CN113041718A - 采用液体洗涤的高效旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，其中旋风分离器的界面导流器的上环板和下环板均水平设置，环形导流体竖向设置，上环板、环形导流体和下环板均与筒体同轴线设置，上环板位于上封头内并连接出气管的下端，下环板位于筒体的下部内并位于洗涤液中，环形导流体的立式导流片位于上环板和下环板之间并分别连接上环板和下环板，立式导流片的下端位于洗涤液中，立式导流片由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上立式导流片沿环形导流体的圆周方向均匀分布。本发明能够用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率，提高对小于5微米以下的固体颗粒的分离效率，设计巧妙，结构简洁，制造简便，制造成本低，适于大规模推广应用。

Description

采用液体洗涤的高效旋风分离器

技术领域

本发明涉及化学工程非均相气固分离技术领域，特别涉及旋风分离器技术领域，具体是指一种采用液体洗涤的高效旋风分离器。

背景技术

旋风分离器因其具有结构简单、无运动部件、分离效率高、维修方便、造价低且能在高温高压下等恶劣工况条件下持久稳定工作等优点，已广泛地应用于化工、石油、煤化工、环保、电力、冶金、水泥及食品等工业领域，在非均相分离领域旋风分离器是无可替代的。

然而，旋风分离器虽结构简单但其内部运动却极为复杂，属于两相或三相三维湍流流动，致使其理论研究十分困难，至今也无法全面掌握其准确的运动规律。尽管如此，国内外对旋风分离器的研究仍持续不断开展，研究方法及手段随着科学技术的发展而与时俱进。

从旋风分离器研究理论及实践得知，旋风分离器对小于5微米以下的颗粒分离效率是非常低的，要提高旋风分离器对这部分极细颗粒的捕集效率唯有改变或增强旋风的分离机理，向旋风内部喷入液体无疑是一种很好的改进手段，因此国内外有不少湿法旋风分离器被开发研究出来。例如：

中国发明专利申请“一种一体式湿法除尘器”(申请公布号：CN112206627A)公开了一种一体式湿法除尘器，包括洗涤塔、循环罐、旋风分离器，旋风分离器内置于循环罐内部，该发明为一体式结构，占地面积小且净化效率高。但此发明并没有针对提高旋风本身的分离效率作任何优化，只是简单地将洗涤塔、循环罐和旋风分离器串联叠加组合在一体；此外洗涤塔的耗液量是非常大的，需要非常大的循环液量才能维持洗涤塔对粉尘的捕集效果。

中国实用新型专利“一种文丘里湿法除尘器”(授权公告号：CN203061010U)公开了一种文丘里湿法除尘器，包括：文丘里、旋风分离器和溢流槽。该发明同样为一体式结构设计，由于溢流槽存在可以大幅降低磨损，延长设备寿命。同上述中国发明专利申请“一种一体式湿法除尘器”一样，该实用新型亦没有针对提高旋风本身的分离效率作任何优化，只是将文丘里、溢流槽和旋风分离器串联组合在一体。

因此，希望提供一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，其能够用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率，提高对小于5微米以下的固体颗粒的分离效率。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，其能够用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率，提高对小于5微米以下的固体颗粒的分离效率，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，其设计巧妙，结构简洁，制造简便，制造成本低，适于大规模推广应用。

为达到以上目的，本发明提供一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，包括旋风分离器和液体喷雾装置，所述旋风分离器包括筒体、旋风进口、上封头、下封头、出气管、洗涤液和洗涤液出口，所述筒体竖向设置，所述旋风进口水平环绕在所述筒体的上端外并与所述的筒体的上端切向连接，所述液体喷雾装置连接所述旋风进口用于对进入所述旋风进口的进气进行喷雾处理，所述上封头设置在所述筒体的上端上，所述出气管竖向插设在所述上封头中并与所述筒体同轴线设置，所述下封头设置在所述筒体的下端上，所述洗涤液出口竖向插设在所述下封头中并与所述筒体同轴线设置，所述洗涤液位于所述下封头和所述筒体的下部内，其特点是，

所述旋风分离器还包括界面导流器，所述界面导流器包括上环板、环形导流体和下环板，所述上环板和所述下环板均水平设置，所述环形导流体竖向设置，所述上环板、所述环形导流体和所述下环板均与所述筒体同轴线设置，所述上环板位于所述上封头内并连接所述出气管的下端，所述下环板位于所述的筒体的下部内并位于所述洗涤液中，所述环形导流体包括2片以上立式导流片，所述立式导流片位于所述上环板和所述下环板之间并分别连接所述上环板和所述下环板，所述立式导流片的下端位于所述洗涤液中，所述立式导流片由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上所述立式导流片沿所述环形导流体的圆周方向均匀分布。

较佳地，所述立式导流片的数目为6片～24片，所述环形导流体的直径与所述出气管的直径之比为0.53～0.67，所述立式导流片的展开角为35°～55°，所述界面导流器的高度与所述筒体的高度之比为0.55～0.90。

较佳地，所述液体喷雾装置包括文丘里、储液罐、第一液体驱动部件、第二液体驱动部件和喷雾部件，所述文丘里管路连接所述旋风进口，所述洗涤液出口管路连接所述储液罐，所述储液罐通过所述第一液体驱动部件横向管路连接所述文丘里，所述储液罐通过所述第二液体驱动部件管路连接所述喷雾部件，所述喷雾部件横向插设在所述旋风进口中。

更佳地，所述喷雾部件包括进液管和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴位于所述旋风进口中，所述进液管横向插设在所述旋风进口中并连接所述雾化喷嘴。

较佳地，所述旋风分离器还包括撇液器，所述撇液器包括撇液筒，所述撇液筒竖向设置并套设在所述的出气管的下端和所述界面导流器的上端外且与所述筒体同轴线设置，所述撇液筒的上端位于所述上封头内并连接所述上封头，所述撇液筒的下端位于所述筒体的上端内并竖向朝下设置有聚液齿。

更佳地，所述撇液筒的直径与所述筒体的直径之比为0.65～0.90，所述撇液筒的高度与所述筒体的高度之比为0.15～0.35。

较佳地，所述旋风进口为蜗壳进口。

更佳地，所述蜗壳进口的前端的横截面为长方形，所述长方形的面积与所述筒体的直径的平方之比为0.16～0.30。

较佳地，所述出气管的直径与所述筒体的直径之比为0.38～0.55。

较佳地，所述旋风分离器还包括防涡器，所述防涡器是横截面为十字形的柱体防涡器，所述柱体防涡器的底端的中部沿前后方向设置有凹槽，所述柱体防涡器位于所述下封头内并位于所述洗涤液出口的正上方，所述的柱体防涡器的底端设置在所述下封头上。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器中，旋风分离器的界面导流器的上环板和下环板均水平设置，环形导流体竖向设置，上环板、环形导流体和下环板均与筒体同轴线设置，上环板位于上封头内并连接出气管的下端，下环板位于筒体的下部内并位于洗涤液中，环形导流体的立式导流片位于上环板和下环板之间并分别连接上环板和下环板，立式导流片的下端位于洗涤液中，立式导流片由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上立式导流片沿环形导流体的圆周方向均匀分布，因此，其能够用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率，提高对小于5微米以下的固体颗粒的分离效率，适于大规模推广应用。

2、本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器中，旋风分离器的界面导流器的上环板和下环板均水平设置，环形导流体竖向设置，上环板、环形导流体和下环板均与筒体同轴线设置，上环板位于上封头内并连接出气管的下端，下环板位于筒体的下部内并位于洗涤液中，环形导流体的立式导流片位于上环板和下环板之间并分别连接上环板和下环板，立式导流片的下端位于洗涤液中，立式导流片由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上立式导流片沿环形导流体的圆周方向均匀分布，因此，其设计巧妙，结构简洁，制造简便，制造成本低，适于大规模推广应用。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和附图得以充分体现，并可通过发明内容中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器的一具体实施例的结构示意图，其中未示出进口法兰和进口方接圆。

图2是图1所示的具体实施例的主视局部放大示意图。

图3是图2所示结构的俯视示意图，其中示出进口法兰和进口方接圆。

图4是图1所示的具体实施例的界面导流器的主视示意图。

图5是图4中A-A位置的剖视示意图。

图6是本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器的另一具体实施例的界面导流器的俯视剖视示意图。

图7是本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器的又一具体实施例的界面导流器的俯视剖视示意图。

图8是图1所示的具体实施例的撇液器的主视示意图。

图9是图1所示的具体实施例的防涡器的主视示意图。

图10是图1所示的具体实施例的防涡器的俯视示意图。

图11是图1所示的具体实施例与B型旋风分离器在各个不同进气速度的条件下分离效率比较示意图。

图12是图1所示的具体实施例与B型旋风分离器在各个不同进气速度的条件下压力降比较示意图。

(符号说明)

1旋风分离器；2液体喷雾装置；3筒体；4旋风进口；5上封头；6下封头；7出气管；8洗涤液；9洗涤液出口；10界面导流器；11上环板；12环形导流体；13下环板；14立式导流片；15文丘里；16储液罐；17第一液体驱动部件；18第二液体驱动部件；19喷雾部件；20进液管；21雾化喷嘴；22撇液器；23撇液筒；24聚液齿；25蜗壳进口；26进口法兰；27进口方接圆；28防涡器；29凹槽；30液位计；31液位计上端口；32液位计下端口；33调节阀；34出气法兰。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参见图1～图5和图8～图10所示，在本发明的一具体实施例中，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器包括旋风分离器1和液体喷雾装置2，所述旋风分离器1包括筒体3、旋风进口4、上封头5、下封头6、出气管7、洗涤液8、洗涤液出口9和界面导流器10，其中：

所述筒体3竖向设置，所述旋风进口4水平环绕在所述筒体3的上端外并与所述的筒体3的上端切向连接，所述液体喷雾装置2连接所述旋风进口4用于对进入所述旋风进口4的进气进行喷雾处理，所述上封头5设置在所述筒体3的上端上，所述出气管7竖向插设在所述上封头5中并与所述筒体3同轴线设置，所述下封头6设置在所述筒体3的下端上，所述洗涤液出口9竖向插设在所述下封头6中并与所述筒体3同轴线设置，所述洗涤液8位于所述下封头6和所述筒体3的下部内；

所述界面导流器10包括上环板11、环形导流体12和下环板13，所述上环板11和所述下环板13均水平设置，所述环形导流体12竖向设置，所述上环板11、所述环形导流体12和所述下环板13均与所述筒体3同轴线设置，所述上环板11位于所述上封头5内并连接所述出气管7的下端，所述下环板13位于所述的筒体3的下部内并位于所述洗涤液8中，所述环形导流体12包括2片以上立式导流片14，所述立式导流片14位于所述上环板11和所述下环板13之间并分别连接所述上环板11和所述下环板13，所述立式导流片14的下端位于所述洗涤液8中，所述立式导流片14由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上所述立式导流片14沿所述环形导流体12的圆周方向均匀分布。

所述立式导流片14可以防止气流中的固体颗粒进入内旋流，显著减少了所述筒体3内部二次涡流对旋风效率的影响。

所述立式导流片14的数目可以根据需要确定，所述环形导流体12的直径D2与所述出气管7的直径D3之比可以为任何合适大小的数值，所述立式导流片14的展开角θ(即所述立式导流片14的内侧边和外侧边分别与所述环形导流体12的圆心之间的连线之间的夹角)可以为任何合适的角度，所述界面导流器10的高度H1与所述筒体3的高度H0之比可以为任何合适大小的数值，较佳地，所述立式导流片14的数目为6片～24片，所述环形导流体12的直径D2与所述出气管7的直径D3之比D2/D3为0.53～0.67，所述立式导流片14的展开角θ为35°～55°，所述界面导流器10的高度H1与所述筒体3的高度H0之比H1/H0为0.55～0.90。请参见图2、图4和图5所示，在本发明的一具体实施例中，所述立式导流片14的数目为12片，所述环形导流体12的直径D2与所述出气管7的直径D3之比D2/D3为0.55，所述立式导流片14的展开角θ为45°，所述界面导流器10的高度H1与所述筒体3的高度H0之比H1/H0为0.72。请参见图6所示，在本发明的另一具体实施例中，所述立式导流片14的数目为6片，所述环形导流体12的直径D2与所述出气管7的直径D3之比D2/D3为0.53，所述立式导流片14的展开角θ为35°，所述界面导流器10的高度H1与所述筒体3的高度H0之比H1/H0为0.55。请参见图7所示，在本发明的又一具体实施例中，所述立式导流片14的数目为24片，所述环形导流体12的直径D2与所述出气管7的直径D3之比D2/D3为0.67，所述立式导流片14的展开角θ为55°，所述界面导流器10的高度H1与所述筒体3的高度H0之比H1/H0为0.90。

所述液体喷雾装置2可以具有任何合适的构成，请参见图1～图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述液体喷雾装置2包括文丘里15、储液罐16、第一液体驱动部件17、第二液体驱动部件18和喷雾部件19，所述文丘里15管路连接所述旋风进口4，所述洗涤液出口9管路连接所述储液罐16，所述储液罐16通过所述第一液体驱动部件17横向管路连接所述文丘里15，所述储液罐16通过所述第二液体驱动部件18管路连接所述喷雾部件19，所述喷雾部件19横向插设在所述旋风进口4中。

因此，本发明采用了两种液体雾化回路，即第一液体雾化回路由文丘里15、旋风分离器1、储液罐16及第一液体驱动部件17构成；第二液体雾化回路由喷雾部件19、旋风分离器1、储液罐16及第二液体驱动部件18构成；两个液体雾化回路喷出的液雾进入旋风进口4，在空间上一前一后且垂直相交。循环液体(即所述洗涤液8，所述储液罐16内储存的也是所述洗涤液8)采用生产工艺要求的液体介质，如无特殊要求通常采用灰水作循环液体。循环液体被喷雾部件19雾化后与气相中的固体颗粒碰撞，显著增加了固体颗粒的粒径和粘附性，大幅改善了旋风的捕集效率。通过喷入少量液体进行雾化就能实现大幅提升旋风除尘性能，可高效利用循环液并大幅减少循环液的运行及处理费用。

所述第一液体驱动部件17和所述第二液体驱动部件18可以是任何合适的液体驱动部件，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一液体驱动部件17和所述第二液体驱动部件18均为液泵。

所述喷雾部件19可以具有任何合适的构成，请参见图1～图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述喷雾部件19包括进液管20和雾化喷嘴21，所述雾化喷嘴21位于所述旋风进口4中，所述进液管20横向插设在所述旋风进口4中并连接所述雾化喷嘴21。

所述雾化喷嘴21可以是任何合适的雾化喷嘴，在本发明的一具体实施例中，所述雾化喷嘴21是超声波雾化喷嘴。当然所述雾化喷嘴21也可以是高压螺旋喷嘴或锥形喷嘴。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，请参见图1～图2和图8所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风分离器1还包括撇液器22，所述撇液器22包括撇液筒23，所述撇液筒23竖向设置并套设在所述的出气管7的下端和所述界面导流器10的上端外且与所述筒体3同轴线设置，所述撇液筒23的上端位于所述上封头5内并连接所述上封头5，所述撇液筒23的下端位于所述筒体3的上端内并竖向朝下设置有聚液齿24。所述聚液齿24为设置在所述的撇液筒23的下端的一圈锯齿状结构。

所述撇液筒23的直径D1与所述筒体3的直径D0之比可以为任何合适大小的数值，所述撇液筒23的高度H2与所述筒体3的高度H0之比可以为任何合适大小的数值，更佳地，所述撇液筒23的直径D1与所述筒体3的直径D0之比D1/D0为0.65～0.90，所述撇液筒23的高度H2与所述筒体3的高度H0之比H2/H0为0.15～0.35。在本发明的一具体实施例中，所述撇液筒23的直径D1与所述筒体3的直径D0之比D1/D0为0.76，所述撇液筒23的高度H2与所述筒体3的高度H0之比H2/H0为0.25。在本发明的另一具体实施例中，所述撇液筒23的直径D1与所述筒体3的直径D0之比D1/D0为0.65，所述撇液筒23的高度H2与所述筒体3的高度H0之比H2/H0为0.15。在本发明的又一具体实施例中，所述撇液筒23的直径D1与所述筒体3的直径D0之比D1/D0为0.90，所述撇液筒23的高度H2与所述筒体3的高度H0之比H2/H0为0.35。

所述旋风进口4可以是具有任何合适形状的旋风进口，较佳地，所述旋风进口4为蜗壳进口25。请参见图1～图3所示，在本发明的一具体实施例中，在所述液体喷雾装置2包括文丘里15、储液罐16、第一液体驱动部件17、第二液体驱动部件18和喷雾部件19以及所述喷雾部件19包括进液管20和雾化喷嘴21的情况下，所述进液管20横向插设在所述蜗壳进口25的前端中，所述蜗壳进口25的后端与所述的筒体3的上端相切。

所述蜗壳进口25可以是任何合适的蜗壳进口，请参见图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述蜗壳进口25是180°蜗壳进口。

所述蜗壳进口25的前端的横截面可以具有任何合适的形状，更佳地，所述蜗壳进口25的前端的横截面为长方形，所述长方形的面积ab与所述筒体3的直径D0的平方之比ab/D0²为0.16～0.30。在本发明的一具体实施例中，所述长方形的面积ab与所述筒体3的直径D0的平方之比ab/D0²为0.23。在本发明的另一具体实施例中，所述长方形的面积ab与所述筒体3的直径D0的平方之比ab/D0²为0.16。在本发明的又一具体实施例中，所述长方形的面积ab与所述筒体3的直径D0的平方之比ab/D0²为0.30。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，更进一步地，所述旋风分离器1还包括进口法兰26和进口方接圆27，所述进口法兰26通过所述进口方接圆27连接所述蜗壳进口25。在本发明的一具体实施例中，在所述液体喷雾装置2包括文丘里15、储液罐16、第一液体驱动部件17、第二液体驱动部件18和喷雾部件19的情况下，所述文丘里15管路连接所述进口法兰26。

所述出气管7的直径D3与所述筒体3的直径D0之比可以为任何合适大小的数值，较佳地，所述出气管7的直径D3与所述筒体3的直径D0之比D3/D0为0.38～0.55。在本发明的一具体实施例中，所述出气管7的直径D3与所述筒体3的直径D0之比D3/D0为0.45。在本发明的另一具体实施例中，所述出气管7的直径D3与所述筒体3的直径D0之比D3/D0为0.38。在本发明的又一具体实施例中，所述出气管7的直径D3与所述筒体3的直径D0之比D3/D0为0.55。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，请参见图1～图2和图9～图10所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风分离器1还包括防涡器28，所述防涡器28是横截面为十字形的柱体防涡器，所述柱体防涡器的底端的中部沿前后方向设置有凹槽29，所述柱体防涡器位于所述下封头6内并位于所述洗涤液出口9的正上方，所述的柱体防涡器的底端设置在所述下封头6上。所述柱体防涡器可以由两块相互垂直且其中一块带凹槽29的方板拼接而成。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，请参见图1～图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风分离器1还包括液位计30，所述筒体3的外侧面的下部横向设置有液位计上端口31和液位计下端口32，所述液位计上端口31和所述液位计下端口32上下间隔设置并均与所述筒体3的内部相连通，所述液位计30分别管路连接所述液位计上端口31和所述液位计下端口32。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，请参见图1～图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风分离器1还包括调节阀33，所述调节阀33设置在所述洗涤液出口9的下端上。

通过所述液位计30和所述调节阀33可以控制所述筒体3内的所述洗涤液8的液位高度。

所述旋风分离器1还可以包括其它任何合适的构成，请参见图1～图5和图8～图10所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋风分离器1还包括出气法兰34，所述出气法兰34设置在所述出气管7的上端上。

本发明的工作原理是：

含有固体颗粒的气体沿着文丘里15的长度方向进入文丘里15时，洗涤液8在第一液体驱动部件17的驱动下从储液罐16横向输送至文丘里15并对含有固体颗粒的气体进行喷雾处理，随后夜雾和含有固体颗粒的气体一起通过旋风进口4切向进入筒体3，气流随之发生旋转，在进入旋风进口4时，洗涤液8还在第二液体驱动部件18的驱动下从储液罐16输送至喷雾部件19并横向对含有固体颗粒的气体进行喷雾处理，在筒体3中，气体沿着筒体3的器壁由上而下旋转(即外旋流)，到达筒体3的下部的洗涤液8的液面区域时，气流逐渐转变为沿着旋风中心轴线向上旋转(即内旋流)，净化后气体最后由立式导流片14之间的间隙排出；而固体颗粒会在离心力的作用下甩向筒体3的器壁，固体颗粒在重力的作用和气流的带动下沿着筒体3的器壁落入洗涤液8，固体颗粒最后经洗涤液出口9排出旋风分离器1。

参照国际净化空气会议提出的代表性试验粉尘——平均粒径为18.7μm的滑石粉，在两者都设定旋风分离器直径为Φ1200mm的相同条件下，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器与B型旋风分离器(美国Buell公司是一家著名的旋风分离器设计厂商，其代表产品为B型旋风分离器(参见化工设备设计全书《除尘设备》P61～P68,化学工业出版社2002年版))作了旋风性能对比测试。

测试工况条件：

气体介质：空气(常温常压下)

处理气量：Q＝17600m³/h(操作态)——旋风进口4气速V＝18.34m/s

固体粉尘：滑石粉

粉尘密度：ρ＝2720kg/m³

进口粉尘浓度:Cin＝12～15g/m³

颗粒粒度分布:体积频率分布(MALVERN激光测粒仪测定)

测试结果：

1、各个不同进气速度的条件下分离效率比较。测定结果参看图11，由图11可知，在相同进气速度的条件下，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器比B型旋风分离器效率提高4.5～8.0％，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器分离效率基本维持在99.5％以上，效率提升十分明显。

2、在各个不同进气速度的条件下压力降比较。测定结果参看图12，由图12可知，在相同进气速度的条件下，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器比B型旋风分离器压力降要小6.2～13.1％。

现有技术没有对提高旋风本身的分离效率作任何优化设计，本发明针对旋风分离器对小于5微米以下的固体颗粒分离效率很低这一问题，研究出提高旋风分离器对这部分极细颗粒的捕集效率的结构。

为改变或增强旋风的分离机理，向旋风内部喷入一定量的液体无疑是一种很好的解决方案，但如何做到用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率正是本发明的目的。

为此，本发明提出了以下几个新颖独特的解决方案。

1)液体雾化双循环回路能充分“浸润”固体颗粒

对于小于5微米以下的固体颗粒，由于旋风分离器内部离心场很难将如此细小颗粒稳定地甩向旋风分离器的器壁，即便甩到了器壁也很容易会被内部二次涡流重新夹带至内旋流而逃逸至出气管。因此如果能利用液体充分“包裹”住这些小于5微米以下的固体颗粒，不仅可以大幅增大这些细小固体颗粒的粒径，而且被“浸润”固体颗粒甩至旋风分离器的器壁后很容易因液体的表面张力而粘附，即不会被内部二次涡流重新夹带至出气管，因而旋风分离器的效率可以大幅提高。但仅仅是简单地向旋风进口喷入大量液体，四处分散在气相的固体颗粒并不容易被大粒径液滴捕获，特别对于憎水性固体粉尘颗粒，更难与大粒径液滴发生碰撞而被“浸润”。为了解决这一难题同时大幅降低耗液量，本发明采用了液体雾化双循环回路结构以强化固体颗粒的“浸润”效果：即第一液体雾化回路由文丘里、旋风分离器、储液罐及第一液体驱动部件构成；第二液体雾化回路由喷雾部件、旋风分离器、储液罐及第二液体驱动部件构成；旋风分离器和储液罐由两个液体雾化回路共用，两个液体雾化回路喷出的液雾进入旋风进口，空间上一前一后且垂直相交，完整均匀地覆盖了整个旋风分离器的进口段，使得气相中的固体颗粒得到充分地“浸润”。

2)界面导流器消除旋风头部二次涡流

旋风分离器内部除了主旋流(包含内旋流和外旋流)之外，二次涡流在旋风分离器内部普遍存在，它由轴向速度νz与径向速度νr构成，二次涡流会导致旋风分离器内部固体颗粒严重“返混”，二次涡流对旋风分离器的性能尤其是对分离效率影响较大。主要的几处局部二次涡流是：1)环形空间的纵向环流；2)出气管下口处短路流；3)气流旋转中心偏离设备几何中心，即偏流或不对称流；4)内旋流不稳定，旋流中心存在“摆尾”运动，即旋进涡核现象。因此开发一种能尽量消除二次涡流、减小固体颗粒“返混”的结构是提高旋风分离效率的重要方向。

旋风的理论和实践都表明：旋风内部流场中外旋流导致旋风分离器外侧压力要高于内侧压力，因此外旋流在旋转过程中总有少量气体进入内旋流当中，因此外旋流中的部分颗粒也随之卷入内旋流，这也是两处局部二次涡流——“环形空间的纵向环流”和“出气管下口处短路流”形成的主要原因。在内旋流区域中，其切向速度是随着筒体半径的减少而降低，即固体颗粒受到的离心力随之减少，换句话来说即是一旦固体颗粒进入内旋流区域其被分离出来的可能性也降低，亦即此处固体颗粒被内旋流带出并逃逸的概率很高。上述两处局部二次涡流是导致旋风分离效率降低的主要原因之一。为了最大限度地阻止含尘气流中的固体颗粒进入内旋流区域，本发明设计了界面导流器，破解了这道难题，界面导流器由上环板、下环板及若干立式导流片构成，立式导流片沿气体旋转方向由内向外且周向均布，界面导流器设置在外旋流和内旋流的分界面处,通过对筒锥型旋风内部流场实际测量或计算流体动力学(CFD)模拟计算可知，该分界面基本位于0.53～0.67D3，其中D3为出气管的直径。旋风内部流场分析指出：含尘气流在外旋流和内旋流的分界面处仍然处于旋转状态，即外旋流和内旋流是旋转方向一致(即或都左旋或都右旋)但方向相反(即外旋流朝下和内旋流朝上)。将界面导流器设置在外旋流和内旋流的分界面处后，含尘气体由外旋流区域不断旋转靠近内旋流区域时，气流中的固体颗粒会与界面导流器中的立式导流片发生碰撞，由于惯性的作用，发生碰撞的固体颗粒大部分会被反弹重新回到外旋流区域，进而被重新捕集；而气流则会绕过立式导流片进入内旋流区域。总之，设置界面导流器可以大幅提高固体颗粒进入内旋流的难度，抑制了上述两处局部二次涡流夹带引起的“返混”，显著提高了分离效率。

3)撇液器的巧妙设置

与纯粹的气固旋风分离器不同，液体即便是充分雾化后，由于碰撞、拦截或静电等效应，细小雾状液滴会再次形成大液滴，进而粘附在旋风分离器顶部区域形成一种流动的液膜，而液膜会沿着壁面向中心的出气管运动，最后能翻越出气管并随着气体排出，其中液膜内部都含有被液雾捕集的固体粉尘颗粒，从而造成粉尘颗粒逃逸进而降低了旋风分离器效率。为解决这一“返混”导致的除尘效率降低，本发明设置了一个圆筒状的撇液器，撇液器与出气管及界面导流器同轴固定在上封头，撇液器设置位于“外旋流”区域，当液膜流过撇液器的外壁面时，由于撇液器底部设计成一圈锯齿状结构，由于聚液齿的导流汇聚作用，较细小的液滴逐渐形成较大的液滴，在重力的作用下掉落下来，由于此时的液滴位于“外旋流”区域，液滴即被外旋流带入旋风分离器的器壁重新被捕集。

4)优化旋风进口结构

本发明的旋风分离器的旋风进口采用180°蜗壳进口，相比于普通直切式旋风分离器，含尘气流不是到达筒体后才开始发生旋转，而是预先在蜗壳通道内高速旋转后再进入旋风分离器的筒体，即为固体颗粒分离提供了预分离空间，有效降低了靠近出气管一侧的颗粒浓度，减少短路流的携尘量，显著提高了旋风分离器分离效率。另外，蜗壳通道截面积是逐步递减的，随着含尘气流旋转速度不断提高，固体颗粒所受的离心力也不断加强，亦即提高了旋风分离器的分离效率，尤其适合于对细颗粒的捕集。

因此，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器采用了多种手段来消除二次涡流、减小固体颗粒“返混”及充分“浸润”固体颗粒，实验表明：在相同条件下对旋风分离器的分离效率提升4.5～8.0％而阻力却下降了6.2～13.1％。本发明特别适合对亲水性比较好的粉尘颗粒的超高效除尘，可应用于高温和带压工况条件，本发明结构简单且设计巧妙，适合工业上大规模推广使用。

综上，本发明的采用液体洗涤的高效旋风分离器能够用尽量少的液体获得尽量高的旋风捕集效率，提高对小于5微米以下的固体颗粒的分离效率，设计巧妙，结构简洁，制造简便，制造成本低，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (10)

1.一种采用液体洗涤的高效旋风分离器，包括旋风分离器和液体喷雾装置，所述旋风分离器包括筒体、旋风进口、上封头、下封头、出气管、洗涤液和洗涤液出口，所述筒体竖向设置，所述旋风进口水平环绕在所述筒体的上端外并与所述的筒体的上端切向连接，所述液体喷雾装置连接所述旋风进口用于对进入所述旋风进口的进气进行喷雾处理，所述上封头设置在所述筒体的上端上，所述出气管竖向插设在所述上封头中并与所述筒体同轴线设置，所述下封头设置在所述筒体的下端上，所述洗涤液出口竖向插设在所述下封头中并与所述筒体同轴线设置，所述洗涤液位于所述下封头和所述筒体的下部内，其特征在于，

所述旋风分离器还包括界面导流器，所述界面导流器包括上环板、环形导流体和下环板，所述上环板和所述下环板均水平设置，所述环形导流体竖向设置，所述上环板、所述环形导流体和所述下环板均与所述筒体同轴线设置，所述上环板位于所述上封头内并连接所述出气管的下端，所述下环板位于所述的筒体的下部内并位于所述洗涤液中，所述环形导流体包括2片以上立式导流片，所述立式导流片位于所述上环板和所述下环板之间并分别连接所述上环板和所述下环板，所述立式导流片的下端位于所述洗涤液中，所述立式导流片由内向外沿气体旋转方向设置，2片以上所述立式导流片沿所述环形导流体的圆周方向均匀分布。

2.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述立式导流片的数目为6片～24片，所述环形导流体的直径与所述出气管的直径之比为0.53～0.67，所述立式导流片的展开角为35°～55°，所述界面导流器的高度与所述筒体的高度之比为0.55～0.90。

3.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述液体喷雾装置包括文丘里、储液罐、第一液体驱动部件、第二液体驱动部件和喷雾部件，所述文丘里管路连接所述旋风进口，所述洗涤液出口管路连接所述储液罐，所述储液罐通过所述第一液体驱动部件横向管路连接所述文丘里，所述储液罐通过所述第二液体驱动部件管路连接所述喷雾部件，所述喷雾部件横向插设在所述旋风进口中。

4.如权利要求3所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述喷雾部件包括进液管和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴位于所述旋风进口中，所述进液管横向插设在所述旋风进口中并连接所述雾化喷嘴。

5.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述旋风分离器还包括撇液器，所述撇液器包括撇液筒，所述撇液筒竖向设置并套设在所述的出气管的下端和所述界面导流器的上端外且与所述筒体同轴线设置，所述撇液筒的上端位于所述上封头内并连接所述上封头，所述撇液筒的下端位于所述筒体的上端内并竖向朝下设置有聚液齿。

6.如权利要求5所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述撇液筒的直径与所述筒体的直径之比为0.65～0.90，所述撇液筒的高度与所述筒体的高度之比为0.15～0.35。

7.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述旋风进口为蜗壳进口。

8.如权利要求7所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述蜗壳进口的前端的横截面为长方形，所述长方形的面积与所述筒体的直径的平方之比为0.16～0.30。

9.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述出气管的直径与所述筒体的直径之比为0.38～0.55。

10.如权利要求1所述的采用液体洗涤的高效旋风分离器，其特征在于，所述旋风分离器还包括防涡器，所述防涡器是横截面为十字形的柱体防涡器，所述柱体防涡器的底端的中部沿前后方向设置有凹槽，所述柱体防涡器位于所述下封头内并位于所述洗涤液出口的正上方，所述的柱体防涡器的底端设置在所述下封头上。

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