CN110201807A - 一种稳效的旋风分离器系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋风分离器技术领域，提供一种稳效的旋风分离器系统和方法，包括进气口管线、支路补气管线、气量调节阀、气量调节控制器、分离器压降监测器、旋风分离器、排气管线、卸灰阀、补气风机；在高温气体的应用场合还包括补气冷却器。工作时，气量调节控制器依据分离器压降监测器监测的旋风分离器实时工作压降信号驱动气量调节阀及补气风机工作，控制由支路补气管线补充给旋风分离器的气量，从而维持通过旋风分离器的处理气量稳定、效率稳定。本发明解决了现有技术的旋风分离器在低处理气量波动时分离效率不稳定和降低的问题，可用于旋风分离器的新设计或改造，高温和低温工况都适用、应用范围广，且无需人工操作、投资少、效果好。

Description

一种稳效的旋风分离器系统和方法

技术领域

本申请涉及旋风分离器技术领域，尤其涉及一种稳效的旋风分离器系统和方法。

背景技术

旋风分离器是用于气固、气液体系及气液固体系非均相分离的一种常用设备，其工作原理是，利用气流切向进入分离器造成的旋转运动，使受较大离心力的固体颗粒(或液滴)甩向分离器壁面，从而与气流分开，再沿分离器壁面下行落至锥体下部的排尘口，离开分离器；中心较干净的气体旋转上行，最后从分离器顶部的中心排气管排出。旋风分离器结构简单、造价低廉、效率较高、压降适中，可用多种材料制作，可用于高温、高压、高颗粒浓度、高磨损、高腐蚀等苛刻的工况，操作简单、需要的维护少，广泛应用于过程工业、环境保护等领域。但旋风分离器也存在一些不足，例如，对操作气量大波动的适应性较差，分离效率随操作气量的变化较大，尤其在低处理气量时效率下降显著。因为，旋风分离器的处理气量由小到大，效率先是随气量增加，当达到某一气量(称为最大效率气量，Q_maxe)时效率达到最大，然后气量再增加，效率却下降；而旋风分离器的压降则随处理气量的增加一直增大。旋风分离器的效率和压降随处理气量的变化关系如图1所示。这就是说，旋风分离器只有在其处理气量略低于其最大效率气量的情况下操作才是最合理的。气量过低(低于最大效率处理气量)时，虽然旋风分离器的压降较低，但效率也低，颗粒跑损多；若处理气量大于最大效率处理气量，不但效率低而且压降也高。因此，旋风分离器都应当避免在处理气量大于其最大效率处理气量的情况下操作。

针对实际生产过程中操作波动等引起旋风分离器处理气量大幅度波动，导致旋风分离器的分离效率不稳定、效率降低、颗粒跑损增大等问题，本领域的技术人员已提出了一些解决方案。如，专利1(申请号201721819403.4)公开了“一种自调节式旋风分离器”，当安装在旋风分离器排气口处的灰尘传感器监测到排气口处灰尘浓度较高时，则将监测的浓度信息通过转换器转换成步进电机转动的信号，利用步进电机来控制安装在旋风分离器进风口处的调节板转动，使得进风管的通气孔扩大或减小，达到控制进风量的目的，以解决进风管处的风压过大时，出风管处排出的空气中夹杂较多杂质的问题，并且无需人工操作，使用较为方便。又如，专利2(申请号201611077274.6)公开了一种“过滤效果可自动调整的旋风分离器及方法”，即在旋风分离器的排气口安装光电传感器，利用光电传感器监测排气口排出气体的透光度(也即颗粒浓度)，并将信号传递给自动控制单元处理，驱动调节凸轮带动流量调节珊板转动从而调节进气管的含尘气体流速，以保持进口气速稳定；同时还通过驱动调整齿轮调节中心内筒在分离器内的插入深度，以达到对旋风分离器过滤效果(即分离效率)的实时自动控制。但是现有的这些方案都不够理想，都存在一些缺陷：一是只适用于旋风分离器进气压力过大、风量过大的情况，不能解决进气量过低(低于设计气量)而导致分离器效率下降的问题；二是监控系统复杂，灰尘传感器和光电传感器的测量精度、准确性都不高，且价格较贵；三是采用进风口调节板来控制进风管处风压过大时的进风量，或用流量调节珊板来控制进气流速，利用的都是节流原理，都将产生节流损失，额外增加能耗；而且需要旋风分离器处理的工艺气量往往都是根据生产工艺要求确定的，是不能随意改变或限制的，增加气流的流出阻力还可能对生产过程产生影响；第四，对于高温气体的旋风分离器，灰尘传感器或光电传感器在高温含尘气体环境中应用尚存在一些问题，难以保证长周期使用。因此，现有技术的这些方案实用性比较差，需要进行进一步技术创新。

发明内容

本申请针对现有技术在低气量波动情况下不能有效维持旋风分离器效率稳定与高效率的缺陷，提供一种自动维持旋风分离器效率稳定的旋风分离器系统，并且简单、易于实施，还可用于高温工况，适用范围广。

为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方法及系统：

一种稳效的旋风分离器系统和方法，其特征在于：所述的旋风分离器系统中设置有压降监测器(或称压差监测器)，其测压口分别与旋风分离器含尘气体进口和排气口相连接，实时监测旋风分离器的压降PD；在所述的旋风分离器进口管线上设置支路补气管线，支路补气管线上设置补气风机，补气风机的进气口与排气口均设置气量调节阀；同时设置一气量调节控制器，分别连接测量旋风分离器压降的压降监测器、补气风机、补气风机的进气口与排气口的气量调节阀。如果所述的旋风分离器处理的是高温气体，则在补气风机进气管线中增设一气体冷却器，以将进补气风机的气体冷却从而保护补气风机不受高温的损害。这里所述的高温气体是指温度高于补气风机允许的工作温度的气体。

本申请所提供的一种稳效的旋风分离器系统和方法，其维持分离效率稳定的科学原理是：旋风分离器的几何结构和尺寸确定之后，其压降PD与处理气量Q之间的关系就是确定的，即，旋风分离器的压降其中，ξ、ρ_g、Q、A_i分别是该旋风分离器的阻力系数、进口含尘气体密度、通过旋风分离器的处理气量、进口面积。所以，根据实时监测到的旋风分离器压降PD信号实时调节支路补充气量Q₂大小，就可实时、自动调节旋风分离器器总处理气量Q的大小、或维持Q值恒定不变(因为Q≡Q₁+Q₂)，或将总处理气量Q维持在该旋风分离器器的最大效率气量Q_maxe附近，而不论生产装置产生的工艺气量Q₁发生何种变化。

工作时，当由生产装置产生、进入所述旋风分离器的工艺气量Q₁发生较大波动时，特别当Q₁小于该旋风分离器在所应用条件下的最大效率气量Q_maxe时，所述的压降监测器通过实时监测旋风分离器的压降PD，将PD信号输入给所述的气量调节控制器，气量调节控制器根据PD信号处理后产生驱动支路补气管线上补气风机的工作信号、调节气量调节阀的开度和补气风机的运转，增加或减少支路补气的进气量Q₂，即可使进入旋风分离器的总处理气量Q自动维持在设定的操作气量或Q_maxe，从而自动将旋风分离器的分离效率维持稳定，保证所要求的分离效果。

进一步地，所述的压降监测器优选为电子压力计、压差传感器、压力变送器；或为现有成熟技术的其它压力监测器。

进一步地，所述的补气风机优选为离心风机，或为现有成熟技术的其它风机。

进一步地，所述的气量调节阀优选为电动调节阀、气动调节阀，或为现有成熟技术的其它自动调节阀。

进一步地，所述的气量调节控制器由信号处理器、步进电机、电源线路、信号线路组成。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：依据旋风分离器的气量-效率和压降关系特性，采用旋风分离器进、排气口压差(或称压降)信息实时调节由支路补气管线补入旋风分离器的气量，平抑生产装置工艺气量的波动，使进入旋风分离器的总气量始终自动维持在设定的气量或接近旋风分离器最大效率气量的水平，从而保证旋风分离器的分离效率，特别是在较低的工艺气量时也可使旋风分离器在最大效率点附近工作；而且，支路补充的气体为旋风分离器排气管排出的净化气体的一部分或全部；进气与补气为相同的气体，因而不存不同气体在旋风分离器中相互干涉等问题；高温和低温气体都能使用，适用范围广；本申请的系统简单、实用，投资少、无需人工操作，效果好，容易推广。

附图说明

图1为旋风分离器的操作-性能关系特性曲线示意图；

图2为本申请的旋风分离器系统的一个实施案例；

图3为本申请的旋风分离器系统用于高温气体情况下的一个实施案例；

图4为按附图2方案进行冷模试验测定的分离效率随气量的变化图。

图中标号名称：1-进气口管线，2-支路补气管线，3-气量调节阀一，4-气量调节控制器，5-分离器压降监测器，6-排气管线，7-旋风分离器，8-卸尘阀，9-补气风机，10-气量调节阀二，11-补气冷却器，Q1-生产装置产生的需要用旋风分离器处理的工艺气量，Q2-由支路补气管线补充的气量，Q-通过旋风分离器的总气量。

具体实施案例

为更清楚地说明本申请的实施方案，下面结合附图作简单说明。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些典型实施例，而不是全部的实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

一种稳效的旋风分离器系统和方法，其一个实施案例如图2，包括：进气口管线1、支路补气管线2、气量调节阀3、气量调节控制器4、分离器压降监测器5、排气管线6、旋风分离器7、卸灰阀8、补气风机9、气量调节阀10。

图3为所述的稳效的旋风分离器系统应用于高温气体时的一个实施案例，包括：进气口管线1、支路补气管线2、气量调节阀3、气量调节控制器4、分离器压降监测器5、排气管线6、旋风分离器7、卸灰阀8、补气风机9、气量调节阀10、补气冷却器11。

工作时，生产装置产生的含尘(或含液滴)工艺气体Q1通过进气口管线1进入旋风分离器7内部进行气固(气液)分离，分离出来的粉尘(液滴)经过卸灰阀8排出；干净的气体从分离器7顶部的排气管线6排出。分离器压降监测器5在线实时监测旋风分离器7的压降，并传给气量调节控制器4。在图2实施案例中，气量调节控制器4依据旋风分离器7实时操作压降PD，指示气量调节阀3和10、循环气体风机9动作；当Q1低于设计气量时，使补充气体Q2从补气管线进入旋风分离器7，将旋风分离器7的处理气量Q(Q＝Q1+Q2)维持到设定值。对于高温气体的应用，则将来自排气管线6的高温气体引入补气冷却器11中冷却降温，然后再进入补气风机9。图4是以一筒径300mm的旋风分离器系统，在实验室用800目滑石粉进行试验，模拟本申请图2的实施案例进行试验，实际测得的旋风分离器入口补气稳效的效果，可见采用本申请的方案可将分离效率始终维持在该旋风分离器对于这种试验粉尘的最大效率93.5％附近，稳效效果非常显著。

以上所述仅为本申请的典型实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书内容所作的等效结构或等效流程变换、或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种稳效的旋风分离器系统和方法，包括进气口管线(1)、支路补气管线(2)、气量调节阀(3)、气量调节控制器(4)、分离器压降监测器(5)、排气管线(6)、旋风分离器(7)、卸灰阀(8)，补气风机(9)、气量调节阀(10)，所述的进气口管线(1)在旋风分离器(7)的一侧与旋风分离器(7)相连，进气口管线(1)上设有支路管线(2)，所述的支路管线(2)上设有气量调节阀(3)、补气风机(9)、气量调节阀(10)，所述的气量调节阀(3)、补气风机(9)、气量调节阀(10)分别与气量调节控制器(4)相连，所述的气量调节控制器(4)与分离器压降监测器(5)相连，所述的分离器压降监测器(5)的取压口分别装设在旋风分离器(7)的进气管口和排气管口处，所述的排气管线(6)与旋风分离器(7)筒体的顶部相连，所述卸尘阀(8)与旋风分离器(7)锥体的底部相连。

2.根据权利要求1所述的一种稳效的旋风分离器系统，其特征在于，所述的分离器压降监测器(5)信号输出端通过信号线与气量调节控制器(4)的信号输入端相连，气量调节控制器(4)的信号输出端通过信号线分别与气量调节阀(3)、补气风机(9)、气量调节阀(10)的信号输入端相连。

3.根据权利要求1所述的一种稳效的旋风分离器系统，其特征在于，在高温气体的应用场合，所述的支路管线(2)上设有气量调节阀(3)、补气风机(9)、补气冷却器(11)、气量调节阀(10)，所述的分离器压降监测器(5)信号输出端通过信号线与气量调节控制器(4)的信号输入端相连，气量调节控制器(4)的信号输出端通过信号线分别与气量调节阀(3)、补气风机(9)、补气冷却器(11)、气量调节阀(10)的信号输入端相连。

4.根据权利要求1所述的一种维持旋风分离器效率稳定的方法，其特征在于，采用分离器压降监测器(5)实时监测旋风分离器的压降PD，将PD信号输入给所述的气量调节控制器(4)，气量调节控制器(4)根据PD信号处理后产生驱动气量调节阀(3)、补气风机(9)、气量调节阀(10)工作的信号，通过支路补气管线(2)补气，使旋风分离器的总处理气量自动维持在设定的操作气量或最大效率气量附近，从而维持旋风分离器的分离效率稳定。

5.根据权利要求1所述的一种维持旋风分离器效率稳定的方法，其特征在于，在高温气体的应用场合，来自排气管线(6)的高温气体先进入补气冷却器(11)中冷却降温，然后再进入补气风机(9)。