一种分级排气与进气的两级旋风分离器串联系统的制作方法

一种分级排气与进气的两级旋风分离器串联系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用一级旋风分离器排气管内旋转气流分离能力和二级旋风分离器高、低尘气流分别进气抑制顶灰环与短路流作用的分级排气和分级进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在于：将一级旋风分离器排气管内的气体按含尘浓度高低分级并分别从二级分离器入口的不同位置引入二级分离器，减弱二级分离器的顶灰环和短路流，从而提高二级分离器的效率和两级分离器串联的总效率，而两级串联的总压降几乎不变；具有结构简单，制造及安装方便，投资低，节能等特点，可应用于炼油、化工、冶金等领域。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于气固、气液非均相分离【技术领域】，具体涉及一种用于气固、气液两相分 离的多级旋风分离器系统。 一种分级排气与进气的两级旋风分离器串联系统

【背景技术】
[0002] 旋风分离器作为一种成本低、结构简单、分离效率较高、可靠性较强的颗粒和液滴 捕集设备，能够在高温、高压等恶劣的操作环境下稳定长周期运行，具有其他类型分离器所 不具备的优点。旋风分离器广泛应用于轻工业与重工业，包括炼油、化工、发电、建材、冶金、 食品、环保等众多行业，并且是石油催化裂化、循环流化床燃烧、粉料产品干燥等工艺过程 中气固分离的关键设备，极大地促进了工艺技术进步与行业发展。随着过程工业生产对气 体净化及环保排放要求的提高，许多场合仅用单级旋风分离器已不能满足要求，常常需将 多台旋风分离器串联起来使用以获得更高的分离效率、更低的粉尘排放量；但多级旋风分 离器串联会增加旋风分离器系统的压降，从而增加分离过程的能耗。因此，如何优化旋风分 离器的级间串联方式，在保证分离压降基本不变的情况下提高分离效率成为开发多级旋风 分离器系统中需要关注的问题。发明专利申请CN101748980A与CN101451069A公布了一种 两级串联分离器系统，该系统主要包括一个大尺寸的旋风分离器作为第一级，多个小尺寸 的旋风分离器作为第二级。该方案虽然能够提高分离效率，但增加了设备数量，相比常规串 联旋风分离器系统复杂，所占空间大，不利于现有装置的改造。
[0003] 对旋风分离器内流场和颗粒浓度分布的研究发现，在旋风分离器排气管内气流旋 转强度依然很大，甚至超过分离空间。排气管内颗粒在旋转气流离心力的作用下被甩向边 壁，最终形成排气管中心低、边壁高的颗粒浓度分布，最大和最小浓度的差距可达十倍以 上。传统的多级旋风分离器串联系统未能有效利用分离器排气管内旋流对颗粒的浓集作 用，在级间连接通道中将已经浓集到排气管边壁的高尘气流与排气管中心区的低尘较洁净 气流又重新混合、一起进入下一级旋风分离器，影响了下一级旋风分离器的效率。因此，发 明专利申请CN103056048A提出了一种利用一级分离器排气管内的旋流分离能力的一级分 离器排气管排气分流排出进行分级净化的多级旋风分离器串联系统，即，在串联分离器一、 二级之间的气体通道内设置分隔板抑制一级排气管边壁区与中心区气流的再次混合，从而 提高二级分离器的效率。实验结果表明该系统能够较好的提升串联分离器系统的总效率。 但是工业应用中发现，在串联分离器级间管道内增设分隔板的加工和制造难度较大，特别 是在需要进行衬里的情况下。由于两级分离器的级间连接管道尺寸较小，这个隔板表面衬 里施工非常困难，从而使该技术的应用受到了一些限制，需要进行进一步的改进。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种加工制造与安装施工方便的，能够利用分离器排气管内 旋流分离能力和二级旋风分离器入口高、低尘气流分别有不同位置进入抑制顶灰环与短路 流作用的分级排气和分级进气的两级旋风分离器串联系统，的高效多级旋风分离器串联系 统。
[0005] 本发明提出的一种利用分离器排气管内旋流分离能力的多级旋风分离器串联系 统是对发明专利申请CN103056048A的一种改进和发展完善，它是通过以下技术方案来实 现的：
[0006] (1)将一级旋风分离器1的排气管内的流动按照气流含尘浓度分为中心低含尘较 清洁气流的中心区和中心区外部的高含尘气流边壁区，并使中心低含尘的较清洁气流由通 道3排出、边壁区高含尘气流从通道4排出。此称为分级排气：利用一级分离器排气管内旋 转气流的分离作用。排气分级所依据的气流含尘浓度值可根据具体应用工况的要求确定； 一级分离器排气管内气流分级引出的结构优先采用同心套管式，中心区较清洁气流引出管 位于一级分离器排气管中心、直径为一级分离器排气管内径的0. 1?0. 9倍、在一级分离器 排气管内的插入深度为二级分离器进气口最下缘高度的〇. 1?2倍，但不得超过一级分离 器排气管的长度。然后再将二级旋风分离器2的入口分隔为a、b两个入口，分别与一级分 离器排气管的低尘清洁气流通道3和高含尘气流通道4相连接。此为分级进气：使高尘气 流贴旋风分离器边壁流动、低尘气流在高尘气流内侧流动，阻隔尘粒向心的运动，抑制顶灰 环和短路流，提高二级分离器的效率。二级分离器的分级入口 a、b 口布置方式可以为上下 式（附图2和3)、左右（或称前后）式（附图4)以及交叉式（附图5)等，耦合一级分离器 分级排气和二级分离器分级进气两个作用的两级旋风分离器串联系统则称为分级净化的 串联系统。
[0007] (2)所述方案（1)中两级旋风分离器分级净化的串联系统，二级分离器的分级入 口 a、b上下布置时，一级分离器排气通道3与二级分离器的入口 a相连；一级分离器排气通 道4与二级分离器的入口 b相连（如附图2、3)。
[0008] (3)所述方案（1)中两级旋风分离器分级净化的串联系统，二级分离器的分级入 口 a、b左右布置时，一级分离器排气通道3与二级分离器的内侧入口 b相连；一级分离器排 气通道4与二级分离器外侧入口 a相连（如附图4)。
[0009] (4)所述方案（1)中两级旋风分离器分级净化的串联系统，二级分离器的分级入 口 a、b交叉布置时，一级分离器排气通道3与二级分离器的内侧入口 b相连，通道4与二级 分离器的外侧入口 a相连（如附图5)。
[0010] (5)所述方案（1)中两级旋风分离器分级净化的串联系统中所涉及的一级分离器 排气管分级排气通道3和4间有一定间距，以方便制造、安装及衬里施工。二级分离器分级 进气口 a、b的截面尺寸及截面形状可按现有旋风分离器技术设计。
[0011] (6)所述方案（1)中两级旋风分离器分级净化的串联系统中所涉及的一级旋风分 离器排气管的出口结构可以是直切式、蜗壳式或直角弯头结构；二级旋风分离器顶部可以 为平顶（如附图2)，也可以为螺旋顶（如附图3)或者斜顶结构。
[0012] 与现有技术相比，本发明的技术优点及其技术原理是：
[0013] 1、现有技术的两级旋风分离器串联系统中，一级分离器排气管中心的较清洁气流 与边壁高含尘气流在分离器级间连接通道中再次混合后进入二级分离器，一级分离器排气 管内的旋流分离能力未能利用。本发明通过将一级分离器排气管内气流根据含尘浓度高低 分级排出并从不同位置分级引入二级分离器，创造性地利用了一级旋风分离器排气管内旋 转气流的分离能力并使之与二级分离器高、低尘气流分级进气作用耦合，协同提高二级分 离器的分离效率，进而提高两级旋风分离器串联系统的总效率，且两级分离器串联的总压 降基本不增加，具有明显的增效节能效果。并且结构简单、施工方便。
[0014] 2、两级分离器分级净化串联系统，当二级分离器分级进气口 a、b为上下排布时 (附图2、3)，一级分离器排气管内中心较清洁气流由通道3经二级分离器上部进气口 a进 入二级旋风分离器的上部分离空间，能够隔离高尘气流向分离器顶部运动，减少高尘气流 在分离器顶部形成的顶灰环，提高二级的分离效率。一级分离器排气管边壁环形区高含尘 的气流由通道4经二级分离器进气口 b进入二级分离器，因受b 口上部低尘旋转气流的向 下挤压、曳带，更易向分离器边壁下行，从而提高二级分离器的效率。
[0015] 3、两级分离器分级净化串联系统，当二级分离器分级进气口 a、b为左右排布时 (附图4)，一级分离器排气管边壁环形区高含尘的气流由通道4进入二级旋风分离器进气 口外侧口 a。口 a紧靠分离器壁，颗粒更容易到达二级分离器壁面被捕集；同时，气流含尘 浓度较高，有利于细颗粒的团聚和被粗颗粒夹带而被分离，可提高对细颗粒的分离效率；另 夕卜，一级分离器排气管中心较清洁气流由通道3经二级进气口内侧口 b进入二级旋风分离 器，有助于隔开边壁高含尘的气流，减少颗粒向二级分离器中心走短路从排气管逃逸；从而 提高二级分离器效率。
[0016] 4、两级分离器分级净化串联系统，当二级分离器分级进气口 a、b为交叉排布时 (附图5)，一级分离器排气管边壁环形区高含尘的气流由通道4经二级旋风分离器进气口 外侧下方口 a进入二级分离器，一级分离器排气管中心较清洁气流由通道3经二级进气口 内侧口 b进入二级旋风分离器。结果较清洁的气流将高尘的气流挤压到紧靠分离器边壁的 区域流动，分离器顶部及中心更多地被较清洁气流占据，使颗粒更容易被分离、颗粒向二级 分离器中心的运动更少，从而使二级分离器效率更高。
[0017] 5、本发明对各级旋风分离器主体结构未做改动，未增加额外设备，因而不增加分 离器系统占用的空间和复杂性，操作维护较为方便。
[0018] 6、一级分离器分级排气通道3、4间有一定间距，因而容易加工制作和安装施工， 通道壁面的衬里也容易实施。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 附图1 :传统两级旋风分离器串联系统
[0020] 附图2 :分级排气与进气通道上下布置的串联系统（二级分离器为平顶结构）
[0021] 附图3 :分级排气与进气通道上下布置的串联系统（二级分离器为螺旋顶结构）
[0022] 附图4 :分级排气与进气通道左右布置的串联系统
[0023] 附图5 :分级排气与进气通道交叉布置的串联系统
[0024] 附图6 :冷态性能对比试验装置简图
[0025] 附图7 :本发明的一级分离器与常规串联系统的一级分离器效率对比
[0026] 附图8 :本发明的二级分离器与常规串联系统的二级分离器效率对比
[0027] 附图9 :本发明的两级串联与常规两级串联系统的总效率对比
[0028] 附图10 :本发明的两级串联与常规两级串联系统的总压降对比
[0029] 其中，附图标记如下：
[0030] 1-一级旋风分离器；2-二级旋风分离器；3--级分离器排气管中心低尘较清洁气 流排出通道；4- 一级分离器排气管边壁高尘气流排出通道。

【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明提供的两级旋风分离器分级排气和进气串联系统与工作 过程进行说明，但并不因此限制本发明。
[0032] 附图1为传统的两级旋风分离器的串联系统，一级旋风分离器1的排气管直接与 二级旋风分离器2进气口连接。一级排气管中心较为清洁的气流在进入二级旋风分离器 前，重新与一级排气管边壁高含尘气流混合，排气管内旋流对颗粒的分离作用未能利用。
[0033] 附图2?图5为本发明的四个实施例。
[0034] 图6为本发明的一种分级排气与进气分级净化的两级旋风分离器串联系统冷模 试验装置示图。它包括两个Φ 300、180°蜗壳切向进气口的逆流反转式旋风分离器，一级分 离器KA = 5. 5,元=〇. 53 (KA为筒体对入口截面积比、是排气管对筒体半径比），二级分离 器KA = 7. 5, =0. 4。一级分离器的排气管顶部接蜗壳式出气口，经由一级出口到二级入 口的级间连接通道与二级旋风分离器入口相连，构成排气分级净化的两级串联旋风分离器 系统。一级分离器排气管中心的低尘较清洁气流通过通道3从二级分离器顶部入口 a进入 二级分离器，一级分离器排气管边壁环形区的高尘气流则经由通道4从二级分离器入口 b 进入二级分离器。试验在常温下进行，试验装置采用吸风式负压操作。气体直接从大气吸 入，经两级分离器分离后由风机抽出排空。气体流量由安装在旋风分离器排气管道上的毕 托管测定。压降由连接在分离器进出口的U型管直接读出。试验粉料为800目滑石粉。试 验粉料先称量后，由人工通过加料斗加入进气管，在进气管中分散后被气流带入分离器内 分离。气流的含尘浓度由加料时间控制，试验中固定为l〇g/m 3。含尘气流由旋风分离器入 口进入分离器内，颗粒在离心力的作用下移向边壁分离下来，并收集。粉尘由收灰斗收集， 称重，计算分离器本身的除尘效率η。每一实验条件下至少重复3次，待数据稳定后，取其 平均值作为该实验条件下的实测值。
[0035] 常规两级串联系统与本发明的带有一级排气管排气分级净化的两级串联旋风分 离器系统分离性能试验对比结果如图7、图8、图9及图10所示。可见，在同一气速下，一级 旋风分离器排气管排气是否分级对一级分离器效率基本没有影响（图7)，二级分离器的效 率则随进口气速的不同而有所不同。一级分离器排气管排气分级后进入二级分离器净化， 在高气速下二级效率可以比常规无排气分级的串联系统的二级效率提高约10% (图8)，因 此本发明的两级串联总效率明显高于常规的两级串联的总效率（图9)。如图10所示，本发 明未对旋风分离器本体做改动，所以所消耗的压降与常规结构基本相同。可见本发明的带 有一级排气管排气分级和二级分级进气的两级串联旋风分离器系统技术优势明显、节能减 排效果显著。
[0036] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰同样涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，包括两个旋风分离器及一级旋风 分离器分级排气通道3、4和二级旋风分离器分级进气口 a、b ;其特征在于：一级旋风分离器 排气管内气流按含尘高低分级排出，一级排气管中心较清洁的低尘气流从通道3排出、边 壁区高尘气流由通道4排出，并分别从二级分离器不同位置的入口 a、b进入二级旋风分离 器。
2. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：一级分离器排气管内气流分级引出的结构优先采用同心套管式，中心区较清洁气流引 出管位于一级分离器排气管中心、直径为一级分离器排气管内径的〇. 1?〇. 9倍、在一级分 离器排气管内的插入深度为二级分离器进气口最下缘高度的〇. 1?2倍，但不得超过一级 分离器排气管的长度。
3. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：一级分离器排气管分级排气通道3、4间有50?300mm间距。
4. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：二级旋风分离器分级进气口 a、b上下布置时，一级分离器排气低尘通道3与二级分离器 的入口 a相连；一级分离器排气高尘通道4与二级分离器的入口 b相连。
5. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：二级分离器的分级入口 a、b左右布置时，一级分离器排气低尘通道3与二级分离器的内 侧入口 b相连；一级分离器排气高尘通道4与二级分离器外侧入口 a相连。
6. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：二级分离器的分级入口 a、b交叉布置时，一级分离器排气低尘通道3与二级分离器的内 侧入口 b相连，高尘通道4与二级分离器的外侧入口 a相连。
7. 根据权利要求1所述的一种分级排气和进气的两级旋风分离器串联系统，其特征在 于：一级分离器排气管的出口形式可以是直切式、蜗壳式、弯头式，或其他可将一级分离器 排气管自下而上的旋流转变为流向二级分离器入口的直管流的结构。
【文档编号】B04C5/04GK104096643SQ201410092865
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】孙国刚, 杨景轩, 张玉明 申请人:中国石油大学(北京)