CN104128269A - 一种切流式并联旋分器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种并联旋分器，包括竖直排列的多个分离元件，每个分离元件均为切流返转式旋分器；多个分离元件共用一进气管，各个分离元件的气体出口共同连接一公共集气室，各个分离元件的排尘口共同连接一公共灰斗；进气管连接一竖直设置且顶端封闭的分配管，分配管的底部进气端与进气管连接；分配管周向上设有与分离元件数量相同的定向渐缩出口，多个分离元件围绕分配管轴向中心呈对称排列，每个定向渐缩出口与对应的分离元件的气体入口连接；公共灰斗的上段为圆筒形、下段为上大下小的倒锥形。本发明可提高进入多台分离元件气流分配的均匀性，明显抑制公共排尘室中各分离元件之间的“窜流返混”问题，从而提高了并联分离器整体分离效率。

Description

一种切流式并联旋分器

技术领域

本发明是关于一种气固分离设备，尤其涉及一种切流式并联旋分器。

背景技术

旋风分离器(以下简称“旋分器”)是一种常见的气固分离设备，现有的单个切流式旋分器7’如图1、图2所示，包括芯管71’、筒体72’、锥体73’、灰斗74’、料腿75’、矩形入口76’。含尘气流a由矩形入口76’进入旋分器7’时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自筒体72’呈螺旋向下，朝锥体73’流动，通常称为外旋流。含尘气流a在高速旋转过程中同时带动颗粒旋转，由于尘粒的密度远大于气体密度，尘粒产生离心力也远大于气体，在离心力的作用下尘粒被甩向器壁；尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入灰斗74’，经料腿75’下部的排尘口离开旋分器。旋转下降的外旋流在到达某个位置(一般在锥体73’内偏下的部分)时，会以同样旋转方向折返继续向上螺旋流动，通常称为内旋流。净化后的气流经芯管71’排出旋分器，少量未被捕集的尘粒也由此逃逸。

旋分器的主要性能评价指标有两个，分别是分离效率和压降。分离效率表明了旋分器捕集尘粒的能力，压降则反映了旋分器消耗的能量。

影响旋分器性能的因素很多，当旋分器结构、尺寸都确定时，入口气速、入口浓度，气体温度等操作参数对其性能均有明显影响。在这些操作参数中，入口浓度和气体温度取决于上游设备的工作状况，波动范围一般有严格限制，最便于控制的操作参数是入口气速。旋分器的分离效率先随入口气速的增大而增大，然后随入口气速的增大反而减小，即分离效率随入口气速的变化曲线呈“驼峰”状，分离效率有最大值；最大分离效率对应的入口气速称为“最佳入口气速”。研究表明：对于现有旋分器，最佳入口气速约为20-24m/s。旋分器的压降则随着入口气速的增大而单调上升，与入口气速近似成平方关系。当实际操作入口气速超过最佳入口气速时，旋分器的分离效率不升反降，而其压降却持续升高，应尽量避免出现这种不利情况。考虑到实际应用中旋风器入口气速可能有所波动，因此旋分器入口气速的设计值通常稍小于最佳入口气速。

当含尘气流的处理量较大时，若采用单台旋分器，其几何尺寸相应增大，加工、安装、运输的难度也增大。另外，从性能评价指标看，几何相似的大直径旋分器和小直径旋分离器相比，大直径旋分器分离效率降低、压降增大。因此单台大直径的旋分器难于满足工业应用中苛刻的分离效率要求(如我国催化裂化装置中回收烟气余热的第三级分离器要求粒径10μm及以上的尘粒分离效率达到100％)，鉴于此，通常将多台小直径的旋分器组合起来同时工作，称为并联旋风分离器(简称“并联旋分器”)。

为简明起见，下文将单台旋分器独立工作时称为“单分离器”；并联旋分器整体中的某个旋分器称为“分离元件”。当组成并联旋分器的分离元件是轴流式旋分器时，该并联旋分器称为“轴流式并联旋分器”；当组成并联旋分器的分离元件是切流式旋分器时，该并联旋分器称为“切流式并联旋分器”。

上述两种形式并联旋分器的结构都有一个特点，即各分离元件自同一个进气管(室)进气，向同一个集气室排气，且共用一个排尘室。由于分离元件排列方式或制造、安装误差等原因，各分离元件实际工作时所分配的气量不尽相同，且进入和离开分离元件的气量也可能存在差异。当这种差异较大时，容易导致公共排尘室中产生“窜流返混”，严重影响并联旋分器的整体性能，甚至使其失效。现有并联旋分器正常工作时，其整体分离效率通常低于同条件下单台分离元件独立工作时的分离效率。

研究表明，与轴流式旋分器相比，切流式旋分器具有自身独特的优点，例如，分离效率高、压降适中、抗返混能力强等。优化切流式旋分器的结构和整体排布方式是提升并联旋分器整体性能的一个重要方向。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，通过充分的调研与实验，提出一种切流式并联旋分器，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切流式并联旋分器，既可以提高进入多台分离元件气流分配的均匀性，而且明显抑制了并联旋分器公共排尘室中各分离元件之间的“窜流返混”问题，提高并联旋分器整体分离效率。

本发明的目的是这样实现的，一种切流式并联旋分器，所述并联旋分器包括竖直排列且并联的多个分离元件，每个分离元件均为切流返转式旋分器；所述多个分离元件共用一进气管，各个分离元件的气体出口共同连接一公共集气室，各个分离元件的排尘口共同连接一公共灰斗；进气管连接一竖直设置且顶端封闭的分配管，分配管的底部进气端与进气管连接；分配管周向上设有与分离元件数量相同的定向渐缩出口，所述多个分离元件围绕所述分配管轴向中心呈对称排列，每个定向渐缩出口与对应的分离元件的气体入口连接；所述公共灰斗的上段为圆筒形、下段为上大下小的倒锥形，公共灰斗的顶部由封闭板封闭。

在本发明的一较佳实施方式中，分配管上每个定向渐缩出口均具有竖直方向收缩面和水平方向单侧收缩面，所述竖直方向收缩面位于含尘气流运动转向的内侧；所述水平方向单侧收缩面位于所对应的分离元件几何中心轴线的一侧。

在本发明的一较佳实施方式中，分配管具有一竖直设置的管体，所述管体的顶端由盲板封闭，管体的底端开口，该开口形成分配管的进气端；所述管体的上部侧壁设有与管体连通的多个径向向外伸出的所述定向渐缩出口，所述多个定向渐缩出口相对管体中心轴线呈对称排列；含尘气流从分配管进气端竖直向上运动至定向渐缩出口且形成向水平方向运动的含尘气流，所述竖直方向收缩面位于水平方向运动含尘气流的下侧，所述水平方向单侧收缩面位于水平方向运动含尘气流与相应分离元件的中心线之间。

在本发明的一较佳实施方式中，分配管的顶端盲板竖直方向位置高于定向渐缩出口的上表面；所述顶端盲板和定向渐缩出口上表面之间的高度差与所述分配管的管体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

在本发明的一较佳实施方式中，管体中设有整流格栅。

在本发明的一较佳实施方式中，各个分离元件包括芯管、圆柱形筒体、锥体、灰斗、料腿和矩形入口；所述圆柱形筒体的切向设置矩形入口，矩形入口形成分离元件的气体入口；圆柱形筒体的顶部由顶板封闭，所述顶板在竖直方向的位置高于矩形入口的上表面；所述顶板和矩形入口上表面的高度差与圆柱形筒体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

在本发明的一较佳实施方式中，芯管形成分离元件的气体出口，所述芯管穿过圆柱形筒体的顶板与圆柱形筒体连通；芯管包括位于顶板上面的上部及位于顶板下面的下部；芯管的上部为圆筒状、下部为上大下小的锥筒状。

在本发明的一较佳实施方式中，料腿下端为排尘口；料腿下端的排尘口向下密封穿过公共灰斗的上部封闭板伸入到公共灰斗内部；所述料腿排尘口的下端面和封闭板的高度差与圆柱形筒体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

在本发明的一较佳实施方式中，公共灰斗上段圆筒形的高径比大于等于0.1。

在本发明的一较佳实施方式中，在所述进气管与分配管的进气端之间连接有金属膨胀节。

由上所述，本发明切流式并联旋分器，不仅保留了处理量较大的特点，还可以促进各分离元件入口气流的均匀分配，抑制公共排尘室中各分离元件的“窜流返混”问题，能够有效克服现有并联旋分器出现的技术缺陷。操作条件适宜时，该切流式并联旋分器的整体效率可超过同条件下单台分离元件独立工作时的分离效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为现有单个切流式旋分器的结构示意图。

图2：为图1中A-A向的剖视图。

图3：为本发明切流式并联旋分器的结构示意图。

图4：为图3中B-B向的剖视图。

图5：为本发明中分配管的主视图。

图6：为本发明中分配管的俯视图。

图7：为本发明中分离元件的结构示意图。

图8：为图7中C-C向的剖视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图3和图4所示，本发明提供一种切流式并联旋分器100，该并联旋分器100包括竖直排列且并联的四个分离元件1，每个分离元件1均为切流返转式旋分器；四个分离元件1共用一个进气管2，各个分离元件1的气体出口共同连接一个公共集气室3，各个分离元件1的排尘口共同连接一个公共灰斗4；进气管2连接一个竖直设置且顶端封闭的分配管5，分配管5的底部进气端54与进气管2连接；分配管5周向上设有与分离元件1数量相同的定向渐缩出口51，四个分离元件1围绕分配管5轴向中心呈对称排列(如图4所示)，每个定向渐缩出口51与对应的分离元件1的气体入口连接；公共灰斗4的上段为圆筒形、下段为上大下小的倒锥形，公共灰斗上段圆筒形的高径比大于等于0.1。公共灰斗4的顶部由封闭板封闭。这种优化的结构和尺寸可以减弱各分离元件进入公共灰斗的旋流强度，不仅利于各分离元件顺畅排尘，而且保证了已分离颗粒有足够的沉降空间。

本发明切流式并联旋分器正常工作时，含尘气流a从进气管2引入分配管5后竖直向上运动，通过分配管5定向渐缩的出口51逐渐加速、均匀地进入四台完全相同的分离元件1，净化气体b分别从四台分离元件1的气体出口向上汇集到公共集气室3，被分离的尘粒c从分离元件1的排尘口向下汇集到公共灰斗4。四个分离元件1围绕分配管5轴向中心呈对称排列，这种结构不仅可以保证含尘气流a分配均匀，同时在公共灰斗4中形成了四个等强度且中心对称的同向旋涡，四个同向旋涡运动叠加，使得公共灰斗4中形成了与分离元件1中气流同向的稳定旋转流动，这种大空间、等强度、同向旋转气流可有效的抑制公共灰斗4中的“窜流返混”问题，提升了并联旋分器整体的分离效率。操作条件适宜时，该高效切流式并联旋分器的整体效率可超过同条件下单台分离元件的分离效率。

进一步，如图5和图6所示，分配管5上每个定向渐缩出口51均具有竖直方向收缩面511和水平方向单侧收缩面512，竖直方向收缩面511位于含尘气流a运动转向的内侧(如图5所示)；水平方向单侧收缩面512位于所对应的分离元件几何中心轴线d的一侧(如图4所示)。具体的，分配管5具有一个竖直设置的管体52，管体52的顶端由盲板53封闭，管体52的底端开口，该开口形成分配管5的进气端54；管体52的上部侧壁设有与管体连通的多个径向向外伸出的定向渐缩出口51，多个定向渐缩出口51相对管体中心轴线呈对称排列(如图6所示)；含尘气流a从分配管进气端54竖直向上运动至定向渐缩出口51且形成向水平方向运动的含尘气流a，竖直方向收缩面511位于水平方向运动气流a的下侧，水平方向单侧收缩面512位于水平方向运动气流a与相应分离元件的中心线d之间。

如图5中所示，分配管5中含尘气流a先竖直向上运动，然后通过定向渐缩出口51缓慢经90°水平转向后进入各分离元件1。分配管的定向渐缩出口51可以有效减少含尘气流a转向时的局部阻力；另外，水平方向单侧收缩面512靠近对应分离元件1的几何中心轴线d，当气流a沿收缩截面逐渐加速进入分离元件1的气体入口时，由于固体尘粒的惯性远大于气体，固体尘粒保持原有运动方向，使得固体尘粒更容易趋向于远离对应分离元件1几何中心轴线d一侧(即固体尘粒更容易靠近分离元件的边壁)，减少了固体尘粒直接从分离元件1的气体出口逃逸的概率。

进一步，分配管5的顶端盲板53竖直方向位置高于定向渐缩出口51的上表面；顶端盲板53和定向渐缩出口51上表面之间的高度差与分配管的管体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。另外，为了增加含尘气流a经过管体的稳定性，在管体中设有整流格栅55。这种优化结构的分配管不仅可以减少气流转向处的管壁磨损，而且增强了气流进入各分离元件矩形入口的均匀程度。

进一步，如图7和图8所示，各个分离元件1包括芯管11、圆柱形筒体12、锥体13、灰斗14、料腿15和矩形入口16；圆柱形筒体12的切向设置矩形入口16，矩形入口16形成分离元件的气体入口；圆柱形筒体12的顶部由顶板121封闭，顶板121在竖直方向的位置高于矩形入口16的上表面；顶板121和矩形入口16上表面的高度差与圆柱形筒体12直径的比值大于等于0.05且小于等于2。实验表明，该结构可以有效减少分离元件矩形入口16到芯管11的短路流，有利于减少入口含尘气流中颗粒的逃逸率，提高分离效率。芯管11形成分离元件的气体出口，公共集气室3与每个分离元件1的芯管11连通；芯管11穿过圆柱形筒体的顶板121与圆柱形筒体连通；芯管11包括位于顶板上面的上部111及位于顶板下面的下部112；芯管的上部111为圆筒状、下部112为上大下小的锥筒状。料腿15下端为排尘口，公共灰斗4与每个分离元件料腿15的排尘口连通；料腿15下端的排尘口向下密封穿过公共灰斗4上表面的封闭板，并与封闭板固定连接；料腿排尘口的下端面和公共灰斗上表面的封闭板高度差与圆柱形筒体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。实验表明，该结构可以有效减少进入公共灰斗的已分离颗粒被气流重新卷入分离元件的概率，有利于提高分离效率。

为了适应在高温工况时产生的热变形，在进气管2与分配管的进气端54之间连接有金属膨胀节6。

作为本实施例的一个具体方式，分配管5的直径为300mm；以分配管5的几何中心为对称中心，周围均匀排列了的四台直径为300mm相同的分离元件1；净化气体b分别从四台分离元件1的顶部向上汇集到直径为400mm的公共集气室3；被分离的尘粒c从分离元件1的底部向下汇集到圆筒和圆锥组合形成的公共灰斗4(如图3所示)，该圆筒直径1200mm，竖直高度600mm，高径比为0.5。

如图7和图8所示，分离元件的芯管11下部锥筒状下端的内径为96mm，上部圆筒状内径为150mm；其圆柱形筒体12的顶板121在竖直方向的位置高于矩形入口25上表面80mm。

实验表明，以中位粒径14.0μm的600目硅微粉为测试介质，当分离元件1平均入口气速为20.0m/s时，该切流式并联旋分器对大于5μm的尘粒分离效率可达100％；切流式并联旋分器整体分离效率可达97.05％，超过同条件时单台分离元件96.25％的分离效率。

该切流式并联旋分器保证了四台相同分离元件的含尘气流分配均匀，排尘稳定顺畅，同时抑制并联旋分器整体的“窜流返混”问题，能够有效克服现有并联旋分器出现的技术缺陷。操作条件适宜时，该切流式并联旋分器的整体效率可超过同条件下单台分离元件独立工作时的分离效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种切流式并联旋分器，所述并联旋分器包括竖直排列且并联的多个分离元件，每个分离元件均为切流返转式旋分器；所述多个分离元件共用一进气管，各个分离元件的气体出口共同连接一公共集气室，各个分离元件的排尘口共同连接一公共灰斗；其特征在于：所述进气管连接一竖直设置且顶端封闭的分配管，分配管的底部进气端与进气管连接；分配管周向上设有与分离元件数量相同的定向渐缩出口，所述多个分离元件围绕所述分配管轴向中心呈对称排列，每个定向渐缩出口与对应的分离元件的气体入口连接；所述公共灰斗的上段为圆筒形、下段为上大下小的倒锥形，公共灰斗的顶部由封闭板封闭。

2.如权利要求1所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述分配管上每个定向渐缩出口均具有竖直方向收缩面和水平方向单侧收缩面，所述竖直方向收缩面位于含尘气流运动转向的内侧；所述水平方向单侧收缩面位于所对应的分离元件几何中心轴线的一侧。

3.如权利要求2所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述分配管具有一竖直设置的管体，所述管体的顶端由盲板封闭，管体的底端开口，该开口形成分配管的进气端；所述管体的上部侧壁设有与管体连通的多个径向向外伸出的所述定向渐缩出口，所述多个定向渐缩出口相对管体中心轴线呈对称排列；含尘气流从分配管进气端竖直向上运动至定向渐缩出口且形成向水平方向运动的含尘气流，所述竖直方向收缩面位于水平方向运动含尘气流的下侧，所述水平方向单侧收缩面位于水平方向运动含尘气流与相应分离元件的中心线之间。

4.如权利要求3所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述分配管的顶端盲板竖直方向位置高于定向渐缩出口的上表面；所述顶端盲板和定向渐缩出口上表面之间的高度差与所述分配管的管体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

5.如权利要求3所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述管体中设有整流格栅。

6.如权利要求1或3所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述各个分离元件包括芯管、圆柱形筒体、锥体、灰斗、料腿和矩形入口；所述圆柱形筒体的切向设置矩形入口，矩形入口形成分离元件的气体入口；圆柱形筒体的顶部由顶板封闭，所述顶板在竖直方向的位置高于矩形入口的上表面；所述顶板和矩形入口上表面的高度差与圆柱形筒体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

7.如权利要求6所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述芯管形成分离元件的气体出口，所述芯管穿过圆柱形筒体的顶板与圆柱形筒体连通；芯管包括位于顶板上面的上部及位于顶板下面的下部；芯管的上部为圆筒状、下部为上大下小的锥筒状。

8.如权利要求7所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述料腿下端为排尘口；料腿下端的排尘口向下密封穿过公共灰斗的上部封闭板伸入到公共灰斗内部；所述料腿排尘口的下端面和封闭板的高度差与圆柱形筒体直径的比值大于等于0.05且小于等于2。

9.如权利要求1所述的切流式并联旋分器，其特征在于：所述公共灰斗上段圆筒形的高径比大于等于0.1。

10.如权利要求8所述的切流式并联旋分器，其特征在于：在所述进气管与分配管的进气端之间连接有金属膨胀节。