[发明专利]一种带有防返混锥的旋风分离器

说明书

技术领域

本发明涉及气体中固体、液体或者固液混合物分离的技术领域，具体为一种带有防返混锥的旋风分离器。

背景技术

旋风分离器是一种广泛应用于发电、化工、建材、冶金、食品、环保、炼油等众多行业的颗粒除尘设备。它具有结构简单、造价低、易于维护、种类繁多、相对较高的分离效率以及能够从高温高压装置中分离颗粒等优点。常规的旋风分离器都是在其锥体底部接上灰斗，被分离到内壁上的颗粒随着下行气流一起进入灰斗中。因为灰斗底部料腿存在着料封，气流必将反转向上重新进入到旋风分离器锥体中，同时还会把灰斗中较细的颗粒夹带到旋风分离器锥体中，产生“灰斗返混夹带”现象，这也是造成旋风分离器分离效率降低的一个重要因素。当旋风分离器用于气液分离过程中，同样存在着灰斗中液体被再次带入到旋风分离器分离分离空间的“灰斗返混夹带”现象。

旋风分离器用于气固分离过程中，“灰斗返混夹带”实际包含两个过程，一是灰斗中下行流以及底部颗粒层表面的颗粒向上行流的返混过程，由于气流旋转能量的衰减，气流及颗粒切向速度降低，降低了上下行流分界面处的临界分离粒径，同时在上下行流分界面和灰斗底部颗粒层表面存在着气流的湍流脉动，这些都会造成一些较细的颗粒再次进入到灰斗中心区的上行流中；二是进入到灰斗中颗粒被夹带上行的过程，灰斗中心区上行流的切向速度很低，轴向速度较大，这样就会造成进入此区域的较细颗粒随着上行气流被带到旋风分离器的锥体中，而进入上行流中较大的颗粒在上行过程中还会被分离到下行流中，并不会被带出灰斗。造成颗粒被带出灰斗的主要原因就是返混到上行流中的小颗粒在气体径向曳力的作用下，不断地汇集到灰斗的中心区域。由于该区域切向速度低，分离能力差，这样就会在灰斗中心区形成一个高浓度区。由于此区域的轴向速度较高，对颗粒的携带能力很强，导致该区域的颗粒会随着上行流离开灰斗。当旋风分离器用于气液分离时，存在同样的现象。要想减小灰斗中颗粒或液滴的逃逸，应该主要从改变灰斗的流场入手，取消中心上行排气的方式，改为周边上行排气，这样就可以消除中心区高浓度低分离效率的缺点，同时使颗粒或液滴在上行过程中增大离心力，使其进一步分离，从而达到减小颗粒或液滴向旋风分离器分离空间返混的目的。而在排尘口附件安装防返混锥恰好解决这个问题。

现有减小灰斗返混的技术主要有三种：一是在旋风分离器锥体底部增加直管段来增加分离高度，这样可以减小灰斗返混，但是却增加了设备高度；二是在旋风分离器排尘口加锥形稳定器，比如美国专利3,802,570在排尘口加锥形稳定器来稳定内旋流，减小灰斗返混夹带，中国专利ZL93216798.5设计的防返混锥实际上也是一个锥形稳定器；这两种技术都没有改变灰斗中心区高浓度低分离效率的特点，减小灰斗返混夹带的效果不明显。三是在排尘口附近安装防返混锥，可以降低灰斗中气流的湍流脉动，可以减小灰斗中颗粒或液滴的返混；同时改变了排气方式，由中心上行排气改为周边环隙上行排气，这样就增加了上行气流的分离能力，减小了上行气流中颗粒或液滴的夹带量。

在旋风分离器排尘口附近安装防返混锥的结构在国外已经有了应用的实例，但是都没有提出系统的设计方法，设计也都是根据半经验公式来进行的。如果防返混锥的结构参数匹配不好，不但不能抑制灰斗返混夹带，还会降低旋风分离器的分离效率。因此要想发挥防返混锥对灰斗返混夹带的抑制作用，就应该采用正确的设计方法，对其结构参数进行优化设计。

发明内容

本发明的目的是设计一种带有防返混锥的旋风分离器，以减小常规旋风分离器中存在的灰斗返混夹带，提高旋风分离器的分离效率。

本发明提供了一种带有防返混锥的旋风分离器，其主要由切向入口1或者轴向导叶式入口2、排气管8、筒体段3、锥体段4、灰斗6和灰斗入口处安装的防返混锥7等结构组成。

按照本发明提供的带有防返混锥的旋风分离器，固体颗粒随着气体进入到旋风分离器切向入口1(或者旋风分离器导叶式入口2)以后，在离心力的作用下被分离到旋风分离器筒体段3内壁，沿着旋风分离器筒体段3和锥体段4内壁面向下做螺旋运动，并随着下行气流进入到灰斗6中。进入灰斗6中气流从灰斗中上行返出时，遇到防返混锥7的阻挡，必须绕过防返混锥而从防返混锥周向环隙中通过，这样就增加了上行气流中颗粒的离心力，使颗粒进一步分离到周边的下行流中并被带入灰斗，从而减小了灰斗返混夹带，提高了旋风分离器的分离效率。

本发明提供的防返混锥设计主要包括三个结构参数：防返混锥周向截面积、防返混锥底面直径和防返混锥高度。