一种高效旋风分离器的制作方法

本实用新型涉及气固分离设备技术领域，尤其涉及一种高效旋风分离器。

背景技术：

旋风分离器作为一种重要的气固分离设备，由于其具有结构简单、无运动部件、分离效率高、维修方便以及能在高温高压下工作等优点，广泛地应用于化工、石油、环保、食品等工业领域。其工作原理为含尘气流经过进气口进入旋风分离器，在旋风分离器内形成绕其轴线旋转的气流，在离心力的作用下，粉尘甩向外壁，向下经排尘口排出，洁净气体则经过中心的排气管排出。由于旋风分离器内的气流运动极为复杂，属于三维湍流的强旋流，因此旋风分离器的结构型式将直接影响分离性能。二次涡流在旋风分离器中普遍存在，它由轴向速度νz与径向速度νr构成，二次涡流对旋风分离器的性能，尤其是对分离效率影响较大。如“上涡流(或称短路流)”,旋风除尘器顶盖、排气管外面与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，将形成局部涡流(上涡流)，夹带着相当数量的尘粒向中心流动，并沿排气管外表面下降，最后随中心上升气流逸出排气管，影响了分离效率。排尘口处的“返混现象”同样严重影响分离器对细颗粒的分离。在普通的旋风分离器内，靠近器壁的下行气流将已捕集在器壁处的颗粒排入灰斗，所以总不可避免地会有一部分气流进入灰斗，而后再返回分离器内，从灰斗返回的这部分气流总会夹带回部分已分离的粉尘，即“返混现象”。因此开发一种能尽量消除“二次涡流”和“返混现象”的旋风结构是提高旋风效率的一个重要方向。

另外，随着工业装置生产规模的提高以及操作条件变得更为苛刻，对旋风分离器性能的要求也不断提高。一方面要求旋风分离器有更强的捕集细粉的能力；另一方面要求旋风分离器的压降进一步减少,以降低能耗。所以,迫切需要研究出高效率且低能耗的新型旋风分离器。

中国实用新型专利申请“一种高效低压降旋风分离器”(授权公告号：cn207857151u)公开了一种旋风分离器，在出口管管壁上设置有若干个平衡孔，平衡孔的孔道方向与进气管中气体进入方向相反，固体颗粒在离心力的作用下通过平衡孔甩入下旋气流，从而提高固体颗粒的分离效率。该种旋风分离器在结构上并未做改进以消除二次涡流，分离效率不理想，另外实际运行时，只有很小一部分粉尘颗粒通过平衡孔甩出出口管，分离效率提高比例十分有限。

中国发明专利申请“一种旋风分离器”(申请公布号：cn105750098a)公开了一种旋风分离器，通过在顶板上沿外弧板的内壁设置注入装置，使得注入装置能够提供注入方向向下的射流，该射流能够抑制环形空间内的二次涡流，进而消除顶灰环，提高旋风分离器的分离效率。该发明的旋风分离器对注入气体的压力和流量需要严格控制在合理范围内，否则注入气体会干扰旋风分离器内部流场，反而会降低分离器的效率，同时需要增设相关仪器仪表用于监控注入气体的有关参数。所有此种结构增加分离器操作难度，提高分离器投资成本。其次，对注入气体的气源要求较高，需要采用原料气或者惰性气体，否则会污染分离器处理的工艺气体，影响气体质量。

中国发明专利申请“高效低阻旋风分离器”(申请公布号：cn101422757a)公开了一种旋风分离器，排气管由直筒、上扩口锥环、开槽锥体和下扩口锥环从上至下依次连接组成，其低端伸入筒体和锥体交界处，有利于减少尘粒短路，提高旋风分离器效率。但是此种结构势必会增加分离器的压降，虽然该发明专利在开槽锥体上开有锥口，使得气流通过锥口进入排气管，增大流通面积，降低分离器压降，但开槽锥体上的锥口方向并未与气流旋转方向相反，会导致一部分气体携带粉尘直接从锥口进入排气管排出分离器，降低分离效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高效旋风分离器，具备使旋风分离器在获得更高效率的同时，进一步降低旋风分离器的压降，节约能耗的优点。

实现上述目的的技术方案是：

本实用新型提供了一种高效旋风分离器，包括进气口、排气管、筒体、锥体和灰斗，它们从上至下依次连接在一起，其中进气口开在筒体的上方，设置为蜗壳式，为斜向下结构，进气口的轴线与水平方向形成夹角α＝20～40°。

优选的，排气管由直管和开孔锥体组成，直管内径de和筒体内径d0的比值de/d0＝0.3～0.5，直管上端伸出筒体外，在直管下端的内部设置有开孔锥体，开孔锥体的最下端高于或平齐直管的最下端。为了便于提高旋风分离器的分离效率。

优选的，开孔锥体上端直径大于下端直径，开孔锥体的锥度为10～25°，开孔锥体上端外径与直管的内径相等。为了保证开孔锥体和直管的正常匹配。

优选的，开孔锥体的上端固定在直管内部，下端封闭，锥面上圆周方向均匀开有多个圆孔，圆孔的总开孔面积为直管横截面积的2～3倍。为了增加气体的流通面积。

优选的，高效旋风分离器还包括排尘锥组件，排尘锥组件安装在锥体和灰斗的连接处，由圆锥、拖架、转动杆、填料环、压紧螺母和高度标尺组成，转动杆由托板和螺栓组成。为了便于使旋风分离器始终在“高效率”状态下运行。

优选的，圆锥安装在灰斗内部并在锥体正下方，圆锥的锥头朝上设置，锥面与锥体下端边缘存在间距d1。用于控制粉尘落入灰斗的质量流率。

优选的，圆锥的圆周方向均匀设置多个托架，托架数量为2～6个，每个托架的一端与圆锥下端固定，另一端开一个圆形通孔。为了便于托架有序的进行分布。

优选的，灰斗上方开螺纹孔，螺纹孔与螺栓的螺纹规格相同，每个螺纹孔与托架上的圆孔对应，螺纹孔与圆孔同轴设置，在螺纹孔同心处开圆形槽孔，槽孔直径为螺纹孔直径的3～5倍。为了增加本身的密封性。

优选的，排尘锥组件还包括填料环和压紧螺母，压紧螺母规格与螺栓的螺纹规格相同。为了便于保证两者之间的连接性。

优选的，填料环放置在圆形槽孔内，压紧螺母放置在填料环上方用于压紧填料环。为了便于密封性能的稳定保持。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在使用的过程中，通过将进气口设置为蜗壳式，为斜向下结构，为粉尘分离提供预分离空间，有效降低靠近排气管一侧的粉尘浓度，减少短路流携尘量，有效提高旋风分离器分离效率，排气管由直管和开孔锥体组成，直管的上端伸出筒体外，下端的内部安装开孔锥体，开孔锥体大端与直管内壁固定，小端开口封闭，锥面上均匀开设有多个圆孔，开孔锥体的开孔面积是直管的横截面积的数倍，增大了气体流通面积，使分离器压降降低，本实用新型还包括排尘锥组件，它安装在锥体和灰斗的连接处，排尘锥组件的高度可以在分离器外部进行自由调节，调节方式简单有效，本实用新型通过对旋风分离器的结构进行优化，实现分离器高效率、低压降的目的，它比常规的旋风分离器效率可提高2～3％，压降可减少15～25％，所以本实用新型结构简单、设计合理，适合工业上大规模推广使用。

附图说明

图1为本实用新型主视图的结构示意图；

图2为图1中区域c处放大的结构示意图；

图3为图1中a-a位置俯视局部结构示意图；

图4为图1中k向的俯视局部结构示意图；

图5为本实用新型中的旋风分离器与常规直切式旋风分离器的效率对比图；

图6为本实用新型中的旋风分离器与常规直切式旋风分离器的压降对比图。

附图标记说明：

1、进气口；2、排气管；21、直管；22、开孔锥体；3、筒体；4、锥体；5、排尘锥组件；6、灰斗；51、圆锥；52、托架；521、圆孔；53、转动杆；531、托板；532、螺栓；54、填料环；55、压紧螺母；56、高度标尺；61、螺纹孔；62、圆形槽孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参阅图一至图六所示，本实用新型提供一种高效旋风分离器，包括进气口1、排气管2、筒体3、锥体4和灰斗6，这些部件从上至下依次连接在一起。进气口1开在筒体3的上方，为了提高旋风分离器的分离效率，如图四所示进气口1设置为蜗壳式，进气口1为斜向下结构，进气口1的轴线与水平方向形成夹角α＝20～40°，为了验证本实例中对旋风分离器的结构进行优化后的效果，决定采用本实施例中的高效旋风分离器和常规直切式旋风分离器，对两者的分离性能进行对比。在旋风分离器的直径d0同为800mm的条件下，在冷态(常温常压)工况下，用平均粒径为11.3μm，浓度为10g/nm³的滑石粉在实验室内进行测试，实验装置及方法完全对比参照《石油炼制与化工》2011年第42卷第10期中《油页岩旋风分离器分离性能的试验研究》中的相关描述，在相同进口气速的条件下分离效率比较。测定结果参见图五，由图五可知，在相同进口气速的条件下，采用本实施例的高效旋风分离器比采用常规直切式旋风分离器分离效率可提高2～3％，在相同进口气速的条件下压降比较，测定结果参见图六，由图六可知，在相同进口气速的条件下，采用本实施例的高效旋风分离器比采用常规直切式旋风分离器压降要低15～25％，由上述对比可以看出，当进口气速较高的情况下，本实施例的高效旋风分离器仍可获得更高的分离效率，而压降上升速度缓慢。所以本实用新型通过对旋风分离器的结构进行优化后，可有效消除旋风分离器内部的“二次涡流”和“返混现象”，不仅提高了分离效率，而且降低了分离器的压降。在本实施例中夹角α＝30°。本实用新型根据附图对该装置作进一步说明。

参阅图一至图六所示。

进一步的，如图一所示，排气管2由直管21和开孔锥体22组成，直管21上端伸出筒体3外，在直管21下端的内部设置有开孔锥体22，开孔锥体22的最下端高于或平齐直管21的最下端，在本实施例中开孔锥体22的最下端高于直管21的最下端，为了提高旋风分离器的分离效率，直管21内径de和筒体3内径d0的比值最好为de/d0＝0.3～0.5，在本实施例中de/d0＝0.4。

进一步的，如图一所示，开孔锥体22上端直径大于下端直径，开孔锥体22的锥度为10～25°，在实施例中开孔锥体22的锥度为18°。开孔锥体22上端外径与直管21的内径相等，上端与直管21内壁焊接固定，下端封闭。

进一步的，如图一所示，开孔锥体22的上端固定在直管21内部，下端封闭，锥面上圆周方向均匀开有多个圆孔，为了增加气体的流通面积，降低旋风分离器的压降，圆孔的总开孔面积为直管21横截面积的2～3倍，本实施例中开孔面积为直管21横截面积的2倍。

进一步的，如图二所示，高效旋风分离器还包括排尘锥组件5，排尘锥组件5安装在锥体4和灰斗6连接处，排尘锥组件5由圆锥51、拖架52、转动杆53、填料环54、压紧螺母55和高度标尺56组成，转动杆53由托板531和螺栓532组成，转动杆53的螺栓532依次穿过压紧螺母55、填料环54、螺纹孔61、圆孔521后，托板531再与螺栓532最下端固定，托板531的直径大于圆孔521的直径。圆锥51的高度可以自由调节，具体调节方法为：松开压紧螺母55，通过转动螺母532使转动杆53向上或向下转动，则圆锥51会在托板531的支撑下随着转动杆53向上或向下移动，将圆锥51调至合理高度后，拧紧压紧螺母55。剩余2个转动杆53同样按照上述方法调节，确保所有转动杆53高度一致，即每个托架52的高度一致，圆锥51则不会摆放倾斜，高度标尺56的存在和使用可以快速准确判断每个转动杆53的高度是否一致，从而判断圆锥51是否摆放倾斜。另外，可以根据计算或者旋风分离器实际运行参数总结出旋风分离器的进口粉尘浓度与转动杆53高度的对应关系，这样在旋风分离器进口粉尘浓度发生改变时，可以及时调整转动杆53相对应的高度，控制粉尘落入灰斗6的质量流率，阻挡下行旋转气流进入灰斗6，减少“返混现象”，使旋风分离器始终在“高效率”状态下运行，以提高旋风分离器的操作弹性。

进一步的，如图二所示，圆锥51安装在灰斗6内部并在锥体4正下方，圆锥51的锥头朝上设置，锥面与锥体4下端边缘存在间距d1。

进一步的，如图二和图三所示，圆锥51的圆周方向均匀设置多个托架52用于固定圆锥51，托架52数量一般为2～6个，托架52数量为3个，每个托架52间隔60°设置，每个托架的一端与圆锥51下端固定，另一端开一个圆形孔521，圆形孔521的直径略大于螺栓532的直径。

进一步的，如图二和图三所示，灰斗6上方开螺纹孔61，螺纹孔61与螺栓532的螺纹规格相同，每个螺纹孔61与托架52上的圆孔521对应，螺纹孔61与圆孔521同轴设置，考虑到转动杆53与螺纹孔61之间螺纹密封不严的问题，在螺纹孔61同心处开圆形槽孔62，槽孔62直径为螺纹孔61直径的3～5倍，在本实施例中槽孔62直径为螺纹孔61直径的4倍。

进一步的，如图二所示，排尘锥组件5还包括填料环54和压紧螺母55，压紧螺母55与螺栓532的螺纹规格相同，使得两者之间能够较好的相互连接。

进一步的，如图二和图三所示，填料环54放置在圆形槽孔62内，压紧螺母55放置在填料环54上方用于压紧填料环54，增加密封性能。

本实用新型的工作原理是：本实用新型在使用的过程中，含尘气流经过进气口1进入旋风分离器，在旋风分离器内形成绕其轴线旋转的气流，在离心力的作用下，粉尘甩向外壁，向下经排尘口排出，洁净气体则经过中心的排气管2排出，在此过程中，旋风分离器进气口1设置为蜗壳式，相比于普通直切式旋风分离器，含尘气流不是到达筒体3后才开始旋转，而是在蜗壳通道内高速旋转后再进入旋风分离器筒体3，为粉尘分离提供预分离空间，有效降低靠近排气管2一侧的粉尘浓度，减少短路流携尘量，另外，蜗壳通道截面积递减，含尘气流旋转速度不断提高，尘粒所受的离心力也不断加强，尤其有利于对细颗粒的捕集，旋风分离器进气口1下斜一定的角度，使气流在旋转的同时保证了向下的旋转，此下倾角不仅可以很大程度上消除旋风分离器顶部灰环形成，而且保证了尘粒遇到筒壁反弹时绝对折射朝下进入排气管2以下甚至锥体4位置，旋风分离器的排气管2分为直管21和开孔锥体22两部分，因开孔锥体22的下端封闭，净化后的气流高速旋转进入排气管2后，受到开孔锥体22阻隔，旋转气流需经过开孔锥体22上的多个圆孔521排出分离器，这样旋转气流被强制分成多股气流而失去旋转状态，所以开孔锥体22起到“消旋”作用，开孔锥体22安装在直管21内部，直管21可以有效阻拦上涡流携带粉尘直接经过开孔锥体22排出分离器而降低分离效率。因开孔锥体22的开孔面积是直管21的横截面积的数倍，增大了气体流通面积，使分离器压降降低，通过上述设计操作当缩小直管21的直径时，不仅确保气流在旋风分离器内形成较强的离心场，以提高分离效率，而且分离器的压降增加幅度很小。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。