CN113856385B - 一种高效低阻的气固或气液分离器及分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气固或气液分离领域，并具体公开了一种高效低阻的气固或气液分离器及分离方法，其包括多个并排层叠的谐波曲面板，其中：两个相邻的谐波曲面板间形成分离通道，该分离通道包括前段的粗分离段和后段的细分离段，所述粗分离段的谐波曲率小于所述细分离段的谐波曲率，而幅值则相反，可迫使气固或气液两相流产生满足分离要求的曲率和幅值，且处于所述细分离段的谐波曲面板上开设有分离孔；所述谐波曲面板上安装有弹性谐振子。本发明设计的分离器能在同一弯曲流道实现粗细颗粒的分级分离，整个分离过程阻力小且稳定，分离效率高，并且能够适应更宽的气流速度范围，同时通过弹性谐振子可以周期性地自动清除被分离物。

Description

一种高效低阻的气固或气液分离器及分离方法
技术领域
本发明属于气固或气液分离领域，更具体地，涉及一种高效低阻的气固或气液分离器及分离方法。
背景技术
气固/气液分离技术主要包括：离心分离，代表性的产品有离心分离器、波纹管分离器，对分离的粒径和周向旋转速度有严格要求，即所谓的切割粒径；滤袋分离，分离效率高，但阻力大，一般大于500Pa，运行中很容易上升到1000Pa以上，造成负荷不稳定，主要产品有滤袋、滤网；粉尘或液滴荷电分离，对微细颗粒的粉尘分离效率不是很高，且成本高，主要产品有电除尘器；吸附分离，易出现饱和，需要再生，主要用于微组分气气分离、气液分离。
此外，现有分离器一般无法同时分离流体中多种粒径的颗粒，且在分离后需要配合其他装置或操作对分离物进行清除。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高效低阻的气固或气液分离器及分离方法，其目的在于，在同一弯曲流道实现粗细颗粒的分级分离，整个分离过程阻力小且稳定，分离效率高，同时可以自动清除被分离物。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种高效低阻的气固或气液分离器，包括多个并排层叠的谐波曲面板，其中：
两个相邻的谐波曲面板间形成分离通道，该分离通道包括前段的粗分离段和后段的细分离段，所述粗分离段的谐波曲率小于所述细分离段的谐波曲率，且处于所述细分离段的谐波曲面板上开设有分离孔；所述谐波曲面板上安装有弹性谐振子。
作为进一步优选的，所述分离孔开设在细分离段谐波曲面板上曲率最大点附近。
作为进一步优选的，所述分离孔为数排不同孔径的孔。
作为进一步优选的，所述粗分离段的谐波幅值大于细分离段的谐波幅值。
作为进一步优选的，所述谐波曲面板的两端分别固定有圆柱，该圆柱的直径满足谐振条件。
作为进一步优选的，所述圆柱上设有分流防磨引风锥面。
作为进一步优选的，所述谐波曲面板整体呈直线型、圆弧形或螺旋状。
作为进一步优选的，所述弹性谐振子包括横向弹性谐振子和纵向弹性谐振子，分别用于使所述谐波曲面板沿横向和纵向振动。
作为进一步优选的，所述谐波曲面板的长宽比及厚度满足谐振条件。
按照本发明的另一方面，提供了一种气固或气液分离方法，其采用上述分离器实现，包括如下步骤：气固或气液流体依次通过粗分离段和细分离段，在粗分离段通过离心作用、撞击和沾附将气流携带的较大粒径颗粒分离出来；在细分离段气流携带的较小粒径颗粒随气流通过分离孔，产生流线收缩与弯曲，形成微小颗粒的浓缩与团聚，以及孔表面沾附作用将较小粒径颗粒分离出来；然后弹性谐振子振动，使谐波曲面板沿横向和纵向振动，进而使分离出的颗粒掉落，完成气固或气液分离。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过曲率和分离孔的设计，在谐波板中区分粗、细分离段，可以在同一弯曲流道实现粗细分级分离；同时由于通道的流线型设计，对流体的阻力小且稳定，分离效率高，能够适应大于1m/s以上的气流速度范围。
2.粗分离段曲率较小，由于其本身具有的曲率和幅值，流体通过时通过离心作用、撞击和沾附，可将气流携带的较大粒径颗粒分离出来；而在细分离段曲率较大，气流携带的较小粒径颗粒随气流通过分离孔，会产生流线收缩与弯曲，形成微小颗粒的浓缩与团聚，结合孔表面沾附作用将较小粒径颗粒分离出来。
3.本发明在谐波曲面板上安装弹性谐振子，通过其振动可以自动周期性地清除被分离物(灰或液体颗粒)，同时进一步使谐波曲面板的长宽比、厚度，以及圆柱的直径满足谐振条件，提高清除效果。
4.本发明将分离孔开设在细分离段谐波曲面板上曲率最大点附近，可以减少对离心分离的影响，同时采用不同孔径适应脱除不同大小的颗粒。
5.本发明通过圆柱对谐波板进行固定，并在圆柱上设有锥面，一方面可以通过锥面对流体进行初步分流，另一方面可以减轻圆柱及谐波曲面板的磨损。
6.本发明的谐波曲面板整体上除了为直线型，还可以根据需要进一步设计为圆弧形或螺旋状，以适应不同形状的流道需要。
7.本发明分离器可广泛用于循环流化床离心分离器的强化分离，煤粉炉替代电除尘器，脱硫塔的汽水分离，以及其它汽水凝结与分离；分离过程中压降小于500Pa，分离效率大于95％。
附图说明
图1为本发明实施例高效低阻的气固或气液分离器结构示意图；
图2为本发明实施例大型循环流化床气固旋风分离器强化分离图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-粗分离段，2-细分离段，3-分离孔，4-分流防磨引风锥面，5-圆柱，6-横向弹性谐振子，7-纵向弹性谐振子，8-气体出口，9-垂直固定谐振子，10-水平固定谐振子，11-锥筒，12-固体颗粒出口，13-旋风筒直段，14-螺旋板孔强化分离锥。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种高效低阻的气固或气液分离器，如图1所示，包括多个并排层叠的谐波曲面板，其中：
两个相邻的谐波曲面板间形成分离通道，所述谐波曲面板分为前后两段，其中前段谐波曲率小于后段谐波曲率，而幅值则相反，使分离通道分为曲率较小的粗分离段1和曲率较大的细分离段2，其具体曲率根据分离对象特性设定；处于所述细分离段2的谐波曲面板上分布有不同孔径的分离孔3，分离孔3优选开设在细分离段2谐波曲面板上曲率最大点附近，减小其对对离心分离的影响；所述谐波曲面板上安装有弹性谐振子，具体的，谐波曲面板两端安装有横向弹性谐振子6，相邻谐波曲面板之间安装有纵向弹性谐振子7，从而可以使谐波曲面板沿横向和纵向振动，即沿垂直于分离通道入口和出口连接线方向的两个方向振动。
进一步的，所述谐波曲面板的两端分别固定有圆柱5，该圆柱5上设有分流防磨引风锥面4，且圆柱5的直径满足谐振条件。
进一步的，所述谐波曲面板的长宽比及厚度满足谐振条件。
进一步的，为适应不同需要，谐波曲面板可整体呈直线型直接使用(如图1所示)，也可进一步做成圆弧形或螺旋状(如图2所示)。
采用上述分离器进行气固或气液分离，包括如下过程：气固或气液流体进入分离通道，依次通过粗分离段1和细分离段2；具体的，在粗分离段1由于其本身具有的曲率和幅值，迫使经过的气固或气液两相流产生满足分离要求的曲率和幅值，经几个周期的谐波离心分离、撞击和沾附，可将气流携带的较大粒径颗粒分离出来，完成粗颗粒的分离；在细分离段2除了上述离心分离、撞击和沾附作用，气流携带的较小粒径颗粒会随气流通过分离孔3，产生流线收缩与弯曲，形成微小颗粒的浓缩与团聚，以及孔表面沾附作用将较小粒径颗粒分离出来。气固分离和气液分离的差异在于：固体大颗粒分离出来后会直接掉落，小颗粒可能沾附在表面形成大颗粒后掉落；而液体颗粒直接掉落的较少，大部分会在面板上沾附、凝聚成液膜下流。然后弹性谐振子振动，根据运行要求确定其振动频率，使谐波曲面板沿横向和纵向振动，进而使分离出的粘附在谐波曲面板上的颗粒掉落或液膜的剥离，完成气固或气液分离。
以下为具体实施例：
现有的大型循环流化床旋风分离器筒体直径变大以后，受运行条件限制，周向速度提升的空间不大，而离心直径的增大，使离心力大幅下降，切割粒径变大(>120μm)，分离效果不理想。在该旋风分离器的环形空间植入本发明螺旋形离心波板-渗流滤孔-弹性谐振一体化的强化分离器，具体的，如图2所示，强化分离器包括原有的旋风筒直段13和设置在旋风筒直段13中的螺旋板孔强化分离锥14，该螺旋板孔强化分离锥14即为螺旋状的谐波曲面板，使用时，气固两相流从上部进入螺旋板孔强化分离锥14并进行气固分离，然后分离的气体从下部流出后，向上从气体出口8流出，分离的固体经垂直固定谐振子9和水平固定谐振子10的振动掉落，经锥筒11从固体颗粒出口12排出，完成气固分离。该强化分离器适应的气固流速从几米到几十米，气体颗粒浓度数十克每立方米。波板的曲率、渗流孔径、谐振频率根据气固流速范围、密度、沾附特性等进行设计计算和试验校正。实施该方案后可以最大限度地降低出口气体携带的粉尘量，减少颗粒粒径，从而减少锅炉尾部受热面的吹灰频率，增大换热效果。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，包括多个并排层叠的谐波曲面板，其中：
两个相邻的谐波曲面板间形成分离通道，该分离通道包括前段的粗分离段（1）和后段的细分离段（2），所述粗分离段（1）的谐波曲率小于所述细分离段（2）的谐波曲率，且处于所述细分离段（2）的谐波曲面板上开设有分离孔（3）；所述谐波曲面板上安装有弹性谐振子；所述谐波曲面板的长宽比及厚度满足谐振条件。
2.如权利要求1所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述分离孔（3）开设在细分离段（2）谐波曲面板上曲率最大点附近。
3.如权利要求2所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述分离孔（3）为数排不同孔径的孔。
4.如权利要求1所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述粗分离段（1）的谐波幅值大于细分离段（2）的谐波幅值。
5.如权利要求1所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述谐波曲面板的两端分别固定有圆柱（5），该圆柱（5）的直径满足谐振条件。
6.如权利要求5所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述圆柱（5）上设有分流防磨引风锥面（4）。
7.如权利要求1所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述谐波曲面板整体呈直线型、圆弧形或螺旋状。
8.如权利要求1所述的高效低阻的气固或气液分离器，其特征在于，所述弹性谐振子包括横向弹性谐振子和纵向弹性谐振子，分别用于使所述谐波曲面板沿横向和纵向振动。
9.一种气固或气液分离方法，采用如权利要求1-8任一项所述的分离器实现，其特征在于，包括如下步骤：气固或气液流体依次通过粗分离段（1）和细分离段（2），在粗分离段（1）通过离心作用、撞击和沾附将气流携带的较大粒径颗粒分离出来；在细分离段（2）气流携带的较小粒径颗粒随气流通过分离孔（3），产生流线收缩与弯曲，形成微小颗粒的浓缩与团聚，以及孔表面沾附作用将较小粒径颗粒分离出来；然后弹性谐振子振动，使谐波曲面板沿横向和纵向振动，进而使分离出的颗粒掉落，完成气固或气液分离。
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