CN113559619B - 两级分离除尘设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种两级分离除尘设备及其方法，属于工业除尘领域。该设备自上而下依次为阵列式旋流管、旋风筒、集尘器；阵列式旋流管包括外筒、若干呈阵列方式嵌入外筒内的旋流管单元；其中旋流管单元包括筒体单元、旋流子单元、尾喷管单元；旋风筒内沿中心轴线从上到下依次为内排气管、导流子，旋风筒下端与集尘器相连，旋风筒内上端沿中心轴线设置内排气管。本发明通过增加导流子和阵列式旋流管结构，调节旋风分离器内旋流的旋向，对内旋流进行二次分离，减少压降损失，提高了分离效率。

Description

两级分离除尘设备及其方法
技术领域
本发明设计一种两级分离除尘设备及其方法，属于工业除尘领域。
背景技术
在工业生产中需要及时从空气或者污水中有效排除混杂的尘沙粒子，避免颗粒堆积，提高设备的使用寿命。因此，分离技术广泛应用于燃煤、矿业、机械加工、材料加工、化工、食品等领域。旋风分离器因为操作简单、管理方便、价格低廉且分离效率较高，被广泛应用于气固系或液固系的分离，特别适合含尘浓度较高、粒子粒径较大的领域。
然而，旋风分离器对于细粉尘的分离效率较低，造成细小粉尘的逃逸，目前针对这类问题所采取的措施是在排气管后加入滤网或者静电除尘装置，但是滤网除尘定期需更换清洗，经济性较差，而静电除尘则具有能耗大、设备复杂且受环境影响较大的缺点；同时，由于逆流式的分离设备分为内旋流和外旋流，容易使得逆流流体与旋转流体的旋转方向相反，进而因切应力过大而造成压降过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低阻、高效且可以适用于更广范围粒径颗粒的一种两级分离除尘设备及其方法，其优点在于解决了传统的旋风分离器因内外旋流方向相反而造成的压降过大、难以分离细小颗粒的问题，使除尘设备不再受颗粒粒径的限制，替代了过滤网和静电除尘等普通方法，杜绝了除尘设备阻力大、能耗高的缺点，同时提高现有的旋风分离器的使用性能，具有优良的普适性。
一种两级分离除尘设备，其特征在于：从上到下依次包括阵列式旋流管、旋风筒、集尘器；
上述阵列式旋流管包括外筒、若干呈阵列方式嵌入外筒内的旋流管单元；其中旋流管单元包括筒体单元、旋流子单元、尾喷管单元；筒体单元下端为进气端，上端为出气端，旋流子单元布置于筒体单元内部中心位置，其迎风面朝下，背风面朝上；尾喷管单元呈渐扩式且固定安装于的筒体单元的出气端；
上述旋风筒筒体由两部分组成，上部分为圆柱筒，下部分为上口大下口小的圆锥筒；
其中旋风筒的圆柱筒内沿中心轴线设置内排气管，旋风筒的内壁与内排气管的外壁之间形成环形通道；
其中旋风筒的圆柱筒的侧壁沿切向设有侧向进气筒；侧向进气筒位置高于内排气管的下端位置；
其中旋风筒的圆锥筒内沿中心轴线设置导流子；
其中旋风筒的圆锥筒的下端与集尘器相接；
上述阵列式旋流管安装于旋风筒的上端，其下端与内排气管上端相连。
所述的两级分离除尘设备的方法，其特征在于包括以下过程：多相流流经侧向进气筒，流体因侧向进气筒与旋风筒的圆柱筒相切而产生了以螺旋形式流动的高速旋转流；高速旋转流分为两部分，大部分流体由于螺旋半径较大，在旋风筒近壁面处形成主流区，为外旋流；而另一小部分由于进入旋风筒后切向半径较小，沿内排气管流动，为近轴流；
外旋流由旋风筒的圆柱筒开始，在旋风筒的圆锥端中止；这部分多相流中的固体颗粒由于旋流的惯性作用，撞击旋风筒的内壁面后沉降分离，落入集尘器中；在旋风筒的锥形壁面中，由于流体旋转半径的减小，得以分离出更小的颗粒；多相流在下降过程中，不断地向中心流体流入，形成内旋流，夹杂着未分离细小颗粒的内旋流螺旋上升，经导流子后与外旋流的旋向一致，进入至内排气管排出；
近轴流运动至排气管的下端，与上升的内旋流汇合，进入至内排气管中；
由内排气管排出的流体进入阵列式旋流管，流入旋流管单元，经旋流子单元分离，分离后的细小颗粒在筒体单元的近壁面处旋转而出，沉降至到外筒内，从而实现二次净化，纯净气体通过尾喷管单元排出。
本发明进一步改善之处：旋流子和导流子的叶形不再仅限于L型叶片，任何可使流体产生旋流的叶片，例如螺旋叶片或C型叶片，均可用于该结构；
旋流子和导流子的导流锥不仅限于圆柱或椭圆外形，任何有利于导流的结构，例如水滴型结构，均可适用于本专利；
叶片类型以及导流锥形状的选择应根据实际应用场合而定。
所述的一种两级分离除尘设备，其特征在于：导流子叶片的螺旋方向，应与流体进入侧向进气筒后所产生的旋流方向相同；导流子叶片的螺旋角度，应控制在0°~30°之间，使内旋气流的旋流度在可控范围内，以保证气流内旋的稳定性；
导流子的径向长度应为内排气管的管径的1/2~3/4，以避免因导流子过小而使内旋流之间产生相对速度，同时避免因导流子过大而使内旋流导流后无法完全进入内排气管，影响旋风筒内的流动；使内旋气流可以充分进入至排气管，不至于流失或破坏外旋流的流动特性；
导流子安装于旋风筒内高度的1/3~1/2处，从而使外旋流底部的流场不被破坏，并且使内旋流充分预旋减小压降。
有益效果：在内旋流上升过程中，经导流子导流后，使内旋流的旋向与外旋流的旋向一致，减少了因不同流层之间的切应力而造成的压降损失，提高除尘设备的经济性；同时，夹杂着细小颗粒的内旋流在经内排气管导出后流经阵列式旋流管，进行二次分离和过滤，增大了分离效率，实现了对废气的有效回收；该除尘设备的使用，扩大了旋风分离器的适用范围，使得除尘设备能够运用于更广泛的领域，适合更复杂条件下的颗粒分离。
附图说明
图1为两级分离除尘设备的主视图；
图2为两级分离除尘设备的俯视图；
图3为阵列式旋流管的俯视示意图；
图4为旋流管单元示意图；
图5为导流子示意图；
图中标号名称：1侧向进气筒、2旋气筒、3导流子、4阵列式旋流管、5内排气管、6集尘器、41外筒、42旋流管单元、421筒体单元、422旋流子单元、423尾喷管单元。
具体实施方式
为使本领域技术人员理解本发明的技术方案，下面结合图1-5做如下说明。
一种两级分离除尘设备及其方法，包括：侧向进气筒1、旋气筒2、导流子3、阵列式旋流管4、内排气管5、集尘器6；其中，阵列式旋流管4包括外筒41以及旋流管单元42；旋流管单元42包括筒体单元421、旋流子单元422、尾喷管单元423。
需要分离的流体进入侧向进气筒1，由于侧向进气筒1与旋气筒2相切使流体产生高速旋转运动，绝大部分流体围绕侧向旋风筒2的内壁面呈螺旋形式流动，少部分流体围绕内排气管5向下运动；
其中的大部分流体流动由旋风筒2的圆柱筒端开始，止于旋风筒2的圆锥段尾端，在这部分多相流流体中，固体颗粒由于惯性作用撞击壁面，颗粒的动量减小后沉降分离，落入至集尘器6中；在旋风筒2的锥形壁面中，由于流体旋转半径的减小，使得可以分离出更小的颗粒；多相流在下降过程中，不断地向中心流体流入形成内旋流，夹杂着未分离细小颗粒的内旋流螺旋上升，经导流子6后与外旋流的旋向一致；少部分流体因螺旋半径较小，运动至内排气管5的下端，与上升的内旋流汇合，进入至内排气管5；
流体通过内排气管5后进入至阵列式旋流管4，流入各个旋流管单元42，经旋流子单元422后产生二次旋流，进行第二级过滤，细小颗粒旋转至筒体单元421的近壁面后被分离而出，沉降至外筒41中，纯净气体进入至尾喷管单元423后排出。
以上所述仅为本专利的具体实施方式，并非用以限定本专利的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本专利的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种两级分离除尘设备，其特征在于：
从上到下依次包括阵列式旋流管(4)、旋风筒(2)、集尘器(6)；
上述阵列式旋流管(4)包括外筒(41)、若干呈阵列方式嵌入外筒(41)内的旋流管单元(42)；其中旋流管单元(42)包括筒体单元(421)、旋流子单元(422)、尾喷管单元(423)；筒体单元(421)下端为进气端，上端为出气端，旋流子单元(422)布置于筒体单元(421)内部中心位置，其迎风面朝下，背风面朝上；尾喷管单元(423)呈渐扩式且固定安装于的筒体单元(421)的出气端；
上述旋风筒(2)筒体由两部分组成，上部分为圆柱筒，下部分为上口大下口小的圆锥筒；
其中旋风筒(2)的圆柱筒内沿中心轴线设置内排气管(5)，旋风筒(2)的内壁与内排气管(5)的外壁之间形成环形通道；
其中旋风筒(2)的圆柱筒的侧壁沿切向设有侧向进气筒(1)；侧向进气筒(1)位置高于内排气管(5)的下端位置；
其中旋风筒(2)的圆锥筒内沿中心轴线设置导流子(3)；
其中旋风筒(2)的圆锥筒的下端与集尘器(6)相接；
上述阵列式旋流管(4)安装于旋风筒(2)的上端，其下端与内排气管(5)上端相连；
上述导流子(3)叶片的旋转方向，与流体进入侧向进气筒(1)后所产生的旋向相同；
导流子(3)的径向长度为内排气管(5)的管径的1/2~3/4，以避免因导流子(3)过小而使内旋流之间产生相对速度，同时避免因导流子(3)过大而使内旋流导流后无法完全进入内排气管(5)，影响旋风筒(2)内流体的流动；
导流子(3)安装于旋风筒(2)内高度的1/3~1/2处，从而保护外旋流底部的流场不被破坏，并且使内旋流充分预旋减小压降。
2.根据权利要求1所述的两级分离除尘设备的方法，其特征在于包括以下过程：
多相流流经侧向进气筒(1)，流体因侧向进气筒(1)与旋风筒(2)的圆柱筒相切而产生了以螺旋形式流动的高速旋转流；高速旋转流分为两部分，大部分流体由于螺旋半径较大，在旋风筒(2)近壁面处形成主流区，为外旋流；而另一小部分由于进入旋风筒(2)后螺旋半径较小，沿内排气管(5)流动，为近轴流；
外旋流由旋风筒(2)的圆柱筒开始，在旋风筒(2)的圆锥端中止；这部分多相流中的固体颗粒由于旋流的惯性作用，撞击旋风筒(2)的内壁面后沉降分离，落入集尘器(6)中；在旋风筒(2)的锥形壁面中，由于流体旋转半径的减小，得以分离出更小的颗粒；多相流在下降过程中，不断地向中心流体流入，形成内旋流，夹杂着未分离细小颗粒的内旋流螺旋上升，经导流子(3)后与外旋流的旋向一致，进入至内排气管(5)排出；
近轴流运动至内排气管(5)的下端，与上升的内旋流汇合，进入到内排气管(5)中；
由内排气管(5)排出的流体进入阵列式旋流管(4)，流入旋流管单元(42)，经旋流子单元(422)分离，分离后的细小颗粒在筒体单元(421)的近壁面处旋转而出，沉降至到外筒(41)内，从而实现二次净化，纯净气体通过尾喷管单元(423)排出。
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