阅读说明：本技术 基于内置通道的高效分离器及其方法 (High-efficiency separator based on built-in channel and method thereof ) 是由 朱德志 韩东 王瑾程 纪妍妍 彭伟杰 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：一种基于内置通道的高效分离器及其方法,属于流体动力学领域。本发明提供一种解决气固分离器中关于粒子的二次夹带问题的方法,进口位于分离器顶端,导叶固定于外筒内部,伞环形叶片固定于导叶下端,内螺旋叶片固定于伞环形叶片内部,排气管道于分离器下部。伞环形叶片和内螺旋叶片组成气固两相流的第一通道；伞环形叶片与外筒组成气固两相流的第二通道,固相引出口布置于外筒与排气管道之间。部分粒子率先被分离至壁面,最终沉降至固相引出口；进入第一通道的粒子经内螺旋叶片不断被分离至第二通道,最终沉降至固相引出口,纯净气流进入排气管道,从而有效提高系统分离效率,极大降低了粒子的二次夹带。(An efficient separator based on a built-in channel and a method thereof belong to the field of fluid dynamics. The invention provides a method for solving the problem of secondary entrainment of particles in a gas-solid separator, wherein an inlet is positioned at the top end of the separator, a guide vane is fixed in an outer cylinder, an umbrella-shaped blade is fixed at the lower end of the guide vane, an inner spiral blade is fixed in the umbrella-shaped blade, and an exhaust pipeline is arranged at the lower part of the separator. The umbrella ring-shaped blade and the inner spiral blade form a first channel of gas-solid two-phase flow; the umbrella ring-shaped blades and the outer cylinder form a second channel of gas-solid two-phase flow, and the solid phase lead-out port is arranged between the outer cylinder and the exhaust pipeline. Part of particles are firstly separated to the wall surface and finally settled to a solid phase outlet; the particles entering the first channel are continuously separated to the second channel through the inner spiral blade, and finally settle to the solid phase leading-out port, and the pure air flow enters the exhaust pipeline, so that the separation efficiency of the system is effectively improved, and the secondary entrainment of the particles is greatly reduced.)

基于内置通道的高效分离器及其方法

技术领域

本发明设计一种基于内置通道的高效分离器及其方法，属于流体动力学领域。

背景技术

气固分离技术广泛应用于燃煤、矿业、机械加工、材料加工、化工、食品等行业，对含尘气体进行分离过滤，以重新利用有价值的资源，并且保护其他设备不受损害。目前除尘技术主要包括：喷淋式除尘技术，此类设备构造简单、操作方便、阻力较小，但是设备体积较大，且处理粉尘的能力较低，且需要洗涤液较多；电除尘技术，能够有效分离0.01-1μm的粉尘，但是结构成本昂贵，操作繁琐，且需要考虑设备的稳定性和静、动力分析；袋式除尘技术，除尘效率较高，能够处理低温烟气中的粉尘，造价偏低，但是，该技术无法直接应用于高温领域，并且设备使用寿命较短。为此，轴流式气固分离器因为造价低、易操作、体积小、适用范围广而得到广泛应用。然而，轴流式气固分离器中大粒子会出现二次夹带现象，无法保证大粒子的分离效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于内置通道的高效分离器及其方法，其优点是在于改善了大粒子因二次夹带导致的分离效率降低的问题，利用内置伞环形叶片，使大粒子率先分离，在内置伞环形叶片外壁上反弹，最终沉降分离；使进入内置伞环形叶片的大粒子，通过旋转运动继续分离，在伞环形叶片的间隙中分离至第二通道，从而增大了大粒子的分离效率。

所述一种基于内置通道的高效分离器，其特征在于：包括外筒、导叶、伞环形叶片、内螺旋叶片、排气管道；外筒上端为分离器进口；导叶固定安装于外筒上半段内部中心位置；若干伞环形叶片由上而下依次布置在导叶的正下端，伞环形叶片的壁面为内凹渐扩的喇叭弧型结构；内螺旋叶片固定安装于伞环形叶片中心内部并连续穿过所有伞环形叶片；排气管道固定安装于分离器中心的底部，其上端伸入外筒且与内螺旋叶片的底部留有一段距离，下端外伸出外筒；排气管道为渐扩形式；排气管道与外筒之间为固相引出口；伞环形叶片和内螺旋叶片组成了气固两相流下降的第一通道；伞环形叶片外壁与外筒组成了气固两相流下降的第二通道。

所述的一种基于内置通道的高效分离器，其特征在于：所述伞环形叶片与轴线夹角为20°~80°，具体根据进入进口的气固两相流中大粒子的占比以及速度而定；大粒子的占比和速度越大，则伞环形叶片与轴线夹角越大，反之，亦然。

伞环形叶片的轴向高度为40mm~60mm，伞环形叶片的内径为20~30mm，伞环形叶片的外径为40~70mm，伞环形叶片的间距10mm~15mm，伞环形叶片的布置数量为3-8，具体视外筒长度以及粒子在气固两相流中的比重而定；外筒长度越高，粒子在气固两相流中的比重越大，则伞环形叶片的轴向高度，伞环形叶片的间距越大，数量布置越多，借以避免因二次夹带问题而导致的大粒子分离效率过低；

伞环形叶片的内外径，视伞环形叶片的夹角、间距、高度及外筒的直径而定；伞环形叶片的夹角越大，伞环形叶片的间距及高度越小，外筒的直径越小，则伞环形叶片的内径越小，外径越大。

伞环形叶片壁面的内凹弧度的选择，根据进入第一通道的固相中反弹粒子的粒径以及气流的速度而定；粒径和速度越大，则内凹的弧度越小。

所述的一种基于内置通道的高效分离器，其特征在于：上述进入进口的气固两相流的流速为2.5~30m/s，具体使气固两相流中粒子的粒径而定；粒径越大，则所需流速越大；所述内螺旋叶片螺旋线方向与轴线方向的夹角呈30°~60°；内螺旋叶片顶端的螺旋线的切线方向与轴线的夹角为15°~30°，以使进入第一通道的气固两相流充分旋转，增大大粒子的分离效率。

所述的一种基于内置通道的高效分离器，其特征在于以下过程：气固两相流由入口流经导叶旋转形成涡流，粒径较大的粒子率先被分离而进入第二通道，剩余粒子随气固两相流进入第一通道；

在第一通道中，粒径较大的粒子随着气固两相流经过内螺旋叶片而分离，经伞环形叶片的间隙分离至第二通道；第二通道的大粒子会连续反弹到外筒伞环形叶片的外壁面，最终沉降到固相引出口；气固两相流经过伞环形叶片及内螺旋叶片得到纯净气流，进入至排气管道。

有益效果：气固两相流进入分离器入口，使得大粒子率先分离，进入第二通道，避免其重新混入气固两相流而被夹带入排气管道；进入第一通道的气固两相流，在充分旋转后，大粒子经伞环形叶片的间隙被分离至第二通道，增加了大粒子的分离效率，且未影响小粒子的分离效率，使得分离器二次夹带现象得以解决。

附图说明

图1为内置通道的高效分离器示意图;

图2为分离器的截面俯视图;

图3为伞环形叶片示意图;

图4为内螺旋叶片示意图;

图中标号名称：1入口，2导叶，3外筒，4伞环形叶片，5 内螺旋叶片，6排气管道，7第二通道，8第一通道，9固相引出口。

具体实施方式

如图1所示，一种内置通道的高效分离器，包括入口1，导叶2，内置于外筒3的伞环形叶片4，内置于伞环形叶片4的内螺旋叶片5，位于内螺旋叶片5下端的排气管道6，以及气固两相流的第二通道7和第一通道8，固体粒子的固相引出口9，还有还应包括排气管道6和伞环形叶片4及内螺旋叶片5的固定杆件。

随着气固两相流进入分离器的入口1，流经导叶2形成旋流，两相流中的部分大粒子率先被分离，进入第二通道7；剩余粒子会随气流进入第一通道8；

在第一通道8中，气固两相流经内螺旋叶片5继续进行旋转，离心力较大的粒子会被分离，经过伞环形叶片4之间的间隙排出第一通道8，进入第二通道7，并且每经过一伞环形叶片4，都会不断地排出大粒子；

在第二通道7中，不断被分离出来的大粒子撞击外筒3壁面，在伞环形叶片4和外筒3壁面之间不断反弹，最终沉降到固相引出口9；剩余的纯净流体进入排气管道6。

根据气固两相流的流速、固相在气流中的占比可适当调节除尘设备的内外径、高度，伞环形叶片的数量、间距、内外径，借以保证分离器的分离效率，确保大粒子不会因二次夹带混入气流来满足设计要求。

以上所述仅为本专利的具体实施方式，并非用以限定本专利的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本专利的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本专利的保护范围。