專利名稱：壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用離心力分離密度不同介質(zhì)的機(jī)械，尤其是通過(guò)在分離設(shè) 備壁面開(kāi)有槽道，利用介質(zhì)產(chǎn)生的離心力分離氣體或液體中所含固體顆粒的旋風(fēng)分離器。
背景技術(shù)：
眾所周知，分離非均相物系的一種重要方法是采用所謂的旋風(fēng)分離器(適用于 氣_固或氣_液系統(tǒng))或者是旋流器(適用于液-固、液-液或氣_液系統(tǒng))。非均相物系 以一定的速度進(jìn)入分離設(shè)備，流體介質(zhì)受到幾何部件的約束而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于非均相 物系中不同的相具有密度差，由此產(chǎn)生的大小不同的離心力促使各個(gè)物系在幾何空間中產(chǎn) 生分離，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽⒉煌锵捣謩e導(dǎo)出該設(shè)備，這就實(shí)現(xiàn)了非均相物系的分離。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，旋風(fēng)分離器在生產(chǎn)和生活中被廣泛采 用。例如在石油開(kāi)采工業(yè)中，廣泛采用旋流器對(duì)采出液中的水-油-砂物系進(jìn)行分離。在 煉油和石化工業(yè)中，旋風(fēng)分離器是流化床反應(yīng)器系統(tǒng)中分離循環(huán)催化劑的關(guān)鍵設(shè)備。在煤 的循環(huán)流化床燃燒過(guò)程中，旋風(fēng)分離器是決定燃燒系統(tǒng)熱效率最主要的設(shè)備之一。針對(duì)旋風(fēng)分離器分離與工作性能的改進(jìn)持續(xù)進(jìn)行了多年。例如中國(guó)專利 02226256. 3 (—種旋風(fēng)除塵器的除塵筒)公布了一種壁面加豎向筋板的方式，希望通過(guò)筋 板間流體的渦流來(lái)強(qiáng)化顆粒的分離，但眾所周知，具有強(qiáng)旋流動(dòng)特征的旋風(fēng)分離器在橫掠 具有較大尺寸臺(tái)階時(shí)將會(huì)引起嚴(yán)重的湍流脈動(dòng)，因此，本已被分離到壁面的顆粒會(huì)由于氣 流的湍流脈動(dòng)而重新進(jìn)入主流區(qū)，從而降低了分離效率。中國(guó)專利03223047. 8 (螺旋導(dǎo)流 式旋風(fēng)分離器)與中國(guó)專利97205282. 8 (螺旋隔室雙級(jí)分離式高效細(xì)粉分離器)公布了類 似方案，在內(nèi)外筒之間通過(guò)內(nèi)筒壁的外壁面加裝螺旋形擋板，形成螺旋通道。但由于壁面的 大幅度增加，氣流的壓降急劇增大，并且，由于流動(dòng)多次改變方向，將會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的湍 流脈動(dòng)，從而造成已被甩向壁面的顆粒再次被卷吸到主流中。中國(guó)專利91228157. X(水力 旋流分離器)公布了一種在旋流器(通常用于分離氣-液混合物系)下部錐段開(kāi)環(huán)形槽的 形式。此方案著眼于顆粒在被甩向壁面時(shí)通過(guò)壁面形狀的改變而改變其彈跳的方向。因此， 此方案在下部顆粒出口開(kāi)與軸線垂直的環(huán)形槽，且槽不連通。中國(guó)專利96226761. 9 (強(qiáng)化 細(xì)粒分級(jí)水力旋流器)公布了一種類似的方案，只是開(kāi)槽形式為齒狀槽。根據(jù)對(duì)旋風(fēng)分離 器的研究可知，顆粒在圓柱段的分離是顆粒得以分離的主要場(chǎng)所。從集塵口上揚(yáng)的顆粒仍 然要依靠在中心段的二次分離才能最終保證旋風(fēng)分離器的分離效率。在下部開(kāi)槽，尤其是 橫向槽對(duì)旋風(fēng)分離器的顆粒分離不具有直接分離作用。中國(guó)專利200480022734. 4(旋風(fēng)分 離裝置)和中國(guó)專利86100916 (旋流分離器)也公布了類似的開(kāi)槽方案，但開(kāi)槽位置在中 心升氣管外壁。中國(guó)專利86104879 (旋風(fēng)分離器)與中國(guó)專利95205751. 4 (旋流離心式油 煙分離器)公布了一種在入口端開(kāi)槽，并且連通到出口的方案，但很明顯，此方案與本發(fā)明 所討論的方案內(nèi)容完全不同。典型旋風(fēng)分離器內(nèi)的分離區(qū)有環(huán)形分離區(qū)，主分離區(qū)、二次分離區(qū)和流體加速區(qū)。 通過(guò)發(fā)明人的多年研究表明，對(duì)于氣-固體系，在中低顆粒濃度下，固體顆粒從進(jìn)口呈螺旋
3條帶形式向下運(yùn)動(dòng)，直到排塵口。這種條帶存在劇烈擺動(dòng)，尤其是在高流量情況，明顯的顆 粒條帶將消失，而這種擺動(dòng)將降低分離器的分離效率。發(fā)明人的研究表明，在上述四個(gè)分離 區(qū)內(nèi)，固體顆粒被甩向壁面后，由于彈跳而再次被拋向主流區(qū)，這就造成在環(huán)形分離區(qū)的徑 向流攜帶大量顆粒流向升氣管。在流體加速區(qū)，由于渦核存在的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致壁面的切向 速度以一定的脈動(dòng)頻率擺動(dòng)，把已分離到壁面附近的顆粒再次卷入核心區(qū)。上述表明，如果采用某種結(jié)構(gòu)使得被分離到壁面的固體顆粒能夠及時(shí)得到屏蔽， 那么，顆粒的分離效率將大大提高，更重要的是顆粒的切割粒徑將顯著減小。對(duì)于煉油工業(yè) 中催化裂化的反應(yīng)_再生系統(tǒng)而言，這就意味著進(jìn)入煙氣輪機(jī)前的第三級(jí)旋風(fēng)分離器的負(fù) 荷大大降低，甚至可以取消；對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐而言，這就意味著后部的電除塵器和布袋 除塵器的負(fù)荷大大降低，甚至可以取消。本發(fā)明正是基于這種思想，通過(guò)在壁面開(kāi)槽，將甩 到壁面壁面的顆粒收集到槽道內(nèi)，并沿著槽道向灰斗或料腿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分離效率的提高和 切割粒徑的降低。盡管各種技術(shù)公開(kāi)了在不同位置開(kāi)槽或設(shè)置擋板，但是，由于沒(méi)能認(rèn)識(shí)到壁面對(duì) 顆粒反彈造成的重要性、壁面郎肯渦所導(dǎo)致的旋流失穩(wěn)、細(xì)粉在圓柱段的二次分離以及顆 粒實(shí)際存在的團(tuán)聚現(xiàn)象，因此，各種已查閱專利和公開(kāi)文獻(xiàn)沒(méi)有提出過(guò)在筒體壁面開(kāi)槽且 沿著密度較大介質(zhì)流動(dòng)方向的方法。現(xiàn)有技術(shù)中的各種結(jié)構(gòu)不能有效實(shí)現(xiàn)固體顆粒及時(shí)進(jìn) 入壁面附近的低速區(qū)，同時(shí)也難以消除已進(jìn)入壁面低速區(qū)的固體顆粒再次反彈至主流區(qū)的 問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)背景技術(shù)所述，本實(shí)用新型的目的在于避免上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成 本低、效率高、能夠在現(xiàn)有常規(guī)旋風(fēng)分離器基礎(chǔ)上大幅度提高分離效率、降低壓降、降低切 割粒徑的旋流分離器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，由升氣管(1)，物系入口(2)，筒體(3)，錐體(4)和尾 管(5)組成，其中升氣管(1)，物系入口(2)，筒體(3)，錐體(4)和尾管(5)從上往下按序 構(gòu)成旋流分離器的整體，按物系密度較大的介質(zhì)流動(dòng)方向在由外壁(61)，保溫層(62)和襯 里(63)構(gòu)成的內(nèi)壁(6)的壁面上設(shè)置槽道(7)，槽道(7)從物系入口(2)處開(kāi)始，槽道(7) 與流體流動(dòng)方向成0 90°夾角，槽道(7)面積與流體所掠過(guò)的壁面之比為0 0.9，優(yōu)選 的是0.01 0.2。所述的槽道(7)的深度與直徑之比是0 0.3，優(yōu)選的是0.02 0. 1。所述的槽道(7)在垂直流動(dòng)方向上的寬度為0 0. 5，優(yōu)選的是0. 01 0. 1。所述的槽道(7)為豎槽、橫槽或螺旋槽。所述的槽道(7)的剖面形狀是半圓形，弧形，三角形或其他幾何形狀。所述的槽道(7)是連續(xù)或者斷續(xù)的。所述的槽道(7)位置可以是物系入口(2)與升氣管(1)所形成的環(huán)形空間，筒體 (3)處，尾管(5)處或料腿處。所述的旋風(fēng)分離器包括反流式、直流式和擴(kuò)散式。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果[0019]1、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器與普通旋風(fēng)分離器相比，在相同壓降下，其分離效率 大大提高。2、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器的顆粒切割粒徑可顯著降低。3、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器當(dāng)在排塵口附件開(kāi)有槽道時(shí)，排塵口附近的灰塵返混 大大降低。4、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器當(dāng)在環(huán)形分離區(qū)開(kāi)有槽道時(shí)，上灰環(huán)所導(dǎo)致的固體顆 粒的短路流將大大降低。5、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器當(dāng)產(chǎn)生顯著的渦核進(jìn)動(dòng)時(shí)，由于顆粒已被聚集在槽道 內(nèi)，進(jìn)動(dòng)渦核所誘導(dǎo)的速度對(duì)分離效率的影響將大大降低。6、本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器使顆粒對(duì)壁面的磨損將大大降低。7、當(dāng)在多級(jí)分離系統(tǒng)中的上游采用本發(fā)明的旋風(fēng)分離器時(shí)，在不降低系統(tǒng)整體分 離效率前提下，多級(jí)分離系統(tǒng)中的下游高效分離器可被部分或全部取消。

圖1是傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)總體示意圖；圖3是本實(shí)用新型壁面槽道由擋板構(gòu)成的示意圖；圖4是本實(shí)用新型壁面槽道的離心分離機(jī)械的示意圖。
具體實(shí)施方式
旋風(fēng)分離器主要包括反流式、直流式和擴(kuò)散式以及離心式分離機(jī)械。圖1示出了 傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中氣體與固體的混合物以很高的速度從物系入口 2進(jìn) 入旋風(fēng)分離器內(nèi)，在筒體3形成的圓形空間內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，顆粒被甩向壁面，形成固體顆粒的 主分離區(qū)，然后未完全凈化的氣體進(jìn)入錐形段4，氣體加速旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣體旋轉(zhuǎn)至料 腿5處，氣體折轉(zhuǎn)流向向上運(yùn)動(dòng)，從升氣管1離開(kāi)旋風(fēng)分離器，而固體顆粒則從料腿5進(jìn)入 灰斗。這樣，氣體和固體顆粒就實(shí)現(xiàn)了分離。實(shí)施例一用于流化催化裂化再生器內(nèi)的旋風(fēng)分離器由圖2示出本實(shí)用新型用于煉油工業(yè)中流化催化裂化操作單元的反應(yīng)_再生段 的再生器中，壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，主要由升氣管1，物系入口 2，筒體3，錐體4和尾管5 組成，其中升氣管1，物系入口 2，筒體3，錐體4和尾管5從上往下按序構(gòu)成旋流分離器的 整體，按物系密度較大的介質(zhì)流動(dòng)方向在內(nèi)壁6的壁面上設(shè)置槽道7，槽道7從物系入口 2 處開(kāi)始，槽道7與流體流動(dòng)方向成0 90°夾角α，槽道7面積與流體所掠過(guò)的壁面之比 為0 0.9，優(yōu)選的是0.01 0.2 ；槽道7的深度與直徑之比是0 0.3，優(yōu)選的是0. 02 0. 1 ；槽道7在垂直流動(dòng)方向上的寬度為0 0. 5，優(yōu)選的是0. 01 0. 1。其中，槽道的構(gòu)成方法可以是焊接、鉚接、車削、銑削、刨削、磨削、軋制、沖壓或者 是預(yù)制成型。由圖2可知，本實(shí)施例是在旋風(fēng)分離器的壁面上順著顆粒流動(dòng)方向開(kāi)槽，內(nèi)壁6和 槽道7是沿著螺旋方向在器壁上壓制形成的槽道。下面描述根據(jù)本實(shí)施例的非均相分離過(guò)程。[0036]當(dāng)用于催化裂化操作單元的反應(yīng)_再生段的再生器內(nèi)以分離昂貴的催化劑時(shí)，混 合物從物系入口 2進(jìn)入，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，催化劑被分甩向壁面并進(jìn)入到槽道7內(nèi)，沿著槽道 螺旋向下流動(dòng)，當(dāng)流體接近尾管5時(shí)，催化劑進(jìn)入尾管5，而煙氣從中心的升氣管離開(kāi)旋風(fēng)
分罔器。另知，內(nèi)壁6由金屬外壁61，非金屬材料保溫層62和硅酸鹽襯里63構(gòu)成，襯里63 通過(guò)焊接到金屬外壁61的銷釘64被固定成型；槽道7是通過(guò)在襯里63施工時(shí)直接進(jìn)行預(yù) 置而成。表1給出此種旋風(fēng)分離器在實(shí)驗(yàn)中所獲得的顆粒分離效率和粒級(jí)效率與傳統(tǒng)旋 風(fēng)分離器的對(duì)比結(jié)果。從表中看出，本實(shí)用新型的旋風(fēng)分離器提高了分離效率并且降低了 分割粒徑。表 1 實(shí)施例二 循環(huán)流化床燃燒后部的旋風(fēng)分離器在煤粉的循環(huán)流化床燃燒鍋爐系統(tǒng)中，旋風(fēng)分離器是其中最重要的單元設(shè)備。依 賴于旋風(fēng)分離器的高效運(yùn)行才得以實(shí)現(xiàn)鍋爐未燃損失的降低和鍋爐效率的提高。當(dāng)用于煤 的循燃燒過(guò)程中時(shí)，進(jìn)入旋分分離器的是高溫狀態(tài)下的煙氣和未燃盡煤粉，旋分分離器的 襯里63將阻止金屬外壁61的壁面直接接觸高溫介質(zhì)，使其強(qiáng)度受損。混合物從物系入口 2進(jìn)入，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，煤粉和灰分將被分甩向壁面并進(jìn)入到襯里63形成的槽道7內(nèi)，沿著 槽道7螺旋向下流動(dòng)，當(dāng)流動(dòng)接近尾管5時(shí)，煤粉和灰分進(jìn)入尾管5，而凈化后的煙氣從中心 的升氣管1離開(kāi)旋風(fēng)分離器。當(dāng)用于循環(huán)流化床燃燒鍋爐時(shí)，旋風(fēng)分離器的形狀可能不是圓筒形；當(dāng)采用內(nèi)部 襯里時(shí)，其內(nèi)部形狀可能也不是圓筒形，但根據(jù)可被理解的技術(shù)原因，當(dāng)把本發(fā)明中的槽道 置于非圓形的內(nèi)壁時(shí)，分離非均相物系也是非常有效的，同時(shí)，這樣的槽道結(jié)構(gòu)的磨損非常 小，不降低原有結(jié)構(gòu)的操作穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)施例三旋風(fēng)分離器處理油田采出液的重要設(shè)備之一是旋流分離器。尤其是對(duì)于空間狹小的海上石油 平臺(tái)而言，高效緊湊的旋流分離器是提高海上石油平臺(tái)工作效率的重要設(shè)備。此處所述的 旋流分離器與旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)和工作原理是類似的。對(duì)于分離氣_固非均相物系的結(jié)構(gòu)， 一般稱之為旋風(fēng)分離器；而對(duì)于分離液-固或者是氣-液非均相物系的結(jié)構(gòu)，一般稱之為旋流分離器或者是旋流器。當(dāng)把本實(shí)用新型的具有槽道的旋流器用于海上石油平臺(tái)時(shí)，其工作過(guò)程與實(shí)施例 一是類似的，此時(shí)，由于與氣相相比，液相粘度大很多，開(kāi)有槽道的旋流器其分離效率的提 高更加明顯。當(dāng)用于煤的循燃燒過(guò)程中時(shí)，進(jìn)入旋流分離器的是高溫狀態(tài)下的煙氣和未燃盡煤 粉，旋流分離器的襯里63將阻止金屬外壁61的壁面直接接觸高溫介質(zhì)，使其強(qiáng)度受損。混 合物從物系入口 2進(jìn)入，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，煤粉和灰分將被分甩向壁面并進(jìn)入到襯里63形成 的槽道7內(nèi)，沿著槽道7螺旋向下流動(dòng)，當(dāng)流動(dòng)接近尾管5時(shí)，煤粉和灰分進(jìn)入尾管5，而凈 化后的煙氣從中心的升氣管1離開(kāi)旋流分離器。
權(quán)利要求一種壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，主要由升氣管(1)，物系入口(2)，筒體(3)，錐體(4)和尾管(5)組成，其特征在于升氣管(1)，物系入口(2)，筒體(3)，錐體(4)和尾管(5)從上往下按序構(gòu)成旋流分離器的整體，按物系密度較大的介質(zhì)流動(dòng)方向在由外壁(61)，保溫層(62)和襯里(63)構(gòu)成的內(nèi)壁(6)的壁面上設(shè)置槽道(7)，槽道(7)從物系入口(2)處開(kāi)始，槽道(7)與流體流動(dòng)方向成0～90°夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)為豎 槽、橫槽或螺旋槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)的剖 面形狀是半圓形，弧形，三角形或其他幾何形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)是連 續(xù)或者斷續(xù)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)位置 是物系入口(2)與升氣管(1)所形成的環(huán)形空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)位置 在筒體(3)處、尾管(5)處或料腿處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)的深 度與直徑之比是0 0.3，優(yōu)選的是0. 02 0. 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)在垂 直流動(dòng)方向上的寬度為0 0.5，優(yōu)選的是0.01 0. 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的槽道(7)的面 積與流體所掠過(guò)的壁面之比為0 0. 9，優(yōu)選的是0. 01 0. 2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，其特征在于所述的旋風(fēng)分離器包 括反流式、直流式和擴(kuò)散式。
專利摘要一種用于非均相物系分離的壁面開(kāi)槽的旋風(fēng)分離器，主要由升氣管(1)，物系入口(2)，筒體(3)，錐體(4)和尾管(5)從上往下按序構(gòu)成，并按物系密度較大的介質(zhì)流動(dòng)方向在內(nèi)壁(6)上設(shè)置槽道(7)，其槽道(7)與流體流動(dòng)方向成α角，槽道(7)的剖面形狀可以是半圓形，弧形，三角形或其他幾何形狀。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，施工方便，改造結(jié)構(gòu)容易，非均相分離效率大大提高。
文檔編號(hào)B04C5/103GK201684671SQ20102010474
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者劉錄, 孟波, 戴靜君, 雷俊勇 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院