[發明專利]一種帶有防返混錐的旋風分離器

無效

• 申請號: 200910180442.8
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN102039224A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 孫國剛;付雙成;郭廣軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B04C5/00
• 分類號: B04C5/00;B04C5/181
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氣體中固體、液體或者固液混合物分離的技術領域，具體為一種帶有防返混錐的旋風分離器。

背景技術

旋風分離器是一種廣泛應用于發電、化工、建材、冶金、食品、環保、煉油等眾多行業的顆粒除塵設備。它具有結構簡單、造價低、易于維護、種類繁多、相對較高的分離效率以及能夠從高溫高壓裝置中分離顆粒等優點。常規的旋風分離器都是在其錐體底部接上灰斗，被分離到內壁上的顆粒隨著下行氣流一起進入灰斗中。因為灰斗底部料腿存在著料封，氣流必將反轉向上重新進入到旋風分離器錐體中，同時還會把灰斗中較細的顆粒夾帶到旋風分離器錐體中，產生“灰斗返混夾帶”現象，這也是造成旋風分離器分離效率降低的一個重要因素。當旋風分離器用于氣液分離過程中，同樣存在著灰斗中液體被再次帶入到旋風分離器分離分離空間的“灰斗返混夾帶”現象。

旋風分離器用于氣固分離過程中，“灰斗返混夾帶”實際包含兩個過程，一是灰斗中下行流以及底部顆粒層表面的顆粒向上行流的返混過程，由于氣流旋轉能量的衰減，氣流及顆粒切向速度降低，降低了上下行流分界面處的臨界分離粒徑，同時在上下行流分界面和灰斗底部顆粒層表面存在著氣流的湍流脈動，這些都會造成一些較細的顆粒再次進入到灰斗中心區的上行流中；二是進入到灰斗中顆粒被夾帶上行的過程，灰斗中心區上行流的切向速度很低，軸向速度較大，這樣就會造成進入此區域的較細顆粒隨著上行氣流被帶到旋風分離器的錐體中，而進入上行流中較大的顆粒在上行過程中還會被分離到下行流中，并不會被帶出灰斗。造成顆粒被帶出灰斗的主要原因就是返混到上行流中的小顆粒在氣體徑向曳力的作用下，不斷地匯集到灰斗的中心區域。由于該區域切向速度低，分離能力差，這樣就會在灰斗中心區形成一個高濃度區。由于此區域的軸向速度較高，對顆粒的攜帶能力很強，導致該區域的顆粒會隨著上行流離開灰斗。當旋風分離器用于氣液分離時，存在同樣的現象。要想減小灰斗中顆粒或液滴的逃逸，應該主要從改變灰斗的流場入手，取消中心上行排氣的方式，改為周邊上行排氣，這樣就可以消除中心區高濃度低分離效率的缺點，同時使顆粒或液滴在上行過程中增大離心力，使其進一步分離，從而達到減小顆粒或液滴向旋風分離器分離空間返混的目的。而在排塵口附件安裝防返混錐恰好解決這個問題。

現有減小灰斗返混的技術主要有三種：一是在旋風分離器錐體底部增加直管段來增加分離高度，這樣可以減小灰斗返混，但是卻增加了設備高度；二是在旋風分離器排塵口加錐形穩定器，比如美國專利3,802,570在排塵口加錐形穩定器來穩定內旋流，減小灰斗返混夾帶，中國專利ZL93216798.5設計的防返混錐實際上也是一個錐形穩定器；這兩種技術都沒有改變灰斗中心區高濃度低分離效率的特點，減小灰斗返混夾帶的效果不明顯。三是在排塵口附近安裝防返混錐，可以降低灰斗中氣流的湍流脈動，可以減小灰斗中顆粒或液滴的返混；同時改變了排氣方式，由中心上行排氣改為周邊環隙上行排氣，這樣就增加了上行氣流的分離能力，減小了上行氣流中顆粒或液滴的夾帶量。

在旋風分離器排塵口附近安裝防返混錐的結構在國外已經有了應用的實例，但是都沒有提出系統的設計方法，設計也都是根據半經驗公式來進行的。如果防返混錐的結構參數匹配不好，不但不能抑制灰斗返混夾帶，還會降低旋風分離器的分離效率。因此要想發揮防返混錐對灰斗返混夾帶的抑制作用，就應該采用正確的設計方法，對其結構參數進行優化設計。

發明內容

本發明的目的是設計一種帶有防返混錐的旋風分離器，以減小常規旋風分離器中存在的灰斗返混夾帶，提高旋風分離器的分離效率。

本發明提供了一種帶有防返混錐的旋風分離器，其主要由切向入口1或者軸向導葉式入口2、排氣管8、筒體段3、錐體段4、灰斗6和灰斗入口處安裝的防返混錐7等結構組成。

按照本發明提供的帶有防返混錐的旋風分離器，固體顆粒隨著氣體進入到旋風分離器切向入口1(或者旋風分離器導葉式入口2)以后，在離心力的作用下被分離到旋風分離器筒體段3內壁，沿著旋風分離器筒體段3和錐體段4內壁面向下做螺旋運動，并隨著下行氣流進入到灰斗6中。進入灰斗6中氣流從灰斗中上行返出時，遇到防返混錐7的阻擋，必須繞過防返混錐而從防返混錐周向環隙中通過，這樣就增加了上行氣流中顆粒的離心力，使顆粒進一步分離到周邊的下行流中并被帶入灰斗，從而減小了灰斗返混夾帶，提高了旋風分離器的分離效率。

本發明提供的防返混錐設計主要包括三個結構參數：防返混錐周向截面積、防返混錐底面直徑和防返混錐高度。