[发明专利]径向喷射规整旋流分离器

说明书

技术领域

本发明涉及气(液)固分离技术领域，具体涉及一种径向喷射规整螺旋流分离器，主要应用于石油、化工、医药、钢铁冶炼、有色金属冶炼、水泥厂、火电厂、粮食加工厂、炼焦厂等行业的除尘系统。

背景技术

含尘气流的气固分离是石油、化工、医药、矿山、冶金、水泥、火电、粮食加工等行业的主要工艺流程。减少各类工业粉尘对大气的污染，是当今全世界重视的环保课题。

在上述领域中，旋风分离器是被应用较多的分离设备。旋风分离器的基本原理是含尘气流沿切线进入圆筒做螺旋形旋转运动，固体颗粒在离心力的作用下向圆筒内壁面运动，从而被捕集，如图1所示。因其结构简单，运行可靠，所以一百多年以来在相关行业中得到广泛应用。旋风分离器的缺点是对细小颗粒的分离效率很低。根据参考文献“张殿印，王纯.除尘器手册.北京.化学工业出版社.2004.10”中的表1-18介绍，当含尘气流中的固体颗粒粒径≥50μm时，旋风分离器的分离效率可达94％，但当含尘气流中固体颗粒粒径为5μm时，分离效率仅27％，当粒径为1μm时，分离效率仅为8％。根据该参考文献表1-21规定，当含尘气流中的固体颗粒粒径≤10μm时，旋风分离器不再起到除尘作用，必须采用袋式除尘器或静电除尘器。

自从1886年以旋风分离器为发明主题申请得到第一个专利以来，旋风分离器的技术一直得到不断的发展，对其研究主要分两方面，一是理论研究，二是实验研究。为了提高旋风分离器的分离效率和减少流动损失，实验研究又分为两方面，一是优化旋风分离器的各个几何参数和进口速度；二是改变旋风分离器的结构形式。到目前为止，在这两方面都取得了明显的效果。在优化参数方面效果较好的是美国专利US2941621，该专利是将分离室圆筒的直径缩小到几十毫米，大大提高了分离效率，对于粒径≤10μm的催化剂粉尘有了较好的分离效果。为了满足大的流量，将多个单台小管经旋风分离器做成并联的阵列。由于小管数量较多，致使设备庞大，结构复杂，制造困难，各单管之间易产生流量分配不均，粉尘反串等问题，导致分离效率降低。特别在进气流量波动较大时，分离效率更低，时常在炼油厂催化裂化装置周围数百米远的地面上，肉眼就可看到一层白色的催化剂粉尘。由于旋风分离器的分离力取决于含尘气流进口速度和分离室的直径，所以进口气流流量的波动对分离效率的影响是旋风分离器不可避免的缺点。

改变结构形式有一定的创新性，专利文献CN85200870U就是将旋风分离器由一个进气口改成数个，具体结构见图2所示。该专利文献中将每个进气口的气流速度提高到100m/s，比原旋风分离器进气口的速度提高4～5倍，这一改进提高了分离效率。但进口处流动阻力会增加，并且气流速度仅在进口处可达100m/s，当气流进入环形分离室后，气流速度会迅速下降，不能在整个环流室内一直保持高的离心加速度。同时进口处的气流速度大小波动会影响分离效率。

增加离心力是提高气固分离器分离效率的最有效途径。中国专利文献ZL02103986.O、02103989.5和CN2766964Y在这方面做出了有效成绩，他们共同的特点是在类似于旋风分离器的圆筒壳体内装一个旋转的针状轮，如CN2766964Y所描述的针轮结构：“针轮由U字形针状苗呈辐射状均匀密集排列分层叠置组合在轮毂上而成。有至少一件针轮固定在转动轴上。”其结构原理如图3所示，图中针轮是由电机带动做定轴转动。含尘气流的流动方向可与针轮呈切向流动(或螺旋流动)，也可呈轴向流动。针轮的作用是与气流中的固体颗粒发生冲撞，使颗粒获得较高的离心力，从而提高超细颗粒的分离效率。据该专利文献表述，对粒径为2μm的颗粒，分离效率可提高2倍。这是一大进展。显然，专利文献中附加的这种针状轮主要给固体颗粒增加旋转动能，提高分离效率。这一改进增加了一套转子，附加了能耗，而含尘气流的进入和排出，必须由风机提供动能。

发明内容

本发明提出一种径向喷射规整旋流式分离器，通过简单的结构设计提高了对气流中固颗粒的离心力，增强了对超细颗粒的除尘效果。

径向喷射规整旋流分离器，包括同轴安装的内圆筒和外圆筒，内圆筒和外圆筒侧壁之间的空腔形成分离室；外圆筒的下端接有倒圆锥筒，倒圆锥筒的锥口为固体颗粒出口；内圆筒的上端连通出气管；出气管外部套装有整流圆筒，整流圆筒与出气管侧壁之间形成与分离室连通的环形通道；外圆筒上端与内圆筒上端之间的空腔以所述出气管为中心安装有径向叶轮；含尘气流从环形通道进入，通过径向叶轮导向外圆筒内壁，再90度转向进入分离室。

作为优化，所述分离室内安装有螺旋导叶片。

本发明相对于现有技术，具有以下特点：