提高旋风分离器的效率，调节手段有：

1）将轴向进气装置开启，增强旋风顶部流体的离心运动，减弱或消除旋风分离器的顶灰环；

2）利用高度调节装置，将调节中心筒92的上端移动到与固定中心筒4的下端平齐。

反之，当由40%负荷稳定运行降低为100%负荷稳定运行时，需要降低旋风分离器的效率，调节手段有：

1）将轴向进气装置关闭；

2）利用高度调节装置，将调节中心筒92的下端移动到与固定中心筒4的下端平齐；

3）开启绕流管7，向集料管5通入扰流风形成窜气。

实施例2。

本实施例与实施例1的不同之处在于轴向进气装置。本实施例中，轴向进气装置包括送气管道81、环形气体均布器82和轴向进气管道83，如图5所示。轴向进气管管道83呈扭曲形状，气体在轴向进气管道83内的旋转方向与圆柱筒体2内气体的旋转方向一致；轴向进气管道83呈周向均匀布置，数量为10个；通过轴向进气管道83上下两端的开口连通环形气体均布器82和圆柱筒体2，轴向进气管道83上下两端的开口垂直投影的旋转角度α=50°，如图6所示；轴向进气管道83的横截面是圆形；轴向进气管道83内气体流速为25m/s；送气管道81呈周向均匀布置，数量为4个，送气管道81内的气体垂直进入环形气体均布器82，如图6所示。

本实施例与实施例1的不同之处还在于扰流管7。扰流管7呈周向均匀布置，数量为3个，扰流管7内的气体垂直进入集料管5，扰流管7内气体流速为5m/s。

某电厂循环流化床锅炉有掺烧燃料的需求。当掺烧灰分较低的燃料时，为了维持床压需适当增加循环倍率，从而需要适当提高旋风分离器的效率，调节手段有：

当掺烧灰分较高的燃料时，需要降低旋风分离器的效率，调节手段有：

1）将轴向进风装置8关闭；

3）开启绕流管7，向集料管5通入扰流风形成窜气。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，包括切向进气管道（1）、圆柱筒体（2）、圆锥筒体（3）、固定中心筒（4）、集料管（5）、排气管（6）、扰流管（7）、轴向进气装置和高度调节装置；其中，轴向进气装置包括送气管道（81）、环形气体均布器（82）和轴向进气管道（83），高度调节装置包括调节轴（91）、调节中心筒（92）、中置物（93）和密闭传动装置（94）；

所述切向进气管道（1）切向连接在圆柱筒体（2）的侧壁，所述固定中心筒（4）与圆柱筒体（2）的顶部连接并插入圆柱筒体（2）的内部，所述排气管（6）连接在圆柱筒体（2）的顶部，所述圆锥筒体（3）连接在圆柱筒体（2）的下端，所述集料管（5）连接在圆锥筒体（3）的底端；所述送气管道（81）的出口与环形气体均布器（82）连接，所述轴向进气管道（83）的两端分别连通环形气体均布器（82）和圆柱筒体（2）；所述密闭传动装置（94）与调节轴（91）的上端连接，所述调节中心筒（92）与调节轴（91）的下端连接，所述中置物（93）与调节轴（91）的下端连接；所述扰流管（7）连接在集料管（5）的上端；所述排气管（6）、固定中心筒（4）、环形气体均布器（82）、调节轴（91）、调节中心筒（92）、中置物（93）、圆柱筒体（2）、圆锥筒体（3）和集料管（5）同轴布置；

所述轴向进气管道（83）呈扭曲形状，气体在轴向进气管道（83）内的旋转方向与圆柱筒体（2）内气体的旋转方向一致；所述轴向进气管道（83）呈周向均匀布置，其数量为4~36个；通过轴向进气管道（83）上下两端的开口连通环形气体均布器（82）和圆柱筒体（2），所述轴向进气管道（83）上下两端的开口垂直投影的旋转角度α为0°~60°；

所述送气管道（81）呈周向均匀布置，其数量为2~10个，所述送气管道（81）内的气体切向或者垂直进入环形气体均布器（82）。

2.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述轴向进气管道（83）内气体流速为10~30m/s。

3.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述环形气体均布器（82）的内径大于排气管（6）的外径，所述环形气体均布器（82）的外径与圆柱筒体（2）的外径相等。

4.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述调节轴（91）通过密闭传动装置（94）可以上下移动，其上下移动范围的上限为调节中心筒（92）的下端与固定中心筒（4）的下端平齐，其上下移动范围的下限为调节中心筒（92）的上端与固定中心筒（4）的下端平齐；所述调节中心筒（92）固定在调节轴（91）的下端，所述调节中心筒（92）的直径小于固定中心筒（4）的直径，所述调节中心筒（92）的侧壁上开设有竖向斜切缝隙（921），所述竖向斜切缝隙（921）的斜切角度β的范围为10°~80°，所述竖向斜切缝隙（921）呈周向均匀分布，其数量为0~36个。

5.根据权利要求1或4所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述中置物（93）为纺锤形，其数量为n，n≥1，n个中置物（93）由下到上依次固定在调节轴（91）上；所述中置物（93）的最下端与调节中心筒（92）下端的距离H₁为调节中心筒（92）直径的0~1/2；所述中置物（93）的垂直高度H₂为调节中心筒（92）直径的1~2倍；所述中置物（93）的最大直径D_max为调节中心筒（92）直径的1/3~1/2；相邻两个中置物（93）之间的距离H₃为D_max的0~1；所述中置物（93）的最上端与排气管（6）顶部的距离为H₄，随着调节轴（91）的上下移动，保证H₄≥0。

6.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述扰流管（7）呈周向均匀布置，其数量为1~4个，所述扰流管（7）内的气体垂直进入集料管（5），所述扰流管（7）内气体流速为2~15m/s。

7.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述送气管道（81）设有阀门，用于开启或者关闭轴向进气装置；所述扰流管（7）上设有阀门，用于开启或者关闭扰流管（7）。

8.根据权利要求1所述的效率可调的切轴流组合反转式旋风分离器，其特征是，所述送气管道（81）和扰流管（7）中的气体介质可以是烟气或者空气或者水蒸气或者氮气。