CN201399389Y - 入口具有倾角的旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种入口具有倾角的旋风分离器，由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧壁沿切线方向插入，其特征在于：气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口与筒体水平截面形成倾角α，倾角的范围是：arctan(S/(D－D_e))＜α＜arctan(2S/(D－D_e))；式中：D：上部圆柱形筒体的直径；D_e：排气芯管的直径；S：插入筒体的排气芯管的实际长度。

Description

入口具有倾角的旋风分离器

技术领域

本实用新型涉及旋风分离器，尤其是一种入口具有倾角的旋风分离器。

背景技术

传统的旋风分离器是利用旋转含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。其中颗粒分离的机理是：当含尘气体以较高的速度进入旋风分离器时，气流变直线运动为圆周运动，并向上向下流动，向上流动的气流一部分被顶盖阻挡而返回，另一部分则直接进入排气管被排出。向下流动的气流通过流体本身的粘滞性，带动排气管下面的圆柱型气柱渐渐发展成像刚体一样的旋转，由于尘粒的密度比空气大很多倍，因此旋转的尘粒在与气体作圆周运动的过程中，受离心加速度的作用，将从气流中分离甩向器壁，经圆锥体排入除尘器集灰箱内。根据“旋转矩不变原理”，其切向速度不断提高，当气流达到锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转而上，继续作螺旋型流动，即形成内旋气流，最后净化气经排气管排出分离器外。因为旋风分离器的结构简单可靠，能耗较小，耐高温，操作维护方便，且对分离5-10μm的粉尘效率较高，被广泛应用于化工，冶金，矿业，建材，机械，电力，轻纺等行业，特别是在中小型锅炉和多级除尘系统中作为初级除尘设备获得普遍应用。

随着工业装置生产规模的提高以及操作条件变得更为苛刻，对旋风分离器性能的要求也不断提高。一方面要求旋风分离器有更强的捕集细粉的能力；另一方面要求旋风分离器的压降进一步减少，以降低能耗。所以，迫切需要研究出高效能且低能耗的新型旋风分离器。而通常是采用有针对性地开发新结构或优化各部分尺寸的匹配关系的方法来减少不利因素的影响，以达到高效的目的。国内外已有许多学者([1]Xiang R.B.，Lee K.W.Numerical study of flow field in cyclones of different height[J].Chem.Eng.Process.，2005，44(2)：877-883；[2]Zhu Y.，Kim M.C.，Lee K.W.et al.Designand performance evaluation of a novel double cyclone[J].Aerosol Sci.andTechnol.，2001，34(2)：373-380；[3]Plomp A.Beumer M.I.L，Hoffmann A.C.Post cyclone(POC)an approach to a better efficiency of dust cyclone[J].J.Aerosol Sci.，1996，27，Suppl.1，S631-S632；[4]Xiang R.B.，Park S.H.，LeeK.W.Effects of cone dimension on cyclone performance[J].J.Aerosol Sci.，2001，32(4)，549-561；[5]钱付平.不同排尘结构及操作条件旋风分离器分离特性的研究[D]：[博士学位论文].南京：东南大学热能工程研究所，2006)在这方面做出了大量试验研究，也提出了很多可行的措施和设计方案并已应用于实际工程中。然而，纵观过去的100多年，旋风分离器的主要研究方向大都集中在筒体、锥体、排气芯管以及排尘结构上，相对于旋风分离器的进口形式则很少有人注意，国内外只有极少数学者进行过相关的研究。实际上，对于常规的切向进口旋风分离器，在旋风分离器顶板，排气管外壁与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，将形成局部涡流(上涡流)，夹带着相当数量的颗粒向中心流动，并沿排气管外表面下降，最后随中心上升气流逸出排气管(短路流)，从而影响分离效率。因此，在旋风分离器的设计中，有效避免这种短路流所造成的不利影响成为旋风分离器结构优化的关键。沈恒根([6]沈恒根，张玮.旋风分离器进口回转通道气尘分离模型[J].西安建筑科技大学学报，1998，30(1)：44-46；[7]沈恒根.工业旋风分离器技术的继续研究与应用.[博士后研究工作报告].西安：西安交通大学，1998)、赵兵涛([8]赵兵涛，沈恒根.旋风器进口回转通道分级效率模型[J].化工机械，2001，28(6)：321-323；[9]赵兵涛，沈恒根，张吉光.不同进口回转通道旋风器性能的关联评价[J].建筑热能通风空调，2003，(2)：21-22)等提出了在旋风分离器进口区域设置回转通道从而使回转通道成为进入旋风分离器筒体分离空间前的预分离空间，有效地降低了进入旋风分离器筒体空间后靠排气芯管一侧的颗粒浓度，减少了短路流携尘量，显著地提高旋风分离器的分离效率。为了降低旋风分离器的压力损失，沈恒根([10]沈恒根，刁永发，党义荣等.多进口旋风分离器单体性能的试验研究[J].环境工程，1998，116(4)：33～34)及赵兵涛([11]Zhao B.T.Experimental investigation of flow patterns in cyclones withconventional and symmetrical inlet geometries[J].Chem.Eng.Technol，2005，28(9)：969-972)等采用了双进口进气，由于进口面积为原来的2倍，使进口气流速度减半，从而降低了阻力；双进口结构由于采用在旋风分离器内多点对称进气，增强了旋风分离器内部流场的轴对称性，使短路流携尘量减少。尽管如此，由于常规切向进口旋风分离器的气流进入旋风分离器后必定要经过排气芯管外壁和筒体内壁之间，因此，不可避免会存在短路流。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对现有旋风分离器结构不可避免会存在短路流的实际问题，提供一种入口具有倾角的旋风分离器。

本实用新型的目的是这样实现的：一种入口具有倾角的旋风分离器，由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧壁沿切线方向插入，其特征在于：气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口与筒体水平截面的倾角α，倾角的范围是：

$\arctan \frac{S}{D-D_e}<\mathrm{\&alpha;}<\arctan \frac{2S}{D-D_e};$

式中：D：上部圆柱形筒体的直径；D_e：排气芯管的直径；S：插入筒体的排气芯管的实际长度。

本实用新型的优点在于：由于旋风分离器具有一定的入口倾角后会使得粉尘由于重力和惯性力的作用直接进入到旋风分离器的芯管以下甚至是锥体部分，从而直接得到分离，因此不仅能起到使颗粒预分离的作用，还能更大程度地减小芯管底部短路流。另外，在传统旋风除尘器结构中，进气蜗壳底板与旋风筒轴线是垂直的，由于气流从上部切线方向进入分离器后向下旋转，这必然引起分离器顶部倒空形成上涡旋气流产生顶部灰环，灰环沿着排气管道外表面旋转向下时，会在排气管入口处与已净化废气的上旋气流混合，而后经排气管排出。而此下倾角度保证了尘粒遇到筒壁反弹时绝对折射朝下，可以有效的减少进入筒体后向上旋转的气流，从而减少直接由排气管排出的尘粒数量，以提高旋风分离器的分离效率。同时，由于旋风分离器的压力损失中入口涡旋损失占很大一部分，而具有一定入口倾角的旋风分离器将进口的强旋流动变成近似直线运动，因此该结构还能有效降低旋风分离器的压力损失。

附图说明

图1具本实用新型实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3在Van Tongeren型旋风分离器中采用不同入口倾角时的压力损失比较；

图4在Van Tongeren型旋风分离器中采用不同入口倾角时的分级效率比较。

图中：1、入口，2、排气芯管，3、筒体。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本实用新型实施例的具体结构，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

由图1图2可见，旋风分离器由筒体3、气流的入口1和排气芯管2，其中，筒体3的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管2由筒体3顶部中央插入，气流的入口1由筒体3上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口1与筒体3水平截面的倾角α，倾角的范围可以按照下列公式计算：

$\arctan \frac{S}{D-D_e}<\mathrm{\&alpha;}<\arctan \frac{2S}{D-D_e};$

式中：D：上部圆柱形筒体的直径；D_e：排气芯管的直径；S：插入筒体的排气芯管的实际长度。

在本实施例中，旋风分离器结构尺寸列入表1；根据计算，倾角α的范围在53-63°。

表1.旋风分离器结构尺寸(单位：m)

实施例2

试验机型：Van Tongeren型旋风分离器。

实验颗粒为密度为2750kg/m³滑石粉，由SA-CP3离心粒径分析仪测得其粒径分布。实验颗粒由振动加料器加入旋风分离器入口，入口处颗粒浓度控制在10g/Nm³。

分离效率由收尘称重法确定，称量仪器为天平(精度为1g)，压力损失由U型压差计测定。

试验中通过采用0°、30°、45°入口倾角进行分离性能的实验，由图3和图4可见，在相同的入口风速下，随着入口倾角的增加，旋风分离器总效率和分级效率增加，而压力损失却减小。

Claims (1)

1、一种入口具有倾角的旋风分离器，由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧壁沿切线方向插入，其特征在于：气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口与筒体水平截面形成倾角α，倾角的范围是：

$\arctan \frac{S}{D-D_e}<\mathrm{\&alpha;}<\arctan \frac{2S}{D-D_e};$

式中：D：上部圆柱形筒体的直径；D_e：排气芯管的直径；S：插入筒体的排气芯管的实际长度。

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