[实用新型]一种旋风分离器的进气入口结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及气固分离领域用旋风分离器的一种进气入口结构，其在旋风分离器的入口流道中设置一个使气流旋转的螺旋导流板结构，安装这种入口结构可有效地减轻因旋风分离器环形空间二次流所携带颗粒造成的颗粒逃逸，消除顶灰环造成的器壁磨损，同时也可以抑制颗粒在旋风分离器升气管外壁表面的沉积，从而改进旋风分离器的分离性能。 

背景技术

旋风分离器是一种使用广泛的气固分离设备，大部分旋风分离器的入口结构采用矩形入口结构，如图1所示，主要包括：旋风分离器本体(1)、矩形入口结构(2)、升气管(3)等，矩形入口结构与旋风分离器的连接，或是采用蜗壳式过渡与旋风分离器本体连接，见图2，或是切向与旋风分离器本体连接，见图3。矩形入口的作用是将沿直线流动的气流引入到旋风分离器的本体上部，在旋风分离器圆形器壁的约束下形成旋转流，进而在旋风分离器本体内形成离心力场对气固两相流中的固体颗粒进行离心分离。 

旋风分离器内部的气流流场分析表明，气流进入旋风分离器的环形空间后，即旋风分离器本体与升气管之间的空间，受到圆形器壁的约束，形成旋转流动，由此产生了指向弯管外侧的离心力，形成径向压力梯度，离心力与径向压力梯度平衡： 

Vt2r=1ρ∂p∂r]]>

在环形空间的任意纵截面上，由于存在着器壁表面的附面层和摩擦阻力的影响，使器壁附近的气流切向速度急剧减小，直至为零。从轴向看，不同轴向位置的切向速度沿径向分布存在很大的变化，接近上盖板附近的切向速度相对 比较小，因此依据上述公式计算的不同轴向位置的离心力也是不同的，压力分布沿轴向存在很大的不均匀性。例如，在弯管任意一个纵截面上，见图4，上表面SR附近的切向速度低于QT处的切向速度，QT之间的径向压力梯度大于SR相应的径向压力梯度，结果外侧T的压力高于S，内侧中心Q点的压力低于R，造成流体从外侧T沿壁面向上流动，再沿上表面由S向内侧流向R，外侧产生垂直于切向速度的向上的轴向速度，内侧产生垂直于切向速度的向下的轴向速度，上侧产生向内的径向速度，在纵截面上形成如图4所示的二次流。实际上在旋风分离器的环形空间气流运动是主流切向速度与二次流的叠加，是一种旋转拧流，见图5。 

由于在旋风分离器的环形空间上部二次流的存在，对颗粒的运动有很大的影响，颗粒除受到切向速度离心力的作用外，还受到二次流的作用。二次流中上行的轴向速度对颗粒的曳力与颗粒的重力平衡，颗粒向外的离心力与向内的二次流中的径向速度的曳力平衡，使颗粒悬浮在旋风分离器的环形空间的外角处，在环形空间形成一个旋转的顶灰环，见图6，即颗粒聚集在旋风分离器环形空间的上部外角处形成旋转的颗粒群，实验和数值模拟均可以表明顶灰环的存在，见图7。 

这种顶灰环的存在对旋风分离器的运行具有很大的危害，一方面加剧对旋风分离器器壁的磨损，另一方面这种流动形式使已经被分离到器壁的颗粒沿着外壁上行，在上盖附近径向向内流动，然后在沿着升气管器壁下行，最后从升气管入口逃逸，降低分离效率，同时颗粒在升气管外壁的流动过程中，部分粘附性的颗粒会粘附在升气管的外壁上，形成一个颗粒沉积层。这种粘附性颗粒若发生化学反应，固化，则会逐渐长成很厚的沉积层。例如催化裂化装置沉降器内旋风分离器的升气管表面的结焦，见图8，这种结焦焦块当受到外部力的作 用时，就会脱落堵塞旋风分离器的下部排料料腿，造成旋风分离器的分离功能失效。 

对旋风分离器的研究和应用现场调研表明：顶灰环产生的器壁磨损问题、颗粒逃逸和升气管器壁表面的沉积问题，对于旋风分离器的运行而言是一种潜在的危害。为此消除顶灰环是解决上述问题的前提。 

发明内容

为了解决上述顶灰环所造成的问题，本实用新型提供了一种旋风分离器进气入口结构，可以有效的抑制顶灰环的形成，进而减轻旋风分离器器壁的磨损、减小颗粒的逃逸和抑制升气管外壁的颗粒沉积。