CN203235576U - 一种旋风分离器的进气入口结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气固分离的旋风分离器的进气入口结构，在旋风分离器矩形入口结构的流道内附加一个螺旋导流板。本实用新型一种附加螺旋板导流板的旋风分离器入口结构由矩形入口管(2)、螺旋导流板(4)、支撑板(5)组成。采用本实用新型附加螺旋导流板的入口结构后，气流通过入口结构的流道时，在螺旋导流板的作用下，产生一个与旋风分离器环形空间的二次流反向的旋转流。气流进入环形空间后由于存在一个与二次流转向相反的旋转流，从而抑制了二次流在环形空间的产生，结果破坏了顶灰环形成的条件，抑制了顶灰环的形成，减小旋风分离器的器壁磨损，抑制了颗粒的逃逸和在升气管外壁的沉积。

Description

一种旋风分离器的进气入口结构

技术领域

本实用新型涉及气固分离领域用旋风分离器的一种进气入口结构，其在旋风分离器的入口流道中设置一个使气流旋转的螺旋导流板结构，安装这种入口结构可有效地减轻因旋风分离器环形空间二次流所携带颗粒造成的颗粒逃逸，消除顶灰环造成的器壁磨损，同时也可以抑制颗粒在旋风分离器升气管外壁表面的沉积，从而改进旋风分离器的分离性能。 

背景技术

旋风分离器是一种使用广泛的气固分离设备，大部分旋风分离器的入口结构采用矩形入口结构，如图1所示，主要包括：旋风分离器本体(1)、矩形入口结构(2)、升气管(3)等，矩形入口结构与旋风分离器的连接，或是采用蜗壳式过渡与旋风分离器本体连接，见图2，或是切向与旋风分离器本体连接，见图3。矩形入口的作用是将沿直线流动的气流引入到旋风分离器的本体上部，在旋风分离器圆形器壁的约束下形成旋转流，进而在旋风分离器本体内形成离心力场对气固两相流中的固体颗粒进行离心分离。 

旋风分离器内部的气流流场分析表明，气流进入旋风分离器的环形空间后，即旋风分离器本体与升气管之间的空间，受到圆形器壁的约束，形成旋转流动，由此产生了指向弯管外侧的离心力，形成径向压力梯度，离心力与径向压力梯度平衡： 

$\frac{V_t^2}{r}=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂p}{\∂r}$

在环形空间的任意纵截面上，由于存在着器壁表面的附面层和摩擦阻力的影响，使器壁附近的气流切向速度急剧减小，直至为零。从轴向看，不同轴向位置的切向速度沿径向分布存在很大的变化，接近上盖板附近的切向速度相对 比较小，因此依据上述公式计算的不同轴向位置的离心力也是不同的，压力分布沿轴向存在很大的不均匀性。例如，在弯管任意一个纵截面上，见图4，上表面SR附近的切向速度低于QT处的切向速度，QT之间的径向压力梯度大于SR相应的径向压力梯度，结果外侧T的压力高于S，内侧中心Q点的压力低于R，造成流体从外侧T沿壁面向上流动，再沿上表面由S向内侧流向R，外侧产生垂直于切向速度的向上的轴向速度，内侧产生垂直于切向速度的向下的轴向速度，上侧产生向内的径向速度，在纵截面上形成如图4所示的二次流。实际上在旋风分离器的环形空间气流运动是主流切向速度与二次流的叠加，是一种旋转拧流，见图5。 

由于在旋风分离器的环形空间上部二次流的存在，对颗粒的运动有很大的影响，颗粒除受到切向速度离心力的作用外，还受到二次流的作用。二次流中上行的轴向速度对颗粒的曳力与颗粒的重力平衡，颗粒向外的离心力与向内的二次流中的径向速度的曳力平衡，使颗粒悬浮在旋风分离器的环形空间的外角处，在环形空间形成一个旋转的顶灰环，见图6，即颗粒聚集在旋风分离器环形空间的上部外角处形成旋转的颗粒群，实验和数值模拟均可以表明顶灰环的存在，见图7。 

这种顶灰环的存在对旋风分离器的运行具有很大的危害，一方面加剧对旋风分离器器壁的磨损，另一方面这种流动形式使已经被分离到器壁的颗粒沿着外壁上行，在上盖附近径向向内流动，然后在沿着升气管器壁下行，最后从升气管入口逃逸，降低分离效率，同时颗粒在升气管外壁的流动过程中，部分粘附性的颗粒会粘附在升气管的外壁上，形成一个颗粒沉积层。这种粘附性颗粒若发生化学反应，固化，则会逐渐长成很厚的沉积层。例如催化裂化装置沉降器内旋风分离器的升气管表面的结焦，见图8，这种结焦焦块当受到外部力的作 用时，就会脱落堵塞旋风分离器的下部排料料腿，造成旋风分离器的分离功能失效。 

对旋风分离器的研究和应用现场调研表明：顶灰环产生的器壁磨损问题、颗粒逃逸和升气管器壁表面的沉积问题，对于旋风分离器的运行而言是一种潜在的危害。为此消除顶灰环是解决上述问题的前提。 

发明内容

为了解决上述顶灰环所造成的问题，本实用新型提供了一种旋风分离器进气入口结构，可以有效的抑制顶灰环的形成，进而减轻旋风分离器器壁的磨损、减小颗粒的逃逸和抑制升气管外壁的颗粒沉积。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：在旋风分离器矩形入口结构的流道内附加一个螺旋导流板。采用本实用新型附加螺旋导流板的入口结构后，气流通过入口结构的流道时，在螺旋导流板的作用下，产生一个与二次流反向的旋转流。气流进入环形空间后由于存在一个与二次流转向相反的旋转流，从而抑制了二次流在环形空间的产生，结果破坏了顶灰环形成的条件，抑制了顶灰环的形成，进而减小旋风分离器的器壁磨损，抑制了颗粒的逃逸，以及在升气管外壁的沉积。 

如图9所示，本实用新型一种旋风分离器的进气入口结构由矩形入口管(2)、螺旋导流板(4)、支撑板(5)组成。 

一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：在矩形入口管(2)内设置一个螺旋导流板(4)，并通过支撑板(5)固定在矩形入口管的器壁上。 

一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的旋转方向，从入口方向看，左侧进气旋风分离器为逆时针方向旋转。 

一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的旋转直 径c＝0.6～1a，a是旋风分离器矩形入口宽度。 

一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的螺旋角度90°～270°，图9为90°，图10为180°。 

一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的长度L＝1～4a，a是旋风分离器矩形入口宽度。 

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细地说明。 

附图说明

图1是旋风分离器的结构图 

图2是矩形入口结构蜗壳式过渡与旋风分离器本体连接 

图3是矩形入口结构切向与旋风分离器本体连接 

图4是旋风分离器环形空间的二次流 

图5是旋风分离器环形空间的拧流示意图 

图6是旋风分离器的顶灰环和升气管表面的颗粒沉积 

图7是旋风分离器的顶灰环 

图8是旋风分离器升气管表面的结焦 

图9是附加螺旋板导流板的旋风分离器入口结构(螺旋角度90°) 

图10是附加螺旋板导流板的旋风分离器入口结构(螺旋角度180°) 

其中：1-旋风分离器本体；2-矩形入口结构；3-升气管；4-螺旋板导流板；5-支撑板。 

a-旋风分离器矩形入口宽度； 

b-旋风分离器矩形入口高度； 

c-螺旋板导流板旋转直径； 

d-旋风分离器升气管直径； 

D-旋风分离器直径； 

h-旋风分离器锥体高度； 

H-旋风分离器筒体高度； 

L-螺旋导流板长度。 

具体实施方式

如图9所示，本实用新型一种旋风分离器的进气入口结构，由矩形入口管(2)、螺旋导流板(4)、支撑板(5)组成。螺旋导流板(4)通过支撑板(5)固定在矩形入口管的器壁上。螺旋导流板(4)的旋转方向，以左进气旋风分离器为例，从入口方向看，为逆时针方向旋转。螺旋导流板(4)的旋转直径c＝0.6～1a，a是旋风分离器矩形入口宽度。螺旋导流板(4)的螺旋角度90°～270°，图9为90°。螺旋导流板(4)的长度L＝1～4a，a是旋风分离器矩形入口宽度。 

采用FLUENT流体计算软件对附加螺旋板导流板的旋风分离器的气相流场进行计算，计算结果表明由于附加螺旋板导流板的作用，有效的抑制了旋风分离器环形空间的二次流的形成，进而减小了顶灰环的存在范围。 

Claims (5)

1.一种旋风分离器的进气入口结构，由矩形入口管(2)、螺旋导流板(4)、支撑板(5)组成，其特征在于：在矩形入口管(2)内设置一个螺旋导流板(4)，并通过支撑板(5)固定在矩形入口管的器壁上。 

2.根据权利要求1所述的一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的旋转方向，从入口方向看，左侧进气旋风分离器为逆时针方向旋转。 

3.根据权利要求1所述的一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的旋转直径c＝0.6～1a，a是旋风分离器矩形入口宽度。 

4.根据权利要求1所述的一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的螺旋角度90°～270°。 

5.根据权利要求1所述的一种旋风分离器的进气入口结构，其特征在于：螺旋导流板(4)的长度L＝1～4a，a是旋风分离器矩形入口宽度。 

Images